Дієтичний вплив соєвого білка на спадкову полікістоз нирок залежить від статі та рівня білка.

Анотація

Аутосомно-домінантна полікістозна хвороба нирок (ADPKD) зустрічається у 1 з 400 до 1 на 1000 людей у Північній Америці, що робить її одним із найпоширеніших генетичних захворювань та найбільш часто успадковуваною нефропатією. Генетичний локус, відповідальний приблизно за 85% випадків, виявляється в хромосомі 16 (PKD1), а в більшості інших - у хромосомі 4 (PKD2). Також повідомляється про третій локус (переглянутий у посиланнях (1, 2, 3)). Значні відмінності у розвитку цього розладу, однак, навіть у споріднених осіб з однаковим генетичним ураженням свідчать про те, що модифікуючі гени та/або фактори навколишнього середовища також впливають на прогресування цього захворювання.

Прогресування кістозної хвороби нирок у багатьох тваринних моделях ХХН можна змінити, додаючи до раціону конкретні неживні сполуки або маніпулюючи складовими, які вже є в раціоні. Сполуки, що додаються до дієти, що покращує ПКЗ на моделях тварин, включають еналаприл, лозартан, метилпреднізолон та HCO3 - (4, 5, 6), тоді як NH4Cl та NaCl (4, 6, 7) погіршують захворювання. Дієтичне обмеження K + прискорює захворювання на ХХН, тоді як обмеження NaCl або білка затримує його прогресування (4, 7, 8, 9, 10). З цих дієтичних модифікацій зниження вмісту білка є суттєвим, оскільки це дієтична маніпуляція, яка може зменшити розвиток ниркової кісти та продовжити виживання без негативного впливу на ріст тіла (8, 9). Дослідження на моделях ПКС на тваринах вказують на те, що зменшення споживання дієтичних білків на початку процесу захворювання значно уповільнює прогресування захворювання (7, 8, 9, 10), припускаючи, що зменшення споживання білка у пацієнтів з неазотемічною ХХН може бути дуже важливим режимом лікування цього розладу. З появою потенціалу генетичного скринінгу на ХХН позитивний діагноз можна поставити задовго до того, як відбудеться явне погіршення функції нирок; це дало б час відповідній дієтотерапії вплинути на прогресування захворювання.

Інший потенційний терапевтичний підхід до ХХН включає зміну типу харчового білка. Два останні повідомлення вказують на те, що дієтичний соєвий білок зменшує ріст кісти нирок на тваринних моделях ХХН (11, 12). Рослинний білок, отриманий із сої, може мати унікальний вплив на це захворювання нирок, оскільки було показано, що дієти на основі сої мають сприятливий вплив на нирки у людей (13, 14, 15) та на деяких моделях захворювань нирок на тваринах (16, 17 ). Соєвий білок містить фітоестрогени; вони можуть впливати на баланс стероїдних гормонів, який, як видається, відіграє важливу роль у деяких моделях ХХН (18, 19, 20).

Попередні дослідження щодо ефектів надходження дієтичного білка на тваринні моделі ХХН використовували лише тварин чоловічої статі. Хоча деякі дієтичні методи лікування так само впливають на прогресування захворювання у чоловіків та жінок, інші застосовували гендерні реакції (7, 21). У людей з ХЗН виявляється гендерна різниця у прогресуванні захворювання, при цьому жінки піддаються нирковій недостатності приблизно на 5 років пізніше, ніж чоловіки (22, 23, 24, 25), хоча цей висновок не є універсальним ( 26). Прогресування хвороби в Хані: SPRD-cy модель щурів на ХХН також залежить від статі та стероїдних гормонів (19, 20), припускаючи, що гормональні впливи відіграють певну роль у прогресуванні цього захворювання.

Дослідження, описані в цьому документі, перевірили гіпотезу про те, що зміна рівня харчового білка та джерела білка по-різному впливає на прогресування захворювання у самців та самок тварин. Ми вивчали вплив дієтичного соєвого білка разом з ефектом обмеження білка (до низького, але при цьому підтримуваного рівня) на початку процесу захворювання у мишей CD1-pcy/pcy (pcy) у самців та самок мишей, тваринна модель ПКД. Ці дослідження вказують на те, що стать та джерело дієтичного білка є важливими факторами здатності зменшеного споживання дієтичного білка стримувати прогресування ХХН.

