Порівняння дієти цвіркуна з дієтами на основі арахісу та молока для відновлення білкового недоїдання у мишей та впливу на ріст, метаболізм та імунну функцію

Ролі Концептуалізація, курація даних, збір коштів, розслідування, методологія, адміністрування проектів, ресурси, нагляд, написання - оригінальний проект, написання - огляд та редагування

Афілійований відділ психіатрії, Мічиганський університет, Ен-Арбор, Мічиган, Сполучені Штати Америки

Ролі Концептуалізація, курація даних, офіційний аналіз, розслідування, методологія, адміністрування проектів, нагляд, візуалізація, написання - оригінальний проект, написання - огляд та редагування

Афілійований відділ наук про здоров'я населення, Університет штату Вісконсін-Медісон, Медісон, штат Вісконсин, Сполучені Штати Америки

Ролі Фінансування придбання, написання - огляд та редагування

Міжнародний інститут охорони здоров’я, Університет штату Вісконсін-Медісон, штат Медісон, штат Вісконсин, Сполучені Штати Америки

Ролі Написання - оригінальний проект, Написання - огляд та редагування

Афілійований відділ епідеміології, Мічиганський університет, Ен-Арбор, штат Мічиган, Сполучені Штати Америки

Ролі Концептуалізація, курація даних, збір коштів, розслідування, методологія, ресурси, нагляд, написання - оригінальний проект, написання - огляд та редагування

Рейчел С. Бергманс,
Марія Никодемова,
Валері Дж. Стулл,
Ешлі Репп,
Крістен М. С. Малецький

Цифри

Анотація

Цитування: Bergmans RS, Nikodemova M, Stull VJ, Rapp A, Malecki KMC (2020) Порівняння дієти цвіркуна з дієтами на основі арахісу та молока для відновлення білкового недоїдання у мишей та впливу на ріст, метаболізм та імунну функцію. PLOS ONE 15 (6): e0234559. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0234559

Редактор: Франсуа Блач’є, Національний інститут агрономічних досліджень, ФРАНЦІЯ

Отримано: 10 лютого 2020 р .; Прийнято: 27 травня 2020 р .; Опубліковано: 11 червня 2020 р

Наявність даних: Усі відповідні дані знаходяться в рукописі та в допоміжних файлах.

Фінансування: RSB підтримав Національний інститут охорони здоров’я (NIH) Юніс Кеннеді Шрайвер, Національний інститут здоров’я та розвитку дітей (T32 HD07014). RSB та VJS були підтримані Університетом штату Вісконсін-Медісон з питань сталого розвитку (2015 Climate Quest Award). KMCM був підтриманий нагородою Національного центру з розвитку поступальної науки CTSA (UL1TR000427), нагородою Національного інституту охорони здоров’я меншин та розладами здоров’я (1P60MD0003428) та основним грантом Центру демографії та екології Університету Вісконсін-Медісон (P2C HD047873).

Конкуруючі інтереси: Автори заявили, що не існує конкуруючих інтересів.

Скорочення: ІФА, імуноферментний аналіз; ІЛ-4, інтерлейкін 4; IL-1β, інтерлейкін 1b; INFγ, гамма-інтерферон; TLR4, платоподібний рецептор 4; TNFα, фактор некрозу пухлини альфа

Вступ

Потрібні нові рішення для зменшення глобального недоїдання, крім звичайних підходів до харчових добавок та збагачення [12–14]. Поточні заходи щодо недоїдання в основному покладаються на збагачену борошно або добавки з високим вмістом ліпідів. У той час як укріплене борошно забезпечує доступ до додаткової калорійної енергії, воно, як правило, виготовляється з недорогих джерел (наприклад, злаків, бобових), які не є ідеальними для швидкої реакції на недоїдання [15]. Оптимальні харчові характеристики для лікування недостатності харчування не відомі до кінця, проте білок є ключовим фактором - не тільки його кількість, але також якість та засвоюваність [16–18]. Звичайну худобу часто вважають ідеальним джерелом білка; однак їх може бути важко виготовити в багатьох місцях і дорого через ресурси, необхідні для їх вирощування [19].

