Държавна ключова лаборатория за хранене на животните, Институт по науките за животните, Китайска академия на селскостопанските науки, Пекин, П. Р. Китай

глобално

Присъединителен колеж по ветеринарна медицина, Китайски аграрен университет, Пекин, П. Р. Китай

Държавна ключова лаборатория за хранене на животните, Институт по науките за животните, Китайска академия на селскостопанските науки, Пекин, П. Р. Китай

Държавна ключова лаборатория за хранене на животните, Институт по науките за животните, Китайска академия на селскостопанските науки, Пекин, П. Р. Китай

Присъединителен колеж по ветеринарна медицина, Китайски аграрен университет, Пекин, П. Р. Китай

Държавна ключова лаборатория за хранене на животните, Институт по науките за животните, Китайска академия на селскостопанските науки, Пекин, П. Р. Китай

Държавна ключова лаборатория за хранене на животните, Институт по науките за животните, Китайска академия на селскостопанските науки, Пекин, P. R. China, Институт за земеделски геноми в Шенжен, CAAS, Шенжен, 518120, P.R. Китай

  • Джихан Ся,
  • Юанюан Джанг,
  • Лейлей Син,
  • Сиюан Конг,
  • Яоксинг Чен,
  • Шулин Ян,
  • Куй Ли

Фигури

Резюме

Дългосрочната високоенергийна диета засяга човешкото здраве и води до затлъстяване и метаболитен синдром в допълнение към сърдечната стеатоза и хипертрофия. Доказано е, че ектопичното натрупване на мазнини в сърцето е рисков фактор за сърдечни заболявания, но молекулният механизъм на сърдечните заболявания остава до голяма степен неизвестен. Миниатюрните прасета Бама са хранени с високомаслена диета с високо съдържание на захароза (HFHSD) в продължение на 23 месеца. Тези свине развиват симптоми на метаболитен синдром и показват сърдечна стеатоза и хипертрофия със значително повишено телесно тегло (2,73 пъти, P Таблица 1. Грундове, използвани в qRT-PCR за валидиране на микрочипове.

Западно петно

Западният болт се извършва при три прасета от група HFSHD (120, 126 и 146) и три при свине от контролна група (157, 159 и 161). Сърдечната тъкан на групата на HFHSD и контролните свине се хомогенизира и центрофугира с буфер. Протеинът се извършва в електрофореза на натриев додецил сулфат-полиакриламиден гел. Електрофорезата се извършва под 140 V за 3 часа, след което се уравновесява за 15 минути. Свинските сърдечни протеини се изместват към нитроцелулозни мембрани. Мембраните бяха инкубирани за 1 час в блокиращ буфер. Антителата срещу ATF4, Coflin, Hsp27, IKBKG, CD74, ACTN2, PPP3A, CA2 и Actin (Chengdu Zen Bioscience, Chengdu, China) бяха приготвени като разредени 1: 500 в буфер (Tris-HCl, pH 7.5, NaCl, Tween- 20), след това инкубация за една нощ. Имуноблотите се промиват в TBS буфер (Tris-Base, NaCl, Tween-20, рН 7.4) и след това се потапят във разтвора на вторичното антитяло до първото антитяло, съдържащо кози анти-заешки поликлонални антитела срещу пероксидаза от хрян. Имуноблотираните комплекси бяха открити с помощта на засилен хемилуминесцентен Western Blotting Luminal Reagent.

Статистика

Анализите на данни с микрочипове бяха извършени с помощта на системата SAS (Shanghai Biotechnology Corporation, Китай). Останалите статистически данни бяха изследвани със софтуера SPSS 22.0. Всички данни са изразени като средно ± стандартно отклонение (SD) и P Таблица 2. Затлъстяване, хиперинсулинемия и дислипидемия при миниатюрните прасета Бама.

Сърдечни мастни отлагания и ненормална структура и организация на кардиомиоцитите при миниатюрните прасета HFHSD

HE оцветяването разкрива очевидна стеатоза в HFHSD миниатюрни свински сърца в сравнение с тези от контролната група. Сърцата на миниатюрните прасета от групата HFHSD бяха дълбоко капсулирани от дебел слой мастна тъкан и показваха светлосиво оцветяване на повърхността, заедно с увеличен обем и подуване в сравнение с контролната група. Когато се наблюдават под светлинен микроскоп, сърдечните миофибри на прасетата от групата на HFHSD изглеждат дезорганизирани, по-големи и частично подути или атрофирани. Освен това малки количества възпалителни клетки инфилтрират сърдечната тъкан и малките кръвоносни съдове показват хиперемия. Възпалителните клетки са очевидни в сърдечната тъкан, с относително голямо ядро, по-тъмен хиперхроматизъм, малко количество цитоплазма. За разлика от тях, сърдечните клетки показват цилиндрична клетка с овално или продълговато ядро ​​в една и съща посока с влакната на сърдечния мускул. Интерстициалните обеми на миокардните клетки на свинете от групата HFHSD бяха увеличени и бяха наблюдавани големи количества мастни натрупвания, като някои клетки бяха заменени от мастна тъкан или деформирани от мазнината. Сърдечните миоцити при свинете от контролната група бяха нормални, компактни и подравнени, с ясно дефинирани структури (Фигура 1).

