• Намерете този автор в Google Scholar
  • Намерете този автор в PubMed
  • Потърсете този автор на този сайт
  • За кореспонденция: [email protected]

Съобщено от Брус М. Шпигелман, Медицинско училище в Харвард, Бостън, Масачузетс, 17 юли 2009 г. (получено за преглед на 15 май 2008 г.)

диета

Свързана статия

Резюме

Съдовите заболявания остават доминираща причина за заболеваемост и смъртност в голяма част от света. Най-честата форма на съдови заболявания е атеросклерозата, хронично заболяване, характеризиращо се с натрупване на липиден и влакнест материал в съдовата стена, което може да завърши с исхемично увреждане на тъканите (1). Смята се, че атеросклерозата се формира като възпалителен отговор на различни стимули, включително серумни липиди, които индуцират ендотелна дисфункция и водят до съдово набиране на левкоцити (2). Подобни лезии са генерирани в различни животински модели чрез увеличаване на хранителните мазнини и холестерола (3, 4). Неотдавнашната работа повдигна възможността ендотелните прогениторни клетки (EPC) да помогнат за възстановяване на нормалната съдова функция (5, 6). В съответствие с тази хипотеза, клиничните проучвания показват, че EPC номерът корелира с реактивността на брахиалната артерия (7) и обратно с проспективно оценения сърдечно-съдов риск (8). Точната роля на EPC в атерогенезата обаче остава слабо дефинирана. За разлика от това, EPCs са по-ясно замесени в засилване на неоваскуларизацията в отговор на тъканна исхемия при възрастни (6, 9), ключов компонент на лечебния процес след такова нараняване.

Нарастващата епидемия от затлъстяване и загрижеността за усложненията му, включително атеросклеротична съдова болест, предизвика интерес към интервенции като диети с ниско съдържание на въглехидрати. Обикновено намаляването на диетичните въглехидрати се придружава от увеличаване на хранителните мазнини и протеини, което привържениците предполагат, че може да има оздравителни ефекти чрез нетно намаляване на гликемичния товар. Всъщност рандомизираните проучвания предполагат, че диетите с ниско съдържание на въглехидрати могат да ускорят загубата на тегло с изненадващо малък отрицателен ефект върху серумните маркери за сърдечен риск като холестерол (10, 11). Нещо повече, скорошно проучване върху мишки демонстрира, че изключително нисковъглехидратната, кетогенна диета предизвиква загуба на тегло, непропорционална на намаляването на калорийния прием чрез индукция на чернодробен FGF21 (12). За разлика от това, скорошно клинично проучване демонстрира, че диетата с ниско съдържание на въглехидрати нарушава съдовата реактивност, медиирана от потока, в сравнение с диета с ниско съдържание на мазнини, дори в условията на подобна загуба на тегло и намаляване на кръвното налягане (13). Основният клиничен въпрос - как подобни диети влияят на дългосрочното съдово здраве - остава до голяма степен нерешен и ние разгледахме този въпрос при миши модели.

Резултати

Ефект на LCHP диетите върху атерогенезата.

Нисковъглехидратните високобелтъчни диети увеличават атеросклерозата при ApoE -/- мишки. (A) Върху луминалната повърхност на мишите аорти от аортния корен до средно низходящата гръдна аорта, включително дясната безножична, лявата каротидна и лявата субклавиална артерии. Aortae оцветени за Oil Red O, за да очертаят богатите на липиди лезии на 6 и 12 седмици при диети. (Б) Атеромна зона като процент от общата аортна луминална площ (аортна корен до илиачна бифуркация) на 6 и 12 седмици при посочените диети. n на 6 седмици: SC = 4, WD = 11, LCHP = 11; на 12 седмици: SC = 3, WD = 7, LCHP = 7. Резултатите са показани като средна стойност ± SD. Двупосочни сравнения чрез t-тест на Student. (В) Хистологични разрези на аортни корени на нивото на аортните клапани, оцветени с Маслено червено О на 6 и 12 седмици. (D) Количествено определяне на площта на напречното сечение на атероматозните лезии на нивото на аортната клапа на 6 и 12 седмици при диети. SC, стандартен чау; WD, ‘западна диета’; LCHP, нисковъглехидратна, високобелтъчна. n на 6 седмици: SC = 3, WD = 6, LCHP = 6; на 12 седмици: SC = 5, WD = 7, LCHP = 7. Резултатите са показани като средна стойност ± SD. Двупосочни сравнения чрез t-тест на Student.

