Efectul diferitelor niveluri de restricție dietetică asupra homeostaziei glucozei și a memoriei metabolice
Stephanie Matyi
1 Departamentul de Medicină Geriatrică, Universitatea din Oklahoma Centrul de Științe ale Sănătății, Oklahoma City, OK SUA
2 Reynolds Oklahoma Center on Aging, Oklahoma City, OK SUA
Jordan Jackson
1 Departamentul de Medicină Geriatrică, Universitatea din Oklahoma Centrul de Științe ale Sănătății, Oklahoma City, OK SUA
2 Reynolds Oklahoma Center on Aging, Oklahoma City, OK SUA
Karla Garrett
1 Departamentul de Medicină Geriatrică, Universitatea din Oklahoma Centrul de Științe ale Sănătății, Oklahoma City, OK SUA
2 Reynolds Oklahoma Center on Aging, Oklahoma City, OK SUA
Sathyaseelan S. Deepa
1 Departamentul de Medicină Geriatrică, Universitatea din Oklahoma Centrul de Științe ale Sănătății, Oklahoma City, OK SUA
2 Reynolds Oklahoma Center on Aging, Oklahoma City, OK SUA
Archana Unnikrishnan
1 Departamentul de Medicină Geriatrică, Universitatea din Oklahoma Centrul de Științe ale Sănătății, Oklahoma City, OK SUA
2 Reynolds Oklahoma Center on Aging, Oklahoma City, OK SUA
3 Harold Hamm Diabetic Center, Oklahoma City, OK SUA
Abstract
În ultimii 50 de ani, restricția dietetică (DR) s-a dovedit a prelungi durata de viață a unei largi varietăți de organisme. O caracteristică distinctivă a DR este homeostazia îmbunătățită a glucozei, rezultând o toleranță crescută la glucoză și sensibilitatea la insulină a animalelor, de la rozătoare la oameni. În acest studiu, am demonstrat efectele timpurii ale diferitelor niveluri de DR asupra toleranței la glucoză. În 10 zile de 40% DR, toleranța la glucoză a fost semnificativ îmbunătățită și cu 120 de zile; 10 și 20% DR au prezentat, de asemenea, o toleranță crescută la glucoză. Toate cele trei niveluri de DR au arătat adipozitate redusă, expresie crescută a genelor implicate în rotația grăsimilor și o reducere a expresiei pentru markerii inflamației. Studiile au arătat că șoarecii hrăniți cu o dietă DR au păstrat memoria metabolică în ceea ce privește toleranța îmbunătățită la glucoză chiar și după întreruperea DR. Arătăm că 40% DR nu numai că are un efect timpuriu asupra toleranței la glucoză, ci și-l menține după ce DR a fost întrerupt timp de 2 luni. Prin urmare, îmbunătățirea toleranței la glucoză este adusă de toate cele trei niveluri de DR, dar memoria metabolică nu este receptivă la doză.
Introducere
Prima și cea mai studiată manipulare care arată că crește durata de viață la mamifere este restricția dietetică/calorică. S-a demonstrat că restricția dietetică (DR) crește mai întâi durata de viață a șobolanilor și, ulterior, diferite tulpini de șoareci. Cercetările din ultimele două decenii arată că DR crește durata de viață a unei largi varietăți de alte organisme, de la nevertebrate, cum ar fi drojdia, C. elegans și Drosophila, precum și păianjeni și rotifere la diferite tulpini de șobolani și șoareci (Weindruch și Walford 1988; Swindell 2012). De asemenea, s-a raportat că DR crește durata de viață a altor tipuri de mamifere, cum ar fi Labrador Retrievers (Kealy și colab. 2002) și maimuțele Rhesus (Colman și colab. 2009).
Dieta standard DR care este utilizată în majoritatea studiilor cu șobolani și șoareci este de 40% DR, în care rozătoarele sunt hrănite cu 60% din dieta consumată de animalele hrănite ad libitum (AL). În general, se crede că creșterea nivelului de restricție duce la o creștere mai mare a duratei de viață până la un punct (aproximativ 60% DR) și în care restricțiile suplimentare sunt dăunătoare (Weindruch și colab. 1986; Clancy și colab. 2001). De exemplu, Weindruch și colab. (1986) au raportat că o creștere semnificativă (peste 20%) a supraviețuirii medii a avut loc între
55% DR pentru șoareci femele C3B10RF1. Cu toate acestea, două studii recente sugerează că nivelurile mai scăzute de DR sunt la fel de eficiente în creșterea duratei de viață ca 40% DR. Grupul nostru a arătat că 10% DR a crescut semnificativ durata de viață a șobolanilor F344 la un nivel similar cu creșterea duratei de viață observată cu 40% DR (Richardson și colab. 2016). În plus, Mitchell și colab. (2016) au arătat că 20% DR a fost la fel de eficient și, în unele cazuri, mai eficient decât 40% DR, la creșterea duratei de viață la șoarecii C57BL/6 și DBA/2.
