Дієта в кафетеріях - це надійна модель метаболічного синдрому людини із запаленням печінки та жирової тканини: порівняння з дієтою з високим вмістом жиру

Бранте П. Сампей

1 кафедра харчування, Школа глобального громадського здоров'я Гіллінга, Медична школа; Університет Північної Кароліни в Чапел-Хілл, Чапел-Гілл, Північна Кароліна, США

Аманда М. Ванхуз

2 Кафедра молекулярної фізіології та біофізики Медичного центру університету Вандербільта, Нашвілл, штат Теннессі, США

Гелена М. Вінфілд

3 Центр харчування та обміну речовин Сари В. Стедман, Кафедра фармакології та біології раку, Медичний центр Університету Дьюка, Дарем, Північна Кароліна, США

Алекс Дж. Фрімерман

Майкл Дж. Мюльбауер

3 Сара В. Стедман Центр харчування та метаболізму, Кафедра фармакології та біології раку, Медичний центр Університету Дьюка, Дарем, Північна Кароліна, США

Патрік Т. Фюгер

4 Кафедра педіатрії та клітинної та інтегративної фізіології, Медична школа Університету Індіани, Індіанаполіс, Індіана, США

Крістофер Б. Ньюгард

Ліза Маковський

Пов’язані дані

Анотація

Вступ

У Сполучених Штатах ожиріння нещодавно досягло рівня пандемії з різних причин, включаючи бездіяльність та погане харчування (1,2). Останнє Національне обстеження здоров’я та харчування (NHANES) показало, що 68,3% тих, кого досліджували, вважали надмірною вагою (ІМТ ≥25), а 33,9% страждали ожирінням (ІМТ ≥30) (1). Дитяче ожиріння особливо важливо, оскільки все більше дітей розвивають такі захворювання, які раніше вважалися захворюваннями дорослих, такі як діабет II типу, високий кров'яний тиск, підвищений рівень інсуліну в сироватці крові та дисліпідемія; з ожирінням у дітей, які часто переростають у ожиріння у дорослих (2,3).

На сьогодні, однак, пряме порівняння між моделлю CAF та іншими моделями тварин на DIO не було адекватно оцінено. Тому ми розпочали всебічне порівняльне дослідження, яке продемонструвало, що дієта CAF є більш надійною моделлю ожиріння людини порівняно з HFD. Наша гіпотеза полягала в тому, що дієта з ХСН буде більш репрезентативною моделлю метаболічного синдрому людини; справді, ми надаємо підтверджуючі докази важкого ожиріння, неалкогольного стеатогепатиту (NASH) та непереносимості глюкози порівняно з традиційним HFD на основі сала. Крім того, оскільки роль хронічного низькоякісного системного запалення дедалі більше визнається, що відіграє роль у метаболічному синдромі, ми продемонстрували різке запалення, викликане CAF, у печінці та білих та коричневих жирових тканинах (BAT). Використання цієї швидкої та потужної моделі CAF DIO може бути корисним для виявлення нових шляхів профілактичного втручання або терапевтичних засобів при лікуванні ожиріння людини.

Методи та процедури

Тварини

Самці щурів Wistar (

12% ккал, отриманих з жиру (свинячий жир і лінолева кислота); (ii) “CAF”: постійний доступ до SC7001 плюс щоденний асортимент із трьох закусок від людини; (iii) “LFD”: визначена стандартна чау-чау (SC502) з 10% ккал, одержувана з жиру (свинячого жиру та соєвої олії); (iv) “HFD”, прирівняний до SC502, із зниженим вмістом вуглеводів та підвищеним вмістом сала (45% ккал, отриманих з жиру). Щури на дієті CAF споживали стандартний чау в

15% споживання щурами годували лише стандартною чау-їжею.

Середнє щотижневе споживання поживних речовин на щура в 10-тижневому дослідженні споживання їжі наведено в Додаткова таблиця S3 онлайн. Всі щури споживали

100 ккал/день/щур, за винятком щурів, що годували CAF, які значно споживали приблизно на 30% більше калорій (Додаткова таблиця S3 і Малюнок 1а ). Щури, що харчуються HFD, на відміну від щурів, що харчуються CAF, значно зменшили загальне споживання грамів калорійно щільної дієти, щоб нормалізувати споживання калорій до 2-го тижня, ефект, який часто спостерігається у гризунів, розміщених на HFD Малюнок 1b ). Споживання жиру паралельно відсотковому вмісту жиру в раціоні з споживанням SC та LFD

10 ккал/добу/щур, група HFD - 45 ккал/добу/щур та група дієти CAF - 55 ккал/добу/щур ( Малюнок 1c ). Щури, що годували CAF, набирали найбільшу вагу на дієті, майже вдвічі збільшуючи вагу, що виявляється у контролях SC, тоді як щури, що годували LFD та HFD, демонстрували подібний та проміжний приріст ваги ( Малюнок 1г ). Наступна група була поміщена на чотири експериментальних дієти протягом 15 тижнів, демонструючи подібний і тривалий приріст ваги ( Малюнок 1е і Додатковий малюнок S1 в Інтернеті) без статистичних відмінностей у довжині тіла серед груп лікування ( Малюнок 1f ).

