Обективен Изследвахме въздействието на консумацията на аспартам и стевия при майки върху затлъстяването, глюкозния толеранс, чревната микробиота и мезолимбичния път при затлъстели майки и техните потомци.

стевия

Дизайн След индукция на затлъстяването, женски плъхове Sprague-Dawley бяха разпределени по време на бременност и кърмене на: (1) диета с високо съдържание на мазнини/захароза (HFS) + вода (затлъстяване-WTR); (2) HFS + аспартам (APB със затлъстяване; 5-7 mg/kg/ден); (3) HFS + стевия (затлъстяване-STV; 2-3 mg/kg/ден). Потомците се отбиват от контролна диета и вода и се следват до 18 седмици. Чревната микробиота и метаболитните резултати са измерени при майки и потомство. Цекула от потомството при отбиване е използвана за трансплантация на микробиота с фекалии (FMT) в мишки без микроби (GF).

Резултати Приемът на APM и STV от майката с диета HFS увеличава телесните мазнини при потомството при отбиване и телесното тегло в дългосрочен план с APM. Консумацията на APM/HFS при майките е нарушила глюкозния толеранс при мъжкото потомство на възраст 8 седмици и APM и STV са променили фекалната микробиота при майки и потомци. Затлъстяването на майката/диетата с HFS повлиява затлъстяването на потомството и толерантността към глюкозата повече, отколкото консумацията на LCS при майките на възраст 12 и 18 седмици. APM и STV променят експресията на гени в мезолимбичната система за възнаграждение, която може да насърчи консумацията на вкусна диета. GF мишки, получаващи FMT от потомство със затлъстяване APM и затлъстяване STV, са имали по-голямо наддаване на тегло и телесни мазнини и нарушен глюкозен толеранс в сравнение с затлъстяване-WTR.

Заключение Консумацията на нискокалорични подсладители при майките заедно с HFS може да наруши регулирането на теглото, контрола на глюкозата и чревната микробиота в язовирите и техните потомци, най-вече в ранния живот, въпреки че няма пряка консумация на нискокалорични подсладители от потомството.

  • диета
  • метаболизъм на глюкозата
  • чревни бактерии
  • затлъстяване
  • енергиен метаболизъм

Това е статия с отворен достъп, разпространявана в съответствие с лиценза Creative Commons Attribution Non Commercial (CC BY-NC 4.0), който позволява на другите да разпространяват, ремиксират, адаптират, надграждат тази работа с нетърговска цел и да лицензират своите производни произведения на различни условия, при условие че оригиналната творба е правилно цитирана, даде се подходящ кредит, всички направени промени са посочени и използването е некомерсиално. Вижте: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/.

Статистика от Altmetric.com

Значение на това проучване

Това, което вече е известно по този въпрос?

Диетата на майката по време на бременност и кърмене допринася за програмирането на развитието на дългосрочното здраве и податливост на болестта при потомството.

Някои доказателства сочат, че директната консумация на нискокалорични подсладители или експозицията, започваща вътреутробно, може да насърчи наддаването на тегло и да наруши толерантността към глюкозата и ефективността на обучението.

Консумацията на нискокалорични подсладители може да промени състава на микробиотата в червата.

Какви са новите открития?

Независимо от затлъстяването при майки/диета с захар с високо съдържание на мазнини, консумацията на аспартам и стевия при майките увеличава затлъстяването при мъжките и женските потомци в ранен живот и нарушава глюкозния толеранс при мъжките потомци, особено при аспартам.

Консумацията на нискокалоричен подсладител и HFS диета от затлъстели бременни и кърмещи плъхове променя чревната микробиота на потомството, причинявайки (показано с трансплантация на фекална микробиота) нарушена гъстота и толерантност към глюкоза в ранен живот, въпреки че няма пряка консумация на подсладители от потомството.

Аспартамът на майката и в по-малка степен стевия заедно с консумацията на HFS променят експресията на гени в мозъка, свързани с поведението на хранене при потомството, което може да насърчи консумацията на вкусна храна, ако се представи на потомството.