Scopul experimentelor descrise mai jos a fost de a determina cât de repede diferitele niveluri de DR (10, 20 și 40%) îmbunătățesc toleranța la glucoză. Am observat că în 10 zile de 40% DR, toleranța la glucoză a fost semnificativ îmbunătățită și, la 4 luni, șoarecii hrăniți cu 10 și 20% DR au avut o îmbunătățire similară a toleranței la glucoză ca 40% DR. De asemenea, am observat că 40% DR pe termen scurt (4 luni) conferă șoareci o memorie metabolică atunci când au fost trecuți la hrănirea AL, ceea ce nu a fost observat la șoarecii hrăniți cu 10 și 20% DR.
Metode
Animale și dietă
Compozitia corpului
Compoziția corporală a animalelor a fost măsurată utilizând spectroscopie de rezonanță magnetică nucleară (RMN-Bruker minispec) după DR și la 2 luni după trecerea la alimentarea cu AL. Au fost măsurate grăsimea corporală și masa corporală slabă a animalelor din fiecare grup.
PCR în timp real
Nivelurile transcrierilor specifice ARN mesager (ARNm) ale genelor implicate în inflamație, metabolismul acizilor grași și diferențierea adipocitelor au fost măsurate prin PCR în timp real în țesuturile adipoase albe epididimale și subcutanate de la șoareci DR și AL la 4 luni după inițierea DR (n = 5 per grup). Pe scurt, ARN a fost izolat folosind RNeasy Kit de la Qiagen (Germantown, MD, SUA). ADNc din prima catenă a fost sintetizat din 1 μg ARN folosind primerii aleatori (Promega, Madison, WI, SUA) și purificat folosind QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, Germantown, MD, SUA). Expresia genelor candidate a fost cuantificată utilizând PCR în timp real cu SYBR Green, iar secvențele de exemplu sunt date în Tabelul 1. 1. Transcrierile genei au fost normalizate la β-actină. Expresia relativă a genei a fost cuantificată ca analiză comparativă a Ct utilizând metoda de analiză 2 −ΔΔct cu β-actină ca control endogen. Proiectarea ANOVA unidirecțională cu corecția testului multiplu a lui Tukey a fost utilizată pentru a analiza statistic probele individuale.
tabelul 1
| Adiponectina | 5′-GCCGCTTATGTGTATCGCTCAG-3 ′ | 5′-GCCAGTGCTGCCGTCATAATG-3 ′ |
| Leptina | 5′-TGACACCAAAACCCTCATCA-3 ′ | 5′-TCATTGGCTATCTGCAGCAC-3 ′ |
| IL-6 | 5′-TGGTACTCCAGAAGACCAGAGG-3 ′ | 5′-AACGATGATGCACTTGCAGA-3 ′ |
| TNF-a | 5′-CACAGAAAGCATGATCCGCGACGT-3 ′ | 5′-CGGCAGAGAGGAGGTTGACTTTCT-3 ′ |
| MCP-1 | 5′-CCACTCACCTGCTGCTACTCAT-3 ′ | 5′-GGTGATCCTCTTGTAGCTCTCC-3 ′ |
| FAS | 5′-GGAGGTGGTGATAGCCGGTAT-3 ′ | 5′-TGGGTAATCCATAGAGCCCAG-3 ′ |
| ACC | 5′-GATGAACCATCTCCGTTGGC-3 ′ | 5′-GACCCAATTATGAATCGGGAGTG-3 ′ |
| CPT-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 ′ |
| PPARy-2 | 5′-CGAGGACATCCAAGACAAC-3 ′ | 5′-GTGCTCTGTGACGATCTG-3 ′ |
| CEBP-α | 5′-CAAGAACAGCAACGAGTACCG-3 ′ | 5′-GTCACTGGTCAACTCCAGCAC-3 ′ |
| AP-2 | 5′-TAACCCTAGATGGCGGGGCCC-3 ′ | 5′-AACACATTCCACCACCAGCTTGTC-3 ′ |
| β-Actină | 5′-GATGACCCAGATCATGTTTGAGACC-3 ′ | 5′-AGATGGGCACAGTGTGGGTGA-3 ′ |