Administrarea intermitentă a unei diete lipsite de leucină este capabilă să intervină în diabetul de tip 2 din
Date asociate
Abstract
1. Introducere
Leucina, unul dintre aminoacizii esențiali, aparține familiei aminoacizilor cu lanț ramificat (BCAA). Au existat numeroase studii intervenționale care au indicat faptul că creșterea BCAA dietetice, inclusiv leucina, are un efect benefic pentru sănătate, legat de obezitate și diabetul de tip 2 (T2D) [1, 2, 3, 4]. Cu toate acestea, în mod paradoxal, creșterea nivelului sanguin al BCAA s-a dovedit recent a fi asociată cu riscuri crescute de T2D și rezistență la insulină [5, 6]. BCAA din sânge și metaboliții lor s-au dovedit a fi biomarkeri promițători pentru tulburările metabolice [7]. Două teorii au fost postulate pentru a explica efectul negativ potențial al creșterii BCAA din sânge asupra homeostaziei glucozei [5, 6]. Una este că creșterea nivelului de BCAA ar stimula ținta mamiferelor de rapamicină complexul 1 (mTORC1), ducând la decuplarea semnalizării insulinei prin fosforilarea substratului receptorului de insulină (IRS). A doua ipoteză este că metaboliții mitotoxici ai BCAA, dar nu și BCAA în sine, provoacă disfuncții mitocondriale ale celulelor β și agravează T2D. Deși este încă o problemă nerezolvată cu privire la mecanismul molecular care stă la baza asocierii observate a creșterii BCAA cu T2D, studiile actuale favorizează a doua teorie [6, 8].
Newgard și colab. a investigat cu atenție efectele BCAA folosind șobolani hrăniți cu dietă bogată în grăsimi (HFD) timp de 15 săptămâni [9]. BCAA suplimentare plus HFD au cauzat rezistență la insulină, în timp ce hrănirea asociată cu HFD pentru a se potrivi cu aportul de calorii nu ar duce la rezistență la insulină [9]. De asemenea, s-a constatat că suplimentarea cu BCAA plus HFD a dus la fosforilarea cronică a mTOR și INS1 în mușchiul scheletic și ficat, sugerând o suprimare a semnalizării insulinei în aceste țesuturi. În mod consecvent, sa constatat că restricția BCAA la șobolanii grași Zucker este capabilă să îmbunătățească sensibilitatea la insulină în mușchii scheletici prin creșterea oxidării acizilor grași și a exportului de acil-glicină [10]. Ștergerea BCATm, o enzimă care catalizează primul pas al metabolismului BCAA, duce la o creștere a cheltuielilor de energie și la îmbunătățirea toleranței la insulină la șoareci, în asociere cu activarea unui ciclu inutil de transformare a proteinelor [8]. În ultimul timp, s-a constatat că kinaza și fosfataza care reglează cetoacidul dehidrogenază cu lanț ramificat (BCKDH), o enzimă crucială pentru catabolismul BCAA, poate modula homeostazia glucozei la șobolanii grași Zucker prin ATP-citrat liaz [11].
Deși BCAA și în special leucina joacă roluri importante în reglarea homeostaziei glucozei, în prezent nu este clar dacă reducerea BCAA dietetice este eficientă ca strategie intervențională în îmbunătățirea sensibilității la insulină și intervine în T2D. În ultimul timp, postul intermitent sa dovedit a fi o modalitate promițătoare de a îmbunătăți funcția celulelor β și de a îmbunătăți controlul glicemic la șoarecii diabetici [21]. Postul intermitent cu o dietă care mimează postul este capabil să intervină în progresia diabetului la șoareci prin creșterea numărului de celule β din insule. Mai mult, postul intermitent cu o dietă care mimează postul la om este capabil să reducă factorii de risc asociați cu tulburările metabolice [22]. Cu toate acestea, în prezent nu există niciun studiu care să combine conceptul de „post intermitent” cu „privarea de leucină”. În acest studiu, am explorat ideea dacă deficitul intermitent de leucină este sau nu capabil să intervină în progresia T2D într-un model de șoarece diabetic [6].
