Разкриване на авторите: JPV, LL, WFP, SO, DS, AG, JRP и PMG, без конфликт на интереси. JRBL е президент и главен технологичен директор на Sable Systems International, която произвежда метаболитната система за фенотипизиране, използвана в проучването.

високопротеинова

John P Vu, Leon Luong, William F Parsons, Suwan Oh, Daniel Sanford, Arielle Gabalski, John RB Lighton, Joseph R Pisegna, Patrizia M Germano, Long-Term Intake of a High-Protein Diet повлиява фенотипа на тялото, метаболизма и плазмата Хормони в мишки, The Journal of Nutrition, том 147, брой 12, декември 2017 г., страници 2243–2251, https://doi.org/10.3945/jn.117.257873

Резюме

Заден план: Наскоро се използват високопротеинови диети (HPD) за получаване на телесно тегло и загуба на мастна маса и разширяване на мускулната маса. Няколко проучвания са документирали, че HPD намаляват апетита и приема на храна.

Обективен: Нашата цел беше да определим дългосрочните ефекти на HPD върху телесното тегло, енергийния прием и разход и метаболитните хормони.

Методи: Мъжки мишки C57BL/6 (на възраст 8 седмици) са били хранени или с HPD (60% от енергията като протеин), или с контролна диета (CD; 20% от енергията като протеин) за 12 седмици. Определят се телесният състав и приема на храна и се измерват концентрациите на плазмени хормони при мишки след хранене и след лишаване от храна през нощта в няколко времеви точки.

Резултати: HPD мишките имат значително по-ниско телесно тегло (в средно ± SEMs; 25,73 ± 1,49 в сравнение с 32,5 ± 1,31 g; P = 0,003) и мастна маса (9,55% ± 1,24% в сравнение с 15,78% ± 2,07%; P = 0,05) по време на първите 6 седмици в сравнение с CD мишки и по-висока чиста маса през цялото проучване, започващо на 2-ра седмица (85,45% ± 2,25% в сравнение със 75,29% ± 1,90%; P = 0,0001). Енергийният прием, общият енергиен разход и дихателният коефициент са значително по-ниски при HPD в сравнение с CD мишки, както се вижда от кумулативния енергиен прием и скоростта на хранене. Водните пари са значително по-високи при HPD мишки както по време на тъмна, така и на светла фаза. При HPD мишки, концентрации на лептин [лишени от храна: 41,31 ± 11,60 в сравнение с 3041 ± 683 pg/mL (P = 0,0004); след хранене: 112,5 ± 102,0 в сравнение с 8273 ± 1415 pg/ml (P

Въведение

Методи

Животни и диети.

За да се изследват дългосрочните ефекти на HPD върху телесния фенотип, калориметричните променливи и метаболитните хормони, мишки от див тип C57BL/6, съобразени с възрастта, бяха настанени индивидуално при контролирано осветление на светлинния цикъл (0600–1800) и температура (21– 23 ° C) условия. По време на експеримента се осигуряват храна и вода ad libitum, освен ако не е посочено друго. След това мишките бяха разделени на 2 различни диетични групи ( Допълнителна таблица 1 ). Диетите са закупени от Research Diets и диетичната храна се съхранява запечатана при 4 ° C, докато се използва. Протоколът за експериментално проучване е одобрен от Институционалния комитет за грижа и употреба на животните към системата за здравеопазване по въпросите на ветераните (VA) Greater Los Angeles.

Експериментален дизайн.

Мишките на възраст 10–12 седмици бяха разделени на 2 различни групи, настанени единично в стандартни клетки и хранени ad libitum или HPD (60% от енергията като протеин; n = 8) или CD (20% от енергията като протеин; n = 10). Теглото на тялото се измерва на изходно ниво и на седмични интервали през целия период на изследване от 12 седмици. Консумацията на храна и вода се наблюдава ежеседмично. Телесните мазнини и чистата маса се оценяват на всеки две седмици. Стойностите на телесното тегло, мастната маса и чистата маса са изразени като проценти на промяна спрямо първоначалните измервания, извършени на изходно ниво. В края на периода на изследване всички мишки бяха настанени еднократно в метаболитни клетки (Promethion; Sable Systems International) за период от 5 d за привикване, последвано от 3 d за наблюдение на поведението на хранене, приема на вода, енергийните разходи, и физическа активност.

