Modificări metabolice datorate restricțiilor calorice și hrănirii zilnice în mod normal și în creștere
Reyhan Westbrook
1 Departamentul de Medicină Internă, Divizia de Cercetări Geriatrice și
2 Departamentul de Microbiologie și Imunologie Medicală, Programul de absolvire a biologiei celulare, Școala de Medicină a Universității Southern Illinois, Springfield, Illinois.
Michael S. Bonkowski
1 Departamentul de Medicină Internă, Divizia de Cercetări Geriatrice și
3 Adresa actuală: Massachusetts Institute of Technology, Cambridge.
Oge Arum
1 Departamentul de Medicină Internă, Divizia de Cercetări Geriatrice și
Aprilie D. Strader
4 Departamentul de Fiziologie, Școala de Medicină a Universității Southern Illinois, Carbondale, Illinois.
Andrzej Bartke
1 Departamentul de Medicină Internă, Divizia de Cercetări Geriatrice și
Abstract
Mutații, care reduc semnalizarea somatotrofă (hormonul de creștere [GH] și factorul de creștere asemănător insulinei-1) (1), precum și regimuri dietetice bazate pe reducerea aportului caloric [restricție calorică [CR] și zilnic [EOD] dietă) (2,3), se știe că întârzie îmbătrânirea și crește durata de viață la șoareci. Șoarecii cu durată lungă de viață ai receptorilor GH/proteinei care leagă GH (eliminarea receptorului hormonului de creștere [GHRKO]) sunt rezistenți la acțiunea GH și au un factor seric de creștere asemănător insulinei serice-1 și au redus dimensiunea și greutatea corpului, în ciuda creșterii adipozității, scăderea glucozei și insulinei serice și creșterea sensibilității la insulină (4). De asemenea, s-a demonstrat că regimurile de hrănire CR și EOD cresc sensibilitatea la insulină, scad nivelul glucozei și insulinei serice și cresc durata de viață a rozătoarelor (3,5,6).
Scăderea aportului caloric și mutația GHRKO pot acționa prin mecanisme suprapuse pentru a crește durata de viață. Dovezi pentru acest lucru provin din experimente în care regimurile identice CR (7) și EOD (8) au produs creșteri atât ale sensibilității la insulină, cât și ale duratei de viață la șoareci normali, dar nu au produs modificări ale sensibilității sau longevității insulinei la șoarecii GHRKO.
Înțelegerea modificărilor metabolice, care însoțesc creșterea duratei de viață, poate oferi câteva indicii mecaniciste privind modul în care se realizează extinderea duratei de viață. Am arătat anterior că scăderea semnalizării GH este asociată cu un consum crescut de oxigen (VO2) pe unitate de masă corporală și cu un coeficient respirator scăzut (RQ) la șoareci adulți tineri (9); cu toate acestea, nu se știa dacă acest efect persistă până la vârste înaintate. Aici, examinăm VO2 și RQ la șoarecii în vârstă aproape de sfârșitul duratei lor de viață. Au existat multe studii care au examinat impactul RC asupra metabolismului (5); cu toate acestea, impactul dietei EOD asupra VO2 și RQ nu a fost explorat la șoareci. Acest studiu este, de asemenea, unul dintre puținele (6,10) care compară în mod direct efectele regimurilor dietetice CR și EOD la animale din aceeași tulpină. Important, în acest studiu, vom examina, de asemenea, efectul interacțiunii de semnalizare scăzută GH cu dietele CR și EOD.
Materiale și metode
Animale
Șoarecii masculi GHRKO (-/-) și normali (+/−) au fost produși în colonia noastră de reproducere prin împerechere -/- masculi cu +/− femele derivate de la animale GHRKO (4) oferite cu amabilitate de Dr. J. J. Kopchick (Universitatea Ohio, Atena, Ohio). Animalele au fost adăpostite în condiții de temperatură și lumină controlate (21 ° C - 23 ° C și ciclu de întuneric de 12 ore de lumină/12 ore) și au fost hrănite cu Formula de dietă de laborator 5001 (23,4% proteine, 4,5% grăsimi și 5,8% fibra; Ralston Purina). Toate protocoalele pentru animale pentru acest studiu au fost aprobate de comitetul de îngrijire și utilizare a animalelor de la Southern Illinois University.
Șoarecii utilizați în acest experiment aveau 29-33 de luni, ceea ce pentru șoarecii AL normali este aproape de durata medie de viață. Șoarecii de această vârstă au fost selectați pentru a investiga diferențele metabolice în îmbătrânirea biologică cauzate de interacțiunile dietetice și genotipice la șoareci de vârstă cronologică avansată similară. De asemenea, am arătat că semnalizarea GH scăzută este asociată cu creșterea VO2 per unitate de masă corporală și scăderea RQ la șoarecii tineri adulți (9). Aici, am explorat dacă acest efect persistă până la vârste înaintate.
Dietele
Calorimetrie indirectă
Calorimetria indirectă a fost efectuată folosind AccuScan Instruments, Inc. Sistemul metabolic PhysioScan. Acest sistem utilizează senzori de zirconiu și infraroșu pentru a monitoriza oxigenul (O2) și respectiv dioxidul de carbon (CO2), în interiorul camerelor respiratorii în care au fost testați șoareci individuali. Toate comparațiile se bazează pe animale studiate simultan în opt camere diferite conectate la aceiași senzori de O2 și CO2 într-un efort de a minimiza efectul variațiilor de mediu și al calibrării asupra datelor. După o perioadă de 24 de ore de aclimatizare (zi de post pentru șoareci EOD), șoarecii au fost monitorizați în camerele metabolice timp de 24 de ore cu acces la doza lor dietetică respectivă (CR/EOD [alimentat ziua AL]/AL) și apă, și apoi pentru o a doua perioadă de 24 de ore fără alimente. Probele de gaz au fost colectate și analizate la fiecare 5 minute pe animal, iar datele au fost calculate pentru fiecare oră. Parametrii de ieșire includ VO2 (mL/kg/min) și RQ (VCO2/VO2). Analiza bidirecțională a varianței și analiza statistică bidirecțională a măsurilor repetate au fost efectuate folosind IBM SPSS Statistics 19.
R rezultate
Greutățile corporale ale șoarecilor în momentul calorimetriei indirecte sunt prezentate în (Figura 1). Consumul total de alimente și consumul de alimente pe gram de greutate corporală pentru șoareci în timpul aclimatizării și al zilelor hrănite de calorimetrie indirectă sunt prezentate în (Figura 2). Consumul total de alimente a fost redus de ambele diete la șoarecii normali (Figura 2a); cu toate acestea, atunci când consumul de alimente este exprimat pe gram de greutate corporală, diferențele sunt eliminate (Figura 2b). Consumul total de alimente al șoarecelui GHRKO a fost, de asemenea, redus prin dieta CR și EOD (Figura 2c); cu toate acestea, șoarecii GHRKO au consumat mai puține alimente pe gram de greutate corporală și atunci când au urmat diete CR sau EOD (Figura 2d). Interesant este faptul că, atunci când este exprimată în procente de masă slabă (masă fără grăsimi - greutate osoasă), nu au existat diferențe semnificative între GHRKO și șoarecii martori normali (Figura suplimentară 1b).