1 Катедра по хранителни науки, Факултет по приложна биология, Токийски университет по земеделие, 1-1-1 Sakuragaoka, Setagaya-ku, Токио 156-8502, Япония
2 Катедра по хранителни науки и безопасност на храните, Факултет по приложна биология, Токийски университет по земеделие, 1-1-1 Sakuragaoka, Setagaya-ku, Токио 156-8502, Япония
Резюме
В това проучване ефектите на диетата с високо съдържание на фосфор (P) върху свързаната с костния метаболизъм генна експресия са изследвани при млади и възрастни мишки. Дванадесет и 80-седмични мъжки мишки ddY бяха разделени съответно на две групи и хранени с контролна диета, съдържаща 0,3% Р или диета с висок Р, съдържаща 1,2% П. След 4 седмици лечение, серумен паратиреоиден хормон (PTH) концентрацията е била значително по-висока при високите Р групи, отколкото в контролните групи както при млади, така и при възрастни мишки и е била значително по-висока при възрастни мишки, отколкото при млади мишки, хранени с високо Р диета. Диетата с висок Р значително повишава рецепторния активатор на NF-κMRNA на B лиганд (RANKL) във бедрената кост на млади и възрастни мишки и значително повишава съотношението на mRNA RANKL/остеопротегерин (OPG) само при възрастни мишки. Диетата с висок Р значително повишава експресията на иРНК на преходен рецепторен потенциал ванилоид тип 6, калбиндин-D9k и плазмената мембрана Ca 2+ -ATPase 1b в дванадесетопръстника както на млади, така и на възрастни мишки. Тези резултати предполагат, че диетата с високо P повишава експресията на RANKL иРНК в бедрената кост и свързаната с абсорбцията на калций генна експресия в дванадесетопръстника, независимо от възрастта. Освен това, високото P-индуцирано увеличение на секрецията на PTH може да увеличи съотношението RANKL/OPG иРНК при възрастни мишки.
1. Въведение
Високият прием на фосфор (P) е известен като един от рисковите фактори за нарушено здраве на костите. Няколко изследователи са изследвали неблагоприятните ефекти на диетата с висок Р върху костния метаболизъм. При възрастни хора диетата, съдържаща P добавки, увеличава отделянето на хидроксипролин с урината, маркер за костна резорбция [1]. При растящите мъжки плъхове високият прием на Р намалява костната минерална плътност (КМП) и здравината на костите [2]. Повишаването на секрецията на паратиреоиден хормон (PTH) се счита за един от механизмите, чрез който диетата с висок Р нарушава костния метаболизъм [3].
Костният метаболизъм е резултат от баланса между остеобластичното костно образуване и остеокластичната костна резорбция. Известно е, че хроничната PTH стимулация предизвиква остеокластогенеза. PTH стимулира остеобластите, които произвеждат медиатори на остеокластична костна резорбция като макрофагичен колониестимулиращ фактор (M-CSF), интерлевкин-6 (IL-6) или рецепторен активатор на NF-κВ лиганд (RANKL) [4–6]. По-рано съобщихме, че диета с висок Р повишава експресията на RANKL иРНК и броя на остеокластите при плъхове [3]. Следователно би могло да се заключи, че повишената с диета повишена повишена секреция на PTH води до увеличаване на експресията на RANKL, което засилва остеокластичната костна резорбция.
Стареенето също е един от рисковите фактори за загуба на костна маса при възрастни хора. Овертън и Басу предполагат, че загубата на костна маса настъпва с увеличаване на възрастта със скорост от около 1% годишно, осреднено за възрастовия диапазон от 29 до 76 години [7]. В предишно проучване на мишки от Ferguson et al., Костната маса и механичните свойства се доближават до зрели нива до 12-седмична възраст, докато свързаната с възрастта остеопения се наблюдава след 42-седмична възраст [8]. Предположихме, че диетата с висок Р ще ускори загубата на костна маса, свързана с възрастта. Преди това съобщихме за ефектите на диета с висок Р върху механичните свойства на бедрената кост при 4-, 12-, 24- и 80-седмични мишки [9]. Резултатите показаха, че диетата с висок Р намалява силата на разрушаване на бедрената кост при 80-седмични мишки и сковаността на бедрената кост при 24- и 80-седмични мишки. Също така установихме, че диета с висок Р увеличава серумната концентрация на РТН при 12-, 24- и 80-седмични мишки, а 80-седмичните мишки имат по-висока серумна концентрация на РТН от мишките на други възрасти. Следователно се смяташе, че диетата с висок Р силно влияе върху възрастните мишки по отношение на PTH отговора. Механизмите обаче не са напълно разбрани.
