obiecte

abstract

Microbioza intestinală interacționează cu fiziologia gazdei prin multe căi metabolice și de reglare presupuse care afectează sănătatea și bolile 1, 2. Microbioza este implicată în dezvoltarea obezității induse de dietă, dar mecanismele de bază nu sunt pe deplin elucidate 3, 4 .

Fibrele sunt protejate împotriva dezvoltării obezității cauzate de dieta 5, 6, 7. Efectele fibrelor sunt atribuite în mare măsură fermentării lor de către bacteriile intestinale și absorbției metaboliților, cum ar fi acizii grași cu lanț scurt (SCFA), epiteliul colonului, țesuturile splanchnice și organele periferice. De exemplu, butiratul stimulează gluconeogeneza intestinală din propionat și metabolismul SCFA în ficat reglează metabolismul glucozei și lipidelor și homeostazia energetică 8, 9. S-a raportat că fibrele dietetice și SCFA limitează creșterea în greutate datorită consumului scăzut de alimente la rozătoare 10, 11, 12 și sunt asociate indirect cu creșterea în greutate la om 13, 14, 15 .

Fibrele dietetice sunt diverse polizaharide și oligozaharide de origine vegetală. Bacteriile intestinale diferă prin capacitatea lor de a degrada și utiliza fibrele dietetice și, în consecință, diferitele fibre dietetice modifică semnificativ compoziția microflorei intestinale 16. Scopul studiului nostru a fost primul de a stabili dacă șapte fibre dietetice diferite (beta-glucan de orz, pectină de mere, inulină, ester de acid inulinic, ester de propionat de inulină, ester de butirat de inulină sau o combinație de ester de propionat de inulină și ester de butirat de inulină) selectate după studiul de fermentare in vitro.17 au fost la fel de protectori în prevenirea obezității induse de dietă la șoareci și dacă acest lucru a fost legat de profilurile specifice ale bacteriilor cecale. Deoarece unul dintre posibilele mecanisme de acțiune a fibrelor este prin producerea de SCFA, am inclus și esteri de inulină pentru a evalua rolul SCFA-urilor 18, 19. Al doilea obiectiv a fost să se determine reglarea asociată a expresiei fibrelor de gel în cecum, primul organ afectat de diferențele dintre bacteriile cecale și ficat, organul portal dintre intestine și circulația sistemică și dacă acest lucru ar putea fi asociat cu profilurile bacteriene.

În acest scop, am folosit un model bine definit de obezitate indusă de dietă. În trecut, am arătat că șoarecii masculi C57B1/6J la vârsta de 12 săptămâni (24-25 grame) câștigă rapid și previzibil greutatea corporală, adipozitatea și conținutul de lipide hepatice atunci când sunt hrăniți cu HFD 20. Folosind acest model pentru studiul actual, am manipulat carbohidrații dietetici pentru a înlocui proporția de amidon de porumb și celuloză din HFD cu diferite fibre fermentabile (orz-beta-glucan, pectină malică, inulină, ester acid de inulină, ester de inulină propionat, ester de butirat de inulină) . sau o combinație de ester de propionat de inulină și ester de butirat de inulină). Am măsurat consumul de alimente și adipozitatea simultan cu analiza profilelor postintervenționale ale bacteriilor recoltate din conținutul de cecă folosind secvențierea Illumina MiSeq și expresia genei gazdei asociate în cec și ficat.

Rezultatul

Compoziția corpului și aportul de alimente

alimentare

Răspunsurile plasmatice la leptină, insulină, rezistină și PYY la șoarecii hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi (HFD), HFD, unde 10% în greutate carbohidrați (5% amidon de porumb, 5% celuloză) a fost înlocuit cu beta glucan (HFD + bglucan), pectină de mere (HFD + inulină P), inulină (HFD + inulină), ester al acidului inulinic (HFD + inulină A), ester de propionat de inulină (HFD + inulină P), ester de butirat de inulină (HFD + inulină B), propionat de inulină și butirat ester, 5% fiecare (HFD + inul PB) și dietă cu conținut scăzut de grăsimi (LFD). In medie ( A ) Leptină, ( B ) Insulină, ( C ) Rezistină (n = 5-7) și ( D ) PYY (n = 3-7). Semnificativ (pag

Imagine la dimensiune completă

Profilurile bacteriene Cecum au fost grupate separat pe baza dietei pentru majoritatea animalelor. LFD și HFD fără fibre adăugate au fost grupate împreună, indicând faptul că prezența fibrelor este un factor principal al compoziției generale a comunității. Analizele metastatelor și LEfSe (amploarea efectului analizei discriminante liniare) au confirmat că există un număr mare de diferențe semnificative în taxonii componente între cele două grupuri și toate grupurile care conțin fibra împreună (setul suplimentar S4). În schimb, cele două grupuri dietetice fără fibre adăugate (LFD și HFD) au prezentat diferențe mai puțin semnificative între ele (setul suplimentar S5). De asemenea, am observat că cei patru esteri ai inulinei au fost împărțiți în două grupuri clare, cu HFD + inul A/HFD + inul P și HFD + inul B/HFD + inul PB grupându-se împreună (Fig. 3B, setul suplimentar S3). Două metode de grupare diferite (Jaccard, care conține doar prezența/absența OTU, și Bray Curtis, care include, de asemenea, abundențele proporționale ale fiecărei OTU atunci când se compară diferențele) au relevat un efect foarte semnificativ al dietei (diferența de 1,5 ori (P 1,5 -differență (P

