Pelēm zarnu mikrobioms kļūst noslogots 24 stundu laikā, ja tās baro ar diētu ar augstu tauku saturu

Pelēm zarnu mikrobioms kļūst noslogots 24 stundu laikā, ja tās baro ar diētu ar augstu tauku saturu

Pētījumā, kas nesen publicēts žurnālā Šūnu pārskati Pētnieki no Sinsinati, ASV, pētīja uztura izmaiņu ietekmi uz diētu ar augstu tauku saturu (HFD) uz zarnām.

Būtiskas izmaiņas uzturā laika gaitā var ietekmēt vielmaiņu un fizioloģiju. Amerikas Savienotajās Valstīs kaloriju nelīdzsvarotība var būt aptaukošanos veicinošs faktors. No 1999. līdz 2018. gadam to cilvēku skaits, kuri cieš no aptaukošanās, palielinājās no 30,5% līdz 42,4%, savukārt vielmaiņas slimības, piemēram, lipīdu traucējumi un diabēts, pieauga no 25,3% līdz 34,2%. Ir zināms, ka ilgstošas ​​uztura izmaiņas izraisa aptaukošanos un vielmaiņas slimības, taču nav skaidrs, cik ātri izmaiņas uzturā var izraisīt izmaiņas organismā.

Uzziniet: Mainot diētu uz diētu ar augstu tauku saturu, tiek uzsākta ātra zarnu adaptācija. Fotoattēlu kredīts: Aleksejs Logvinovičs / Shutterstock

Par mācībām

Šajā pētījumā pētnieki novērtēja zarnu epitēlija šūnu reakciju uz HFD, izmantojot fizioloģiskos mērījumus un vienas šūnas transkriptomiku.

Komanda izmantoja netiešo kalorimetriju, lai pētītu pieaugušas savvaļas tipa peles, kuras septiņas dienas baroja ar regulāru ēdienu vai pārgāja uz HFD, un novērtēja ietekmi. Pirmkārt, tika novērtēts patērētā skābekļa daudzums (VO2) kopā ar oglekļa dioksīda izelpu (VCO2), lai aprēķinātu elpošanas apmaiņas attiecību (RER), kas norādīja primāro degvielas avotu, ko organisms metabolizē. Komanda arī izmērīja kopējo homeostāzei nepieciešamo enerģiju, ko sauc par enerģijas patēriņu (EE).

Komanda arī pārbaudīja, vai adaptīvā reakcija proksimālajā zarnā uz akūtu HFD izraisīja šīs vielmaiņas izmaiņas visā organismā. Zarnu proliferācija kopā ar kripta dziļumu un villu augstumu tika pārbaudīta pēc vienas, trīs vai septiņām dienām ar HFD. Vienšūnu ribonukleīnskābes sekvencēšana (scRNA-seq) tika veikta arī pieaugušo peļu divpadsmitpirkstu zarnas un tukšās zarnas epitēlija šūnām visos laika punktos. Pēc šūnu kvalitātes pārbaudes un filtrēšanas komanda apvienoja datu kopas no šūnām, kas iegūtas no pelēm, kuras patērēja parasto ēdu, un no pelēm, kuras vienu, trīs vai septiņas dienas baroja ar HFD. Parastās barošanas šūnas tika izmantotas kā atsauces datu kopa.

Komanda tālāk analizēja, kā katra šūnu klastera reaģēja uz HFD, izmantojot diferenciālo gēnu ekspresijas analīzi. Ar glutamāta / glutamīna metabolismu saistītais transkripcijas paraksts tika novērtēts arī, izmantojot gēnus no molekulāro parakstu datu bāzes (MSigDB).

Rezultāti

Pirmajā HFD barošanas dienā RER vērtības samazinājās no aptuveni 0,9 līdz 0,8, un šīs atšķirības laika gaitā saglabājās. Pirmajā dienā EE palielinājās no aptuveni 0,2 līdz 0,5 kcal/min līdz gandrīz 0,4 līdz 0,6 kcal/min. Septiņu dienu laikā nebija būtisku atšķirību patērētā ūdens daudzumā vai pastaigu kustībās. Peles, kuras baroja ar HFD, palielinājās svarā no pirmās dienas, vienlaikus uzrādot arī lielāku enerģijas patēriņu. Pēc HFD lietošanas vienu dienu šie rezultāti parādīja, ka peļu vielmaiņa ir mainījusies visā ķermenī un izmaiņas var būt notikušas arī zarnās.

