Отдел по ендокринология, Lilly Research Laboratories, Eli Lilly and Company, Indianapolis, Indiana 46285

Отдел по ендокринология, Lilly Research Laboratories, Eli Lilly and Company, Indianapolis, Indiana 46285

Отдел по ендокринология, Lilly Research Laboratories, Eli Lilly and Company, Indianapolis, Indiana 46285

Lilly Corporate Center, DC 0545, Eli Lilly and Company, Indianapolis, IN 46285. E-mail: [email protected] Потърсете още статии от този автор

Отдел по ендокринология, Lilly Research Laboratories, Eli Lilly and Company, Indianapolis, Indiana 46285

Отдел по ендокринология, Lilly Research Laboratories, Eli Lilly and Company, Indianapolis, Indiana 46285

Отдел по ендокринология, Lilly Research Laboratories, Eli Lilly and Company, Indianapolis, Indiana 46285

Lilly Corporate Center, DC 0545, Eli Lilly and Company, Indianapolis, IN 46285. E-mail: [email protected] Потърсете още статии от този автор

Съгласно американския код, всички списания, които искат плащане на такси за авторски страници, за да покрият разходите за публикуване, трябва да публикуват отказ от отговорност. Следователно тази статия трябва да бъде означена като „реклама“ в съответствие с USC. Раздел 1734 единствено, за да посочи този факт.

Резюме

Обективен: Да се ​​изследва експресията на стеароил-коензим А десатураза (SCD) 1 при предразположени към затлъстяване мишки C57BL/6 и при устойчиви на затлъстяване FVB мишки, за да се изследва връзката на SCD1 експресия и податливост към индуцирано затлъстяване.

Методи и процедури за изследване: Деветседмичните мишки C57BL/6 и FVB бяха хранени или с диета с високо или ниско съдържание на мазнини в продължение на 8 седмици. Телесното тегло и телесният състав са измерени преди и на седмици 4 и 8 от изследването. Разходите за енергия бяха измерени на 1 и 5 седмица от изследването. Чернодробна SCD1 иРНК е измерена на 72 часа и в края на изследването. Плазмените концентрации на лептин и инсулин са измерени в края на проучването.

Резултати: Когато мишките C57BL/6 бяха превключени на калорично-плътна диета с високо съдържание на мазнини, животните спечелиха значително повече телесно тегло от тези, поддържани на диета с ниска калорийна плътност, главно поради увеличеното нарастване на мастната маса. Мастната маса продължава да се натрупва през 8 седмици на проучване. Повишеният прием на калории не отчита цялото наддаване на тегло. На диета с високо съдържание на мазнини мишките C57BL/6 намаляват енергийните си разходи в сравнение с мишките, хранени с диета с ниско съдържание на мазнини. В отговор на 8 седмици диета с високо съдържание на мазнини, SCD1 експресията на гена в черния дроб се е увеличила> 2 пъти. За разлика от това, храненето с високо съдържание на мазнини не променя телесното тегло, енергийните разходи или SCD1 експресия при FVB мишки.

Дискусия: Нашето проучване показа, че хиперкалоричната диета с високо съдържание на мазнини увеличава телесното затлъстяване, първо като предизвиква хиперфагия, а след това чрез намаляване на енергийните разходи на мишките, податливи на индуцирано от диетата затлъстяване. Консумацията на диета с високо съдържание на мазнини при видове, предразположени към затлъстяване, селективно се увеличава SCD1 генна експресия в черния дроб.

Въведение

Методи и процедури за изследване

Грижа за животните

Мъжки мишки от двата щама са закупени от Harlan Sprague-Dawley (Indianapolis, IN) на 7-седмична възраст. Животните бяха настанени индивидуално в контролирано от температура (24 ° C) съоръжение с 12-часов цикъл светлина/тъмнина (светлините светват в 22 часа). Всички мишки имаха свободен достъп до вода и храна. На мишките беше позволено 2 седмици да се приспособят към новата среда; след това те бяха разделени на две групи на 9-седмична възраст, така че всяка група имаше сходно телесно тегло. Едната група мишки е хранена с нискомаслена чау (12% мазнини калории, Purina 5001 чау; Ralston Purina Co., Сейнт Луис, Мисури), а другата група е хранена с високо съдържание на мазнини (40% калорично съдържание на мазнини, TD95217; Teklad, Madison, WI) (Таблица 1). Всички животни, използвани в това проучване, са били третирани в съответствие с насоките на NIH (NIH Publication No. 86-23, 1985). Протоколът беше одобрен от комисията по грижа и използване на животните в институцията.