Анализ на телесното тегло и състав.

Съставът на телесна маса на миша се оценява ежеседмично и се изразява като процент от общото телесно нетно тегло чрез използване на количествена NMR система за анализ (EchoMRI-700 4 в 1 анализатор на състава; Echo Medical Systems). По време на сканирането мишките бяха в съзнание и леко задържани (~ 2 минути).

Определяне на поведението на приема на храна.

Анализът на приема на храна беше извършен чрез използване на системата за наблюдение на приема на храна BioDAQ за мишки (BioDAQ; Research Diets, Inc.), както е описано по-рано (33).

Оценка на индиректната калориметрия чрез използване на метаболитната система Promethion.

Панел от плазмен хормон.

Взети са проби от кръвна плазма в края на 12-седмичния период на изследване от всяка мишка при условия, лишени от храна (лишени от храна: 1800–0900) и при условия след хранене (през нощта лишени от храна: 1800–0900), последвани от 1- h след хранене (0900–1000). Пробите от плазмен хормон са измерени, както е описано по-горе (33). Всички проби бяха обработени в една партида и прочетени чрез четец Luminex 100 (Luminex).

Анализ на данни.

Използван е тест за многократно сравнение, за да се оцени значимостта на данните за телесното тегло и състава на телесната маса между двете различни групи за изследване на диетата през цялото проучване. Използвахме пост-тест на Sidak в нашите сравнителни тестове. Кумулативният прием на храна и всички BioDAQ променливи бяха изчислени за значимост, като се използва 2-факторна ANOVA с пост-тест на Sidak за множество сравнения. За оценка на променливите на метаболитното поведение беше използван 2-фактор ANOVA за сравняване на средните стойности на тъмната или светлата фаза между всяка група миши диети. Факторите, включени в 2-факторния ANOVA анализ, са RQ, VO2, VCO2, производство на водни пари (VH2O), общ разход на енергия (TEE), общ индекс на активност, индекс на груба активност, индекс на фина активност и средна скорост и време на движение ден (тъмна и светла фаза). Променливите на метаболитния хормон за HPD- в сравнение с CD-хранени мишки при условия, лишени от храна и след хранене, бяха анализирани чрез използване на несдвоен t тест. Всички анализи и графики бяха проведени и създадени с помощта на софтуера GraphPad Prism 6.

Резултати

Ефекти от дългосрочното лечение с HPD върху телесното тегло и мазнините и слабата маса.

Мишки, хранени с HPD, в сравнение с мишки, хранени с CD, са загубили значително количество телесно тегло от седмица 2 до седмица 6 [на седмица 2: 25,20 ± 0,36 в сравнение с 30,23 ± 1,04 g (P = 0,05); на седмица 4: 25,87 ± 1,37 в сравнение с 31,79 ± 1,22 g (P = 0,01); и на 6 седмица: 25,73 ± 1,49 в сравнение с 32,5 ± 1,31 g (P = 0,003)]; обаче от 8 до 12 седмица мишките, хранени с HPD, възвръщат теглото си и стойностите на телесното им тегло не се различават значително от тези на CD-хранените мишки (Фигура 1А). Анализът на телесната мазнина показва значителни разлики между 2-те групи, както е показано на Фигура 1В: Хранените с HPD мишки са имали по-ниски проценти на телесна мастна маса на 4-та седмица (8,46% ± 1,27% в сравнение с 14,95% ± 1,84%; P = 0,04) и на 6 седмица (9,55% ± 1,24% в сравнение с 15,78% ± 2,07%; P = 0,05). Обаче от седмица 8 до седмица 12 няма значителна разлика в телесната мастна маса между мишки, хранени с HPD и CD (Фигура 1В). При мишките, хранени с HPD, процентите на телесна чиста маса са значително по-високи, отколкото в групата, хранена с CD, през целия период на изследване от 12 седмици, започващ на 2 седмица (88,30% ± 0,92% в сравнение с 81,59% ± 1,68%; P = 0,02 ), на седмица 4 (87,08% ± 1,30% в сравнение с 80,95% ± 1,74%; P = 0,04), на седмица 6 (85,36% ± 1,16% в сравнение с 79,31% ± 1,83%; P = 0,05), на седмица 10 ( 83,52% ± 1,72% в сравнение с 77,01% ± 1,63%; P = 0,03) и на 12-та седмица (85,45% ± 2,25% в сравнение със 75,29% ± 1,90%; P = 0,0001) (Фигура 1C).

