Вплив голодування в поодинокий день, обмеженого за часом голодування та періодичного обмеження енергії, спричиненого DSS, на коліт та розлади поведінки

Сінь Чжан

лабораторія функціональної хімії та харчування харчових продуктів, Коледж харчових наук та техніки, Північно-західний університет A&F, Янглінг, Шаан Сі, Китай

Цяньхуй Цзоу

Бейта Чжао

Цзінгвен Чжан

Вейян Чжао

b Департамент харчових наук, Корнельський університет, Ітака, Нью-Йорк, 14853, США

Ітун Лі

b Департамент харчових наук, Корнельський університет, Ітака, Нью-Йорк, 14853, США

Руйхай Лю

b Департамент харчових наук, Корнельський університет, Ітака, Нью-Йорк, 14853, США

Сюебо Лю

Чжиган Лю

b Департамент харчових наук, Корнельський університет, Ітака, Нью-Йорк, 14853, США

Пов’язані дані

Анотація

Графічний реферат

1. Вступ

Запальні захворювання кишечника (ВЗК), включаючи хворобу Крона (CD) та Виразковий коліт (UC), є групою хронічних запальних захворювань шлунково-кишкового тракту [1]. Поширеність ВЗК постійно зростала в останні десятиліття у світі [2]. UC характеризується пошкодженням слизової оболонки та виразками товстої і прямої кишки [3]. Більше того, нещодавні дослідження також показали, що UC є високим ризиком для проблем психічного здоров'я, включаючи депресію та поведінку, подібну до тривоги [4,5]. Окислювальний стрес є одним із чинників, що викликають розвиток UC [6], що дуже пов'язано із запальними реакціями, включаючи надмірне вивільнення цитокінів у кишкових бар'єрах [7]. Однак основний механізм поведінкових розладів, викликаних UC, до кінця не вивчений. Одним із можливих механізмів, що пояснюють, як коліт корелює з тривогою, є те, що реакція запалення призводить до пошкодження кишкового бар'єру, що характеризується пошкодженням шару слизової оболонки та втратою кон'юнктурного білка, такого як Claudin-1 та ZO-1 [8]. Отже, негерметична кишка призводить до проникнення ліпосахариду (ЛПС), компонента зовнішньої мембрани грамнегативних бактерій, до крові, а також викликає нейрозапалення та окислювальні пошкодження мозку [9,10].

Хоча етіопатогенез UC досі незрозумілий, останні дослідження показали, що баланс мікробного середовища кишечника відіграє важливу роль у регулюванні запалення та окисних пошкоджень товстої кишки [11]. Було встановлено, що склад кишкових мікробів та мікробних метаболітів істотно змінюється у хворих на УК та на колітах мишей, включаючи збільшення збагачення Шгелли та кишкової палички та зменшення збагачення Лактобактерій [12,13]. Повідомлялося, що трансплантація мікробіоти здоровим донорам може змінити симптоми коліту [14]. Добавки лактобактерій значно полегшували запальні реакції на моделі мишачого коліту [15].

Різноманітність мікробіоти кишечника має вирішальне значення для зв’язку між дієтою та фізіологією та патологією господаря, і на них впливає дієтичний склад та особливості [16]. Періодичне голодування (IF) - це група періодичних дієтичних режимів обмеження енергії, що включають голодування на зміну дня (ADF), голодування з обмеженим часом (TRF) та періодичне обмеження енергії (IER) [17,18]. Попередні дослідження повідомляли, що ADF, TRF та IER мали сприятливий регулюючий вплив на склад кишкових мікробів у різних моделях на тваринах та в дослідженнях на людях [[19], [20], [21]]. Наше недавнє дослідження продемонструвало, що ІФ значно покращує функцію кишечника на моделі діабетичної миші, врівноважуючи кишкові мікроби та посилюючи утворення мікробних метаболітів [22]. Дослідження також виявило, що ІФ змінив поведінку, подібну до тривоги, та когнітивні функції [22]. Нещодавно кілька досліджених повідомляли, що ІФ спонукає до одужання від коліту, зменшуючи запальні реакції на моделях тварин [23,24]. Однак диференційна ефективність цих схем ІФ при хронічному коліті досі незрозуміла, і роль залученої мікробіоти кишечника потребує подальшого дослідження.

У цьому дослідженні для оцінки різних ефектів режимів ADF, TRF та IER на коефіцієнт виживання та розвиток коліту було використано модель індукованого декстраном натрію сульфатом (DSS) моделі миші з хронічним колітом. Тести поведінки проводили для вивчення сприятливого впливу ІФ на пов'язану з колітом тривожну поведінку. Також було визначено пошкодження слизової оболонки та сполуки експресії білка для вивчення цілісності кишкового бар’єру. Було встановлено, що TRF та IER, але не ADF, покращують рівень виживання та полегшують розвиток коліту. TRF та IER запобігали поведінковим розладам, спричиненим DSS. TRF та IER також пригнічували запальні реакції та окислювальний стрес як у кишечнику, так і в мозку. Важливо, що TRF та IER змінили різноманітність мікробіоти кишечника та вироблення коротколанцюгових жирних кислот метаболітів у мишей з колітом. На основі цих результатів ми дійшли висновку, що належними схемами ПЧ для профілактики коліту є TRF та IER, але не ADF.

2. Матеріали та методи

2.1. Тварини, модель коліту, спричиненого DSS, та періодичне голодування

Мишей C57BL/6 (самці, віком 7–8 тижнів) придбали в університеті Сіань Цзяотун (Сіань, Шаньсі, Китай). Сульфат натрію декстрану (M/W 36 000–50 000; MP Biomedicals, Solon, OH, США) зберігали при кімнатній температурі та додавали до питної води з кінцевою концентрацією 2%. Усі миші були утримувані в контрольованому температурою та вологістю середовищі (температура 25 ± 2 ° C, 50% ± 5% вологості) з 12-годинним циклом світло/темрява. Всім мишам годували стандартну дієту (AIN-93 M, придбану у TROPHIC Animal Feed High-tech Co., Ltd Nantong, Китай).