Значение на това проучване

Как може да се отрази на клиничната практика в обозримо бъдеще?

Нарушенията на чревната микробиота и метаболизма по време на критични периоди на развитие могат да увеличат риска от метаболитни заболявания по-късно в живота. Разбирането на въздействието на диетичните съставки върху майчиния метаболизъм и чревната микробиота може да помогне да се определи оптималната диета на майката, като в крайна сметка се насърчава по-здравословно бъдеще както за майката, така и за детето.

Въведение

Честотата на затлъстяването се е увеличила с безпрецедентна скорост през последните 30 години.1 Наред с драстичното нарастване на глобалните нива на затлъстяване, броят на жените, които влизат в бременност със затлъстяване и тези с прекомерно наддаване на гестационно тегло също нараства. установи, че здравето и храненето на майката имат дълготрайно въздействие върху здравето на потомството, а затлъстяването и прекомерното наддаване на тегло по време на бременност са свързани с лоши резултати при бременност като макрозомия, преждевременно раждане и по-голям риск от затлъстяване по-късно в живота.

Трансплантация на фекална микробиота

Цекулната материя, събрана от мъжки затлъстели APM, затлъстели STV и затлъстели WTR потомство при отбиване и съхранявани при -80 ° C, се обединява и се смесва с 5 ml стерилен фосфатно буфериран физиологичен разтвор в анаеробна камера, за да се получи хомогенен разтвор. 400 µl от фосфатно-буфериран физиологичен разтвор (PBS) -цекален разтвор се дават на мишки без мъжки микроб на възраст 8–10 седмици (n = 10/група). Телесното тегло беше измерено на изходно ниво, 7, 10 и 14 дни след сонда. Петнадесет дни след сондата беше извършено OGTT и на следващия ден мишките бяха подложени на DXA сканиране и бяха евтаназирани.

Статистически анализ

Всички данни са представени като средно ± SEM. За определяне на разликите между групите се използва еднопосочен дисперсионен анализ (ANOVA) с Tukey post hoc. За резултати с повтарящи се мерки се използва двупосочен ANOVA с времето като фактор в рамките на субекта, а майчината диета като фактор между субектите. Данните от слабата референтна група се показват за ключови метаболитни резултати като референтна точка между постна/здрава бременност и фенотип със затлъстяване. Като се има предвид, че не е имало намеса и постно-референтната група се използва само за справочни цели, те не са включени в статистическия анализ. „N“ на експерименталните групи е даден в допълнителната онлайн таблица 1. Анализът е завършен с помощта на софтуера SPSS V.24.0 (SPSS Inc.). Данните се считат за значими при p≤0,05. Статистически анализ за 16S rRNA секвениране на Illumina беше извършен, както беше описано по-рано

Допълнителен материал

Резултати

Консумацията на LCS увеличава затлъстяването при потомството в ранния живот

При язовирите не се наблюдава разлика в телесното тегло (фигура 1А) или телесния състав (таблица 1).

Антропометрия на язовирите при отбиване *

Язовир и потомство телесно тегло. (А) Язовирно телесно тегло по време на бременност и кърмене. (Б) Тегло при раждане на потомството. (C) Наддаване на тегло на мъжкото поколение след отбиване (D) Повишаване на теглото на женското поколение след отбиването. Стойностите са средни ± SEM. a, b горните индекси показват значителни разлики между групите, където обозначените средства без обща надбуквена буква се различават, p≤0,05 (т.е. „a“ и „b“ се различават; „ab“ не се различава от „a“ или „b“). Затлъстяване-APM, затлъстяване аспартам (n = 10 майки бременност, n = 9 майки лактация, n = 9 M и 8 F потомство); затлъстяване-STV, затлъстяване стевия (n = 8 майки бременност, n = 7 майки лактация, n = 7 M & F потомство); затлъстяване-WTR, контрол на затлъстяването (n = 13 майчини бременност, n = 6 майки лактация, n = 6 M и F потомство); слаб референтен, слаб контрол (n = гестация от 14 язовира, n = 11 лактация на язовири, n = 10 M и F потомство; не е включен в статистическия анализ). G, бременност; L, лактация; W, седмица.