За допомогою моделі миші метою цього дослідження було дослідити ефективність використання дієти на основі цвіркуна для відновлення після недоїдання білків у ранньому віці та оцінити її порівняння з джерелами білка, які традиційно використовуються для збагачення їжі та прикорму. Гіпотрофія білка була спричинена введенням ізокалорійної гіпопротеїнової дієти у молодих самців мишей протягом двох тижнів під час статевого дозрівання, а потім шеститижневого періоду відновлення на дієті на основі цвіркуна, арахісу або молока. Ми вивчили вплив білкової недостатності та подальшого відновлення на масу тіла, ріст та відібрали біомаркери запалення та метаболізму.

Матеріал і методи

Тварини

Три тижневі самці мишей (n = 65) були придбані у Charles River CD1-IGS (Вілмінгтон, Массачусетс, США). Тварин поселяли в акредитованих за AAA-LAC установках у стандартних умовах (12-годинний цикл світло/темрява, їжа та вода доступні за бажанням). Всі експерименти проводились за протоколом M005599, затвердженим Інституційним комітетом з догляду та використання тварин Університету Вісконсіна. Після 10-денного періоду акліматизації тварин розділили на експериментальні групи (n = 10–12). Щоденний контроль добробуту тварин проводився, а маса тіла реєструвалася тричі на тиждень. Наприкінці експериментів тварини були евтаназовані передозуванням ізофлурану з подальшим забором крові через серцеву пункцію та забором тканини селезінки. Кров згущували протягом 30–40 хв при кімнатній температурі з наступним центрифугуванням протягом 10 хвилин. Сироватку негайно переносили в кріовіарі і заморожували при -80 ° C до подальшого використання. Тканини селезінки негайно заморожували на сухому льоду і зберігали при -80 ° C до подальшого використання. Всіх тварин приносили в жертву між 11:00 та 13:00, щоб мінімізувати різницю в сироватковому лептині та адипонектині внаслідок добового ритму [33–35].

Склад і режим харчування

Склад дієти.

Дієтний режим.

Фіг.1 ілюструє три фази режиму дієти. Усі миші були відлучені (фаза 1) протягом десяти днів з використанням контрольної дієти 2020 року. Недоїдання білка індукували у трьох експериментальних групах протягом двох тижнів, використовуючи гіпопротеїнову дієту (фаза 2). Також була включена нормальна контрольна група, яка харчувалася дієтою 2018 року, щоб моделювати здоровий ріст і розвиток без недоїдання білка. Наприкінці двох тижнів частина мишей усіх груп була евтаназована для збору тканин. Протягом наступних шести тижнів (фаза 3) мишам, яких раніше годували гіпопортоїновою дієтою, було призначено одну з трьох дієт відновлення на основі білків (тобто цвіркун, молоко або арахіс), а контрольна група продовжувала отримувати дієту 2018 року. Потім усіх мишей евтаназували для збирання тканин.

У віці 3 тижнів миші-самці починали дієту 2020 року протягом 10 днів. Після цього тварин розподілили на контрольну та низькобілкову дієтичні групи. Контрольна група отримувала дієту 2018 року (контроль), тоді як тварини групи гіпопротеїнів отримували дієту з низьким вмістом білка протягом 2 тижнів. Після цього періоду частина мишей з кожної групи була евтаназована для збирання тканин. Залишилися миші в контрольній групі продовжували дієту 2018 року. Мишей у групі гіпопротеїнів розділили на три групи, які отримували дієти для втручання з різним джерелом білка (молоком, арахісом або цвіркуном). Через 6 тижнів на контрольній або інтервенційній дієті мишей евтаназували з подальшим збором тканин.

