Вплив різних рівнів обмеження дієти на гомеостаз глюкози та метаболічну пам’ять
Стефанія Маті
1 Кафедра геріатричної медицини, Університет штату Оклахома, Центр наук про здоров'я, штат Оклахома-Сіті, США
2 Reynolds Oklahoma Center on Aging, штат Оклахома-Сіті, штат Оклахома, США
Джордан Джексон
1 Кафедра геріатричної медицини, Університет штату Оклахома, Центр наук про здоров'я, штат Оклахома-Сіті, США
2 Reynolds Oklahoma Center on Aging, штат Оклахома-Сіті, штат Оклахома, США
Карла Гаррет
1 Кафедра гериатричної медицини, Університет штату Оклахома, Центр наук про здоров'я, Оклахома-Сіті, штат Оклахома, США
2 Reynolds Oklahoma Center on Aging, штат Оклахома-Сіті, штат Оклахома, США
Сатіасеелан С. Діпа
1 Кафедра гериатричної медицини, Університет штату Оклахома, Центр наук про здоров'я, Оклахома-Сіті, штат Оклахома, США
2 Reynolds Oklahoma Center on Aging, штат Оклахома-Сіті, штат Оклахома, США
Арчана Уннікрішнан
1 Кафедра гериатричної медицини, Університет штату Оклахома, Центр наук про здоров'я, Оклахома-Сіті, штат Оклахома, США
2 Reynolds Oklahoma Center on Aging, штат Оклахома-Сіті, штат Оклахома, США
3 Діабетичний центр Гарольда Хамма, Оклахома-Сіті, штат Оклахома, США
Анотація
За останні 50 років було доведено, що обмеження в харчуванні (ДР) продовжує тривалість життя найрізноманітніших організмів. Відмінною рисою DR є покращений гомеостаз глюкози, що призводить до підвищення толерантності до глюкози та чутливості до інсуліну тварин, починаючи від гризунів і закінчуючи людиною. У цьому дослідженні ми демонструємо ранні ефекти різних рівнів АД на толерантність до глюкози. Протягом 10 днів 40% АД толерантність до глюкози значно покращилася і до 120 днів; 10 і 20% DR також показали підвищену толерантність до глюкози. Всі три рівні DR демонстрували знижене ожиріння, підвищену експресію генів, що беруть участь в жирообміні, і зниження експресії для маркерів запалення. Дослідження показали, що миші, які харчувались дієтою DR, зберігали метаболічну пам’ять з точки зору поліпшення толерантності до глюкози навіть після припинення DR. Ми показуємо, що 40% АД не тільки рано впливає на толерантність до глюкози, але й підтримує її після припинення АД на 2 місяці. Отже, поліпшення толерантності до глюкози забезпечується усіма трьома рівнями АД, але метаболічна пам’ять не залежить від дози.
Вступ
Першою та найбільш вивченою маніпуляцією, яка показала збільшення тривалості життя ссавців, є обмеження дієти/калорій. Спочатку було показано, що обмеження в харчуванні (DR) збільшує тривалість життя щурів, а згодом і різних штамів мишей. Дослідження за останні два десятиліття показують, що DR збільшує тривалість життя широкого кола інших організмів, починаючи від безхребетних, таких як дріжджі, C. elegans і дрозофіла, а також павуків і коловерток до різних штамів щурів та мишей (Weindruch та Walford 1988; Swindell 2012). Також повідомляється, що ДР збільшує тривалість життя інших типів ссавців, таких як лабрадор-ретрівери (Kealy et al. 2002) та резус-мавп (Colman et al. 2009).
Стандартна дієта DR, яка використовується в більшості досліджень на щурах та мишах, становить 40% DR, де гризунів годують 60% раціону, який споживають тварини, які харчуються ad libitum (AL). Зазвичай вважають, що збільшення рівня обмежень призводить до більшого збільшення тривалості життя до певної точки (близько 60% DR) і де подальше обмеження є шкідливим (Weindruch et al. 1986; Clancy et al. 2001). Наприклад, Weindruch et al. (1986) повідомили, що значне збільшення (понад 20%) середнього рівня виживання відбулося між ними
55% DR для самок мишей C3B10RF1. Однак два останні дослідження показують, що зниження рівня АД є таким же ефективним для збільшення тривалості життя, як 40% АД. Наша група показала, що 10% DR значно збільшує тривалість життя щурів F344 до рівня, подібного до збільшення тривалості життя, що спостерігається при 40% DR (Richardson et al. 2016). Крім того, Mitchell et al. (2016) показали, що 20% DR був настільки ж ефективним, а в деяких випадках більш ефективним, ніж 40% DR, при збільшенні тривалості життя у мишей C57BL/6 та DBA/2.
