A magas tápanyag-tartalmú étrend megváltoztatja a hipotalamusz gén expresszióját, hogy befolyásolja a sertések energiafogyasztását
Tárgyak
Absztrakt
Az alacsony születési súlyú (LBW) egyednél nagyobb volt a metabolikus diszfunkció kialakulásának kockázata felnőttkorban. A vizsgálat célja annak tesztelése volt, hogy az LBW egyén hajlamosabb-e a glükóz intoleranciára magas tápanyag-sűrűségű (HND) étrenden, valamint a kapcsolódó hipotalamusz gén expressziók vizsgálata sertések modelljeként. Az emészthető energia bevitele testtömeg alapján számítva nagyobb volt az LBW sertéseknél, mint a normális születési súlyú (NBW) sertéseknél. A HND-táplálékkal etetett LBW sertések emészthető energiafogyasztása nagyobb volt, mint a felnőttkorban az NND-táplálékkal tápláltaké, ami az NBW sertéseknél nem fordult elő. Nevezetesen a felfelé szabályozott hipotalamusz toll-szerű 4 receptor, az interleukin 6 és a foszfo-NFκB p65 expresszió, valamint a hipotalamusz leptin receptor megváltozott expressziója, a citokin 3 jelátviteli szuppresszora, az agoutival kapcsolatos fehérje és a proopiomelanokortin előre jelezte az energiafogyasztás és a fejlődés túlfogyasztását. a HND-étrenddel etetett LBW sertések glükóz-intoleranciája. Összességében az LBW-vel született sertéseknek külön hipotalamusz-leptinje volt, amely magas tápanyag-sűrűségű étrendet jelzett, ami hozzájárult a nagyobb energiafogyasztáshoz és a glükóz-intoleranciához.
Bevezetés
Az alacsony születési súly (LBW), amely az intrauterin fázisban tapasztalható elégtelen tápanyag-átvitel következménye, számos fontos élettani folyamatot befolyásol az energia-anyagcserében, a sejtjelzésben, a redox egyensúlyban és a stresszválaszban számos szövetben, beleértve a belet, a májat és az izomzatot is 1, hozzájárulás az újszülöttek szakaszában a megnövekedett morbiditáshoz és mortalitáshoz, valamint az egész életen át tartó gyenge posztnatális növekedési rátához és egészségi állapothoz 2.3 .
A tápanyagbevitel és az energia-anyagcsere szabályozása főként a hipotalamuszban zajlik, mint legérdekesebb terület az orexigén neuropeptid Y (NPY), az agouti-hoz kapcsolódó fehérje (AGRP) neuronok, az anorexigén proopiomelanocortin (POMC) és a kokain- és az amfetaminnal szabályozott transzkriptum neuronok, amelyek az energia bevitel kulcsszabályozói 12. A főként nagy adipociták által kiválasztott fő adipokin, a leptin bejuthat az agyba, és szabályozhatja ezeket a neuronokat, és ezáltal az élelmiszer-bevitelt a hosszú formájú leptin receptorhoz (LEPR) kötődve, amely túlnyomórészt a hipotalamusz ARC neuronjaiban lokalizálódik 13. A leptin jelzés táplálkozási programozásban betöltött szerepe egyre nagyobb érdeklődést váltott ki, mert a központi leptin jelátvitelről megállapították, hogy a sertés 14 és a rágcsáló állatok 15, 16, 17 születési súlya szerint eltérő módon szerveződik, és nagy valószínűséggel korai felzárkózási növekedést és a 2-es típusú diabetes mellitus kialakulása.