Влияние на LCHP диетите върху маркерите за сърдечно-съдови рискове.

За да разберем основата за повишена атеросклероза при мишки, хранени с LCHP, изследвахме серуми за признати маркери за сърдечно-съдов риск (Таблица 1). Както се очаква, WD доведе до увеличаване на общия серумен холестерол (1470 ± 171 mg/dL) в сравнение с SC диета (359 ± 28 mg/dl, P Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец

Серумни маркери за сърдечно-съдов риск след 6 седмици на диети

Диетични ефекти върху серумните липиди и маркери на възпалението. (А) Сборна плазма от мишки, хранени с диети с WD или LCHP (три мишки на диета) в продължение на 6 седмици беше подложена на бързо протеиново течно хроматографско разделяне и холестероли, измерени във всяка фракция. Червено = WD; синьо = LCHP серум. (B) Нива на окислен LDL при мишки след 6 седмици диета, измерени чрез ELISA. (n) SC = 4, WD = 7, LCHP = 7. Резултатите са показани като средна стойност ± SD. (C) Процент на площта на атероматозна лезия, положителна за 8-оксогуанин на 6-седмична диета. (n) WD = 6, LCHP = 6. Резултатите са показани като средна стойност ± SD. (D) Нива на серумен интерлевкин-6 (IL-6; pg/dL) на 6 седмици при диети. (n) SC = 5, WD = 4, LCHP = 7. Резултатите са показани като средна стойност ± SD. (E) Серумни нива на моноцитен хемоаттрактант протеин-1 (MCP-1; pg/mL) след 6 седмици на диети. *, P -/- мишки на 6 седмици са показани вдясно и количествено изчислени като процент от площта на лезията в ляво. Показани са кумулативни данни от три независими експеримента. (n) WD = 11, LCHP = 11. Резултатите са показани като средна стойност ± SD. Всички сравнения от две групи, извършени с t тест на Student.

Серумни нива на окислен LDL (oxLDL) не се различават значително между мишките, хранени с WD и LCHP (съответно 2,47 ± 1,7 U/L срещу 2,14 ± 1,1 U/L), въпреки че и двете диети с високо съдържание на мазнини показват повишени нива на оксид LDL в сравнение с SC-хранени мишки (0,32 ± 0,6 U/L; Фиг. 2В). В допълнение, имунохистохимичното маркиране с антитяло срещу 8-оксогуанин, основен продукт на оксидативен стрес върху ДНК, показва сходно ниво на окислително увреждане при атероматозните лезии на WD- и LCHP-хранени мишки (фиг. 2С и фиг. S2).

Като цяло липсата на значителни разлики в нивата на холестерол, глюкоза и инсулин на гладно или нива на LDLD подсказва, че нито повишените липиди, нарушената регулация на глюкозата, нито оксидативният стрес са отговорни за повишената атеросклероза в диетичната група LCHP. В съответствие с намаления прием на въглехидрати, глюкозата на гладно е била по-ниска в групата LCHP в сравнение с групата WD (Таблица 1). Наблюдавахме повишаване на серумните нива на нестерифицирани мастни киселини (NEFA) при LCHP диетата, въпреки че ролята на NEFA в атеросклерозата остава неясна. Те обаче са клиничен маркер на риска (17, 18), който може да увеличи възпалението (19), което може да допринесе за атерогенезата.

Възпалението играе важна роля в атерогенезата. Поради това изследвахме серумни нива на интерлевкин-6 (IL-6), показател за общо възпаление, което не се различаваше между трите кохорти (фиг. 2D). По-специфичният възпалителен хемокин, моноцитен хемоаттрактант протеин-1 (MCP-1), който се индуцира в атероматозни лезии, замесен в атерогенезата (20–22) и допринася за набирането на моноцити, беше значително увеличен в серума на WD-хранени в сравнение с SC-хранени мишки (фиг. 2Е). Парадоксално, но мишките, хранени с LCHP, имаха нива на MCP-1, които бяха по-ниски от мишките, хранени с WD, и не се различаваха от мишките, хранени със SC. Предишната работа при модели на мишки с дефицит на зародишна линия MCP-1 предполага, че този намален MCP-1 трябва, ако нещо смекчи атерогенезата (21, 22), въпреки че серумните нива вероятно са по-малко важни от локалните възпалителни сигнали в съдовата стена. Всъщност директното изследване на съдово възпаление чрез количествено определяне на натрупването на левкоцити на атеросклеротична плака при мишки, хранени с WD и LCHP, не разкрива разлика в процентите на моноцити или помощни Т клетки в тези лезии (фиг. 2F).