Консумацията на стевия намалява плодовитостта на язовирите, но всички язовири, които забременеха, имаха успешно раждане (констатации, публикувани по-рано26). Няма разлики в теглото при раждане на кученце между групите (фигура 1В). При отбиването се наблюдава тенденция (p = 0,066) за по-високо телесно тегло при затлъстелите APM спрямо затлъстелите WTR мъжки потомци (таблица 2), докато женските затлъстели APM и затлъстелите STV потомци са значително по-тежки от затлъстелите WTR (таблица 3 ). За да се отчетат разликите в теглото на отбиването, ние изчислихме наддаване на тегло от отбиването за всички следващи точки от времето и показахме, че затлъстелите APM продължават да показват по-голямо наддаване на тегло дори когато се вземе предвид по-високата им начална точка на 3 седмична възраст. Мъжки потомци със затлъстяване-APM имат по-голямо наддаване на тегло от затлъстяване-WTR на 6 и 12 седмици (фигура 1C), а женските затлъстели APM имат по-голямо наддаване на тегло от затлъстяване-WTR и затлъстяване-STV от 12 до 18 седмици. Подобни модели са наблюдавани при абсолютно телесно тегло, въпреки че женските затлъстели-APM са били постоянно по-тежки от затлъстелите-WTR и затлъстелите STV от 6 до 15 седмици и по-тежки от затлъстелите-STV на 18 седмици (допълнителна онлайн фигура 1A, B).

Антропометрия на мъжкото потомство при отбиване, седмица 12 и седмица 18 *

Антропометрия на женското потомство при отбиване, седмица 12 и седмица 18 *

Независимо от ефектите от майчиното затлъстяване/HFS диета, аспартамът и стевията увеличават процента на телесните мазнини при мъжки (таблица 2) и женски (таблица 3) потомство при отбиване. Към 12 и 18 седмици потомството със затлъстяване APM, затлъстяване STV и затлъстяване WTR има сходна мастна маса, което предполага ранно въздействие на консумацията на LCS при майката върху телесния състав, което се изпреварва от дълготрайното въздействие на майчиното затлъстяване/HFS диета. Не са наблюдавани разлики в приема на енергия и течности в язовирите или енергийния прием на потомството (допълнителна онлайн фигура 2), въпреки че мъжките потомци със затлъстяване-WTR консумират съответно 50 и 43 kcal/ден повече от затлъстелите APM и затлъстелите STV на 6-годишна възраст седмици (жените консумират съответно 19 и 31 kcal/ден повече). Въпреки очевидно по-ниския енергиен прием, мъжките потомци със затлъстяване APM са имали по-голямо наддаване на тегло на възраст 6 седмици (фигура 1С).

Консумацията на LCS уврежда инсулиновата чувствителност при майките, а консумацията на аспартам при майките намалява глюкозния толеранс/инсулиновата чувствителност при мъжкото потомство в ранен живот

Независимо от ефекта на затлъстяването/HFS, затлъстелите APM майки са намалили инсулиновата чувствителност по време на бременността, което се вижда от по-високите нива на глюкоза в кръвта при 60, 90 и 120 минути след инсулиново натоварване в сравнение с WTR със затлъстяване (фигура 2А). Затлъстяването-STV имаше по-високи нива на кръвна глюкоза, отколкото затлъстяването-WTR на 120 минути след инсулиново натоварване (фигура 2А). Не са наблюдавани разлики в инсулиновата чувствителност по време на кърмене (фигура 2В). Мъжки потомци с наднормено тегло APM са намалили чувствителността към инсулин в ранния живот. По време на ITT на осем седмици, мъжките потомци със затлъстяване-APM са имали по-високи нива на глюкоза в кръвта на 60 и 120 минути в сравнение с WTR със затлъстяване (фигура 2C). Това беше придружено от по-висок инсулин на гладно при мъже със затлъстяване-APM (5,3 ± 0,3) и затлъстяване-STV (5,1 ± 0,3) потомство в сравнение със затлъстяване-WTR (4,9 ± 0,07). Към 17 седмици затлъстяването/HFS оказва по-голям ефект от LCS (фигура 2D) и значителен диетичен ефект показва, че консумацията на стевия при майките всъщност може да подобри чувствителността към инсулин при мъжкото потомство на възраст 17 седмици. Инсулиновата чувствителност при женското потомство на 8 седмици не се различава (фигура 2Е), но подобно на мъжете, консумацията на стевия при майки показва подобрение в инсулиновата чувствителност на 17 седмици (фигура 2F).