A sertések fiziológiai hasonlóságot mutattak testméretében, zsírsejtméretében, tápanyag emésztésében, felszívódásában és anyagcseréjében, ami számos előnyt kínálhat a szív- és érrendszeri betegségek, a vérdinamika, a táplálkozás, az általános anyagcsere-funkciók, az emésztési rendellenességek, a légzőszervi megbetegedések, a cukorbetegség vizsgálatában., vese- és hólyagbetegségek, szervspecifikus toxicitás, bőrgyógyászat és neurológiai következmények sertéseket használva állatmodellként az emberi táplálkozáshoz 18,19,20,21. A modern sertéstenyésztésben a magas intrauterin növekedési korlátozás (IUGR) esetei magas szaporaságú kocáknál jelentkeznek a magas ovulációs ráta és az azt követő méhzsúfoltság miatt 22, ezáltal természetes modelleket kínálva az IUGR-ben született emberi csecsemő biológiai vizsgálatához. . Ezért a jelen tanulmányban az LBW és az NBW sertéseket normál vagy magas tápanyag-tartalmú táplálékkal etették, hogy teszteljék azt a hipotézist, miszerint a hipotalamusz génjei és fehérjéi eltérően expresszálódtak-e az LBW sertésekben, hogy megváltoztassák posztnatális energiafogyasztási szintjüket és glükóz toleranciájukat.
Anyagok és metódusok
Kísérleti tervezés, étrend és állatok
Az ebben a vizsgálatban alkalmazott összes kísérleti eljárás összhangban volt a Nemzeti Kutatási Tanács laboratóriumi állatok gondozására és felhasználására vonatkozó útmutatójával, és a Kínai Agrártudományi Akadémia Állattenyésztési és Felhasználási Bizottsága jóváhagyta azokat, és követte az állatjogi törvényeket. védelem.
22 ° C, kivéve a magasabb hőmérsékletet 22 ° C-on
28 ° C a kísérlet d-től 30-ig.
Rekordok a növekedési teljesítményről
A kísérlet kezdetétől a kísérlet 90 napjáig két sertést tenyésztettek egy karámban, és a tápanyag-bevitel, a testtömeg-gyarapodás és a takarmány-hatékonyság adatait kiszámítottuk toll segítségével kísérleti egységként. Ezt követően a sertéseket egyedileg neveljük, és az adatokat rögzítjük, mindegyik sertést használva kísérleti egységként. Minden sertés testtömegét a kísérlet d 30, 60, 90, 120 és 150 dátumánál regisztráltuk, és 30 naponta kiszámítottuk az átlagos napi takarmányfelvételt, a testtömeg-növekedést és a takarmány-hatékonyságot.
Glükóz tolerancia teszt
Az összes sertés intravénás glükóz tolerancia tesztjét (IGTT) d30, 83. és 143. kísérletben végeztük. Éjszakai éhgyomri után a bazális vérmintákat 10 perccel a beadás előtt összegyűjtöttük. Bolus dextrózt (500 g • L-1) adtunk be a fül vénaszúrásába, 0,5 g • kg-1 testtömeg dózisban. Vérminták sorozatát gyűjtöttük 5, 10, 20, 30, 45, 60, 90 és 120 perccel a glükóz infúzió után. A vércukor-koncentrációkat azonnal mérjük hordozható glükométerrel, Esprit (Bayer, Newbury, Berkshire, Egyesült Királyság). A glükózkoncentráció görbe alatti területét (AUC) a Prism 6 (GraphPad Software Incorporated, La Jolla, CA, USA) segítségével számítottuk ki.
Szövetminták gyűjtése
Hypothalamus, májszövetek, vázizmok (Longissimus izom) és a zsírszöveteket (hasi zsír) összegyűjtöttük d 90 (n = 8) és 150 (n = 8) kísérletnél táplált állapotban. Nevezetesen a hipotalamusz szövetét a következőképpen gyűjtöttük össze, 90 mg/kg -1 nátrium-tiopental intraperitoneális injekcióval történő feláldozása után az agyakat gyorsan eltávolítottuk a koponyától, és megszabadítottuk a felesleges szövetektől. A hipotalamusz szöveteket a szövetblokkból gyűjtöttük össze, amelyet rostralisan az optikai chiasma, caudalisan a mammilláris test, oldalt a hypothalamus sulci és dorsalisan 5 mm mélyen levágott 24,25. Valamennyi szövetmintát folyékony nitrogénben lefagyasztottuk, és további elemzés céljából -80 ° C-on tároltuk.