Аналізи тригліцеридів та адипокінів

Рівні тригліцеридів у сироватці крові аналізували за допомогою набору для аналізу тригліцеридів EnzyChrom (BioAssay Systems). Зразки сироватки розбавляли водою у співвідношенні 1: 5 і аналізували у двох примірниках згідно з протоколом виробника. Результати розраховувались за 8-бальною стандартною кривою.

Лептин і адипонектин в сироватці крові аналізували за допомогою квантових ІФА (обидва від R&D Systems). Зразки для аналізу лептину розбавляли в 20 разів буфером RD5-3, що міститься в наборі. Зразки для аналізу на адипонектин розбавляли у 2000 разів буфером RD2-26, наданим у наборі. Всі зразки аналізували у двох примірниках і результати обчислювали за 8-бальною стандартною кривою.

Екстракція РНК та qRT-ПЛР

Для визначення експресії генів TLR4, TNFα, IL-1β, IFNγ та IL-4 загальну РНК екстрагували із селезінок для підмножини мишей з кожної дієтичної групи за допомогою триреагентів (Sigma) згідно з протоколом виробника. Для ПЛР-аналізу загальна РНК спочатку транскрибувалась в кДНК за допомогою набору зворотної транскриптази MMLV (Invitrogen) згідно з протоколом виробника з подальшою кількісною ПЛР із використанням зеленого головного розчину SYBR (Applied Biosystems). ПЛР проводили на QuantStudio 7 Flex протягом 40 циклів. Послідовності праймерів наведені в таблиці 2. Результати нормалізували до рівнів 18S і відносну експресію генів розраховували за допомогою методу ΔΔCt [36]. Дані виражаються як кратна зміна щодо групи контрольної дієти.

Статистичний аналіз

Двостороння ANOVA з подальшим тестом Холма-Сідака була використана для визначення статистично значущих відмінностей у масі тіла в часі та між різними дієтами. Біомаркери сироватки та рівні мРНК аналізували за допомогою одностороннього аналізу ANOVA з подальшим тестом Данна, коли це було доречно. Усі результати виражаються як середні значення ± SE. Відмінності між групами вважали статистично значущими, якщо p Рис. 2. Маса тіла та ріст.

А) Вагу тіла вимірювали тричі на тиждень протягом усього експерименту. Миші сиділи на дієті відлучення 2020 року, починаючи з віку 3 тижнів протягом 10 днів. Контрольна група мишей продовжувала дієту 2018 року, тоді як мишей експериментальної групи садили на гіпопротеїнову дієту протягом 2 тижнів. Далі три дієти для втручання (молоко, арахісовий та білок цвіркуна) вводили протягом 6 тижнів. Двостороння ANOVA виявила суттєві відмінності між контрольною та гіпопротеїновою групами протягом двотижневого періоду та контрольною та інтервенційною групами протягом 6-тижневого періоду. Статистично значущих відмінностей між групами втручань не було. N = 12/група. Б) Вага тіла контрольної групи на дієті 2018 року та групи з низьким вмістом білка після двох тижнів недоїдання. В) Відсоток збільшення маси тіла протягом 6-тижневого періоду від початку втручання дієти після недоїдання (100%) до кінця експерименту. Результати виражаються як середнє значення ± SE. *** p Рис. 3. Метаболічні маркери.

Рівні тригліцеридів у сироватці крові (A, D), лептин (B, E) і адипонектин (C, F) через 2 тижні недоїдання білка (A-C) і через 6 тижнів періоду відновлення (Д-Ж). Тригліцериди аналізували за допомогою набору для аналізу тригліцеридів EnzyChrom. Лептин та адипонектин аналізували за допомогою квантикінових ІФА. Односторонній аналіз ANOVA був використаний для визначення різниці між експериментальними групами (дієти з гіпопротеїнами, молоком, арахісом та цвіркуном) та контрольною групою (дієта 2018 року). Результати виражаються як середнє значення ± SE. n = 10-12/група, * p Рис. 4. Запальні маркери.