Validarea datelor microarray și răspuns la șoarecii hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi (HFD), unde 10% din greutate zaharidă (5% amidon de porumb, 5% celuloză) a fost înlocuit cu beta glucan (HFD + bglucan), pectină de mere (HFD ). + pectină), inulină (HFD + inulină), ester de acid inulinic (HFD + inulină A), ester de propionat de inulină (HFD + inulină P), ester de butirat de inulină (HFD + inulină B), propionat de inulină și ester de butirat, fiecare 5% (HFD + PB) și o dietă săracă în grăsimi (LFD). ( A ) RT Profiler PCR O serie de gene țintă selectate care prezintă modificarea reglării genelor ca răspuns la HFD + inul și HFD + PB din analiza microarrayului cecum. Modificarea compoziției a fost calculată în raport cu șoarecii hrăniți cu HFD folosind gena medie țintă normalizată la UBE2D2 (n = 6). ( B ) Exprimarea genei Enho în ficatul șoarecilor hrăniți cu HFD + DF sau LFD în raport cu HFD. Modificarea compoziției a fost calculată în raport cu șoarecii hrăniți cu HFD utilizând valoarea medie Enho normalizată la UBE2D2 (n = 6). ( C ) Nivelurile de adropină în ficat. Testul t al studentului pe baza valorilor CT delta a fost utilizat pentru a compara testele cu șoareci hrăniți cu HFD. * P ** P *** P 1, diferențe de 5 ori P

Ontologii alterate și căi asociate cu gene cunoscute care prezintă diferențe de 1,5 ori (P

Expresia genică a SAA1 și SAA2 în comparație cu șoarecii hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi (HFD) în cecum și ficat la șoareci hrăniți cu HFD, unde 10% în greutate carbohidrați (5% amidon de porumb, 5% celuloză) a fost înlocuit cu beta glucan (HFD + bglucan), pectină de mere (HFD + inulină P), inulină (HFD + inulină), ester de acid inulinic (HFD + inulină A), ester de propionat de inulină (HFD + inulină P), ester de butirat de inulină (HFD + inulină B ), propionat de inulină și ester butirat, fiecare 5% (HFD + PB) și o dietă săracă în grăsimi (LFD). Expresia genică a fost calculată în raport cu șoarecii hrăniți cu HFD utilizând media țintă genică normalizată la UBE2D2 (n = 5-6). Testul elevului a fost aplicat pentru a testa comparații cu șoareci alimentați cu HFD. * P ** P *** P 21. Celuloza încorporată în diete (International Fiber Corporation) nu are putere calorică pentru gazdă și a fost înlocuită cu fibre dietetice în dieta HFD + DF. Deoarece nu a existat nicio modificare detectabilă a aportului cumulativ de alimente între HFD și dieta HFD care conține fibre dietetice (Fig. 1D), împreună cu protecția împotriva obezității induse de dietă (Fig. 1A-C), rezultatele noastre sugerează că caloriile pure pot fi mai mici.

SAA1 și SAA2, izoforme majore ale fazei acute a amiloidului seric A, sunt exprimate prin epiteliul superficial lumen căptușit cu colon 32 și se crede că oferă un rol antibacterian care ajută la menținerea homeostaziei imune epiteliale 32. Proteinele codificate sunt secretate în lumen, joacă un rol în recunoașterea naturală a bacteriilor gram-negative, reduc viabilitatea bacteriilor 32, 33 și sunt asociate cu un risc redus de boală inflamatorie intestinală 32. SAA1 și SAA2 au fost reglate în jos în ficat ca răspuns la HFD + DF. HFD crește răspunsul inflamator în ficat cu o creștere a SAA 20 circulant. Răspunsul inflamator redus în ficat este evidențiat de niveluri mai scăzute de SAA1 și SAA2. Studiile au arătat că epiteliul intestinal deteriorat duce la creșterea nivelului de SAA circulant cel mai probabil din ficat 34. Astfel, efectele opuse ale fibrelor asupra SAA1 și SAA2 în cecum și ficat pot fi asociate (Fig. 5E).