Metabolitok és hormonok mérése
Az összes sertés vérét összegyűjtöttük a kísérlet kezdetén és d., 30., 60., 90., 120. és 150. napján. A trigliceridek és az összkoleszterin koncentrációját megfelelő kereskedelmi készletekkel (Nanjing Jiancheng Institute of Bioengineering, Jiangsu, Kína) vizsgáltuk enzimatikus módszerekkel Hitachi 7160 automatikus biokémiai analizátorral (Tokió, Japán) a gyártó utasításai szerint. A keringő leptin koncentrációkat egy kereskedelmi forgalomban kapható ELISA készlettel (Elabscience, Wuhan, Kína) mértük. A kimutatási érzékenység 0,168 ng/ml volt, a leptin-vizsgálat inter-assay és intra-assay variációs együtthatói pedig 10,6% és 8,5% voltak.
Gén expresszió
Fehérje expresszió
Statisztikai analízis
Az egész periódus alatt az ebben a vizsgálatban használt összes sertés megőrizte egészségét, és egyiküket sem selejtezték betegség vagy egyéb kezelési tényezők miatt. A kísérlet kezdetétől a kísérlet d 90 pontjáig két sertést tenyésztettek egy karámban, és az adatokat toll segítségével kísérleti egységként elemezték. A két sertés testtömege mindkét ólban meglehetősen hasonló volt a kísérlet d, 30, 60 és 90 dimenzióiban, ezért feltételeztük, hogy a sertéseket azonos bánásmódban részesítik. D 91-től a kísérlet végéig a sertéseket egyedileg ketrecbe helyeztük, és az adatokat elemeztük az egyes sertések kísérleti egységeként. Az adatokat SAS szoftver MIXED eljárásával elemeztük (SAS Institute, Cary, NC, USA). A születési súly (NBW vagy LBW) és a tápanyagsűrűség (NND vagy HND) fő hatását kétirányú ANOVA-val rögzített hatásként teszteltük a statisztikai modellben, és a születési súly × táplálkozási szint kölcsönhatásait is rögzített hatásnak tekintettük. A tollat (d 90 előtt) vagy a sertést (utána) véletlenszerű hatásként vettük fel. Minden adat eszközként jelenik meg. A Tukey-tesztet használták a kezelési csoportok közötti különbségek összehasonlítására. Különbségek a valószínűséggel
Eredmények
Dinamikus energiafogyasztás
Amint az a 2. ábrán látható. Az 1A. Ábrán az emészthető energia bevitele szignifikánsan nagyobb volt az NBW sertésekben az LBW sertésekhez képest a különböző kísérleti időszakokban ( 1.ábra
A relatív emészthető energia bevitel, testsúly alapján számolva, az 1. ábrán látható. 1B. Az alacsony születési súlyú sertések relatív emészthető energia-bevitele nagyobb volt a különböző kísérleti időszakokban ( 0,05). Az átlagos napi gyarapodás alacsonyabb volt az LBW sertéseknél, mint az NBW sertéseknél a kísérlet d 1–30, 31–60, 61–90 és 91–120 közötti időszakban ( 0,05). A takarmány/gyarapodás aránya nagyobb volt az LBW sertéseknél, mint az NBW sertéseknél a kísérlet d 1-től 30-ig ( 2. táblázat A születési súly és az étrend hatása a sertések növekedési tulajdonságaira a kísérlet különböző időpontjaiban.
Keringő metabolitok és hormonváladékok
Amint a 3. táblázat mutatja, a trigliceridek keringő koncentrációja nagyobb volt a sertéseknél, akiket HND-táplálékkal etettek, mint az NND-táplálékkal etetett sertéseké a kísérlet d, 30, 60 és 90 dátumainál ( 0,05).
