Črevesni mikrobiom miši postane obremenjen v 24 urah, če jih hranimo z visoko vsebnostjo maščob

Črevesni mikrobiom miši postane obremenjen v 24 urah, če jih hranimo z visoko vsebnostjo maščob

V študiji, nedavno objavljeni v reviji Cell Reports Raziskovalci v Cincinnatiju v ZDA so preučevali učinke spremembe prehrane na dieto z visoko vsebnostjo maščob (HFD) na črevesje.

Pomembna sprememba prehrane sčasoma lahko vpliva na metabolizem in fiziologijo. V Združenih državah je lahko kalorično neravnovesje dejavnik, ki prispeva k debelosti. Od leta 1999 do 2018 se je število ljudi, ki trpijo zaradi debelosti, povečalo s 30,5 % na 42,4 %, medtem ko se je število presnovnih bolezni, kot so motnje lipidov in sladkorna bolezen, povečalo s 25,3 % na 34,2 %. Znano je, da dolgoročne spremembe v prehrani povzročajo debelost in presnovne bolezni, vendar ni jasno, kako hitro lahko spremembe v prehrani povzročijo spremembe v telesu.

Naučite se: Sprememba prehrane na dieto z visoko vsebnostjo maščob sproži hitro prilagajanje črevesja. Avtor fotografije: Alexei Logvinovich / Shutterstock

O študiju

V tej študiji so raziskovalci ocenili odziv črevesnih epitelijskih celic na HFD z uporabo fizioloških meritev in enocelične transkriptomike.

Ekipa je uporabila indirektno kalorimetrijo za preučevanje odraslih miši divjega tipa, ki so jih sedem dni hranili z običajno hrano ali prešli na HFD, in ocenila učinke. Najprej je bila ocenjena količina porabljenega kisika (VO2) skupaj z izdihanim ogljikovim dioksidom (VCO2), da se izračuna respiratorno izmenjevalno razmerje (RER), ki nakazuje primarni vir goriva, ki ga telo presnavlja. Ekipa je izmerila tudi skupno energijo, potrebno za homeostazo, imenovano poraba energije (EE).

Skupina je tudi preučila, ali je prilagoditveni odziv v proksimalnem črevesu na akutno HFD povzročil te presnovne spremembe po celem telesu. Črevesno proliferacijo, skupaj z globino kripte in višino resic, smo pregledali po enem, treh ali sedmih dneh na HFD. Sekvenciranje enocelične ribonukleinske kisline (scRNA-seq) je bilo izvedeno tudi na epitelijskih celicah dvanajstnika in jejunuma odraslih miši v vseh časovnih točkah. Po preverjanju in filtriranju kakovosti celic je ekipa združila nabore podatkov iz celic, pridobljenih od miši, ki so uživale redno hrano, in od miši, ki so hranile HFD en, tri ali sedem dni. Normalne hranilne celice so bile uporabljene kot referenčni niz podatkov.

Ekipa je nadalje analizirala, kako se je vsaka celična skupina odzvala na HFD z uporabo diferencialne analize izražanja genov. Transkripcijski podpis, povezan s presnovo glutamata/glutamina, je bil ocenjen tudi z uporabo genov iz baze podatkov molekularnih podpisov (MSigDB).

Rezultati

V prvem dnevu hranjenja s HFD so se vrednosti RER zmanjšale s približno 0,9 na 0,8 in te razlike so se ohranile skozi čas. Prvi dan se je EE povečal s približno 0,2 do 0,5 kcal/min na skoraj 0,4 do 0,6 kcal/min. V sedmih dneh ni bilo pomembnih razlik v količini zaužite vode ali gibanju hoje. Miši, hranjene s HFD, so pridobile na teži od prvega dne, hkrati pa so pokazale večji vnos energije. Po enodnevnem uživanju HFD so ti rezultati pokazali, da se je metabolizem miši spremenil v celotnem telesu in da so se spremembe morda pojavile tudi v črevesju.

E-knjiga Protitelesa

Zbirka najboljših intervjujev, člankov in novic zadnjega leta. Prenesite brezplačno kopijo

Po 1 dnevu uživanja HFD se je povečal vnos EdU (5-etinil-2'-deoksiuridina). Vendar se globina črevesnih kript ali višina resic ni spremenila. Skupina je prav tako ocenila morebitne spremembe v smrti črevesnih celic z uporabo razcepljenega obarvanja s kaspazo-3 skupaj z obarvanjem terminalne deoksinukleotidil transferaze-deoksiuridin trifosfata nick end marking (TUNEL) in ni našla nobenih razlik v nobeni od ocenjenih časovnih točk. Ti rezultati so pokazali, da je HFD povzročil proliferativni odziv v enem dnevu, vendar to v enem tednu ni spremenilo velikosti črevesne površine. Poleg tega so bile identificirane vse pričakovane vrste celic, kot so EEC, enterociti, enterocitne matične celice (EP), vrčaste celice, Panethove celice, sekretorne matične celice (SP), šopi in celice matične/zgodnje tranzitne amplifikacije (TA).

Analiza transkripcijskih sprememb, ki jih povzroča HFD, je bila izvedena z uporabo izrazov genske ontologije bioloških procesov (GO-Terms), ki so pokazali, da so imeli geni za presnovne poti maščobnih kislin v več tipih celic višje stopnje izražanja po samo 1 dnevu HFD. To nakazuje, da se je črevesni epitelij odmaknil od običajno uporabljene presnove glutamina/glutamata. Takojšnjo znižano regulacijo so opazili tudi po 1 dnevu HFD. Analiza obogatitve nabora genov (GSEA) je pokazala, da je večina epitelijskih celic imela regulirane gene, ki so olajšali presnovo maščobnih kislin, kar dokazujejo normalizirane vrednosti obogatitve (NES). Natančneje, NES, povezani s presnovo maščobnih kislin, so se povečali po enem in treh dneh HFD. To je nakazovalo, da se je telesni metabolizem hitro odzval na povečanje luminalne maščobe. Po sedmih dneh so se NES presnove maščobnih kislin zmanjšale, kar kaže, da so se enterociti prilagodili spremembi na HFD.

Po 1 dnevu na HFD je prišlo do povečane regulacije genov, povezanih s stresom, za vse populacije epitelijskih celic. Na podlagi podatkov scRNA-seq je izvorna/zgodnja TA skupaj s celicami Paneth kazala dramatične spremembe v izražanju genov kot odziv na celični stres. Ugotovljeno je bilo, da podskupina stebla/zgodnjega TA pospešuje gene za beljakovine toplotnega šoka, GSEA pa pospešuje gene odziva na nezvite proteine ​​(UPR). To je pokazalo, da se matične/zgodnje celice TA odzivajo na HFD s takojšnjim odzivom na stres.

Ta študija je pokazala večstranski pristop za oceno, kako se živali odzivajo na prehranske spremembe z ocenjevanjem presnove celega telesa, delovanja tkiva, morfologije in enocelične transkriptomije. Funkcionalne in transkripcijske analize so pokazale, da so se vse vrste črevesnih epitelijskih celic spremenile v 24 urah. Poleg tega je bil v enem tednu črevesni epitelij spremenjen, da bi povečal absorpcijo maščobe. Plastičnost črevesne stene se je morda razvila v času pomanjkanja hranil, zdaj pa je lahko povezana z debelostjo, presnovnimi boleznimi in vnetjem v času presežka hranil.

Referenca:

• 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

.