2. Materiale și metode
2.1. Modelul mouse-ului
Șoarecii de sex masculin C57BL/ksJ-db (db/db) de șase săptămâni au fost achiziționați de la SLAC (Shanghai, China) și întreținuți într-o singură cușcă și în stare fără patogeni la unitatea animală a Institutului de Științe Biologice din Shanghai (SIBS), Academia Chineză de Științe (CAS). Toți șoarecii au fost ponderați la început și distribuiți aleatoriu la două grupuri: chow normal cu acces gratuit la perechea de alimente și apă (CTRL, n = 8) și privarea intermitentă de leucină în fiecare zi (LEU-, n = 8). Perechea de alimente (cu aminoacizi complet) și alimente cu deficit de leucină au fost obținute de la Research Diets, Inc. (New Brunswick, NJ, SUA; Cat A05080202 pentru dieta rozătoarelor L-aminoacizi fără leucină adăugată și Cat A10021B pentru dieta rozătoarelor L-aminoacizi). Aceste diete erau izocalorice și aveau aceeași compoziție în ceea ce privește glucidele și lipidele. În plus, cuștile au fost schimbate atunci când dieta a fost schimbată, astfel încât șoarecii nu au avut acces la propriile pelete fecale. Aceste experimente au fost efectuate în conformitate cu liniile directoare ale Comitetului instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor din Institutul pentru Științe Nutritive, SIBS, CAS cu un număr de aprobare 2010-AN-8.
2.2. Măsurarea glicemiei și insulinei
Șoarecii au fost postiti timp de 6 ore (9:00 a. M ± 15:00 p. M) înainte de măsurarea glicemiei. Glicemia a fost măsurată prin vena cozii utilizând sistemul OneTouch UltraEasy de monitorizare a glicemiei din sânge (Lifescan, Milpitas, CA, SUA). Nivelurile serice de insulină au fost măsurate prin testul imunosorbent legat de enzima șoarecelui (Shanghai Enzyme-linked Biotechnology Co., Shanghai, China), conform instrucțiunilor producătorului. Sângele întreg a fost retras prin îndepărtarea globilor oculari, iar plasma a fost separată prin centrifugare la 3.000 rpm timp de 15 minute în microtuburi tratate cu EDTA-K2 (Kangjian Medical, Jiangsu, China). Evaluarea modelului homeostatic (HOMA) a fost metoda utilizată pentru a cuantifica rezistența la insulină (HOMA-IR) și funcția celulei beta (% B). HOMA-IR a fost calculat utilizând următoarea formulă: HOMA-IR = (glucoză de post × insulină de post)/22,5. HOMA% B a fost calculat utilizând următoarea formulă: HOMA-% B = (20 x insulină de post)/(glucoză de post - 3,5)%.
2.3. Testarea toleranței la glucoză (GTT) și testarea toleranței la insulină (ITT)
Înainte de test, șoarecii au fost cușcați singuri și au postit timp de 4 ore pentru ITT (post de dimineață) și au postit peste noapte pentru GTT. Glucoza (2 g/kg) sau insulina (2 unități/kg) au fost injectate intraperitoneal. Nivelurile de glucoză din sânge au fost măsurate la 0, 15, 30, 60 și 90 de minute după injectare.
2.4. Analiza compoziției corpului
Compoziția corpului șoarecilor a fost evaluată la vârsta de 2 luni prin echoMRI (Houston, TX, SUA) și datele despre masa totală de grăsime și masa slabă au fost înregistrate pentru fiecare șoarece, conform instrucțiunilor producătorului.
2.5. Măsurarea ratei metabolice și a activității fizice
Șoarecii la vârsta de 2 luni au fost alocați aleatoriu (n = 4 pentru fiecare grup) la testarea ratei metabolice și a activității fizice de către sistemul complet de monitorizare a animalelor de laborator (CLAMS-16, Columbus Instruments, OH, SUA), conform instrucțiunilor producătorului . Șoarecii au fost lăsați să se adapteze la sistem timp de 24 de ore. Absorbția de oxigen (VO2), producția de dioxid de carbon (VCO2) și raportul de schimb respirator (RER) au fost înregistrate în următoarele 24 de ore. Locomoția a fost monitorizată din rupturile fasciculului axei X.
2.6. Analiza imunofluorescenței
2.7. Măsurarea parametrilor serici și hepatici
Șoarecii au fost eutanasiați ad libitum în jurul orei 13:00. pe dieta de control și sângele a fost imediat colectat din sinusul orbital în microtuburi tratate cu EDTA-K2 (Kangjian Medical, Jiangsu, China). Apoi microtuburile au fost centrifugate la 3.000 rpm timp de 15 min și serul supernatant a fost colectat și depozitat la -80 ° C. Lipidele hepatice au fost extrase cu cloroform/metanol (2: 1). Nivelurile plasmatice de aspartat transaminază (AST) și alanină transaminază (ALT) au fost determinate de setul de determinare AST/ALT (ShenSuo UNF, Shanghai, China). Nivelurile plasmatice și hepatice ale trigliceridelor (TG), colesterolului total (TC), au fost determinate de kituri corespunzătoare (ShenSuo UNF, Shanghai, China). Toate aceste teste au fost efectuate conform instrucțiunilor producătorului.