Бащинско програмиране на чернодробната функция и липидния профил, предизвикано от бащинска предубедена нездравословна диета: потенциална асоциация с променен състав на чревния микробиом

Въведение

Неблагоприятното хранене на родителите може да повлияе на възприемчивостта на потомството към по-късен живот. Субоптималните ранни условия на живот, които засягат зародишните клетки, вътрематочната среда или ранните постнатални състояния, могат да бъдат отговорни за това. Концепцията, свързваща въздействието на ранните условия на живот върху възприемчивостта към болести в по-късен етап е известна като програмиране на плода или произход на развитието на болестта при възрастни [1-3].

Напоследък чревната микробиота, която играе важна роля в поддържането на здравето на гостоприемника и в развитието на болестта, се превърна в основна и обещаваща изследователска област в областта на биомедицината [4-7]. Предишни проучвания предполагат, че чревната микробиота е важна за регулирането на метаболитните пътища при здрави хора и при пациенти със затлъстяване, диабет и сърдечно-съдови заболявания [8, 9]. Хипотезата за развитието на здравето и болестите (DOHaD), формулирана за първи път в началото на 90-те години, предполага, че неблагоприятните вътреутробни условия могат да повлияят на пътищата на развитие в ранния живот, които водят до дългосрочни промени в податливостта на болестта на потомството [1, 2, 10, 11]. Неотдавнашната работа върху човешкия микробиом показва, че чревната микробиота може допълнително да обясни наблюденията, изложени от хипотезата на DOHaD [12-14].

Широко се съобщава за промени в състава на микробиотата на майката, свързани както със състоянието на диетата, така и със затлъстяването [15-18]. Нарушаването на чревната микробиота на майката може да повлияе на ранните пионерски бактерии при новороденото и може да бъде основен кандидат за предаване на риск от метаболитни заболявания между поколенията предвид значителното влияние на тези микроби върху растежа на бебето [19, 20], развитието на имунната система [21-23 ], и дори нервно развитие [24, 25]. Интересното е, че нововъзникващите доказателства допълнително показват, че предаването на микробиота от майка на потомство може да се случи преди раждането, което оттогава подчерта отново значението на периода на бременността за развитието на новородения микробиом [12, 13]. Чревната микробиота е важен фактор, който влияе върху добива на енергия от диетата и съхранението на енергия в гостоприемника. Всъщност чревната микробиота оказва силно влияние върху метаболизма на липидите и холестерола на гостоприемника. Съобщава се, че тежестта на неалкохолната мастна чернодробна болест (NAFLD) след раждането е силно свързана с чревна дисбиоза и промяна в метаболитната функция на червата [26], включително производство и използване на късоверижни мастни киселини и жлъчни киселини.

Гореописаните механизми са от майчин произход и са причинени или от фактори на околната среда на майката, или от майчини гени, които действат върху епигенома на растящия плод. Няколко проучвания показват, че хранителните фактори по бащина линия, особено по време на узряването на спермата, могат да променят епигенома и фенотипа на потомството [27-30].

Доказано е, че храненето на основатели на мъжки плъхове с диета с високо съдържание на мазнини преди чифтосването предизвиква нарушен глюкозен толеранс при женските потомци [31], най-вероятно поради епигенетични адаптации в черния дроб. Въпреки това, разследванията за последиците от въздействието на бащината нездравословна диета преди зачеване върху чревната микробиота при потомството са ограничени. Предвид многостранния характер на тази тема, в настоящото проучване анализирахме ефекта от храненето на мъжки плъхове с високо съдържание на мазнини, високо захароза и високо съдържание на сол (HFSSD) в продължение на две поколения (F0 и F1) върху тяхното потомство (F2) чернодробна функция и чревен микробиомен състав.

Материали и методи

Животни

Настоящото проучване използва плъхове на Sprague-Dawley от двата пола, включително поколение F0 (30 мъже и 32 жени), поколение F1 (80 мъже и 80 жени) и животни от поколение F2 (49 мъже и 38 жени). Плъховете F0 са закупени от Hunan SJA Laboratory Animal Co., Ltd (Чанша, Китай) и са доставени на възраст от 4 седмици. Животните бяха настанени в контролирани от температурата камери под контролно осветление с 12: 12-часови цикли светлина-тъмнина. На всички животни беше разрешен достъп по свободен път до вода и храна. Експерименталните протоколи бяха одобрени от Експерименталния център за животни на Нормалния университет Хунан (Чангша, Китай) в съответствие с етичните стандарти на провинция Хунан, Китай.