Ниско съдържание на мазнини Високо съдържание на мазнини
Калории (кг) 3630 4380
Калории от мазнини (%) 12 40
Наситени (g/kg) 16.7 54.2
Мононенаситени (g/kg) 17.3 67.9
Полиненаситени (g/kg) 16.5 32
Холестерол (mg/kg) 207 156
Общо въглехидрати (g/kg) 548 531

Измерване на енергийните разходи

Разходът на енергия се изчислява от консумирания кислород и CO2 произведени, измерени чрез непряка калориметрия, както е описано по-горе ((9)).

Анализ на телесния състав

Мастната маса се анализира чрез ядрено-магнитен резонанс, като се използва инструмент на Echo Medical System (Houston, TX). Съставът на тялото се анализира преди и на 4 и 8 седмици след определяне на диета. Измерва се мастна маса и се изчислява разликата между нея и общата телесна маса, за да се определи масата без мазнини.

Обратна транскрипция в реално време - верижна реакция на полимераза (PCR)

Черният дроб се дисектира от мишки след 72 часа и след завършване на проучването и общата РНК се екстрахира с помощта на RNA Easy mini kit (QIAGEN, Валенсия, Калифорния). cDNA беше синтезирана от 1 μg обща РНК с помощта на произволни хексамери и система за първостепенно синтезиране на SuperScript (Invitrogen, Carlsbad, CA). SCD1 генната експресия беше измерена с PCR в реално време в инструмент на ABI PRISM 7700 Sequence Detection System (Perkin ‐ Elmer Corp., Foster City, CA) с обратна транскрибирана cDNA, еквивалентна на 10 ng от общата РНК. Всички проби бяха анализирани в три екземпляра и анализирани два пъти. Генът на β-актин се използва като нормализатор. SCD1 нивото на изразяване се изразява като съотношение на SCD1 до β-актин. Нивото на изразяване на SCD1 при мишки, хранени с диета с ниско съдържание на мазнини, произволно е дадена стойност 100. Праймери и сонди за β-актин и SCD1 са проектирани от публикуваните последователности и са както следва: 5′-TCCTGGCCTCACTGTCCAC (β-актинов смисъл), 5′-GGGCCGGACTCATCGTACT (β-актинов антисенс), 6FAM ‐ tccagcagatgtggatcagcaagca-TAMA (β-CCGG-CCG-ACG-ACG-ACG, CCAGA-CCGSCD1 смисъл), 5′ ‐ CAGGACGGATGTCTTCTTCCA (SCD1 антисенс) и 6FAM ‐ aggtgaagacggtgcccctccac ‐ TAMRA (SCD1 сонда).

Биохимични анализи

Кръв от багажника се събира от мишки чрез обезглавяване след завършване на изследването. Плазмените проби бяха анализирани за концентрация на лептин и инсулин с помощта на комплекти за радиоимуноанализ (Linco Research, St. Louis, MO).

Статистически анализ

Всички данни са изразени като средно ± SE. Статистическите анализи бяха извършени от еднопосочен ANOVA с последващо тестване, използвайки Tukey's т тест.

Резултати

Да се ​​изследва дали диетата регулира SCD1 генна експресия, ние рекапитулирахме ефекта на калорично диета върху телесното тегло при предразположени към затлъстяване C57BL/6 и устойчиви на затлъстяване FVB мишки. Мишките бяха хранени с типичен чау (Purina 5001) до 9-седмична възраст и след това бяха назначени на диета с високо съдържание на мазнини (TD95217) или продължиха с чау с ниско съдържание на мазнини в продължение на 8 седмици. Мишките C57BL/6, хранени с диета с високо съдържание на мазнини, консумират 19% повече калории през първите 4 седмици от проучването (Фигура 1А). Първоначалното телесно тегло на мишки C57BL/6 е 26,2 грама за двете групи (Фигура 1В). Мишките C57BL/6, хранени с диета с високо съдържание на мазнини, тежат значително повече от тези на чау с ниско съдържание на мазнини след 4 седмици (съответно 36,7 ± 2,1 срещу 28,5 ± 0,4 грама; стр

