Субекти

Резюме

Влиянието на диетичното соево масло, свинска мас и рибено масло върху физиологичните реакции в средната възраст е малко проучено. В това проучване ние изследвахме промените в оксидативния стрес, възпалителните цитокини, дължината на теломерите и свързаната с възрастта генна експресия в черния дроб на плъхове на средна възраст в отговор на горните три диети с мазнини. Мъжки пол Sprague Dawley плъхове (на 12 месеца) са били хранени с диети AIN-93M в продължение на 3 месеца, при които соевото масло е заменено по равно на свинска мас или рибено масло. В сравнение с диетата с мас, приемът на диета с рибено масло значително намалява наддаването на телесно тегло, броя на белите кръвни клетки и нивата на чернодробния триацилглицерол, общия холестерол, натрупването на мазнини, липопротеините с ниска плътност, оксидативния стрес и възпалителните цитокини (P

Въведение

Мазнините са важен компонент на човешката диета и тяхната хранителна стойност до голяма степен зависи от състава на мастните киселини 1. Различните източници на мазнини имат различно приложение. Свинската мас се е използвала главно за производство на хлебни и хранителни продукти в западните страни преди много години и е заменена от растителни масла, включително соево, слънчогледово и маслиново масло по отношение на здравословните проблеми 2, 3. Свинската мас обаче все още се консумира широко в някои развиващи се страни. Някои хора дори вярват, че свинската мас не е лоша, както си представяме 4. Рибеното масло обикновено се прилага като добавка, тъй като съдържа високи нива на n-3 мастни киселини и може да предотврати някои заболявания 5 .

Доказано е, че съставът на мастните киселини в диетите с мазнини е свързан с окисляване и възпаление. Наситените мастни киселини (SFA) са по-устойчиви на окисляване, тъй като не съдържат ненаситени връзки. Диетите с високо съдържание на мазнини обаче могат да увеличат риска от възпаление при миши модели 6. От друга страна, n-3 полиненаситените мастни киселини (PUFA) имат антиоксидативна активност, тъй като NF-κB пътят може да бъде инхибиран от ейкозахексаенова киселина (EPA), докозахексаенова киселина (DHA) и техните метаболити 7. Дефицитът на n-3 PUFAs може да насърчи експресията на липогенни гени и чернодробната стеатоза чрез X-рецептор 8 на черния дроб. Напротив, богатите на n-6 PUFA диети могат да доведат до по-високи нива на липидна пероксидация и ДНК окислителни пробиви в тъканите и кръвта на плъховете по време на стареене, докато диетите, базирани на MUFA, показват по-малко окисление 9. Смята се, че n-3 PUFAs систематично намаляват възпалителните реакции чрез регулиране надолу на възпалителната генна експресия чрез NF-κB инактивиране 10. Въпреки това, n-6 мастните киселини, по-специално на линолевата киселина (18: 2 n-6), могат да окажат провъзпалителен ефект 11. Мононенаситените мастни киселини (MUFA), включително олеиновата киселина (OA), показват двойна роля при възпалението 6, 12,13,14 .

Оксидативният стрес е признат като критичен фактор за много физиологични промени, по-специално за процеса на стареене 15, 16, който се характеризира като хронично и субклинично възпалително състояние 17. Процесът на стареене обикновено е придружен от геномна нестабилност, износване на теломерите, епигенетични промени, загуба на протеостаза, митохондриална дисфункция и клетъчно стареене 18. Средната възраст е по-ранен етап от процеса на стареене, през който могат да настъпят постепенни физически промени и някои хронични заболявания 19. Такива промени биха повлияли на резултатите в напреднала възраст 20. Много изследвания подчертават влиянието на диетите върху стареенето. Налични са обаче малко данни за въздействието на хранителните мазнини върху физиологичните реакции в средните векове.

За тази цел изследвахме как приемът на соево масло, свинска мас и рибено масло повлиява окислителния и възпалителен статус, свързаната с възрастта генна експресия, дължината на теломерите и други свързани параметри на плъхове на средна възраст. Предложен е и основният механизъм.