Влияние на LCHP диетите върху ендотелните прогениторни клетки.

LCHP диетата намалява фосфорилирания Akt в EPC.

LCHP диетата намалява фосфорилирането на Akt в EPC на костния мозък. (A) Поточни цитометрични анализи на отрицателен по произход и Flk1-положителен (lin - flk +) цял костен мозък, оцветени за вътреклетъчен фосфо-Akt (Ser-473) (FITC, зелен). Контролните клетки са lin - Flk - (лилаво), lin -, Flk lo (зелено) или lin + Flk + (оранжево) клетки от всяка мишка. Точковият график показва представително разпределение на клетките на костния мозък, оцветени за маркери за родословие (APC) и Flk-1 (PE). Стълбовата графика показва количествено определяне на клетките в порта за хистограма P3 на FITC-канала; n = 4 за всяка кохорта. Резултатите са показани като средна стойност ± SD. (B) Серумните нива на VEGF, изчислени чрез ELISA, показват повишена експресия на VEGF в LCHP диети в сравнение с SC, но не и диети с WD. n = 8 за всяка кохорта. *, P - Flk -, lin -, Flk lo, или lin + Flk + популации), което предполага, че инхибирането на Akt е специфичен ефект от тези диети върху EPC. Предишна работа предполага, че активирането на Akt е важно за мобилизирането, разпространението и оцеляването на EPC (29–31). Намаляването на периферните EPCs също се е случило въпреки повишените серумни нива на VEGF, което показва, че наблюдаваното намаляване на EPC Akt фосфорилирането не е вторично спрямо намаленото VEGF, важен стимул за активиране на Akt в ендотелните линии.

Диетата LCHP също намалява индуцираната от исхемия неоваскуларизация, осигурявайки допълнителни доказателства за нарушена функция на ЕРС, както и документирайки втори диета-индуциран дефект във важна съдова репаративна функция. Освен това сме в състояние да покажем, че както капацитетът на CFU-EPC на костния мозък, така и неоваскуларизацията могат да бъдат повлияни от манипулациите ни с макроелементи при мишки от див тип, което предполага, че ефектът от тези диети върху съдови заболявания може да има по-широко значение.

Въпреки че е необходимо повишено внимание при екстраполиране от такива проучвания върху животни, тези данни поне пораждат безпокойство, че диетите с ниско съдържание на въглехидрати и високо протеини могат да имат неблагоприятни съдови ефекти, които не се отразяват адекватно в маркерите за серумен риск. Освен това тези наблюдения демонстрират важни патофизиологични съдови ефекти на нелипидни макронутриенти, които са отделени от наддаването на тегло. Тези характеристики предоставят уникален модел за разбиране на механизмите на атерогенезата и неоваскуларизацията, който може да има последици за усилията за борба със затлъстяването и намаляване на неговите усложнения.

Материали и методи

Модели и диети на мишката.

АпоЕ нокаутиращи мишки са получени от лаборатории Jackson. Мъжките малки бяха поставени на една от трите проучвани диети 1 седмица след отбиването: стандартна диета с чау (Harlan Teklad # 2018, гризач за гризачи), „западна“ диета с високо съдържание на мазнини (Harlan Teklad # 88137) и поръчка по поръчка с ниско съдържание на въглехидрати произведени по нашите спецификации (Harlan Teklad). Мишките се претеглят при влизане в проучването и седмично след това. Приемът на храна се изчислява седмично, а средният прием на мишка се изчислява за клетка. За изследвания на гладно, мишките са гладували цяла нощ (16 часа) преди анализ.

Анализ на аортата.

Анализ на серума.