индуцирани

Кумулативен прием на калории (A) и телесно тегло (B) на мишки C57BL/6 и кумулативен прием на калории (C) и телесно тегло (D) на мишки FVB, хранени с диета с високо или ниско съдържание на мазнини. Стойностите са средни стойности ± SE на седем мишки/група. *стр

Мазнина (A) и слаба (B) телесна маса на мишки C57BL/6 след 4 и 8 седмици на диета с високо съдържание на мазнини. Стойностите са средни стойности ± SE на седем мишки/група. * стр

Индиректната калориметрия се извършва на 1 и 5 седмици след промяна на диетата при мишки C57BL/6 и FVB. Храненето с диета с високо съдържание на мазнини в продължение на 1 седмица не променя енергийния разход в сравнение с този на мишки, хранени с диета с ниско съдържание на мазнини и в двата щама (Фигура 3 A и D) Храненето с високомаслена диета на мишки C57BL/6 в продължение на 5 седмици значително намалява енергийните разходи по време на тъмния фотопериод в сравнение с диетичната група с ниско съдържание на мазнини, докато няма разлика между групите в базалните енергийни разходи по време на светлия фотопериод (Фигура 3 В и В). За разлика от това, FVB мишките не показват промяна в енергийните разходи 5 седмици след преминаване към диета с високо съдържание на мазнини (Фигура 3 E и F).

Енергийни разходи на мишки C57BL/6 след 1 (A) и 5 ​​(B) седмици на диета с високо съдържание на мазнини. (C) Средни енергийни разходи по време на тъмен и светъл фотопериод на мишки C57BL/6 при 5 седмици проучване. Енергийните разходи на FVB мишки след 1 (D) и 5 ​​(E) седмици на диета с високо съдържание на мазнини. (F) Средни енергийни разходи по време на тъмен и светъл фотопериод на FVB мишки при проучване от 5 седмици. Стойностите са средни стойности ± SE на пет мишки/група. * стр

Чернодробни проби бяха събрани на 72 часа след диетичната промяна и в края на 8-седмичното проучване. SCD1 експресията при мишки C57BL/6, анализирана чрез PCR в реално време и нормализирана до β-актин, се е увеличила с 40% след 72 часа след диетичната промяна (Фигура 4А). Експресията му се е увеличила> 2 пъти (227,5 ± 17,6 срещу 100 ± 6, стр

(А) Относителен израз на SCD1 иРНК в черния дроб на мишки C57BL/6 след 72 часа (A) и 8 седмици (B) на диета с високо съдържание на мазнини. Стойностите са средни стойности ± SE на седем мишки/група. * стр

Относително изразяване на SCD1 иРНК в черния дроб на FVB мишки след 8 седмици на диета с високо съдържание на мазнини. Стойностите са средни стойности ± SE на седем мишки/група.

В края на проучването бяха събрани плазмени проби. Мишките C57BL/6 на диета с високо съдържание на мазнини показват значително по-високи нива на лептин и инсулин в сравнение с контролите на диетата с ниско съдържание на мазнини (Таблица 2). Нивата на лептин и инсулин са склонни да се увеличават при FVB мишки, хранени с високо съдържание на мазнини; тази разлика обаче не достига статистическа значимост (Таблица 2).

Ниско съдържание на мазнини Високо съдържание на мазнини
Лептин (ng/ml)
C57BL/6 7,6 ± 2,7 24,2 ± 4,8 *
FVB 4,6 ± 0,3 13,1 ± 3,0
Инсулин (ng/ml)
C57BL/6 1,1 ± 0,2 10,1 ± 4,9 *
FVB 1,0 ± 0,3 1,6 ± 0,4
  • Стойностите представляват средната стойност ± SE на осем мишки на група.
  • * стр