Анализ на приема на храна между HPD- и CD-хранени мишки. (A) Данни за консумация на храна за мишки, хранени с HPD и CD, изразени като 24-часови средни стойности за 48 часа непрекъснат запис; кумулативният прием на храна е изчислен чрез използване на интервали от 2 часа. (B) Продължителност на схватките, (C) честота на схватките, (D) продължителност на храненето, (E) честота на хранене, (F) размер на храненето и (G) скорост на хранене, анализирани между тъмния и светлия цикъл. Използвахме несдвоени t тестове, за да направим сравнения на данните за консумация на храна. Използвахме двуфакторен ANOVA анализ за сравняване на продължителността на пристъпите, честотата на пристъпите, продължителността на храненето, честотата на хранене, размера на храненето и стойностите на скоростта на хранене по време на тъмната и светлата фази между мишки, хранени с HPD и CD. Стойностите са средни стойности ± SEM; HPD група, п = 8; CD група, n = 10. * P Фигура 3А). Средният прием на вода значително се увеличава при мишки, хранени с HPD, в сравнение с мишки, хранени с CD, по време на светлина (0,06 ± 0,01 в сравнение с 0,03 ± 0,01 g; P = 0,003) и тъмно (0,06 ± 0,003 в сравнение с 0,04 ± 0,005 g; P = 0,034) фази (Фигура 3Б). Не е установена значителна разлика в броя на пристъпите (Фигура 3С) и във времето, прекарано в пиене (Фигура 3D) между 2-те групи по време на тъмната и светлата фази.

Променени концентрации на лишен от фураж и след хранене плазмени метаболитни хормони.

При мишки, хранени с HPD, в сравнение с мишки, хранени с CD, плазмените концентрации на лептин, GLP-1 и глюкагонови хормони са значително променени: мишките, хранени с HPD, имат по-нисък лептин по време на лишаване от фураж (41,31 ± 11,60 в сравнение с 3041 ± 683 pg/ml; P = 0,0004) и след хранене (112,5 ± 102,0 в сравнение с 8273 ± 1415 pg/ml; P Фигура 5В). Хранените с HPD мишки са имали значително по-нисък GLP-1 от CD-хранените мишки по време на лишаване от храна (5.664 ± 1.44 в сравнение с 21.31 ± 1.26 pg/mL; P = Фигура 5D). В допълнение, концентрациите на глюкагон след хранене са значително по-високи при мишки, хранени с HPD, отколкото при мишки, хранени с CD (102,3 ± 35,8 в сравнение с 30,99 ± 6,58 pg/ml; P = 0,043) (Фигура 5Е). И накрая, концентрациите на активен грелин, инсулин и PYY не показват значителни разлики между 2-те експериментални миши групи нито в условия, лишени от храна, нито след хранене (Фигура 5А, С, F).

Анализи на орексигенен и анорексигенен метаболитен плазмен хормон на активен грелин (A), лептин (B), инсулин (C), GLP-1 (D), глюкагон (E) и PYY (F) плазмени концентрации, измерени или в лишен от храна или условия след хранене между мишки, хранени с HPD и CD. Стойностите са средни стойности ± SEM; HPD група, п = 8; CD група, n = 10. * P 1–6). HPD стратегиите също често се използват при пациенти, подложени на бариатрична хирургия за поддържане на чиста телесна маса и за предотвратяване на наддаване на тегло (36). Въпреки това, по-рано публикувани проучвания съобщават, че HPD предизвикват фенотипични ефекти при хората, които са ограничени до начален период от ~ 6 месеца, след което субектите възвръщат телесното си тегло (15, 16). Доколкото ни е известно, ефектите от дългосрочното лечение с HPD върху енергийния прием, енергийните разходи, физическата активност и метаболитните хормони никога не са били оценявани. Следователно, ние анализирахме 2 различни групи възрастови мишки, които бяха хранени с изокалоричен HPD или CD в продължение на 12 седмици, за да изяснят своите метаболитни отговори към дългосрочен режим на HPD.