Az étrend, a születési súly, valamint az étrend és a születési súly közötti kölcsönhatás nem befolyásolta a leptin koncentrációját a kísérlet elején, d 30, 60, 90 és 120 ( > 0,05; 3. táblázat). A leptin koncentrációját azonban jelentősen befolyásolta az étrend és a születési súly közötti kölcsönhatás a kísérlet d 150-én ( 0,05; 2D). A kísérlet d 143. napján a glükózkoncentrációt 10 perc múlva befolyásolta a születési súly ( = 0,005, ábra. Étrendben 20 percnél = 0,025; 2E), valamint a születési súly és az étrend közötti kölcsönhatás ( = 0,048; 2E), és 30 perc múlva a születési súly és az étrend ( = 0,032; 2E) az IGTT után. A kísérlet 143. napján a glükóz AUC-értékét befolyásolta a születési súly ( 2. ábra
Gén kifejezések
A kísérlet d 90-nél a mRNS expressziója LEPR a hipotalamusz szövetében a születési súly befolyásolta ( 0,05; 3B. Ábra) SOCS3 Az mRNS expressziót az LBW sertésekben a HND diéta felfelé szabályozta más csoportokkal összehasonlítva ( 0,05; 3D), de a SOCS3 Az mRNS expresszióját az LBW sertésekben a HND-diéta csökkentette, összehasonlítva az NND-diétával etetett sertésekkel ( 3. ábra
Az anorexigén mRNS expressziós szintje POMC és orexigén NPY és AGRP a hipotalamuszban az ábrákon mutattuk be. 4. A POMC mRNS-expresszióját az alacsony születési súly csökkentette a kísérlet d 90-nél és 150-nél ( 0,05; 4E és F).
A mRNS expressziója TLR4 a hipotalamuszban, de a májban, a zsírszövetben vagy a vázizomban nem, a születési súly befolyásolta ( 5. ábra
Fehérje expresszió
A SOCS3 fehérje-expresszióját az 1. és 2. ábrán mutatjuk be. És a kiegészítő ábrák. S1. A SOCS3 fehérje expresszióját a hipotalamuszban jelentősen befolyásolta az étrend ( 0,05; ÁBRA. 6A), de a SOCS3 fehérje expresszióját az LBW sertésekben a HND-étrend fokozottan szabályozta, összehasonlítva az NND-diétákkal etetett sertésekkel ( 6. ábra
Az NFκB fehérje-expresszióját és foszforilációját az 1. és a 2. ábra szemlélteti. 7. ábra és kiegészítő ábrák. S2. A p-NFκB p65 és az NFκB p65 arányát étrend befolyásolta ( 7. ábra
Vita
Jelen tanulmányban az LBW sertések nem értek el hasonló testtömeget, mint az NBW sertések, ami nem értett egyet a korábbi kutatókkal, akik arról számoltak be, hogy az LBW-vel született sertések felnőtt korukban hasonló testtömegeket tudtak elérni 14,28,29 évesen. Ennek oka lehet az étrendi energiafogyasztás különbsége a vizsgálatok között. Madsen és kollégája 29 megállapította, hogy az LBW és az NBW sertések közötti abszolút energiafelvétel hasonló volt a különböző kísérleti időszakokban, ami nagyobb napi súlygyarapodást eredményezett. Azonban a jelen tanulmányban az LBW sertések energiafogyasztása alacsonyabb volt, mint az NBW sertéseknél, a kísérlet d 60 előtt. Az NBW-vel született sertések HND-étrendje nem befolyásolta a testtömeg-gyarapodást, azonban a kísérlet d 121-től 150-ig a testtömeg nagyobb volt a HND-étrenddel etetett LBW-sertésekben, mint az NND-diétával etetettekben, ami arra utal, hogy a sertések születtek változatos testtömeggel eltérő válaszokat adtak az étrendi tápanyagsűrűségre.
Az LBW sertések takarmányfelvétele és energiafogyasztása alacsonyabb volt, mint NBW társaiké, azonban amikor a takarmány- és energiafogyasztást testtömeg-alapon számolták, a relatív takarmánybevitel és az energiafogyasztás nagyobb volt az LBW sertéseknél, mint az NBW sertéseknél, és a HND diéta felerősítette ezt a különbséget a különböző kezelési csoportok között. Ezért ez a nagyobb mennyiségű tápanyagbevitel lehetővé teszi a testszövetek esetleges nagyobb felhalmozódását, és ez képezi az alapját az LBW sertések felzárkózási növekedésének. Ez lehet az oka annak, hogy a HND-étrendet tápláló LBW sertéseknél a legalacsonyabb a takarmány-nyereség arány a négy táplálkozási csoport között. Az NBW sertések energiafogyasztása hasonló volt a HND és az NND csoport között. Az energiafogyasztás és a relatív energiafogyasztás azonban nagyobb volt a HND-étrenddel etetett LBW sertésekben, mint az NND-étrendben, ami arra utal, hogy az LBW sertéseknek az energia-beviteli viselkedést szabályozó mechanizmusai eltérő mintával.
