Mikrobiom jelitowy myszy ulega obciążeniu w ciągu 24 godzin po karmieniu dietą wysokotłuszczową

Mikrobiom jelitowy myszy ulega obciążeniu w ciągu 24 godzin po karmieniu dietą wysokotłuszczową

W badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmie Raporty komórkowe Naukowcy z Cincinnati w USA zbadali wpływ zmiany diety na dietę wysokotłuszczową (HFD) na jelita.

Znacząca zmiana diety z biegiem czasu może mieć wpływ na metabolizm i fizjologię. W Stanach Zjednoczonych brak równowagi kalorycznej może być czynnikiem przyczyniającym się do otyłości. Od 1999 r. do 2018 r. liczba osób cierpiących na otyłość wzrosła z 30,5% do 42,4%, natomiast na choroby metaboliczne, takie jak zaburzenia lipidowe i cukrzyca, wzrosła z 25,3% do 34,2%. Wiadomo, że długotrwałe zmiany w diecie powodują otyłość i choroby metaboliczne, ale nie jest jasne, jak szybko zmiany w diecie mogą prowadzić do zmian w organizmie.

Uczyć się: Zmiana diety na wysokotłuszczową inicjuje szybką adaptację jelit. Źródło zdjęcia: Aleksiej Logwinowicz / Shutterstock

O studiowaniu

W niniejszym badaniu naukowcy ocenili odpowiedź komórek nabłonka jelit na HFD, stosując pomiary fizjologiczne i transkryptomię pojedynczych komórek.

Zespół wykorzystał kalorymetrię pośrednią do badania dorosłych myszy typu dzikiego karmionych zwykłą karmą lub przechodzących na karmę HFD przez siedem dni i oceniając efekty. Najpierw oszacowano ilość zużytego tlenu (VO2) wraz z wydychanym dwutlenkiem węgla (VCO2) w celu obliczenia współczynnika wymiany oddechowej (RER), który wskazywał główne źródło paliwa metabolizowanego przez organizm. Zespół zmierzył także całkowitą energię wymaganą do homeostazy, zwaną wydatkiem energetycznym (EE).

Zespół zbadał także, czy odpowiedź adaptacyjna w jelicie bliższym na ostrą HFD spowodowała te zmiany metaboliczne w całym organizmie. Proliferację jelit, głębokość krypt i wysokość kosmków badano po jednym, trzech lub siedmiu dniach leczenia HFD. Przeprowadzono także sekwencjonowanie jednokomórkowego kwasu rybonukleinowego (scRNA-seq) na komórkach nabłonka dwunastnicy i jelita czczego dorosłych myszy we wszystkich punktach czasowych. Po sprawdzeniu i przefiltrowaniu jakości komórek zespół połączył zestawy danych uzyskanych od myszy, które spożywały zwykłą karmę, oraz od myszy karmionych HFD przez jeden, trzy lub siedem dni. Jako zestaw danych referencyjnych wykorzystano normalne komórki odżywiające.

Zespół szczegółowo przeanalizował reakcję każdego klastra komórkowego na HFD, korzystając z analizy różnicowej ekspresji genów. Sygnaturę transkrypcyjną związaną z metabolizmem glutaminianu/glutaminy oceniano także przy użyciu genów z bazy danych sygnatur molekularnych (MSigDB).

Wyniki

W ciągu pierwszego dnia żywienia HFD wartości RER spadły z około 0,9 do 0,8 i różnice te utrzymywały się w czasie. Pierwszego dnia EE wzrosło z około 0,2 do 0,5 kcal/min do prawie 0,4 do 0,6 kcal/min. Nie zaobserwowano znaczących różnic w ilości wypijanej wody ani liczbie ruchów podczas chodzenia w ciągu siedmiu dni. Myszy karmione HFD przybrały na wadze od pierwszego dnia, jednocześnie wykazując wyższe spożycie energii. Po jednodniowym spożyciu HFD wyniki wykazały, że metabolizm myszy zmienił się w całym organizmie, a zmiany mogły również wystąpić w jelitach.