Целта на това проучване беше да се изясни механизмът, чрез който диета с висок Р влияе върху костния метаболизъм при по-възрастни мишки. Оценихме промените в костния метаболизъм при млади и възрастни мишки, хранени с диета с висок Р, чрез измерване на експресията на иРНК на медиатори на костния метаболизъм, използвайки верижна реакция на полимераза в реално време (PCR).
2. Методи
2.1. Експериментален дизайн
2.2. Анализ на серума и урината
Серумното ниво на Са се анализира чрез атомно-абсорбционна спектрофотометрия (Hitachi A-2000; Hitachi, Токио, Япония), съгласно метода на Gimblet et al. [11]. Серумното ниво на Р се анализира чрез колориметрия, използвайки Phospha
-тест Wako (Wako Pure Chemical Industries, Осака, Япония). Концентрацията на PTH в серума се измерва, като се използва комплект за имуно-свързан имуносорбентен анализ на PTH на мишки (ELISA) (ALPCO, NH, USA). Концентрацията на интактния остеокалцин (OC) в серума беше измерена, като се използва миши остеокалцин EIA комплект (Biomedical Technologies, MA, USA). Уринарният С-краен телопептид от ниво I на колаген (CTx) се измерва с помощта на RatLaps EIA комплект (Immunodiagnostic Systems, Boldon, UK). Нивото на креатинин в урината е измерено с помощта на реакцията на Jaffe, както е описано от Lustgarten и Wenk [12]. Нивото на CTx в урината се нормализира до нивото на креатинин в урината.
2.3. Изолиране на обща РНК и PCR в реално време
2.4. Статистически анализ
Резултатите се изразяват като средно ± SEM за всяка група от шест мишки. След двупосочен дисперсионен анализ (ANOVA) беше използван тест за защитена най-малка значима разлика (PLSD) на Fisher за определяне на значителни разлики между групите. Хомогенността на дисперсията е анализирана с теста на Levene’s. Разликите се смятаха за значителни, когато
стойността е по-малка от 0,05.
3. Резултати
3.1. Телесно тегло
Както при млади, така и при възрастни мишки няма значителна разлика в първоначалното телесно тегло между мишки, хранени с контрола и диети с висок Р (Таблица 2). Първоначалното телесно тегло на възрастни мишки е значително по-високо от това на млади мишки. Няма значителна разлика в крайното телесно тегло между групите.
Различните горни букви означават значителни разлики ( ). 3.2. Концентрации на Ca, P и PTH в серумаНяма значими разлики в серумните концентрации на Са и Р между групите (Таблица 2). И при млади, и при възрастни мишки диетата с висок Р значително повишава серумната концентрация на РТН. Въпреки че няма значителна разлика в серумната концентрация на PTH между млади и възрастни мишки, хранени с контролната диета, серумната концентрация на PTH е значително по-висока при възрастни мишки, отколкото при млади мишки, хранени с високо P диета. 3.3. Маркери на оборота на коститеКакто при млади, така и при възрастни мишки, диетата с висок Р значително повишава серумната концентрация на OC (Таблица 2). При мишки, хранени както с контролната, така и с високо P диетата, концентрацията на OC в серума е значително по-ниска при възрастни мишки, отколкото при млади мишки. Както при млади, така и при възрастни мишки, диетата с висок Р значително увеличава отделянето на CTx с урината. Въпреки че няма значителна разлика в екскрецията на CTx с урината между млади и възрастни мишки, хранени с контролната диета, екскрецията на CTx с урината е значително по-ниска при възрастни мишки, отколкото при млади мишки, хранени с диета с висок Р. 3.4. Експресия на иРНК във бедрената костКакто при млади, така и при възрастни мишки, диетата с висок Р значително повишава експресията на иРНК на PTH рецептор, RANKL, TRAP, Runx2, Osterix, ALP, OPN, OC и Col1a1 (Фигура 1) в сравнение с контролната диета. При мишки, хранени с контролни и високо P диети, експресията на иРНК на PTH рецептор, RANKL, TRAP, Runx2, Osterix, ALP, OPN, OC и Col1a1 е значително по-ниска при възрастни мишки, отколкото при млади мишки. Няма значителна разлика в експресията на OPG иРНК сред групите. Диетата с висок Р значително повишава съотношението RANKL/OPG при възрастни мишки, но не и при млади мишки. той различни букви означават значителни разлики ( ): P = ефект от високо P диета; A = ефект на възрастта; P × A = ефект от взаимодействието. Стойността на младите мишки, хранени с контролна диета, се счита за 1,00. 