Матеріали та методи

Тварини

Протокол експериментів на тваринах відповідав Національному керівництву інститутів охорони здоров’я щодо догляду та використання лабораторних тварин і був затверджений Університетським комітетом з догляду та використання тварин. Розмножувальні пари моделі ПКІ миші ПКД (27, 28) були отримані від В. Х. Гаттон II, Медичний центр Університету Канзасу. Самців і самок мисливських мишей відлучали у віці 4 тижнів і утримували в контрольованих умовах (від 22 до 24 ° C), вологості (від 50 до 60% відносної вологості) та світла (12-годинний цикл світла/темряви).

Дієти та експериментальний протокол

Лабораторні аналізи

Ліву нирку ліофілізували для визначення вмісту води. Права нирка була зафіксована в алкогольному реактиві Буена і вбудована в парафінові блоки. Зрізи (4 мкм) встановлювали на предметних стеклах і фарбували періодичною кислотою-Шиффом для візуалізації. Морфометричний аналіз випадково вибраних зрізів проводили за допомогою мікроскопа Olympus BX60, оснащеного камерою Dage MTI CCD72 з комп’ютерним інтерфейсом. Навчений сліпий спостерігач проводив аналіз зображення за допомогою програмного забезпечення Microcomputer Imaging Device (Imaging Research, Inc., St. Catharine's, Онтаріо, Канада). При збільшенні об'єкта до екрану × 470 площа кісти визначалася з неперекриваючихся полів, поки не покрилася вся ділянка нирки. Для оцінки об’єму кісти площа кісти множилася на масу правої нирки, поділену на масу тіла; це називалося оцінкою кісти. Загальний білок сироватки визначали методом Бредфорда (30), а альбумін сироватки вимірювали за допомогою реагентів Sigma kit 631 (Sigma, Сент-Луїс, Міссурі). Концентрацію азоту сечовини в сироватці крові (SUN) та концентрацію креатиніну визначали за допомогою реагентів із наборів Sigma 640 та 555 відповідно.

Статистичний аналіз

Дані аналізували ANOVA конструкції 2 × 2 × 2. Нормальність даних перевіряли за допомогою тесту Шапіро-Вілька W. За необхідності дані нормалізувались шляхом логарифмічного перетворення. Дані подаються як нетрансформовані засоби ± SEM. Різниці та взаємодії вважалися значними на P Переглянути цю таблицю:

Переглянути вбудований
Переглянути спливаюче вікно

Загальний вплив рівня білка в їжі, джерела білка та статі на мишах, що вживають їжу

Загальний вплив рівня білка в харчуванні, джерела білка та статі на показники сироватки крові у мишей

Вплив джерела білка, рівня білка та статі на вміст води в нирках (г) у мишей. Основні ефекти джерела білка, рівень білка та стать є значними. Щодо рівнів значущості див. Таблицю 1.

Вплив джерела білка, рівня білка та статі на концентрацію азоту в сечовині у сироватці крові (мг/дл) у мишей, що вживаються. Основні ефекти джерела білка та рівня білка значні. Щодо рівнів значущості див. Таблицю 2.

На додаток до менш збільшених нирок, площа нирки, зайнята цистами, була на 19% нижчою у тварин, які годували соєвим білком, порівняно з казеїном. Приклади розрізів нирок для кожного лікування показані на малюнку 5. Також оцінено бал кісти, помноживши площу кісти на масу правої нирки відносно маси тіла, щоб отримати оцінку об’єму кісти. Загалом показник кісти був на 37% нижчим у тварин, які годувались дієтами, що містять соєвий білок, порівняно з казеїном. Однак існувала значна взаємодія між рівнем білка та джерелом білка. Простий аналіз ефекту цього параметра показав, що вплив соєвого білка був значним лише на тварин на дієтах LP (рис. 2). Вміст води в нирках був на 25% нижчим у тварин, які харчувались соєвим білком, що свідчить про менше накопичення рідини кісти. При вираженні відносно загальної маси тіла (мг/100 г) вміст води в нирках також був значно нижчим (на 24%) у тварин, що годувались соєвим білком (дані не наведені). Незважаючи на те, що між будь-якими основними ефектами для води в нирках не було значних взаємодій, дані щодо середніх показників середньої групи (рис. 3) мали подібні показники щодо середніх показників відносної ваги нирок (рис. 1) та оцінки кісти (рис. 2), що вказує що ефекти соєвого білка були найбільшими у самок та у тварин, які харчувались ЛП.

