Отделение за приложно хранене и химия на храните, Университет Лунд, Лунд, Швеция

съдържание

Отделение за приложно хранене и химия на храните, Университет Лунд, Лунд, Швеция

Отделение за приложно хранене и химия на храните, Университет Лунд, Лунд, Швеция

Отделение за приложно хранене и химия на храните, Университет Лунд, Лунд, Швеция

Отделение за приложно хранене и химия на храните, Университет Лунд, Лунд, Швеция

  • Грета Якобсдотир,
  • Jie Xu,
  • Гьоран Молин,
  • Сив Арне,
  • Маргарета Найман

Фигури

Резюме

Въведение

Затлъстяването е свързано с диабет тип 2 и рискови фактори, свързани с метаболитния синдром. Доказано е, че консумацията на диетични фибри има положителни метаболитни ефекти върху здравето, като например чрез повишаване на ситостта, понижаване на нивата на кръвната глюкоза и холестерола. Тези ефекти могат да бъдат свързани с късоверижни мастни киселини (SCFA), особено пропионова и маслена киселини, образувани от микробно разграждане на диетичните фибри в дебелото черво и от способността им да намаляват нискостепенното възпаление.

Обективен

За да се изследва дали диетичните фибри, пораждащи различни SCFA, биха повлияли маркерите за метаболитен риск при диети с ниско съдържание на мазнини и високо съдържание на мазнини, като се използва модел с конвенционални плъхове за 2, 4 и 6 седмици.

Материали и методи

На конвенционалните плъхове се прилагаха диети с ниско съдържание на мазнини или с високо съдържание на мазнини, в продължение на 2, 4 или 6 седмици, допълнени с ферментируеми диетични фибри, което води до различни модели на SCFA (пектин - оцетна киселина; гума гуар - пропионова киселина; или смес - маслена киселина). В края на всеки експериментален период бяха анализирани чернодробни мазнини, холестерол и триглицериди, серумни и цекални SCFA, плазмен холестерол и възпалителни цитокини. Цексалната микробиота се анализира след 6 седмици.

Резултати и дискусия

Ферментируемите диетични фибри намаляват наддаването на тегло, съдържанието на мазнини в черния дроб, съдържанието на холестерол и триглицериди и променят образуването на SCFA. Диетата с високо съдържание на мазнини намалява предимно образуването на SCFA, но след по-дълъг експериментален период образуването на пропионова и оцетна киселини се възстановява. Концентрацията на янтарна киселина при плъховете се увеличава при диети с високо съдържание на мазнини с времето, което показва вредния ефект от консумацията на високо съдържание на мазнини. Диетичните фибри частично противодействат на тези вредни ефекти и намаляват възпалението. Освен това броят на Bacteroides е по-висок с гума гуар, докато забележимо този на Akkermansia е най-висок при диетата без фибри.

Цитат: Jakobsdottir G, Xu J, Molin G, Ahrné S, Nyman M (2013) Диета с високо съдържание на мазнини намалява образуването на бутират, но увеличава сукцината, възпалението, чернодробните мазнини и холестерола при плъховете, докато диетичните фибри противодействат на тези ефекти. PLoS ONE 8 (11): e80476. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0080476

Редактор: Хосеп Басаганя-Риера, Вирджиния Тех, Съединени американски щати

Получено: 20 август 2013 г .; Прието: 11 октомври 2013 г .; Публикувано: 13 ноември 2013 г.

Финансиране: Това проучване беше подкрепено от Центъра за антидиабетна храна, VINNOVA VINN Excellence Center в университета в Лунд (http://www.ffsc.lu.se/afc) и Sparbanksstiftelsen Färs & Frosta и Skåneländska Gastronomiska Akademien. Финансистите не са играли роля в дизайна на проучването, събирането и анализа на данни, решението за публикуване или подготовката на ръкописа.

Конкуриращи се интереси: Авторите са декларирали, че не съществуват конкуриращи се интереси.

Въведение

Затлъстяването/наднорменото тегло е сериозен риск за здравето и е свързан с много метаболитни заболявания, като диабет тип 2, инсулинова резистентност и коронарна болест на сърцето, инсулт и рак [1], [2]. Друго свързано със затлъстяването заболяване, което се увеличава по честота, е неалкохолната мастна чернодробна болест (NAFLD) и нейната прогресираща форма, неалкохолен стеатохепатит. Тъй като оптималното лечение все още остава неизвестно [3], намирането на начини за предотвратяване на NAFLD и за намаляване на разпространението е от голямо значение. Доказано е, че управлението на метаболитния синдром и други заболявания, свързани със затлъстяването, се улеснява от увеличената консумация на диетични фибри [4] - [7]. Тъй като обаче приемът на диетични фибри е по-нисък от препоръчителния в западните страни, а също и защото диетичните фибри включват сложна група вещества [8], [9], е от голям интерес да се намерят диетични фибри с най-благоприятни ефекти, а също и за да се разберат механизмите зад тези ефекти.