Метою описаних нижче експериментів було визначити, наскільки швидко різні рівні DR (10, 20 та 40%) покращують толерантність до глюкози. Ми спостерігали, що протягом 10 днів після 40% DR толерантність до глюкози значно покращується, і до 4 місяців миші, які годували 10 та 20% DR, мали подібне покращення толерантності до глюкози, як 40% DR. Ми також спостерігали, що короткочасний 40% DR (4 місяці) надає мишам метаболічну пам'ять, коли вони перейшли на годування AL, чого не спостерігалося у мишей, які годували 10 і 20% DR.
Методи
Тварини та дієта
Склад тіла
Склад тіла тварин вимірювали за допомогою ядерно-магнітно-резонансної спектроскопії (ЯМР-Bruker minispec) після DR та через 2 місяці після переходу на годування AL. Вимірювали жир і нежирну масу тіла тварин у кожній групі.
ПЛР у режимі реального часу
Рівні специфічних транскриптів РНК (мРНК) генів, що беруть участь у запаленні, метаболізмі жирних кислот та диференціації адипоцитів, вимірювали методом ПЛР у реальному часі в епідидимальних та підшкірних жирових тканинах білого кольору від мишей DR та AL через 4 місяці після ініціювання DR (n = 5 на групу). Коротко кажучи, РНК виділяли за допомогою набору RNeasy від Qiagen (Germantown, MD, США). КДНК першої ланцюга синтезували з 1 мкг РНК із використанням випадкових праймерів (Promega, Madison, WI, USA) та очищали за допомогою набору для очищення ПЛР QIAquick (Qiagen, Germantown, MD, USA). Експресія генів-кандидатів була кількісно визначена за допомогою ПЛР у реальному часі з SYBR Green, а послідовності праймерів наведені в таблиці Таблиця1. 1. Транскрипти генів нормалізувались до β-актину. Відносну експресію генів кількісно визначали як порівняльний аналіз Ct, використовуючи метод аналізу 2 −ΔΔct з β-актином як ендогенним контролем. Одностороння конструкція ANOVA із багаторазовою корекцією тесту Тукі була використана для статистичного аналізу окремих зразків.
Таблиця 1
| Адипонектин | 5′-GCCGCTTATGTGTATCGCTCAG-3 ′ | 5′-GCCAGTGCTGCCGTCATAATG-3 ′ |
| Лептин | 5′-TGACACCAAAACCCTCATCA-3 ′ | 5′-TCATTGGCTATCTGCAGCAC-3 ′ |
| Іл-6 | 5′-TGGTACTCCAGAAGACCAGAGG-3 ′ | 5′-AACGATGATGCACTTGCAGA-3 ′ |
| TNF-α | 5′-CACAGAAAGCATGATCCGCGACGT-3 ′ | 5′-CGGCAGAGAGGAGGTTGACTTTCT-3 ′ |
| MCP-1 | 5′-CCACTCACCTGCTGCTACTCAT-3 ′ | 5′-GGTGATCCTCTTGTAGCTCTCC-3 ′ |
| ФАС | 5′-GGAGGTGGTGATAGCCGGTAT-3 ′ | 5′-TGGGTAATCCATAGAGCCCAG-3 ′ |
| ACC | 5′-GATGAACCATCTCCGTTGGC-3 ′ | 5′-GACCCAATTATGAATCGGGAGTG-3 ′ |
| КПТ-1 | 5′-AAGGGTAGAGTGGGCAGAGG-3 ′ | 5′-GCAGGAGATAAGGGTGAAAGA-3 ′ |
| MCAD | 5′-CTAACCCAGATCCTAAAGTACCCG-3 ′ | 5′-GGTGTCGGCTTCCAAATGA-3 ′ |
| LCAD | 5′-CTTGCTTGGCATCAACATCGCAGA-3 ′ | 5′-ATTGTAGTACGCTTGCTCTTCCCA-3 ′ |
| PGC-1α | 5′-CCCTGCCATTGTTAAGACC-3 ′ | 5′-TGCTGCTGTTCCTGTTTTC-3 ′ |
| PPARγ-2 | 5′-CGAGGACATCCAAGACAAC-3 ′ | 5′-GTGCTCTGTGACGATCTG-3 ′ |
| CEBP-α | 5′-CAAGAACAGCAACGAGTACCG-3 ′ | 5′-GTCACTGGTCAACTCCAGCAC-3 ′ |
| AP-2 | 5′-TAACCCTAGATGGCGGGGCCC-3 ′ | 5′-AACACATTCCACCACCAGCTTGTC-3 ′ |
| β-актин | 5′-GATGACCCAGATCATGTTTGAGACC-3 ′ | 5′-AGATGGGCACAGTGTGGGTGA-3 ′ |