O microbioma intestinal de camundongos fica estressado em 24 horas quando alimentados com uma dieta rica em gordura

O microbioma intestinal de camundongos fica estressado em 24 horas quando alimentados com uma dieta rica em gordura

Em um estudo publicado recentemente na revista Relatórios de células Pesquisadores em Cincinnati, EUA, examinaram os efeitos de uma mudança na dieta para uma dieta rica em gordura (DH) no intestino.

Uma mudança significativa na dieta ao longo do tempo pode afetar o metabolismo e a fisiologia. Nos Estados Unidos, o desequilíbrio calórico pode ser um fator que contribui para a obesidade. De 1999 a 2018, o número de pessoas que sofrem de obesidade aumentou de 30,5% para 42,4%, enquanto doenças metabólicas como distúrbios lipídicos e diabetes aumentaram de 25,3% para 34,2%. Sabe-se que mudanças na dieta a longo prazo causam obesidade e doenças metabólicas, mas não está claro com que rapidez as mudanças na dieta podem levar a mudanças no corpo.

Aprender: Mudar sua dieta para uma dieta rica em gordura inicia uma rápida adaptação intestinal. Crédito da foto: Alexei Logvinovich/Shutterstock

Sobre estudar

No presente estudo, os pesquisadores avaliaram a resposta das células epiteliais intestinais a uma DH usando medidas fisiológicas e transcriptômica unicelular.

A equipe usou calorimetria indireta para estudar camundongos adultos selvagens alimentados com ração normal ou que mudaram para DH por sete dias e avaliar os efeitos. Primeiro, a quantidade de oxigênio consumido (VO2) foi estimada juntamente com a exalação de dióxido de carbono (VCO2) para calcular a taxa de troca respiratória (RER), que indicou a principal fonte de combustível que o corpo metaboliza. A equipe também mediu a energia total necessária para a homeostase, chamada gasto energético (GE).

A equipe também examinou se uma resposta adaptativa no intestino proximal à DH aguda causava essas alterações metabólicas em todo o corpo. A proliferação intestinal, juntamente com a profundidade das criptas e a altura das vilosidades, foi examinada após um, três ou sete dias em uma DH. O sequenciamento de ácido ribonucleico unicelular (scRNA-seq) também foi realizado em células epiteliais duodenais e jejunais de camundongos adultos em todos os momentos. Depois de verificar e filtrar a qualidade das células, a equipe combinou os conjuntos de dados de células obtidas de ratos que consumiram ração regular e de ratos alimentados com HFD por um, três ou sete dias. As células de alimentação normal foram utilizadas como conjunto de dados de referência.

A equipe analisou ainda como cada agrupamento de células respondeu à DH usando análise diferencial de expressão gênica. A assinatura transcricional associada ao metabolismo do glutamato/glutamina também foi avaliada utilizando genes do Molecular Signatures Database (MSigDB).

Resultados

No primeiro dia de alimentação com DH, os valores de RER diminuíram de aproximadamente 0,9 para 0,8, e essas diferenças foram mantidas ao longo do tempo. No primeiro dia, o EE aumentou de cerca de 0,2 a 0,5 kcal/min para quase 0,4 a 0,6 kcal/min. Não houve diferenças significativas na quantidade de água consumida ou nos movimentos de caminhada ao longo de sete dias. Os ratos alimentados com DH ganharam peso desde o primeiro dia, ao mesmo tempo que apresentaram maior ingestão de energia. Depois de consumir um HFD por um dia, esses resultados mostraram que o metabolismo dos ratos mudou em todo o corpo e mudanças também podem ter ocorrido nos intestinos.

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Houve um aumento na ingestão de EdU (5-etinil-2'-desoxiuridina) após 1 dia de consumo de DH. Contudo, a profundidade das criptas intestinais ou a altura das vilosidades não se alteraram. A equipe também avaliou quaisquer alterações na morte celular intestinal usando coloração de caspase-3 clivada juntamente com coloração terminal de desoxinucleotidil transferase-desoxiuridina trifosfato nick end labeling (TUNEL) e não encontrou diferenças em nenhum dos momentos avaliados. Estes resultados mostraram que a DH produziu uma resposta proliferativa dentro de um dia, mas isto não alterou o tamanho da superfície intestinal ao longo de uma semana. Além disso, todos os tipos de células esperados, como EEC, enterócitos, células progenitoras de enterócitos (EPs), células caliciformes, células de Paneth, células progenitoras secretoras (SPs), tufos e células-tronco / zona de amplificação de trânsito inicial (TA) foram identificados.

A análise das alterações transcricionais induzidas pela DH foi realizada utilizando Termos de Ontologia Genética de Processo Biológico (GO-Terms), que mostraram que genes para vias metabólicas de ácidos graxos em vários tipos de células apresentaram níveis de expressão mais elevados após apenas 1 dia de DH. Isto sugere que o epitélio intestinal se afastou do metabolismo comumente usado de glutamina/glutamato. A regulação negativa imediata também foi observada após 1 dia de DH. A análise de enriquecimento de conjunto de genes (GSEA) mostrou que a maioria das células epiteliais tinha genes regulados positivamente que facilitavam o metabolismo dos ácidos graxos, conforme evidenciado pelos valores de enriquecimento normalizados (NESs). Especificamente, os NES relacionados ao metabolismo dos ácidos graxos aumentaram após um e três dias de DH. Isto sugeriu que o metabolismo do corpo respondeu rapidamente ao aumento da gordura luminal. Após sete dias, os NES do metabolismo dos ácidos graxos diminuíram, indicando que os enterócitos se adaptaram à mudança para a DH.

Após 1 dia em DH, houve regulação positiva de genes relacionados ao estresse para todas as populações de células epiteliais. Com base nos dados do scRNA-seq, o TA-tronco/precoce juntamente com as células Paneth tenderam a exibir mudanças dramáticas na expressão gênica em resposta ao estresse celular. Descobriu-se que o subgrupo tronco / TA inicial regula positivamente os genes da proteína de choque térmico e os genes da resposta proteica desdobrada (UPR) regulados positivamente pelo GSEA. Isto demonstrou que as células TA iniciais/tronco respondem à DH com uma resposta imediata ao estresse.

Este estudo demonstrou uma abordagem multifacetada para avaliar como os animais respondem às mudanças dietéticas, avaliando o metabolismo de todo o corpo, a função dos tecidos, a morfologia e a transcriptômica unicelular. Análises funcionais e transcricionais mostraram que todos os tipos de células epiteliais intestinais foram alterados em 24 horas. Além disso, dentro de uma semana, o epitélio intestinal foi modificado para maximizar a absorção de gordura. A plasticidade da parede intestinal pode ter evoluído durante períodos de escassez de nutrientes, mas agora pode estar ligada à obesidade, doenças metabólicas e inflamação durante períodos de excesso de nutrientes.

Referência:

• 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

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