Дієта CAF викликала гіперглікемію та резистентність до інсуліну

Дієта CAF викликала підвищення жирової маси білого та коричневого кольору, CLS, що містить макрофаги, та запалення

Повні люди з метаболічним синдромом накопичують масивні жирові депо, які, як виявляється, хронічно запалені (18). Щоб визначити, чи ожиріння в описаних тут моделях ожиріння гризунів паралельно описано фізіологічними показаннями метаболічного синдрому, ми вимірювали маси жирової тканини eWAT та BAT. Дієта CAF спричинила майже потроєння епідидимальної білої та коричневої жирової маси порівняно з контролем SC. HFD не спричиняв змін щодо LFD, але обидва вони суттєво відрізнялися від SC та CAF ( Малюнок 4а ). Подібні результати були знайдені для сального жиру у альтернативного набору тварин через 10 тижнів на експериментальних дієтах (дані не наведені). Підвищення рівня нестерифікованих жирних кислот у плазмі, що є ще однією ознакою метаболічного синдрому, паралельно збільшувало жирову масу з дієтою CAF, що демонструє найвищий рівень нестерифікованих жирних кислот, який був значно підвищений у порівнянні з контролем SC з LFD та HFD при проміжних концентраціях ( Малюнок 4b ).

Про інфільтрацію макрофагів у БАТ, крім посиленої інфільтрації макрофагів БАТ, в моделі трансгенної ліподистрофії відомо мало (25). Ми досліджували інфільтрацію макрофагів BAT, і дійсно, порівняно із звичайною архітектурою щурів, що харчуються SC, збільшення ожиріння спричиняє збільшення крапель жиру навколо судин в BAT з накопиченням LFD та HFD проміжних крапель ліпідів та дієтою CAF, що викликає значне накопичення жиру. Тільки щури, що годували CAF, продемонстрували значне накопичення крапель жиру в паренхімі BAT, що виходить від судинної системи ( Малюнок 6a – h ). Це відкладення жиру відрізняється від ВАТ, що оточує БАТ на периферії (дані не наведені). Як дієти HFD, так і CAF індукували сильні F4/80 позитивні макрофаги навколо судин, з підвищенням CAF та HFD проти контролю SC та LFD ( Малюнок 6i – l ).

Дієта CAF, індукована гепатостеатозом та запаленням

Дієта CAF, спричинена дисфункцією острівців

Значно підвищений рівень глюкози та інсуліну та докази резистентності до інсуліну за допомогою GTT та ITT у тварин CAF змусили нас дослідити підшлункову залозу за допомогою імуногістохімії. Щури, що годувались LFD та SC, мали нормальні острівці підшлункової залози з визначеними межами, тоді як щури, що годувались HFD, містили злегка гіпертрофічні та спотворені острівці. Острівці щурів, що харчуються CAF, були набагато більшими за розміром, з різко спотвореною архітектурою (див Додатковий малюнок S2 онлайн).

Обговорення

CAF: модель для ожиріння людини та метаболічного синдрому

DIO - це загальний інструмент, який використовується для вивчення метаболічного синдрому у гризунів. Представлене тут дослідження являло собою всебічний фізіологічний та гістологічний аналіз між загальновживаною моделлю для DIO (HFD на основі свинячого жиру), альтернативної дієтичної моделі енергетично щільних, дуже смачних продуктів харчування у стилі їдальні та засобів контролю, що харчуються LFD та SC. Дієта CAF забезпечує надзвичайно актуальну модель з точки зору вивчення раціону людини на гризунах і з’являється в той час, коли погані харчові звички американців перебувають у центрі уваги. Поточне збільшення ожиріння у всьому світі неможливо пояснити лише змінами генетичного походження. Отже, дієта в поєднанні з попереднім еволюційним тиском для «ощадливого» енергозберігаючого фенотипу з часів виживання людей у світі бенкетів чи голоду є очевидним фактором, що сприяє цій епідемії (26). Останні звіти NHANES демонструють, що 33,6% американської дієти складається з жиру (% ккал) (27). Дослідження Міністерства сільського господарства США щодо дієти США показало, що

16% американців мали вкрай поганий раціон харчування, а ці 74% потребували поліпшення раціону, на основі рекомендацій Міністерства сільського господарства США, щоденних норм (RDA) для зернових, овочів, фруктів, молока, м'яса, загального жиру, насичених жирів, холестерину, натрій та дієтичні різноманітності (28). Сучасні дослідження показують, що статистика ожиріння серед дітей та споживання дієти також відповідає цим тенденціям. Більше перекушування енергетично щільною їжею паралельно різкому збільшенню ожиріння серед дітей, оскільки нездорові закуски в даний час складають> 27% щоденної норми споживання калорій американською дитиною (29).

Маючи на увазі ці вражаючі дієтичні тенденції, ми розпочали дослідження з вивчення раціону людини на гризунах порівняно з традиційною дієтою гризунів, яку більшість дослідників використовують для моделювання ДІО. Наше дослідження показало, що у щурів, які харчуються продуктами, бідними поживних речовин людини, розвивається сильний метаболічний синдром, який є більш сильним, ніж ефект традиційного впливу ВЧЧ. Щури, що харчувалися CAF-дієтою, виявляли добровільну гіперфагію та різко підвищене споживання жиру, що призвело до різкого та швидкого збільшення ваги. Крім того, дієтичне харчування CAF сприяло розвитку переддіабетичного стану з підвищеним вмістом глюкози, інсуліну та нестерифікованих жирних кислот, що супроводжується зниженням толерантності до глюкози та інсуліну. Крім того, переважали хронічно запалені печінка та жирова тканина та спотворена архітектура панкреатичних острівців.

Вибір контрольної дієти в дослідженнях на тваринах

Важке запалення жиру та печінки при CAF

У сукупності ми продемонстрували в порівняльному дослідженні, що CAF є більш надійною моделлю метаболічного синдрому, ніж HFD на основі свинячого жиру, і що швидкий набір ваги, ожиріння, поліорганні дисфункції та патології, що спостерігаються в моделі CAF, більш точно відображають сучасний стан людини з ожирінням на початку захворювання. Дієта CAF, хоча трудомістка і «нетрадиційна», може бути найкращою моделлю для наслідування сучасних тенденцій ожиріння людини.