Резултати

Натрупване на мазнини

Хистологичните наблюдения с оцветяване с маслено червено О показват, че количеството и размерът на капчиците чернодробна мазнина в групата свинска мас е по-голяма от тази в групите соево масло и рибено масло (фиг. 1а – в). Съответно, чернодробният триацилглицерол (TAG) и общият холестерол (TC) в групата свинска мас са значително по-високи от тези в групата рибено масло (Фиг. 1г, P 0,05). Групата свинска мас също показа по-голямо наддаване на телесно тегло и индекс на черния дроб, отколкото групите рибено масло и соево масло (P 0,05, таблица 1). В кръвта TAG, TC и липопротеините с ниска плътност (LDL) са по-високи в групата свинска мас в сравнение с тези в групите рибено масло и соево масло (P 0,05).

диета

Окислително състояние

Каталазата (CAT), супероксиддисмутазата (SOD), глутатионпероксидазата (GSH-PX) и общият антиоксидантен капацитет (T-AOC) бяха анализирани, за да се оцени косвено производството на реактивни окислителни видове (ROS) в черния дроб (фиг. 2). Дейностите на SOD и T-AOC в групата на рибеното масло са по-високи от тези на групата свинска мас (P 0,05, фиг. 2а и в), умерено строгите сравнения на Дънкан показаха значителна разлика в дейностите на CAT и GSH-Px между групите рибено масло и свинска мас (Фигура S1). Групата соево масло не показва значителна разлика в тези променливи от групата рибено масло (P > 0,05, фиг. 2). Това показва, че приемът на свинска мас може да наруши антиоксидантната активност в по-голяма степен, отколкото рибеното масло.

Възпалителен статус

Броят на белите кръвни клетки (WBC) в групите соево масло и рибено масло е значително по-нисък от групата свинска мас (P 0,05, фиг. 3а и в). Нивата на IL-1β и TNF-α тРНК не се различават между групата на соевото масло и свинската мас (P > 0,05, фиг. 3б и г).

Генна експресия, свързана със стареенето

Както е показано по-горе, приемът на свинска мас е подтикнал плъховете на средна възраст към съществено различни физиологични реакции от другите две мастни диети. За по-нататъшно изследване на основните молекулни механизми бяха извършени анализи на PCR масиви, свързани със стареенето, и бяха сравнени данните за иРНК, в които групата свинска мас беше зададена като контрол. Резултатите разкриха, че 41 и 32 гена са регулирани надолу съответно в групата рибено масло и групата соево масло в сравнение с групата свинска мас (P 0,05) и 2,13 гънки в групата рибено масло (P Фигура 4

Анализът на генния набор на данни от PCR масиви показа, че 16, 3, 2, 4 и 3 от 32 диференциално експресирани гена в гените на соевото масло са свързани съответно с възпалителни отговори, апоптоза, свързване на ДНК, протеостаза и износване на теломерите (Фиг. 4г) . Анализът за обогатяване на генни комплекти допълнително показва, че тези гени са участвали в пътищата на каскади на комплемента и коагулацията, окислително увреждане, активиране на комплемента и сигнализация, подобна на тол-рецепторите (допълнителна таблица S1). От 41 диференцирано експресирани гена в групата на рибеното масло, 19, 2, 2, 3, 2, 2 и 4 гена са свързани с възпалителни отговори, апоптоза, свързване на ДНК, износване на теломери, ламинопатии, невродегенерация, оксидативен стрес и митохондриална дисфункция ( Фиг. 4д). Анализът на обогатяването съвпада с тези гени с шест пътища, т.е. каскади на комплемента и коагулацията, окислителни увреждания, активиране на комплемента, сигнализация на рецептор, митохондриална генна експресия и FAS пътека и индукция на стрес на регулацията на HSP (допълнителна таблица S2).

Дължина на теломера

Дължината на теломера се счита за добър показател за процеса на стареене 18. Чернодробната абсолютна дължина на теломерите (aTL) беше измерена чрез RT-PCR. Резултатите показват, че стойностите на aTL са значително по-големи (P 0,05). По този начин приемът на рибено масло може да забави износването на теломерите за плъхове на средна възраст в сравнение с приема на свинска мас.