Миокардните влакна от контролните миниатюрни прасета са били подредени добре и плътно (A, E, I, M, C, G, K и O), но са били дезорганизирани в миниатюрните прасета от групата HFHSD (стрелки в N и P), показва възпалителна клетъчна инвазия (стрелки в F и H) и хипертрофия на кардиомиоцитите (стрелки в J, L). Тъканта на миниатюрните прасета от групата HFHSD показва мастни натрупвания (стрелки в B и D), а някои от миокардните влакна са деформирани от мазнини. A, E, I, M, C, G, K и O: контролна група; и B, F, J, N, D, H, L и P: група с високо съдържание на мазнини и захароза; лента = 50 μm.

Колагенови влакна в миокардията

При прасетата от групата на HFHSD сърдечните надлъжни и напречни профили, получени чрез трихромно оцветяване на Mallory, показват по-големи мастни вакуоли, отложени в миокардните влакна, леко увеличение на колагеновите влакна около кръвоносните съдове и удебелени мембрани на малките кръвоносни съдове. Контролните сърца изглеждаха нормални и имаха ясно дефинирани структури (стрелки, фиг. 2).

Миокардните влакна са разделени на по-големи разстояния (стрелки в B), а колагеновите влакна около кръвоносните съдове са увеличени (стрелки в D) в групата HFHSD. А и С: контролна група; и В и D: група с високо съдържание на мазнини и висока захароза; напречно сечение, бар = 100 μm.

Профили на генна експресия в HFHSD и контролни групи

Извършен е целогенен микрочип на свине за цялостен анализ на миниатюрни профили на експресия на иРНК на свинско сърце. Гени с ≥ 1,5-кратни промени и P стойности на фиг. 3. Йерархично групиране на гени и анализ на генна онтология (GO) на биологични процеси в HFHSD и контролни групи.

Гени със стойности на P Фигура 4. qRT-PCR за валидиране на микрочипове.

За qRT-PCR бяха избрани десет гена, които бяха регулирани нагоре или надолу в сърцата на миниатюрните прасета HFHSD и бяха свързани с метаболизма, сигнализирането за актинов цитоскелет и имунните отговори. Данните са показани като кратни разлики в групата HFHSD спрямо контролната група.

Важните протеини, свързани с мастната сърдечна и сърдечна хипертрофия

Осемте важни протеина (ATF4, Coflin, Hsp27, IKBKG, CD74, PPP3A, ACTN2 и CA2) са избрани от различно експресираните гени (P Фиг. 5. Важните протеини, свързани с мастната сърдечна и сърдечна хипертрофия в групата на HFHSD и контролната група.

За да се изследва връзката между гените и индуцираното от диетата сърдечно заболяване, транскриптите на mRNA бяха функционално класифицирани чрез извършване на търсене на диференциално експресираните гени в базата данни GO. Функционалните пояснения са представени в таблица S1. Диференциално изразените GO термини (P Фиг. 6. Гените, свързани със сигналния път на MAPK.

Диференциални гени на пътя на актиновия цитоскелет

Гени, участващи в имунния отговор

Заключение

В обобщение, това проучване е първият доклад за затлъстяване на сърдечната и сърдечна хипертрофия, предизвикана от дългосрочна диета с високо съдържание на мазнини и захароза при миниатюрни прасета Бама. Изследваните прасета показват затлъстяване и хипертрофично затлъстяване на сърцето, придружени от инвазия на възпалителни клетки и лека фиброза. Анализите на миниатюрния свински сърдечен транскриптом на Бама показват, че трансдукцията на сигнали, като тази, свързана с MAPK, PPAR и цитокиновите пътища, е насочена към сигнални и възпалителни пътища за актин на цитоскелета. Освен това експресията на сърдечно свързани гени, включително STAT3, ACSL4, ATF4, FADD, PPP3CA, CD74, SLA-8, VCL, ACTN2 и FGFR1, които могат да играят важна роля в процесите, залегнали в основата на мастната хипертрофия, може да бъде предизвикана от продължително -срочни високоенергийни диети.

подкрепяща информация

S1 Таблица. Цялата информация за анализ на GO за диференциално експресираните гени.

Таблица S2. Цялата информация за диференциално експресираните гени.

S3 Таблица. Избрани гени, свързани с мастна сърдечна и сърдечна хипертрофия, предизвикани от високоенергийната диета.

Таблица S4. Всички гени, открити в HFHSD и контролните групи.

Принос на автора

Замислил и проектирал експериментите: SY KL. Изпълнява експериментите: JX YZ. Анализирани данни: LX JX YC. Реактиви/материали/инструменти за анализ, допринесени: SK. Написа хартията: JX. Предоставен добър съвет за нашето изследване: YC.

Препратки

Тематични области

За повече информация относно предметните области на PLOS кликнете тук.

Искаме вашите отзиви. Имат ли смисъл тези предметни области за тази статия? Щракнете върху целта до неправилната тема и ни уведомете. Благодаря за вашата помощ!

Е тематичната област "Сърце" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "Свине" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "Мастна тъкан" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "Диета" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "MAPK сигнални каскади" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "Генната експресия" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "Възпаление" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "Свински модели" приложим за тази статия? да не