Довготривале введення дієти з високим вмістом жиру коригує аномальне ремоделювання кісток у гомілках
Анотація
Вступ
Ожиріння та остеопороз - зазвичай пов’язані із малорухливим способом життя та недоїданням - все більше привертають увагу сучасного суспільства, оскільки обидва умови можуть спричинити серйозні наслідки для здоров’я. Хоча, як правило, розглядаються окремо, ці два розлади, схоже, тісно пов'язані між собою (Goulding et al. 2005). Однак єдиної думки щодо зв’язку між ожирінням та остеопорозом немає, незважаючи на багато пов’язаної літератури (Reid et al. 1994; Ionova-Martin et al. 2010). Ожиріння традиційно вважається сприятливим для формування кісток і, отже, захистом від остеопорозу. Механічне навантаження, обумовлене підвищеною масою тіла, стимулює формування кісток шляхом збільшення проліферації та диференціації місцевих остеобластів та остеоцитів, а також зменшення апоптозу клітин остеобластичного походження через сигнальний шлях Wnt/β-катеніну (Patsch et al. 2011). Клінічні дослідження показали, що маса тіла або індекс маси тіла (ІМТ) позитивно корелює з мінеральною щільністю або кістковою масою кістки, тоді як низька маса тіла або низький ІМТ є фактором ризику низької кісткової маси та втрати кісткової маси у людей (Felson et al. . 1993; Ravn et al. 1999; Reid 2002).
Останні звіти продемонстрували, що ожиріння, спричинене дієтами з високим вмістом жиру, є причиною втрати кісткової маси і може розглядатися як фактор ризику розвитку остеопорозу (Jelcic 2010; Russell et al. 2010). Поперечне дослідження на 200 молодих людей у віці від 3 до 19 років показало, що збільшення ожиріння може бути пов’язане з підвищеним ризиком переломів кісток (Goulding et al. 2001). Ще одне велике поперечне дослідження на 13 000 дорослих чоловіків та жінок також показало позитивну зв'язок між відсотком жиру в організмі та остеопенією (Pollock et al. 2007). У дослідженнях на тваринах ожиріні миші з ожирінням з високим вмістом жиру продемонстрували порушення мікроархітектури та механічних властивостей кісток, а також посилену резорбцію кісток та формування остеокластів (Halade et al. 2010; Halade et al. 2011; Patsch et al. 2011). Хоча було запропоновано кілька потенційних механізмів, пов’язаних із стимуляцією остеокластогенезу, пов’язаною з ожирінням, включаючи накопичене, пов’язане з адипоцитами, запалення низького ступеня (Halade et al. 2011) та зміни гормонів, отриманих з жирової тканини (Ducy et al. 2000; Wang et 2014), точні механізми, що лежать в основі асоціації ожиріння та кісток, досі недостатньо добре з’ясовані.
Враховуючи залученість ожиріння, спричиненого дієтою, до метаболізму кісткової тканини, ми постулювали, що дієта з високим вмістом жиру може певною мірою змінити відхилення, пов’язані з індукованим дефіцитом IL-6 фенотипом кісток. Щоб підтвердити цю спекуляцію, ми провели гістологічне дослідження на гомілках мишей-нокаутів IL-6, які харчувались дієтою з високим вмістом жиру або звичайною дієтою.
Матеріали та методи
Тварини та дієти
Фарбування H&E та гістоморфометрія кісток
Фарбування H&E проводили для дослідження морфології метафізів у мишей серед чотирьох груп. Спостерігали забруднені зрізи та робили цифрові зображення за допомогою світлового мікроскопа (Olympus BX-53; Токіо, Японія). Для вимірювання гістоморфометричних параметрів кісток використовували програмне забезпечення Image-Pro Plus (версія 6.2; Media Cybernetics, Rockville, MD), включаючи об'єм трабекулярної кістки (BV/TV, об'єм кістки/об'єм тканини × 100%), трабекулярний номер (Tb.N), трабекулярна товщина (Tb.Th) і трабекулярна сепарація (Tb.Sp). Вісім зрізів для кожної проби використовували для кількісного гістоморфометричного аналізу для отримання середнього значення.
Видимі адипоцити (діаметром> 30 мкм) також підраховували в межах трабекулярної області (тобто від пластини зростання до 2 мм дистально) за допомогою світлового мікроскопа (Olympus BX-53).
Імуногістохімія для лужної фосфатази, остеокальцину, катепсину К та тартрат-стійкої кислотної фосфатази
Аналіз апоптозу клітин
Апоптоз клітин визначали за допомогою методу термінального дезоксинуклеотидилтрансферази, опосередкованого дезоксиуридин трифосфатним міткою (TUNEL), використовуючи TACS 2TdT-Blue Label In Situ Apoptosis Detection Kit (Trevigen Inc .; Gaithersburg, MD). Зневірені зрізи інкубували з 1% протеїназою К (Trevigen Inc.), розведеною 1: 200 при 37 ° С протягом 15 хв, з подальшим інгібуванням ендогенних пероксидаз при кімнатній температурі протягом 5 хв. Після обробки ферментом TdT у розведенні 1:50 при 37 ° C протягом 1 години зрізи інкубували з кон'югованим HRP стрептавідином при кімнатній температурі протягом 15 хв. Реакцію робили видимою за допомогою розчину синьої етикетки, наданого в наборі. Апоптотичні остеокласти були визначені як позитивні як TUNEL, так і TRAP в одному і тому ж полі зору на серійних зрізах.
Статистичний аналіз
Параметри структури кісток та інтегровану оптичну щільність ALP, OCN та CK, а також кількість остеокластів/поля оцінювали за допомогою програмного забезпечення Image-Pro Plus. Всі значення представлені як середнє значення ± стандартне відхилення. Односторонній ANOVA використовували для порівняння кількох груп, а середнє значення кожної групи порівнювали за допомогою тесту Стьюдента-Ньюмена-Кілса (SNK). p -/- миші, що харчуються SD та HFD, p рис. 1). Для підтвердження впливу HFD на адипогенез в мікросередовищі кісткового мозку оцінювали ожиріння кісткового мозку за допомогою фарбування H&E. На SD миші не продемонстрували суттєвих відмінностей у кількості або розмірі адипоцитів між мишами IL-6 -/- та WT (рис. 2А, 2С 2С та та 2Е). 2E). На HFD кількість і розмір адипоцитів були значно збільшені порівняно з відповідними контрольними мишами, які годували SD (рис. 2B, 2D 2D та and2E). 2E). Це вказує на те, що HFD посилює адипогенез в мікросередовищі кісткового мозку.