A leptin, egy adipocita eredetű hormon, amely bejuthat az agyba az élelmiszer-bevitel és az energiafogyasztás szabályozása érdekében, nagyobb volt a HND-étrendet tápláló LBW sertések keringésében, mint más csoportok. A nagyobb energiafogyasztással együtt a HND-táplálékkal etetett LBW sertések a leptinrezisztencia tüneteit mutatták. A csökkent SOCS3 a gén és fehérje expresszió szerepet játszhat ebben a folyamatban az előző kutatás alapján, amely azt mutatta, hogy a SOCS3 leütése a hipotalamuszban leptin rezisztenciát indukálhat és megváltoztathatja az energiaegyensúlyt 34,35 .
A krónikus gyulladásos reakciót elismerték olyan gyakori okként, amely szabályozatlan energiaegyensúlyt és metabolikus betegségeket indukálhat 36, így a gyulladásgátló TLR4 és IL6 gén expressziót vizsgáltak a hipotalamuszban, a májban, a zsírban és a vázizomban. Érdekes módon a hipotalamusz TLR4 és IL6 Az mRNS expressziója gyorsabban változott a sertéseknél a születési súly és az étrend szerint, és a HND étrendet tápláló LBW sertéseknél szignifikánsan nagyobb volt TLR4 és IL6 Az mRNS-expressziók, mint a többi csoport a d 90-nél vagy a 150-nél, a kísérlet szigorúan arra utal, hogy a hipotalamusz gyulladásos reakciója szerepet játszik a HND-táplálékkal etetett LBW sertések etetési viselkedésének változásában. Ezenkívül az NFκB p65 fehérje expressziója és foszforilációja, amelyek kulcsfontosságú szerepet játszanak a gyulladásos és immunválaszokban, megemelkedtek a HND-étrendet tápláló LBW sertéseknél, ami megerősítette azt is, hogy az LBW sertéseknek nagyobb volt a gyulladásos válasza a HND étrendre.
A közelmúltban a hipotalamusz gyulladását javasolták újszerű mechanizmusként, amely szabályozza az arcív idegsejtek aktivitását és a táplálkozási magatartást 36, 37, és a SOCS3-ról megfigyelték, hogy fontos szerepet játszik a fertőzés és a gyulladás szabályozásában 38. A korai hipotalamusz-gyulladásra adott válasznak megfelelően az IGTT-teszt azt is feltárta, hogy a HND-étrendet tápláló LBW sertések már a kísérlet d 83.-ában nagyobb glükóz intoleranciát mutattak, mint a többi csoport, ami összhangban volt a korábbi kutatásokkal, amelyek kimutatták, hogy a hipotalamusz obesogén körülmények között aktiválható az energia, a testtömeg és a glükóz egyensúlyhiány elősegítése érdekében 39,40. Ezek a bizonyítékok, valamint a tanulmány eredményei arra utalnak, hogy az LEPR és a SOCS3 jelátvitel összehangolódik a hipotalamusz gyulladásos reakciójával, hogy megváltoztassák a különböző tápanyag-sűrűségű táplálékkal etetett LBW sertések etetési viselkedését és posztnatális glükóz-elhelyezését.
Következtetés
Ezek az eredmények együttesen azt mutatják, hogy a normális születési súlyú sertésekhez képest az alacsony születési súlyú sertéseknél a hipotalamusz leptinje és gyulladásos válasza eltérő volt a magas tápanyag-tartalmú étrendhez képest, ami hozzájárult a nagyobb energiafogyasztáshoz és a glükóz intoleranciához.