Инсулинова чувствителност на майките и потомството. (А) Загуба на глюкозен отговор по време на ITT при бременност. (B) Отмяна на глюкозния отговор по време на ITT при лактация. (C) Мъжки глюкозен отговор по време на ITT на възраст 8 седмици. (D) Мъжки глюкозен отговор по време на ITT на възраст 17 седмици. (E) Женски глюкозен отговор по време на ITT на възраст 8 седмици. (F) Женски глюкозен отговор по време на ITT на възраст 17 седмици. Стойностите са средни ± SEM. a, b индексите показват значителни разлики между групите, при които обозначените средства без обща индексна буква се различават, p≤0.05. Затлъстяване-APM, затлъстяване аспартам (n = 10 майки бременност, n = 9 майки лактация, n = 9 M и 8 F потомство); затлъстяване-STV, затлъстела стевия (n = 8 майки бременност, n = 7 майки лактация, n = 7 M и F потомство); затлъстяване-WTR, контрол на затлъстяването (n = 13 майчини бременности, n = 6 майки лактация, n = 6 M и F потомство). ITT, тестове за инсулинова толерантност.

Гликемията по време на OGTT в язовири по време на бременност и лактация (фигура 3A-D) не се влияе независимо от LCS. Въпреки това, мъжките затлъстели APM и затлъстелите STV поколения са имали по-висока глюкоза на 0 и 15 минути по време на OGTT в сравнение с WTR на затлъстяване на възраст 8 седмици (фигура 3Е). AUC на глюкозата също е била по-висока при мъже със затлъстяване APM в сравнение с WTR със затлъстяване (фигура 3F). До 17 седмици влиянието на майчиното затлъстяване/HFS върху гликемията (фигура 3G) и AUC на глюкозата (фигура 3H) става по-голямо от LCS, като само глюкозата след 30 минути е значително по-висока при затлъстяване-APM спрямо затлъстяване-WTR (фигура 3G). Няма независими LCS ефекти върху гликемията на женското поколение и AUC на глюкозата на 8 седмици (фигура 3I, J). Консумацията на APM със затлъстяване при майки изглежда оказва специфично за пола въздействие върху глюкозния толеранс на потомството и инсулиновата чувствителност в ранен живот, което се изпреварва от дълготраен ефект на майчиното затлъстяване/HFS върху глюкозния толеранс при двата пола през зряла възраст (фигура 3K, L ).

Топлинна карта на относителното изобилие на избрани таксони (количествено изразени с qPCR) във фекалната материя на язовири при бременност D21 и лактация D21 и мъжки и женски потомци на 6-седмична възраст. Затлъстяване-APM, затлъстяване аспартам (n = 10 майки бременност, n = 9 майки лактация, n = 9 M и 8 F потомство); затлъстяване-STV, затлъстела стевия (n = 8 майки бременност, n = 7 майки лактация, n = 7 M и F потомство); затлъстяване-WTR, контрол на затлъстяването (n = 13 майчини бременност, n = 6 майки лактация, n = 6 M и F потомство).