За анализи на гладно, мишките са гладували цяла нощ (16 часа). Кръв е получена от пункция на дясната и лявата камера по време на убийството и е анализирана от критичен химичен анализатор Hitachi 917 за общ холестерол, триглицериди и глюкоза. Нивата на инсулин, NEFA, окислен LDL, VEGF, интерлевкин-6 и моноцит-хемоаттрактант-1 бяха измервани с помощта на ELISA от комплекти, според указанията на производителя (Insulin, Crystal Chem; NEFA, Wako химикали; окислен LDL, Mercodia; IL-6 и MCP-1, BD Biosciences; VEGF, Calbiochem). Разпределението на холестерола между класовете по размер на липопротеините се анализира чрез течна хроматография с бързи протеини (FPLC). Накратко, 250 μL сборна плазма на мишка (n = 3) се филтрира (0,45 µm филтър) и се разрешава чрез хроматография за изключване на размера, като се използва колона Superose 6 10/300 GL (Amersham Biosciences). Съдържанието на холестерол във фракциите (0,5 ml) се определя ензимно.

Анализи на единици за формиране на колонии.

Целият костен мозък е изолиран от пищялите и бедрените кости, измит и лизиран от червените кръвни клетки. Клетките бяха преброени и 4,5 х 105 клетки бяха поставени на ямка в полутвърда метилцелуозна среда в присъствието на 50 ng/mL VEGF. Колониите бяха оцветени за поглъщане на дил-ацетилиран LDL и лекция на Ulex-europeaus-FITC на 7 дни, както беше описано по-рано (24) и преброени в мрежа.

Анализ на FACS.

Цялата кръв, получена по време на убийството, се лизира от червените кръвни клетки, измива се и се оцветява с антитела към Sca-1-FITC (BD Biosciences) и Flk-1-PE (BD Biosciences). Костният мозък се добива от задните крайници и лумбалната част на гръбначния стълб на мишки, лизира се от червените клетки и се инкубира с антитела към маркери за родословие (BD PharMingen) и към Flk-1. Клетките бяха фиксирани, проникнати и оцветени с антитела към Akt-Ser-473 (клетъчно сигнализиране). Вторичните антитела са от BD PharMingen. Проточна цитометрия е извършена на Becton Dickinson LSR II.

Модел на исхемия на задните крайници.

Мишките са хранени с учебна диета в продължение на 4 седмици, след което са анестезирани за лигиране на бедрената артерия. Епигастриалната и дълбока бедрена артерия на десния заден крайник бяха обгорени, а проксималните и дисталните конци бяха завързани във бедрената артерия с последващо прекъсване на бедрената артерия между лигатурите. Веднага след операцията, мишки са изобразени на Moor 785 nm близо инфрачервен лазерен доплер Imager-2. На 2, 4, 7, 10, 15 и 28 дни след операцията мишките бяха подложени на повторни сканирания на LDI-2. Мишките остават на учебна диета през целия следоперативен период.

Статистика.

Двустранните t-тестове на Student са използвани за сравнения на две променливи. Еднопосочен ANOVA с повтарящи се мерки е използван за анализ на наддаване на тегло при мишки на диети. Статистическите изчисления бяха извършени на софтуера Stata 10.0. Всички представени данни са показани като средни стойности ± SD, с изключение на възстановяването на потока от HLI, което е показано като средно ± SE.

Благодарности

Благодарим на д-р Emerson Liu и д-р Kenneth Cohen за технически съвети и д-р Serafima Zaltsman за експертно управление на колонията на мишките. S.Y.F. е стажант в Програмата за обучение на клинични изследователи: Медицински център на Бет Израел за дяконеса - Харвард/Масачузетски технологичен институт Здравни науки и технологии, в сътрудничество с Pfizer Inc. и Merck and Co. (REG, AR), безвъзмездна помощ от Американската асоциация за сърдечни заболявания (REG) и безвъзмездни средства от Националните здравни институти (AR, REG) AR също така благодари за подкрепата на Джудит и Дейвид Ганц и благотворителната фондация „Максуел Хърстън“. А.Р. е главен преподавател в Института за стволови клетки в Харвард.

Бележки под линия

Принос на автора: S.Y.F. и А.Р. проектирани изследвания; E.R.H., J.W., C.J.S., J.J.M.-T. и K.J.M. извършени изследвания; R.E.G. допринесе нови реактиви/аналитични инструменти; S.Y.F., K.J.M., R.E.G. и A.R. анализирани данни; и S.Y.F. и А.Р. написа вестника.

Авторите не декларират конфликт на интереси.