Чотиримікрометрові зрізи нирок (періодична кислота-Шиффа, × 25) від самців (від A до D) та жіночих (від E до H) мишей CD1-pcy/pcy. (А та Е) Тварини, що годуються казеїном, на звичайних білкових раціонах. (В і Ж) Тварини, що харчуються казеїном, на дієтах з низьким вмістом білка. (C і G) Тварини, що годуються соєю, на звичайному білковому раціоні. (D і H) Тварини, що годуються соєю, на дієтах з низьким вмістом білка.

Значення креатиніну в сироватці крові у тварин, яких годували цими двома джерелами білка, не відрізнялися, що свідчить про те, що цей показник функції нирок не змінюється у тварин, що живуть у пці, у цьому віці (наші неопубліковані спостереження). Значення SUN були на 18% нижчими у всіх тварин, які годували соєвим білком, порівняно з тваринами, які годувались дієтами на основі казеїну. Наприкінці дієтичного лікування маса тіла та концентрація білків та альбумінів у сироватці крові були однаковими у тварин, яких годували казеїном або дієтами соєвого білка, демонструючи, що якість соєвого білка була достатньою для підтримки росту та забезпечення адекватної поживності білка. Споживання їжі та води також було подібним у тварин, яких годували обома джерелами білка, що вказує на те, що рівень споживання білка був однаковим у тварин, які годували казеїн та сою.

Ефекти рівня білка

Зменшення білка в їжі суттєво впливало на розмір нирок, показник кісти та вміст рідини у тварин, що містять м’ясо (див. Таблицю 1). Після 13 тижнів дієт нирки були на 32% меншими у тварин на дієтах LP, порівняно з тими, які харчувались NP. Вага нирок, виражена відносно маси тіла, була на 30% нижчою у тварин на дієтах LP. Що стосується оцінок оцінки кісти, нирки тварин у дієтах LP мали на 25% нижчий показник кісти, ніж нирки тварин у режимах NP. Простий аналіз ефекту, зумовлений взаємодією між основними ефектами (див. Вище), показав, що вплив рівня білка на розмір нирок та показник кісти був значним у тварин, що годувались соєю, але не у тих, що годували казеїном (рис. 1 та 2). Кількість води в нирках також була нижчою у тварин на дієтах ЛП, що свідчить про менше накопичення рідини кісти.

Концентрація СОНЦУ була на 25% нижчою у тварин на дієтах LP, порівняно з концентраціями на дієтах NP. Незважаючи на те, що споживання їжі було вищим у тварин на ЛП порівняно з дієтами НП, загальна кількість спожитого білка все ще була на 61% нижчою, ніж кількість споживаних тваринами дієти НП (23,4 г/добу порівняно з 60,0 г/добу) . Незважаючи на нижчий рівень споживання білка, наприкінці дієтичного лікування маса тіла та концентрація білків та альбумінів у сироватці крові були однаковими у тварин на дієтах NP та LP, що вказує на те, що тварини на всіх дієтах отримували адекватний харчовий білок. Значення креатиніну в сироватці крові також були подібними у тварин на НП порівняно з дієтами ЛП. Споживання води було на 27% нижчим у тварин, які дотримувались дієт LP.

Гендерні ефекти

У цьому дослідженні на розмір нирок, показник кісти та вміст води також впливав стать у мишей, що містять клітини (табл. 1). Однак існували взаємодії в аналізі розміру нирок та балів кісти (як зазначено вище), і прості аналізи ефекту показали, що гендерні відмінності у розмірі нирок та балах кіст були наявні лише у тварин, що годувались соєвим білком (малюнки 1 та 2). Вміст води в нирках у жінок був на 35% нижчим, ніж у чоловіків. Наприкінці дієтичного лікування концентрація SUN, креатиніну в сироватці крові, сироваткового білка та сироваткового альбуміну була однаковою у чоловіків та жінок. Прийом їжі та води також був подібним.

Обговорення

Показано, що зменшення споживання білка з їжею уповільнює прогресування ПКД у мишей типу «пцы» та у щурів Han: SPRD-cy та подовжує виживання у мишей «пці» (7, 8, 9, 10). Це дослідження припускає не тільки те, що зменшення білка є корисним для жіночих мишей, але також і те, що вплив дієтичного соєвого білка на розмір нирок та кіст може бути більшим у жіночих тварин. Повідомлялося про інші дієтичні маніпуляції, які по-різному впливають на прогресування ХХН у чоловічих та жіночих моделей тварин. Заміна дієтичного риб’ячого жиру на олію насіння соняшнику зменшила тривалість життя самців мишачих мишей, але не зробила жодного впливу на їх жіночих аналогів (21). У Han: щури SPRD-cy навантаження NH4Cl мала більший вплив на відносну вагу нирок та концентрацію SUN у самок у порівнянні з тваринами чоловічої статі (7).