Картата на топлината изобразява подобно по-високо относително изобилие на Clostridium leptum в затлъстелите APM и затлъстелите STV язовири и потомство. Язовирите със затлъстяване-WTR също са имали по-висок Clostridium leptum, но този модел на по-голямо изобилие не се наблюдава при техните потомци. Въпреки че относителното изобилие на много от другите таксони е подобно между язовирите и потомството, язовирите имат по-голямо изобилие от Akkermansia muciniphila и Enterobacteriaceae от потомството и Lactobacilli показват тенденция към специфични за пола вариации при потомството.

Потреблението на LCS при майките е повлияло на цекълната микробиота на потомството

Съставът на микробиотата на цекалите на язовирите и потомството на 18 седмици на семейно ниво е показан на допълнителна онлайн фигура 6. Не са открити разлики в алфа разнообразието с изключение на затлъстелите STV язовири, които показват потенциално спасяване на намалено разнообразие в резултат на обезогенен диета (онлайн допълнителна фигура 7). Открити са само тенденции към различия в бета разнообразието при язовирите (p = 0,06) или техните потомци (мъже p = 0,17; жени p = 0,08) (допълнителна онлайн фигура 7). Анализът на размера на ефекта на линейния дискриминантен анализ (LEfSe) показа, че язовирите със затлъстяване APM са намалили изобилието от Enterococcaceae, Enterococcus, Parasutterella и са увеличили изобилието на Clostridium клъстер IV в сравнение с язовирите със затлъстяване-WTR (фигура 6А). Porphyromonadaceae са свръх изобилие при затлъстели STV язовири и мъжки и женски затлъстели APM и затлъстели STV потомци в сравнение със затлъстелите-WTR (фигура 6B, C-F). Sporobacter е променен при затлъстели STV майки и мъжки потомци (фигура 6В, D).

Размерът на ефекта на линейния дискриминационен анализ, описващ най-големите разлики между лекуваните общности. Лечението на нискокалорични подсладители при майките повлиява състава на микробиотата на цекалите в язовирите в края на лактацията/отбиването и потомството на 18 седмици. Графиките представляват хистограма на линейни дискриминантни резултати от анализ между: (A) APM и WTR язовири; (Б) язовири STV и WTR; (C) мъжки потомци APM и WTR; (D) мъжки потомци на STV и WTR; (E) женски потомци APM и WTR; (F) женски потомци на STV и WTR. Затлъстяване-APM, затлъстяване аспартам (n = 7 язовира, n = 9 M и 8 F потомство); затлъстяване-STV, затлъстела стевия (n = 7 язовира, n = 7 M и F потомство); затлъстяване-WTR, контрол на затлъстяването (n = 5 язовира, n = 5 M и F потомство).

Съставът на чревната микробиота при отбиване влияе пряко върху наддаването на тегло и непоносимостта към глюкоза

Без микробни мишки, които са получили трансплантация на цекална микробиота от потомство на язовири, консумиращи аспартам или стевия (сега конвенционализирани, CONV), имат значително по-голямо телесно тегло 7, 10 и 14 дни след инокулацията в сравнение с мишките CONV-WTR (фигура 7А). CONV-APM мишките имат значително по-високи глюкозни стойности 0, 30, 90 и 120 минути, а CONV-STV мишките имат по-високи глюкозни стойности 90 и 120 минути след натоварване с глюкоза в сравнение с мишките CONV-WTR (фигура 7В). Мишките CONV-APM и CONV-STV имат значително по-голяма AUC на глюкоза, което показва намален глюкозен толеранс (фигура 7С). Мишките CONV-APM и CONV-STV показват повишена мастна маса (фигура 7D) и процент телесни мазнини (фигура 7Е) без разлика в чистата маса (фигура 7F) в сравнение с CONV-WTR. Съставът на микробиота на мишки на 14 дни е показан в допълнителна онлайн фигура 8 на семейно ниво и като общностни разлики с LEfSe анализ, който показва постоянно увеличено относително изобилие на Porphyromonadaceae в мишки, получатели на LCS, подобно на това, наблюдавано при потомство и язовири на APM и STV (с изключение на язовирите APM; фигура 6).