Нашите резултати показаха, че продължителното лечение с HPD индуцира първоначално намаляване на телесното тегло и мастната маса само за 2–6 седмици, през което време се наблюдава мишките да имат намален енергиен прием, като същевременно поддържат телесна чиста маса. Няколко публикувани проучвания (4, 7, 8, 11, 23, 32, 37–39), които използват краткосрочно лечение с HPD, също показват сходни тенденции при загуба на телесно тегло при гризачи и при хора. Съобщава се, че телесната чиста маса е потенциално запазена от повишени плазмени концентрации на аминокиселини, които могат да насърчат растежа и запазването на мускулите (40-44). HPDs намаляват разграждането на мускулния протеин при миши модел на мускулна дистрофия (40), като същевременно увеличават мускулната издръжливост, особено след физически упражнения, при хора (42, 44, 45). Не е установено обаче, че физическата активност се увеличава в групата на мишки, хранени с HPD, както е описано по-горе (31). По-ранни наблюдения при плъхове, хранени с HPD, предполагат, че основният определящ фактор за намаления енергиен прием е лошата вкусови качества (46); тези проучвания обаче изследват ефектите на HPD превключвател само за няколко часа. Други проучвания върху гризачи и кучета, които са използвали тестове за вкус, последователност на поведенческото насищане и реактивност на вкуса, показват, че намаленият енергиен прием се дължи на специфичен механизъм, чрез който протеиновото брашно повишава ситостта и потиска приема на храна (8, 10, 20, 22, 47 ).

Наблюдавахме значително увеличение на общия прием на вода и средния прием на вода в групата с мишки HPD. HPDs са ацидогенни и увеличават производството на амонячни разтворени вещества, които се екскретират с вода (55, 56). Предишни проучвания при хора показват, че увеличаването на консумацията на вода може да стимулира ситостта, като по този начин намалява енергийния прием и предизвиква загуба на телесно тегло (57, 58). Повишеният прием на вода, измерен при мишки, хранени с HPD, може да е свързан с повишените нива на урея и креатинин, както се предполагаше по-рано (59). Нашите резултати са в съответствие с други проучвания, проведени върху мишки, които съобщават за подобно увеличение на консумацията на вода по време на увеличаване на хранителните протеини (60–62).

В заключение, това проучване показва, че 12-седмичното лечение с HPD значително намалява енергийния прием, увеличава чистата телесна маса и променя метаболитния хормонален профил при мишки. HPD индуцира промени в телесния фенотип, които са свързани със значително увеличаване на ситостта и приема на вода и намаляване на консумацията на кислород, производството на въглероден диоксид, RQ и TEE. Освен това, мишките, хранени с HPD, са имали значително по-ниски концентрации на лишен от храна и постпрандиален лептин и GLP-1, въпреки че концентрациите на глюкагон след хранене са били повишени. Необходими са обаче бъдещи проучвания, за да се изяснят основните механизми, чрез които хранителните протеини регулират консумацията на кислород, производството на въглероден диоксид и енергийните разходи. Анализът на гените или транскриптома, участващи в липидния метаболизъм и адипогенезата, може да изясни механизмите, залегнали в корекцията на енергийните разходи, водещи до засилен фенотип с постна маса, наблюдаван при мишки, хранени с HPD през цялото проучване.

Благодарности

Отговорностите на авторите бяха следните - JPV и LL: проектираха изследването (концепция на проекта, разработване на цялостен план за изследване и надзор на изследването), проведоха изследването (практическо провеждане на експериментите и събирането на данни), анализираха данните или извърши статистическия анализ, написа ръкописа и имаше основна отговорност за окончателното съдържание; WFP и SO: проведоха изследването (ръчно провеждане на експериментите и събирането на данни), анализираха данните или извършиха статистически анализ и предоставиха основни реактиви или основни материали; DS и AG: анализираха данните или извършиха статистическия анализ; JRBL: редактира разделите за измерване на метаболизма в ръкописа; JRP и PMG: проектираха изследването (концепция на проекта, разработване на цялостен план за изследване и надзор на проучването), участваха в написването на ръкописа и носеха основна отговорност за окончателното съдържание; и всички автори: прочетете и одобрете окончателния ръкопис.