Механізми, за допомогою яких соєвий білок гальмує збільшення нирок та ріст кіст, незрозумілі. Справжня засвоюваність казеїну та соєвого білка є високою (від 97 до 98%), тому споживання N на цих двох дієтах є подібним (33). Крім того, соєвий білок піддавали термічній обробці для інактивації активності інгібітора трипсину сої. Дієта AIN-93G, яка була використана у цьому дослідженні, також включає добавки сірчаних амінокислот (29), оскільки як казеїн, так і соєвий білок мають відносний дефіцит цих амінокислот. У дослідженнях дієти часто бажано включати групу, яку годують парою. Однак, за погодженням із дослідженням, на якому використовували мишей-самців, які годували соєвим білком (11), споживання їжі (і калорійність) не відрізнялося від годування казеїном порівняно з тваринами, що годували соєю. Отже, група, яка годувалась паром, отримувала таку ж кількість їжі, яку споживали тварини, що годували сою, була б ідентичною групі, яка годувалась казеїном (контрольна).

Аномалії метаболізму позаклітинного матриксу та компонентів базальної мембрани можуть змінити ріст епітеліальних клітин при ХХН та, як видається, спричиняють інтерстиціальне запалення та фіброз (1, 2, 3). У зв'язку з цим нещодавно було продемонстровано протизапальну дію соєвого білка на моделі щурів Han: SPRD-cy на ПКД (19). Інгібування запалення, здається, зменшує ріст кісти, як це було показано з метилпреднізолоном у щурів Han: SPRD-cy та мишей (5). Соєві ізофлавони можуть мати протизапальну дію, оскільки деякі, такі як геністеїн (39), можуть інгібувати активність тирозинкінази, пов’язану з активацією цитокінів та факторів росту, і можуть гальмувати проліферацію запальних клітин (40). Події фосфорилювання тирозину є важливими регуляторами подій метаболізму ниркового фосфоїнозитиду (41, 42); ця внутрішньоклітинна сигнальна система змінена у миші (43, 44, 45). З іншого боку, нещодавнє дослідження показало, що додавання геністеїну до раціону особин чоловічої статі, які отримують високий рівень харчового білка, не впливає на прогресування захворювання (11). Тому незрозуміло, чи дієтичний геністеїн чи інші ізофлавони відіграють роль у повідомлених протизапальних ефектах дієтичного соєвого білка.

Було висловлено припущення, що амінокислота L-аргінін може опосередковувати захисний ефект обмеження дієтичного білка при захворюваннях нирок (46), і що більш високий рівень L-аргініну в соєвому білку може надавати його захисний ефект на функцію нирок (16) . L-аргінін є попередником кількох продуктів, що беруть участь у пошкодженні та відновленні тканин, тобто оксиду азоту, поліамінів та проліну. Однак не всі дослідження продемонстрували захисний ефект L-аргініну при захворюваннях нирок (розглянуто в посиланні (47)), і ми виявили, що додавання L-аргініну до дієти з низьким вмістом білка протягом 3 місяців не впливає на розмір нирок у дорослого чоловічі або жіночі миші (наші неопубліковані спостереження).

Механізм, за допомогою якого соєвий білок робить сприятливий вплив на мишей, особливо у самок, і чи це призводить до поліпшення виживання, ще належить визначити. Однак сучасне дослідження підтверджує, що зменшення розміру нирок та кіст при ХХН можна досягти на тваринних моделях захворювання, використовуючи дієтичні стратегії, що зберігають нормальний ріст. Це також вказує на те, що вплив дієтотерапії на захворювання може суттєво відрізнятися у чоловіків та жінок. Незважаючи на те, що ці ефекти повинні бути підтверджені в дослідженнях на людях, перш ніж можна робити будь-які рекомендації, докази того, що джерело білка має значний вплив на захворювання, в цій моделі піднімають можливість додаткового режиму дієтотерапії.

Виноски

Ця робота була частково представлена на 30-й щорічній зустрічі Американського товариства нефрології, Сан-Антоніо, Техас, 4 листопада 1997 р.