E-grāmatu antivielas

Pagājušā gada populārāko interviju, rakstu un ziņu apkopojums. Lejupielādējiet bezmaksas kopiju

Pēc 1 dienas HFD patēriņa palielinājās EdU (5-etinil-2′-deoksiuridīna) uzņemšana. Taču zarnu kriptu dziļums vai bārkstiņu augstums nemainījās. Komanda arī novērtēja visas zarnu šūnu nāves izmaiņas, izmantojot šķelto kaspāzes-3 krāsošanu kopā ar terminālo dezoksinukleotidiltransferāzes-deoksiuridīna trifosfāta nick end marķēšanas (TUNEL) krāsošanu, un nekonstatēja atšķirības nevienā no novērtētajiem laika punktiem. Šie rezultāti parādīja, ka HFD radīja proliferatīvu reakciju vienas dienas laikā, taču nedēļas laikā tas nemainīja zarnu virsmas izmēru. Turklāt tika identificēti visi paredzamie šūnu veidi, piemēram, EEK, enterocīti, enterocītu cilmes šūnas (EP), kausu šūnas, Paneth šūnas, sekrēcijas cilmes šūnas (SP), kušķi un cilmes / agrīnās tranzīta amplifikācijas zonas (TA) šūnas.

HFD izraisīto transkripcijas izmaiņu analīze tika veikta, izmantojot Bioloģiskā procesa gēnu ontoloģijas terminus (GO-Terms), kas parādīja, ka taukskābju vielmaiņas ceļu gēniem vairākos šūnu veidos bija augstāks ekspresijas līmenis tikai pēc 1 dienas pēc HFD. Tas liecina, ka zarnu epitēlijs ir novirzījies no parasti lietotā glutamīna / glutamāta metabolisma. Tūlītēja pazemināta regulēšana tika novērota arī pēc 1 dienas HFD. Gēnu komplekta bagātināšanas analīze (GSEA) parādīja, ka lielākajai daļai epitēlija šūnu bija pārregulēti gēni, kas veicināja taukskābju metabolismu, par ko liecina normalizētās bagātināšanas vērtības (NES). Konkrēti, NES, kas saistīti ar taukskābju metabolismu, palielinājās pēc vienas un trīs HFD dienām. Tas liecināja, ka ķermeņa vielmaiņa ātri reaģēja uz luminālo tauku palielināšanos. Pēc septiņām dienām taukskābju metabolisma NES bija samazinājies, norādot, ka enterocīti bija pielāgojušies pārmaiņām uz HFD.

Pēc 1 dienas ar HFD visās epitēlija šūnu populācijās tika paaugstināts ar stresu saistīto gēnu regulējums. Pamatojoties uz scRNA-seq datiem, cilmes / agrīnajai TA kopā ar Paneth šūnām bija tendence uzrādīt dramatiskas izmaiņas gēnu ekspresijā, reaģējot uz šūnu stresu. Tika konstatēts, ka stumbra / agrīnā TA apakšgrupa pārregulē karstuma šoka proteīna gēnus un GSEA augšupregulētos nesalocītās proteīna atbildes (UPR) gēnus. Tas parādīja, ka cilmes / agrīnās TA šūnas reaģē uz HFD ar tūlītēju stresa reakciju.

Šis pētījums parādīja daudzpusīgu pieeju, lai novērtētu, kā dzīvnieki reaģē uz uztura izmaiņām, novērtējot visa ķermeņa metabolismu, audu funkciju, morfoloģiju un vienas šūnas transkriptiku. Funkcionālās un transkripcijas analīzes parādīja, ka visu veidu zarnu epitēlija šūnas tika mainītas 24 stundu laikā. Turklāt nedēļas laikā zarnu epitēlijs tika pārveidots, lai palielinātu tauku uzsūkšanos. Zarnu sieniņu plastiskums var būt attīstījies barības vielu trūkuma laikā, taču tagad tā var būt saistīta ar aptaukošanos, vielmaiņas slimībām un iekaisumu barības vielu pārpalikuma laikā.

Atsauce:

• Jacob R. Enriquez, Heather A. McCauley, Kevin X. Zhang, J. Guillermo Sanchez, Gregory T. Kalin, Richard A. Lang, James M. Wells, A diätetische Umstellung auf eine fettreiche Ernährung initiiert eine schnelle Anpassung der intestinal, Cell Reports, Band 41, Heft 7, 2022, 111641, ISSN 2211-1247, DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111641, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124722015121

.