Общоприето е, че разтворимите фибри подобряват гликемията и инсулиновата чувствителност както при здрави, така и при пациенти с диабет, а овесеният β-глюкан може да понижи нивата на холестерола в плазмата [4], [10] чрез улавяне на жлъчните киселини или намаляване на подвижността в горната част на червата тракт [11]. Доказано е също, че диетичните фибри намаляват скоростта на изпразване на стомаха и секрецията на инсулин и по този начин увеличават ситостта и намаляват енергийния прием. Алтернативен и все по-често предложен механизъм, който не е изучаван до голяма степен, могат да бъдат промени в късоверижните мастни киселини (SCFA), образувани в дебелото черво, и промени в състава на микробиотата на червата [12]. Доказано е, че SCFAs сами по себе си имат много положителни ефекти върху здравето, като например намаляване на възпалителното състояние, повишаване на чувствителността към инсулин и подобряване на ситостта [7], [13].

Смята се, че затлъстяването и диетата с високо съдържание на мазнини предизвикват нискостепенно възпаление и евентуално развитието на заболявания, свързани със затлъстяването [29], [30]. Доказано е, че пропионовата и маслената киселина потискат противовъзпалителните цитокини и следователно може да са важни [31].

В настоящото проучване бяха избрани две ферментиращи диетични влакна, пектин (производител на оцетна киселина) и гума гуар (производител на пропионова киселина) и смес от двете (производител на маслена киселина) [32] - [34]. Пектинът е полизахарид, изграден от основна верига предимно от звена на галактуронова киселина и галактоза и арабиноза като странични вериги [32], [35]. Гума гуар е галактоманан с висок вискозитет [33]. Видовете диетични фибри, включени в това проучване, са само малка част от нормалната диета и се използват само незначително в хранителната индустрия, но са избрани поради способността им да водят до различни профили на SCFA. Целта беше да се изясни дали диетичните фибри, за които е известно, че пораждат различни SCFA, биха повлияли маркерите за метаболитен риск при диети с ниско съдържание на мазнини и с високо съдържание на мазнини, използвайки модел с конвенционални плъхове. Съдържанието на високо съдържание на мазнини е приложено за предизвикване на възпаление с ниска степен и е изследван ефектът от времето (2, 4 и 6 седмици). Образуване на карбоксилни киселини (CA; SCFA заедно с млечна и янтарна киселина) в задните черва на плъхове и SCFAs в серума, маркери за метаболитен риск (количество мазнини, холестерол и триглицериди в черния дроб, холестерол в плазмата и някои цитокини в серума) и анализирани са цекални микробиоти. Повишаването на теглото е документирано.

Материали и методи

Материали

Ферментируеми диетични влакна, пектин (естерификация 70–75%), изолирани от ябълки, и гума гуар (вискозитет 3,025 mPaS при 1% (w/v) и 25 ° C), изолирани от боб гуар (Sigma Aldrich, Сейнт Луис, Мисури, САЩ), поотделно или като смес, са били включени в диета с ниско съдържание на мазнини (LFD) или диета с високо съдържание на мазнини (HFD) (Таблица 1).

Животни и диети

Схематична илюстрация на дизайна на изследването.

Анализи

Съдържание на мазнини в черния дроб.

Преди анализ на съдържанието на мазнини, черният дроб е лиофилизиран и смлян. Съдържанието на мазнини се анализира по метода SBR (Schmidt-Bondzynski-Ratzlaff). Чернодробните проби се усвояват в 7,7 М НС1 (Merck, Дармщат, Германия) в продължение на 60 минути при 75 ° С, преди да се измият и екстрахират с етанол (Kemetyl, Haninge, Швеция), диетилетер (Merck, Дармщат, Германия) и петроленбензензин (Merck, Дармщат, Германия) за 30 минути. Екстрактите се прехвърлят в чиста бехерова чаша, промиват се два пъти с 1 di диетилетер∶петролеумбензин и се оставят да се утаят в продължение на 30 минути, преди екстрактите да се прехвърлят в мензура, да се изсушат на въздух и да се претеглят.

Холестерол и триглицериди в черния дроб и кръвта.