Дискусия

Наблюдавахме това SCD1 Нивата на иРНК бяха увеличени при C57BL/6, но не и при FVB мишки, когато се хранят с високо съдържание на мазнини. Хранителна регулация на черния дроб SCD1 изразът е описан по-рано. По-специално се съобщава, че храненето на гладни мишки с диета с високо съдържание на въглехидрати без мазнини SCD1 иРНК. Тази индукция на генна експресия се потиска чрез допълване на безмаслената диета с триацилглицериди, съдържащи полиненаситени мастни киселини ((14)). SCD1 синтезът в черния дроб на плъхове се регулира положително от наситени мастни киселини и отрицателно от полиненаситени мастни киселини ((15), (16), (17)). Диетата с високо съдържание на мазнини, използвана в това проучване, е с високо съдържание на наситени и ненаситени мазнини (Таблица 1). Нетният ефект на диетата върху SCD1 изразът е неясен. Данните от проучването показват, че индукцията на SCD1 иРНК се появи на 72 часа (Фигура 4А). Това предполага, че първоначалната хиперфагия допринася в известна степен за индукция на SCD1 израз. Възможни са и други обяснения. Индуцираното от диетата затлъстяване може също да допринесе за по-нататъшното индуциране на SCD1 ген.

Експресия на черния дроб SCD1 също се влияе от различни сигнали като инсулин, глюкагони, глюкокортикоиди и пероксизомни пролифератори. Многобройни проучвания демонстрират, че хроничното хранене с високомаслена хиперкалорична диета предизвиква затлъстяване, хиперинсулимия и хиперлипидемия при гризачи, склонни към затлъстяване ((18), (19)). Анализът на ДНК микрочипове разкрива регулиране на редица гени, участващи в липидния метаболизъм, като например SCD1 и глицерол-3-фосфат дехидрогеназа при индуцирани от диета плъхове със затлъстяване ((20)). Нашите наблюдения на затлъстяване, хиперинсулимия и хиперлипидемия и индукция на SCD1 при мишки C57BL/6 след хранене с високо съдържание на мазнини е в съгласие с тези доклади. Като се имат предвид тези данни, ние предполагаме, че високо наситените хранителни мазнини в проучването може да са отговорни за повишените SCD1 експресия и първоначален фенотип със затлъстяване при мишки C57BL/6. Като следствие от повишеното затлъстяване, нивото на инсулин е повишено при тези мишки, което от своя страна поддържа повишено SCD1 израз.

Няколко проучвания показват, че лептинът играе важна роля в регулирането SCD1 израз. Cohen et al. са представили доказателства, че SCD1 нивото на иРНК и нейната активност бяха повишени през ob/ob мишки и са редуцирани при тези животни чрез лечение с лептин ((21)). Kakuma et al. съобщава, че индуцирана от аденовирус хиперлептинемия намалява SCD1 ген с 96% при постни плъхове на Zucker ((22)). Прилагането на лептин и индуцираната от аденовирус хиперлептинемия ще намалят телесното затлъстяване. Тези резултати са в съответствие с нашите заключения, че телесното затлъстяване е паралелно SCD1 ниво на изразяване. Kakuma et al. също съобщава, че храненето с високо съдържание на мазнини намалява чернодробната SCD1 иРНК от 80% при плъхове Sprague-Dawley ((22)). Наблюдавахме индукция на SCD1 ген в щам на плъх, податлив на затлъстяване, предизвикано от диета, подобно на това, което докладвахме тук (непубликувани данни, C. Hu и Y. Chen). Разликата може да се дължи на деформация.

Нашето проучване показа, че диетата с високо съдържание на мазнини не успява да предизвика SCD1 експресия при FVB мишки. FVB мишките не променят телесното тегло, енергийните разходи или SCD1 изразяване след консумация на диетата в продължение на 8 седмици. Това е първото проучване, което показва, че традиционно считаните за чувствителни към хранителни вещества SCD1 генът е диференцирано регулиран при различни миши щамове. Тези данни предполагат това SCD1 експресията е чувствителна към хранителни фактори само при щамове, чувствителни към хранителни мазнини. Спекулираме с това SCD1 mRNA индуцируемостта може да бъде основният определящ фактор при предсказване на диета, индуцирано затлъстяване.

В заключение, хиперкалоричната диета с високо съдържание на мазнини увеличава телесното затлъстяване първо, като произвежда хиперфагия, а след това чрез намаляване на енергийните разходи на мишките, податливи на диета, предизвикано от затлъстяване. Диетичният състав и генетичният произход са два основни фактора за регулиране SCD1 експресия в черния дроб.

Признание

Нямаше финансиране/външна подкрепа за това проучване. Авторите благодарят на Марк Хейман и Крейг Хамънд за критичния преглед на този ръкопис.