Клінічні аспекти харчування та метаболічних корелятів ожиріння та запалення
Емі Р Джонсон
4 Департамент харчування, Школа глобального громадського здоров'я Гіллінга, і
Ліза Маковський
4 Департамент харчування, Школа глобального громадського здоров'я Гіллінга, і
5 Школа медицини, Університет Північної Кароліни в Чапел-Хілл, Чапел-Гілл, Північна Кароліна
Анотація
З 1980 р. Загальна поширеність ожиріння подвоїлася; у США - майже втричі. Мільярди людей страждають від надмірної ваги та ожиріння; ВООЗ повідомляє, що> 65% світового населення вмирає від хвороб, пов'язаних із надмірною вагою, а не недостатньою. Ожиріння - це складна хвороба, яку можна вивчити від «мегаполісу до метаболіту» - тобто, починаючи з рівня політики та населення за допомогою епідеміологічних та інтервенційних досліджень; проведення стендової роботи, включаючи доклінічні моделі, дослідження тканин та культури клітин; до біохімічних аналізів; і до метаболоміки. Метаболоміка - це наступний рубіж досліджень, оскільки вона надає в режимі реального часу знімок біохімічних будівельних блоків та продуктів клітинних процесів. У цьому звіті коментуються практичні міркування при проведенні досліджень метаболоміки. Плюси і мінуси та важливі проблеми, пов’язані з дизайном дослідження, спрямовані на допомогу в збільшенні досліджень метаболоміки в США. Зв'язок між метаболізмом та запаленням - це недостатньо вивчене явище, яке має великий потенціал для перетворення нашого розуміння імунометаболізму при ожирінні, цукровому діабеті, раку та інших захворюваннях; метаболоміка обіцяє стати важливим інструментом розуміння складних взаємозв’язків факторів, що сприяють таким захворюванням.
Ожиріння та запалення
За останні 30 років поширеність ожиріння епідемічно зросла як у західних країнах, так і в країнах, що розвиваються, мало сподіваючись на ефективне лікування на горизонті (1, 2). Більше третини дорослих та майже кожна п’ята дитина в Сполучених Штатах страждають ожирінням. В цілому, за оцінками ВООЗ, 500 мільйонів дорослих та майже 43 мільйони дітей 6) моделі більш точно відображають ожиріння, яке спостерігається у людей. Таким чином, використання моделей тварин, які піддаються обезогенним дієтам, найкраще моделює стан людини (19). Існує багато дієт, які викликають ожиріння. Гризуни охоче вживають дієти з високим вмістом жиру і можуть бути відлучені від них. Початок ожиріння, як правило, швидкий, значний приріст ваги спостерігається протягом тижнів до кількох місяців від початку дієти. Експерименти з ДІО можуть бути надзвичайно добре контрольовані завдяки здатності використовувати односмітників, що гарантує, що досліджувані тварини генетично ідентичні та піддаються дії подібних середовищ у внутрішньоутробному, материнському та домашніх клітках.
Люди споживають в середньому 34–45% енергії з жиру (20), що необхідно враховувати в лабораторних умовах, де вчені прагнуть максимально вживати жиру за допомогою моделей DIO. Існує кілька дієт DIO, які регулярно використовуються, кожна з яких має свій набір переваг та недоліків; однак, по-перше, важливо розуміти неочищені дієти, особливо при розгляді найбільш підходящого «контролю» для дієти DIO, що використовується. Гризунів у тваринницьких закладах зазвичай утримують на кормовій гранулі, що складається з меленого вівса, ячменю, пшениці та кукурудзи (дієта з високим вмістом клітковини та фітоестрогенів). Важливо, що неочищені дієти не визначені, і хоча склад макро- та мікроелементів у неочищених дієтах завжди постійний, джерело цих поживних речовин може варіюватися від партії до партії. Визнання цього факту є важливим під час аналізу та інтерпретації даних моделі DIO, якщо неочищені дієти вибрані як "контрольна" дієта.
Нарешті, дієтична модель, яка найкраще імітує ожиріння людини, називається дієтою кафетерій (CAF). Дієта CAF є трудомісткою моделлю годування швейцарським бордом, при якій гризунам пропонується вибір не очищених дієт або надзвичайно смачних, калорійно щільних, нездорових харчових продуктів, придбаних у продуктовому магазині. Тому вплив їжі більш близький до того, що їдять люди. Дійсно, Piernas et al. (22) повідомили, що у дітей дошкільного віку закуски становлять 27% від загальної норми споживання калорій. Чому це важливо? Закусочні продукти енергетично щільні, забезпечуючи багато калорій з невеликою харчовою цінністю. Наприклад, 100 г свіжої кукурудзи має 83 ккал, кукурудзяна тортиля містить 210 ккал, а повністю перероблені, енергетично щільні чіпси тортилії містять 493 ккал на порцію.
Як молекулярний біолог включає метаболоміку в дослідження харчування?
Які є варіанти метаболоміки для клініцистів або вчених?
Плюси та мінуси метаболоміки.
Існує кілька підходів до започаткування досліджень метаболоміки - з плюсами та мінусами кожного, і кожна лабораторія повинна вирішити, що найбільше підходить. По-перше, для тих, хто «зробіть це самостійно» з належним обладнанням та навчанням, метаболоміка - це питання наявності правильних автентичних стандартів для кількісного визначення конкретних метаболітів, що цікавлять, та потрібних людей для підготовки зразків та експлуатації ваших машин. Одне застереження щодо проведення власної метаболоміки полягає в тому, що придбання сотень автентичних стандартів, необхідних для проведення всебічних дослідницьких робіт, часто є невиправданим. Більше того, без належної підготовки з програмування та статистики часто залишаються «збиваючи очі» дані для значущих висновків. Звичайно, є багато видатних дослідників, які мають чудові можливості метаболоміки. Співпраця з такими експертами є другим шляхом продовження досліджень метаболоміки як початківця.