Лиофилизираните и замразени чернодробни тъкани се анализират за холестерол и триглицериди. Липидите бяха извлечени и измити с 3∶2 смес от хексан (Sigma Aldrich, Сейнт Луис, САЩ) и изопропанол (Merck, Дармщат, Германия), съдържаща 0.005% (об/об) BHT (2,6-Di-Tert -Бутил-4-метилфенол) (Merck, Мюнхен, Германия) върху орбитален шейкър, последвано от центрофугиране и екстрактите след това се прехвърлят в чиста епруветка. Тази процедура се повтаря четири пъти. Липидните екстракти се сушат под N2 поток при стайна температура и се разтварят отново в изопропанол + 1% (обем/обем) Trition X100 (Sigma Aldrich, Сейнт Луис, МО, САЩ). Общият холестерол и триглицеридите в черния дроб и холестеролът в плазмата се определят спектрофотометрично, като се използва Infinity ™ холестерол и Infinity ™ триглицериди реагент и холестерол и триглицериди Standard (Thermo Scientific, Middletown, VA, USA).

SCFA и янтарна киселина в серума.

След центрофугиране на кръвта, серумът се прехвърля в чиста епруветка и се анализира по отношение на SCFA (оцетна, пропионова, изомаслена, маслена, изо-валерианова и валерианова киселини) с помощта на GLC [37]. Към серумните проби се добавят вода и 2-етилмаслена киселина (вътрешен стандарт) и SCFA се протонират със солна киселина (HCl). Кухо влакно, за подпомагане на екстракция с течна мембрана, беше потопено в серумния разтвор за извличане на SCFAs. След екстракцията SCFA се промиват от лумена на влакната, преди да се инжектират върху капилярна колона от разтопен силициев диоксид (DB-FFAP 125-3237; J&W Scientific, Agilent Technologies Inc., Folsom, CA, USA). За анализа е използван софтуер GC ChemStation (Agilent Technologies Inc., Wilmington, DE, USA).

SCFAs и млечна и янтарна киселини в цекалното съдържание на плъхове.

SCFAs (оцетна, пропионова, изо-маслена, маслена, изо-валерианова и валерианова киселини) в цекалното съдържание бяха анализирани с помощта на GLC метод [38]. Съдържанието на цекал се хомогенизира за 1 min с Ultra Turrax® T25 basic (IKA®-Werke, Staufen, Германия) след добавяне на солна киселина и 2-етилмаслена киселина (вътрешен стандарт). За протониране на SCFAs се добавя солна киселина. След това пробите бяха центрофугирани (MSE Super Minor, Hugo Tillquist AB, Solna, Швеция) преди инжектиране върху капилярна колона от разтопен силициев диоксид (виж по-горе). Останалата супернатанта беше замразена за по-късен анализ на млечна и янтарна киселини с йонна хроматография. За анализ пробите се размразяват и центрофугират отново и супернатантата се филтрира през PTFE филтър за спринцовки и се анализира за млечна и янтарна киселини, както е описано по-горе.

Множество цитокинови анализи.

За едновременно измерване на серумни нива на следните осем цитокини беше използвана система от микрозърна Milliplex с микрозърна: интерлевкин (IL) -1α, IL-1β, IL-6, IL-10, IL-18, MCP-1, IFNγ и TNFα. Анализът се провежда в съответствие с инструкциите на производителя, като се използва Milliplex ™ MAP технология за анализ на цитокини на плъхове (Millipore Corp., Billerica, MA, USA). Специфичното за всеки цитокин антитяло е свързано с микросфери, които са уникално маркирани с флуоресцентно багрило. Микросферите се инкубират със стандарти, контроли и проби в 96-гнездова филтърна плака една нощ при 4 ° С. След инкубация плаката се измива, за да се отстрани излишъкът от реагент и към флаконите се добавят антитела за откриване, по едно за всеки от осемте цитокини. След 2 часа инкубация при стайна температура се добавя стрептавидин-фикоеритрин за още 30 минути. Последният етап на измиване беше включен, преди мънистата да бъдат ресуспендирани в буфер и отчетени на апарата Luminex 200 (Luminex Corporation, САЩ), за да се определи нивото на цитокина, който представлява интерес. Всички получени проби бяха тествани в повторни кладенци. За оценка на резултатите е използван Milliplex ™ Analyst v. 3.4 (Millipore).

Анализ на полиморфизъм на дължина на фрагмент на терминална ограничение (T-RFLP).

Анализът на T-RFLP е извършен върху три групи, хранени с HFD (диети без фибри, пектин и гуар) в продължение на 6 седмици. Причината за това беше, че цекковата микробиота вероятно е най-засегната и адаптирана към всяка диета след по-дълъг експериментален период.