Дискусия

Все повече доказателства показват, че видът на диетичните мастни киселини има определен ефект върху здравето на животните, като променя липидния метаболизъм 21,22,23. Например приемът на стеаринова киселина води до драстично намалена висцерална мастна тъкан 24, дори ако стеариновата киселина може да се съхранява по-лесно в черния дроб в междинни точки след хранене (24

48 з) от линоленова или олеинова киселина 25. Палмитолеиновата киселина и конюгираната линолова киселина могат да предотвратят отлагането на мазнини в черния дроб 26, 27. Освен това, приемът на DHA и арахидонова киселина (ARA) може значително да намали чернодробното тегло, серумните TAG и TC, епидидималната мазнина в сравнение с палмитиновата киселина, което би било свързано с повишено β-окисление на мастните киселини, регулирана надолу тРНК синтеза на мастни киселини и експресия на свързващ протеин-1с регулаторен елемент на стерол 28. По този начин, приемът на наситени мастни киселини с дълги вериги (броят на въглеродните скелети по-голям от 12) може да увеличи отлагането на липиди, докато мононенаситените или полиненаситените мастни киселини биха инхибирали отлагането на липидите. Такъв ефект може да зависи от възрастта на изследваните субекти и вида на мастните киселини.

Възрастният ефект е относително сложен, тъй като нивото на възпаление варира значително в зависимост от възрастта, през която Toll-подобни рецептори (TLR) играят критична роля в индуцирането на възпалителни и имунни реакции При млади плъхове SFAs могат да имат по-голям принос за провъзпалителните процеси, отколкото други мастни киселини, тъй като SFAs могат да служат като лиганди за TLR-2 и TLR-4, което води до индукция на провъзпалителна генна транскрипция чрез активиране на NF-kB сигнализиране каскади 30. Показано е, че n-6 мастните киселини (например линолова киселина) оказват провъзпалителен ефект 31 и могат да бъдат превърнати в ARA. При млади нокаутиращи мишки TLR4 е установено, че EPA и DHA инхибират сигналния път на TLR-4. Въпреки това, добавянето на n-3 PUFA (1,68 g EPA и 0,72 g DHA/d) при стари пациенти в продължение на 3 месеца показва по-голям потенциал за намаляване на възпалителните цитокини (IL-1β, IL-6, TNF-α), отколкото при младите 32. N-3 PUFA може да облекчи свързаните с възрастта заболявания, като намали нивото на възпаление 33. Горните резултати се фокусираха върху диетата или възрастовите ефекти при различни модели, включително модела с високо съдържание на мазнини. Диетичните формулировки се различават доста от нормалната диета.

Следователно, настоящото проучване имаше за цел да разкрие как мастните киселини в храната влияят върху натрупването на мазнини, окислителния статус, възпалителния статус, генната експресия, свързана със стареенето, и дължината на теломерите при плъхове на средна възраст.

Установено е, че диетите в западен стил, които са характерни за високи нива на n-6 PUFAs, SFAs и транс-мастни киселини, но ниски нива на n-3 PUFAs, могат да бъдат свързани с нарастваща честота на метаболитни синдроми, предизвикани от възпалителни реакции 44. Заместването на SFA с MUFA обаче би намалило възпалителните реакции 6, а обогатената с MUFA средиземноморска диета може да намали честотата на метаболитните синдроми 13 .

В настоящото проучване хранителните мазнини предизвикват значителни промени във фенотипа на възпалението при плъхове на средна възраст. Плъховете, хранени със свинска мас, изглеждаха по-податливи на възпаление чрез преброяване на белите кръвни клетки и тромбоцитите, отколкото тези на соевите и рибените масла. В рибеното масло относително високо ниво на палмит олеинова киселина (16: 1) може да участва в регулирането на инсулиновата чувствителност, инхибирането на възпалението и предотвратяването на натрупването на мазнини в черния дроб 55. В допълнение, ARA може да се превърне в простагландини и левкотриени, които са важни провъзпалителни медиатори и могат да индуцират производството на ROS 56. Линолевата киселина в соевото масло може да бъде превърната в ARA 57. Освен това, добавките със зехтин (с високо съдържание на ОА) могат да причинят тежко възпаление чрез регулиране на интрахепаталната генна експресия на провъзпалителни молекули 12. Хигеровата олеинова и линолова киселини в соевото масло могат да предизвикат по-голямо ниво на възпаление от рибеното масло.