Przeciwciała w e-booku

Zestawienie najważniejszych wywiadów, artykułów i aktualności z ostatniego roku. Pobierz bezpłatną kopię

Po 1 dniu spożycia HFD zaobserwowano wzrost spożycia EdU (5-etynylo-2′-deoksyurydyny). Nie uległa natomiast zmianie głębokość krypt jelitowych ani wysokość kosmków. Zespół ocenił także wszelkie zmiany w śmierci komórek jelitowych za pomocą barwienia rozszczepioną kaspazą-3 wraz z barwieniem końcowym znakowaniem na końcach deoksynukleotydylotransferazą-trifosforanem dezoksyurydyny (TUNEL) i nie stwierdził żadnych różnic w żadnym z ocenianych punktów czasowych. Wyniki te wykazały, że HFD wywołała odpowiedź proliferacyjną w ciągu jednego dnia, ale nie spowodowało to zmiany wielkości powierzchni jelita w ciągu tygodnia. Ponadto zidentyfikowano wszystkie oczekiwane typy komórek, takie jak EEC, enterocyty, komórki progenitorowe enterocytów (EP), komórki kubkowe, komórki Panetha, wydzielnicze komórki progenitorowe (SP), kępki i komórki macierzyste/strefy wczesnego tranzytu (TA).

Analizę zmian transkrypcyjnych indukowanych przez HFD przeprowadzono przy użyciu terminów ontologii genów procesu biologicznego (GO-Terms), które wykazały, że geny szlaków metabolicznych kwasów tłuszczowych w kilku typach komórek miały wyższy poziom ekspresji już po 1 dniu HFD. Sugeruje to, że nabłonek jelitowy odszedł od powszechnie stosowanego metabolizmu glutaminy/glutaminianu. Natychmiastową regulację w dół zaobserwowano również po 1 dniu HFD. Analiza wzbogacenia zestawu genów (GSEA) wykazała, że ​​większość komórek nabłonkowych miała zwiększoną ekspresję genów, które ułatwiały metabolizm kwasów tłuszczowych, o czym świadczą znormalizowane wartości wzbogacenia (NES). W szczególności NES związane z metabolizmem kwasów tłuszczowych wzrosły po jednym i trzech dniach HFD. Sugerowało to, że metabolizm organizmu szybko zareagował na wzrost ilości tkanki tłuszczowej w świetle ciała. Po siedmiu dniach NES metabolizmu kwasów tłuszczowych zmniejszyło się, co wskazuje, że enterocyty przystosowały się do zmiany w HFD.

Po 1 dniu leczenia HFD nastąpiła zwiększona ekspresja genów związanych ze stresem we wszystkich populacjach komórek nabłonkowych. W oparciu o dane dotyczące sekwencji scRNA, macierzyste/wczesne TA wraz z komórkami Panetha wykazywały tendencję do wykazywania dramatycznych zmian w ekspresji genów w odpowiedzi na stres komórkowy. Stwierdzono, że podgrupa łodygi/wczesnego TA zwiększa ekspresję genów białek szoku cieplnego, a GSEA zwiększa ekspresję genów odpowiedzi na rozwinięte białka (UPR). Wykazało to, że komórki macierzyste/wczesne TA reagują na HFD natychmiastową reakcją na stres.

W badaniu tym zaprezentowano wielotorowe podejście do oceny reakcji zwierząt na zmiany w diecie poprzez ocenę metabolizmu całego organizmu, funkcji tkanek, morfologii i transkryptomiki pojedynczych komórek. Analizy funkcjonalne i transkrypcyjne wykazały, że wszystkie typy komórek nabłonka jelitowego uległy zmianie w ciągu 24 godzin. Co więcej, w ciągu tygodnia nabłonek jelitowy został zmodyfikowany w celu maksymalizacji wchłaniania tłuszczu. Plastyczność ścian jelit mogła ewoluować w okresach niedoboru składników odżywczych, ale obecnie można ją powiązać z otyłością, chorobami metabolicznymi i stanami zapalnymi w okresach nadmiaru składników odżywczych.

Odniesienie:

• 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

.