Статистическа оценка

Експерименталният дизайн беше рандомизиран. Осемте диетични диети съдържаха три групи фибри, пектин, гума гуар или смес и една група без фибри. Тези четири тестови диети се прилагат или като LFD, или като HFD, което води до общо осем диети. Експериментите с LFD продължиха 2 седмици, докато експериментът с HFD продължи 2, 4 или 6 седмици.

Двупосочен ANOVA е използван за определяне на ефектите от диетичните фибри (фибри), съдържанието на мазнини (мазнини) и тяхното взаимодействие (фибри × мазнини) за групите, хранени с LFD и HFD в продължение на 2 седмици (таблици 2, 3, 4, 5; p Фигура 2. Серумна концентрация на маслена киселина.

Серумна концентрация (µmol/L) на маслена киселина при плъхове, хранени с трите диетични фибри за 2, 4 и 6 седмици (означава ± SEM, n = 7, с изключение на групи пектин и диети без фибри за 4 и 6 седмици, съответно n = 6).

A: Наддаване на тегло (g), B: тегло на цекалното съдържание (g), C: тегло на цекалната тъкан (g) и D: pH при плъхове, хранени с четирите HFD за 2, 4 и 6 седмици (означава ± SEM, n = 7). Стойностите с различни букви са значително различни, p Фигура 4. Тегло на органа и аналитични маркери.

A: чернодробно тегло (g), B: тегло на далака (g) C: съдържание на чернодробни мазнини (g), D: чернодробен холестерол (g) и E: чернодробен триглицерид (g) при плъхове, хранени с четирите HFD за 2, 4 и 6 седмици (означава ± SEM, n = 7). Стойностите с различни букви са значително различни, p Фигура 5. Серумна концентрация на SCFA.

Серумна концентрация (µmol/L) на A: оцетна киселина, B: пропионова киселина и C: маслена киселина при плъхове, хранени с четирите HFD за 2, 4 и 6 седмици (означава ± SEM, n = 7, с изключение на групите пектин и диети без фибри за съответно 4 и 6 седмици, n = 6). Стойностите с различни букви се различават значително, p Фигура 6. Цекални пулове на CA.

Цекални пулове (µmol) от A: оцетна киселина, B: пропионова киселина, C: маслена киселина, D: млечна киселина и E: янтарна киселина при плъхове, хранени с четирите HFD за 2, 4 и 6 седмици (означава ± SEM, n = 7, с изключение на групова диета с гуарова гума за 6 седмици, съответно n = 6). Стойностите с различни букви са значително различни, p Фигура 7. Серумна концентрация на янтарна киселина.

Концентрация на янтарна киселина (µmol/L) в серум от плъхове, хранени без влакна LFD за 2 w и HFD за 2, 4 и 6 седмици (означава ± SEM, n = 7, 6, 4 и 6 за LFD 2 w, HFD съответно 2 w, 4 w и 6 w).

Концентрация (ng/L) на MCP-1 в порталния серум при плъхове, хранени с четирите LFD за 2 седмици и HFD за 2, 4 и 6 седмици (означава ± SEM, n = 7, с изключение на групи, хранени с пектин, гума от гуар и смес с ниско съдържание на мазнини за 2 седмици, без фибри с високо съдържание на мазнини за 4 седмици и без фибри и пектин с високо съдържание на мазнини за 6 седмици, n = 6). Стойностите с различни букви са значително различни, p Фигура 9. Групиране на цекалната микробиота.

Зареждане Bi парцел на групирането на цекалната микробиота и аналитичните маркери при плъхове, хранени без диети (точки), пектин (триъгълници) и гума гуар (квадратчета) с високо съдържание на мазнини за 6 седмици (n = 7).

Пикова площ на пиковете на T-RFLP за Akkermansia и Bacteroides при плъхове, хранени с диети без фибри, пектин и гуар в продължение на 6 седмици (n = 7). Стойностите с различни букви са значително различни, p Таблица 2. Наддаване на тегло, тегло на цекално съдържание, тъкан, черен дроб и далак (g) и рН на цекала при плъхове, хранени с четирите тестови диети с ниско съдържание на мазнини или с високо съдържание на мазнини в продължение на 2 седмици (означава ± SEM, n = 7).

Концентрацията на всеки SCFA (µmol/g) и количеството на холестерола и триглицеридите в черния дроб (mg/g и g/g) се умножава или по теглото на цекалното съдържание и по теглото на черния дроб, за да се получи цекалната група на SCFA (µmol) и общото количество чернодробен холестерол и триглицериди (mg и g). P-стойности, близки до значимостта (p≤0,1), бяха определени като тенденция.