По-високото ниво на LDL в групата свинска мас може да бъде свързано с възпаление. LDL е богат на холестерол и холестерилов естер, които лесно се окисляват и агрегират. Окисленият LDL би предизвикал TLR4-медииран сигнален път (CD36 – TLR4 – TLR6 възпаление) и активират NF-кВ и Pro-IL-1β, които могат да се разцепят от каспаза 1 до IL-1β и допълнително предизвикват възпаление 58 .

Резултатите от PCR масива допълнително потвърдиха, че хранителните мазнини индуцират различни нива на възпаление. В сравнение с групата свинска мас приемът на соево масло е причинил понижаване на регулацията на 16 гена, участващи във възпалителния отговор, и 19 гена, свързани с възпалението. Анализът за обогатяване на пътя показва, че приемът на соево и рибено масло може да намали възпалителния отговор чрез регулиране надолу на генната експресия, включваща активиране на комплемента и сигнализация, подобна на тол-такса. В допълнение, гените, включващи оксидативен стрес и митохондриална дисфункция, също бяха регулирани надолу в групата рибено масло и това беше в съответствие с промените в чернодробните антиоксидантни ензимни активности. Приемът на соево и рибено масло доведе до понижаване на FOXO 1, което може да се дължи на по-малко натрупване на чернодробна мазнина и по този начин да намали нивото на инсулин. Въпреки това, по-високият инсулин може да активира NF-кВ чрез фосфорилирането на FOXO чрез PI3K/Akt сигнален път и водят до понижаване на регулирането на MnSOD и CAT. Това би увеличило нивото на ROS, което от своя страна може да активира NF-κB и в резултат да увеличи възпалението 53 .

Трябва да се отбележи, че ефектът на хранителните мазнини върху възпалението при нормална доза е сравнително малък. Въпреки това, диетичният ефект може да се засили, ако дозата от мазнини в диетата се увеличи. Въпреки това, настоящото проучване все още предоставя значителни резултати от някои физиологични реакции. До известна степен резултатите отразяват постепенния оксидативен стрес и възпаление, предизвикано от диетичните мазнини в средната възраст. По-нататъшна работа трябва да бъде направена за сравняване на ефекта от мазнините в диетата сред младите, средните и възрастните и за оценка на диетичния ефект при по-високи дози. Освен това маркерите, свързани с автофагията, трябва да бъдат количествено определени, за да се оцени дали различните източници на мазнини предизвикват автофагия в средните.

В обобщение е предложен основен механизъм за индуцираното от мазнини окисление-възпаление при плъхове на средна възраст (Фиг. 6). Натрупването на мазнини може да увеличи производството на ROS, което може да предизвика окисляване на протеини, липиди и ДНК, а оттам и клетъчната апоптоза, стареене и стареене. SFAs, окислени мастни киселини и n-6 PUFAs в диети могат да бъдат транспортирани в цитоплазмата чрез TLR, и след това активирайте NF-κB и индуцирайте възпаление. Въпреки това, n-3 PUFAs могат да потиснат TLR-индуцирано NF-кВ активиране. ROS може директно да активира NF-κB и да индуцира CASP-1 за разцепване на pro-IL-1β, за да се получи IL-1β. TNF-α, IL-6 и IL-1β могат от своя страна да активират NF-κB и допълнително да влошат про-възпалението. TNF-α, апоптоза и стареене биха индуцирали производството на ROS. Освен това инсулинът може да се активира FOXO 1, но инхибират MnSOD и CAT и като следствие подобряват производството на ROS.

Предложен основен механизъм за индуцирано от мазнини окисляване/възпаление/стареене. ROS, реактивни кислородни видове; FA: мастни киселини; n-3: n-3 мастни киселини; n-6: n-6 мастни киселини; SFA: наситена мастна киселина; TLR: тол-подобен рецептор; NF-κB: фактор на ядрена транскрипция κB; FOXO 1: кутия за глава на вилица O 1; Pro-IL-1β: про-интерлевкин 1β; MnSOD: Mn супероксид дисмутаза; КАТ: каталаза; IL-6: интерлевкин 6; TNF-α: фактор на туморна некроза α; IL-1β: интерлевкин 1β; лилавата линия показва CASP-1 опосредстван път; зелена линия показва инсулиновия път; червената линия показва TNF-α, клетъчна апоптоза и пътища на стареене, които увеличават производството на ROS; синята точка показва линия за автоматично активиране, индуцирана от IL-6 и IL-1β.