Уча дизайн

F0 мъжки плъхове бяха разделени на случаен принцип в две проучвани групи: (1) контролна диета (CD, н = 15) и (2) HFSSD (н = 15). На всички животни беше разрешено да консумират вода от чешмата и храна ad libitum. Подробно описание на диетичните състави е показано в таблица 1.

маса 1.

Състав на CD и HFSSD

Фиг. 1.

F0 мъжки плъхове бяха разделени на случаен принцип в две проучвани групи: (1) контролна диета (CD, н = 15); (2) диета с високо съдържание на мазнини, захароза и високо съдържание на сол (HFSSD, н = 15). Мъжкото потомство от F1 е разпределено на случаен принцип в две проучвани групи: (1) диетична група по бащин контрол (PatCD група): мъжко F1 потомство на CD-хранени основатели на F0 са получили CD от раждането си до 24-тата седмица и са били съчетани с CD-хранени язовирите и техните потомци от F2 представляват групата F0CD + F1CD (група F0CD + F1CD-F2); (2) бащинска диета с високо съдържание на мазнини, висока захароза и високо съдържание на сол (група PatHFSSD): мъжко потомство F1 на основатели на F0, хранени с HFSSD, получиха CD от раждането до 15-та седмица, последвано от HFSSD до 24-та седмица и бяха съчетани с язовири, хранени с CD и техните потомци представляват групата F0HD + F1HD (група F0HD + F1HD-F2). Въз основа на F0 и F1 бащинска диета преди чифтосване, потомството F2 може да бъде разделено на две изследователски групи: (1) F0CD + F1CD група: F2 потомство на F0 и F1 мъжки основатели, хранени със CD; (2) F0HD + F1HD група (F0CD + F1CD-F2 група): F2 потомство на F0 и F1 мъжки основатели, хранени с HFSSD (F0HD + F1HD-F2 група).

Метаболитни тестове

Кръвни проби бяха взети чрез аортна пункция в края на изследването. Серумната глюкоза (GLU), холестеролът (CHOL), триацилглицеролите (TG), липопротеините с висока плътност (HDL), липопротеините с ниска плътност (LDL), аланин аминотрансферазата (ALT) и аспартат трансаминазата (AST) са измерени с помощта на Hitachi 7020 автоматичен биохимичен анализатор (Hitachi High-Technologies, Токио, Япония).

Екстракция на фекална ДНК и 16S rRNA генно секвениране

Биоинформатика и статистически анализ

Оптимизираните последователности бяха групирани в оперативни таксономични единици (OTU), използвайки софтуера Vsearch с 97% праг на двойна идентичност, а OTU бяха използвани за оценка на разнообразието и богатството на общността. Индексът на Шанън, PD_whole_tree и Chao бяха изчислени с помощта на QIIME. Представителните последователности на OTU са използвани за генериране на филогенетично дърво с помощта на FasTree. След това филогенетичното дърво беше използвано за непретеглен анализ на главните координати на UniFrac (PCoA) [32]. Относителното изобилие от чревна микробиота във всяка проба и други данни за измерване бяха изразени като средно ± SEM и оценени с несдвоени т-тест. Анализите на корелацията между относителното изобилие (процент) на бактериалния род и индекса на чернодробната функция бяха извършени чрез използване на корелационни анализи на Spearman. Статистическата значимост беше приета като стр 2 = 0,446, р 2 = 0,525, р 2 = –0,510, р 2 = –0,423, р 2 = 0,553, р 2 = 0,441, р 2 = 0,616, р 2 = –0,649, р 2 = –0,584, р 2 = –0,642, р 2 = 0,601, р 2 = –0,478, р 2 = –0,529, р 2 = 0,429, р 2 = 0,416, р 2 = 0,449, р 2 = –0,393, р 2 = 0,405, р 2 = –0,419, стр