Fibrele dietetice reglează în sus Tex19. 1, care are o expresie limitată în celulele stem pluripotente 35 și inhibă retrotranspozițiile 36. Tex19. 1 potențial stabilizează genomul celulelor stem intestinale în timpul replicării și regenerării epiteliale intestinale, legând aportul de fibre cu efectele anticancerigene.

metode

Animale și intervenție dietetică

Analiza bacteriană cecală

ADN-ul genomic (ADNc) a fost extras din conținutul de cecum folosind kitul FastDNA® SPIN pentru sol (MP Biomedicals, Illkirch, Franța). Abundența totală de bacterii cecale a fost estimată în urma intervențiilor dietetice prin PCR cantitativă și regiunea V3-V4 a genelor bacteriene 16S rRNA au fost secvențiate pe Illumina MiSeq folosind o celulă de flux v3 cu 2 × 300 bp citește capăt (detalii complete ale analizei ulterioare pașii utilizați sunt disponibili în fișierul suplimentar S2). Datele de secvențiere generate în timpul acestui studiu sunt disponibile în baza de date SRA sub accesiunea SRA SRP117745 (accesibil la //www.ncbi.nlm.nih.gov/sra/SRP117745).

Hormonii plasmatici

Hormonii au fost măsurați în plasmă din puncția cardiacă (CP) sau din vena portală hepatică (HPV) (n = 4-8) colectată cu încorporarea cocktailului inhibitor de protează pentru uz general (Sigma cat # P2714) folosind Millipore MILLIPLEX MAP Mouse Hormon Metabolic Magnetic Panou de margele (Merck Millipore, Feltham, Marea Britanie).

Grăsime hepatică

Grăsimea totală a fost extrasă din lobii ficatului stâng pe baza metodei de Folch și colab. 43 și greutatea grăsimii pe microgram de țesut hepatic calculat.

Analiza microarray-ului genomului întreg

ARN-ul total extras din ficat și cecum utilizând un kit Mini RNeasy (Qiagen, Crawley, Marea Britanie) a fost microarraizat cu SurePrint G3 Mouse GE 8 × 60 K Microarray G4852A (Agilent Technologies, UK) (Fișier suplimentar S2). Datele sunt depuse în Genn Expression Omnibus 44 al NCBI și sunt accesibile prin numărul de acces GSE106375 din seria GEO (www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE106375). Detalii despre analiza statistică a datelor microarray sunt furnizate în fișierul suplimentar S2.

Confirmarea microarray-ului a identificat diferențe în expresia genelor utilizând matrici de PCR RT Profiler personalizate

Genele care au prezentat răspunsuri modificate la inulina HFD + sau esterii HFD + inul PB din cecum au fost identificate din analiza microarray și validate folosind o matrice RT Profiler PCR Array (Qiagen) (fișier suplimentar S2).

PCR în timp real

Șabloanele complementare de ADNc pentru teste PCR în timp real au fost preparate din Superscript II (Invitrogen) transcriere inversă totală ARN și teste Taqman au fost efectuate cu ținta duplex și gena de referință UBE2D2. (Fișier suplimentar S2).

Adropină hepatică (Enho)

Un kit de testare imunosorbentă legată de enzime (ELISA) (Cusabio SUA) a fost utilizat pentru măsurarea adropinei în conformitate cu instrucțiunile producătorului. (Fișier suplimentar S2).

analize statistice

Detalii despre analiza statistică a secvențierii microbiotei cecale, a cecului și a datelor despre microarray hepatică pot fi găsite în Fișierul suplimentar S2. Alte date sunt prezentate ca media ± SEM și analizate folosind GenStat (Gen Stat® Ediția a 13-a (VSN International, Ltd., Hemel Hempstead, Marea Britanie) în afară de datele RT-PCR care au fost analizate pe o scară logaritmică (delta CT), dar prezentate ca modificări ale pliurilor (diferențe anti-jurnal) fără erori standard. Compararea unui grup de dietă cu grupul bogat în grăsimi au fost realizate folosind teste t. Influența unui singur factor și comparațiile între grupurile de dietă au fost testate folosind un singur ANOVA Comparații multiple au fost testate folosind testul LSD protejat sau neprotejat de Fisher. Datele înclinate au fost transformate în jurnal înainte de analiza statistică.

Mulțumiri

Această lucrare a fost susținută de un parteneriat strategic al diviziei de științe rurale și de mediu a guvernului scoțian. De asemenea, recunoaștem sprijinul clusterului de calcul Maxwell finanțat de Universitatea din Aberdeen. Mulțumim lui Gill Campbell pentru efectuarea analizei microarray, Donna Henderson pentru analiza grăsimilor hepatice (Institutul Rowett, Universitatea din Aberdeen) și Pete Hedley (Institutul James Hutton, Dundee), pentru scanarea matricelor Agilent.

Material suplimentar electronic

Informatii suplimentare

Set de date suplimentare

Comentarii

Prin trimiterea unui comentariu, sunteți de acord să respectați Termenii și condițiile și Regulile comunității. Dacă considerați că acesta este un act ofensator care nu este conform cu termenii sau liniile directoare, vă rugăm să îl marcați ca fiind inadecvat.