3.5. Експресия на иРНК в дванадесетопръстникаКакто при млади, така и при възрастни мишки, диетата с висок Р значително повишава експресията на иРНК на TRPV6, CaBP9k и PMCA1b (Фигура 2) в сравнение с контролната диета. При мишки, хранени с контролни и високо P диети, експресията на тРНК на TRPV6 и CaBP9k е значително по-ниска при възрастни мишки, отколкото при млади мишки. той различни букви означават значителни разлики ( ): P = ефект от високо P диета; A = ефект на възрастта; P × A = ефект от взаимодействието. Стойността на младите мишки, хранени с контролна диета, се счита за 1,00. 4. ДискусияПри хората загубата на костна маса настъпва с увеличаване на възрастта със скорост от приблизително 1% годишно, осреднена за възраст от 29 до 76 години [7]. Следователно стареенето е един от рисковите фактори за загуба на костна маса. В предишно проучване на мишки костната маса и механичните свойства се доближават до зрели нива до 12-седмична възраст, а свързаната с възрастта остеопения се наблюдава след 42 седмици [8]. В това проучване ние изследвахме костния метаболизъм чрез измерване на маркери за образуване и резорбция на костите, серумна концентрация на OC [13] и екскреция на CTx в урината [14]. Концентрацията на OC в серума е значително по-ниска при възрастни мишки, отколкото при млади мишки, хранени с контролната диета, докато няма разлика в отделянето на CTx с урината между млади и възрастни мишки, хранени с контролната диета. Тези резултати показаха, че на възраст мишки се наблюдава намаляване на образуването на кост и изглежда, че балансът между образуването на кост и резорбцията може да бъде нарушен при възрастни мишки. Намаляването на абсорбцията на Са в червата също е една от причините за свързаната с възрастта костна загуба. Трансферът на Са през червата се осъществява както през трансцелуларни, така и през клетъчни пътища [20]. Трансцелуларният път на Ca, който е засегнат от 1,25-дихидроксивитамин D (1,25 (OH) 2D), е предложен да включва въвеждане на Ca чрез TRPV6, вътреклетъчна дифузия на Ca чрез калбиндин-D9k и базолатерална екструзия на Ca чрез PMCA1b [21]. В това проучване експресията на TRPV6 и калбиндин-D9k иРНК в дванадесетопръстника е намалена при възрастни мишки в сравнение с млади мишки. Wood и сътр. демонстрира, че плазмата 1,25 (OH) 2D, дуоденалният протеин на калбиндин D и абсорбцията на Са намаляват с възрастта при плъхове [22]. От това проучване бихме могли да заключим, че подобни открития ще бъдат открити при възрастни мишки. Следователно намаляването на серумните 1,25 (OH) 2D може да отразява нашите резултати относно експресията на TRPV6 и калбиндин-D9k иРНК. Много проучвания съобщават, че високият прием на Р предизвиква повишаване на серумната концентрация на РТН при хора [1, 23] и животни [2, 3, 24]. В това проучване диетата с висок Р повишава серумната концентрация на РТН както при млади, така и при възрастни мишки и е по-голяма при възрастни мишки, отколкото при млади мишки, хранени с диета с висок Р. Подобно на предишното ни проучване [9], тези резултати предполагат, че отговорът на диета с висок Р по отношение на секрецията на РТН може да бъде различен и по-голям при стареене. Бъбречната функция намалява с възрастта [25], а намаляващата бъбречна функция причинява увеличаване на секрецията на PTH [26]. Освен това, по-рано съобщавахме, че диетата с висок Р намалява бъбречната функция при плъхове [27]. Следователно комбинацията от стареене и диета с висок Р може да е една от причините, поради която се наблюдава по-висока серумна концентрация на РТН при възрастни мишки, хранени с диета с висок Р. Предишни изследвания показват, че PTH регулира експресията на иРНК Runx2 и Osterix [30, 31]. В това проучване диетата с висок Р значително повишава серумната концентрация на OC и експресията на иРНК на Runx2, Osterix, ALP, OPN, OC и Col1a1 както при млади, така и при възрастни мишки. От резултатите от маркери за костна резорбция и формиране се наблюдава висок костен обмен с резорбция, надвишаваща образуването. Тъй като високият костен обмен е рисков фактор за костна фрактура и остеопороза [32], диетата с висок Р може да бъде рисков фактор за загуба на кост не само при млади мишки, но и при възрастни мишки. 5. ЗаключениеВ заключение демонстрирахме, че диетата с висок Р увеличава свързаната с костния метаболизъм генна експресия както при млади, така и при възрастни мишки. Освен това диетата с висок Р повлиява различно секрецията на PTH при млади и възрастни мишки, което води до увеличаване на съотношението RANKL/OPG иРНК при възрастни мишки. Конфликт на интересиАвторите декларират, че няма конфликт на интереси по отношение на публикуването на тази статия. ПризнаниеТази работа беше подкрепена от KAKENHI (Безвъзмездна помощ за млади учени (B), 20700598). Препратки
Популярен
Те четат сега
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||