El microbioma intestinal de los ratones se estresa dentro de las 24 horas cuando se les alimenta con una dieta rica en grasas

En un estudio reciente publicado en la revista Informes de celdainvestigadores en Cincinnati, EE. UU., evaluaron el efecto de un cambio en la dieta a una dieta alta en grasas (HFD) en el intestino.

Un cambio significativo en la dieta con el tiempo puede afectar el metabolismo y la fisiología. En los Estados Unidos, un desequilibrio calórico puede ser un factor que contribuye a la obesidad. De 1999 a 2018, el número de personas obesas aumentó de 30,5 % a 42,4 %, mientras que las enfermedades metabólicas como la dislipidemia y la diabetes aumentaron de 25,3 % a 34,2 %. Se sabe que las variaciones a largo plazo en la dieta causan obesidad y enfermedades metabólicas, pero no está claro qué tan rápido un cambio en la dieta puede causar cambios en el cuerpo.

estancia: Cambiar la dieta a una dieta rica en grasas conduce a una rápida adaptación del intestino. Crédito de la imagen: Alexei Logvinovich/Shutterstock

sobre estudiar

En este estudio, los investigadores evaluaron la respuesta de las células epiteliales intestinales a un HFD utilizando mediciones fisiológicas y transcriptomas de una sola célula.

El equipo usó un calorímetro indirecto para escanear ratones adultos de tipo salvaje alimentados con un alimento normal o cambiado a un HFD durante siete días y evaluó el efecto. En primer lugar, la cantidad de oxígeno consumido (V._O2) junto con la expiración del dióxido de carbono (V._{Dióxido de carbono}) para calcular la tasa de intercambio respiratorio (RER), que mostró la principal fuente de combustible metabolizado por el cuerpo. Además, el equipo midió la energía total necesaria para la homeostasis, llamada gasto de energía (EE).

El equipo también evaluó si la respuesta adaptativa en el intestino proximal a la HFD aguda causaba estos cambios metabólicos en todo el cuerpo. Se examinó la proliferación intestinal junto con la profundidad de las criptas y la altura de las vellosidades después de uno, tres o siete días en el HFD. La secuenciación de ARN de una sola célula (scRNA-seq) también se realizó en células epiteliales del yeyuno y el duodeno de ratones adultos en todos los puntos de tiempo. Después de verificar y filtrar la calidad de las células, el equipo combinó los conjuntos de datos de células obtenidas de ratones que habían consumido alimentos normales y ratones que habían sido alimentados con HFD durante uno, tres o siete días. Se utilizaron células de alimentos normales como conjunto de datos de referencia.

El equipo analizó más a fondo cómo cada grupo de células respondió a la HFD mediante el análisis de expresión génica diferencial. La firma transcripcional asociada con el metabolismo del glutamato/glutamina también se evaluó utilizando genes de la base de datos de firmas moleculares (MSigDB).

consecuencias

Durante el primer día de alimentación HFD, los niveles de RER disminuyeron de aproximadamente 0,9 a 0,8, y estas diferencias se mantuvieron a lo largo del tiempo. El primer día, la eficiencia energética aumentó de aproximadamente 0,2 a 0,5 kcal/min a aproximadamente 0,4 a 0,6 kcal/min. En el transcurso de siete días, no hubo diferencias significativas en la cantidad de agua consumida o movimientos ambulatorios. Los ratones alimentados con HFD aumentaron de peso y mostraron un mayor gasto de energía que el primer día. Después de un día de comer un HFD, estos resultados mostraron que el metabolismo de las ratas había cambiado en todo el cuerpo, y también puede haber habido cambios en sus intestinos.

Hubo un aumento en la incorporación de EdU (5-etinil-2′-desoxiuridina) 1 día después del consumo de HFD. Sin embargo, la profundidad de las criptas intestinales o la altura de las vellosidades no cambió. El equipo también evaluó cualquier cambio en la muerte de las células intestinales usando la tinción de caspasa-3 escindida combinada con la tinción de desoxinucleotidil transferasa-desoxiuridina trifosfato (TUNEL) y no encontró diferencias en ninguno de los puntos de tiempo indicados. Estos resultados mostraron que el HFD indujo una respuesta proliferativa en 1 día, pero que esto no cambió el tamaño de la superficie intestinal en el transcurso de 1 semana. Además, se identificaron todos los tipos de células esperados, como células EEC, enterocitos, progenitores de enterocitos (EP), caliciformes, células de Paneth, progenitores secretores (SP), mechón y células de zona de amplificación de tallo/tránsito temprano (TA).

El análisis de las alteraciones transcripcionales inducidas por HFD se realizó utilizando términos de ontología de procesos biológicos (GO-Terms), que mostraron que los genes para las vías del metabolismo de los ácidos grasos tenían niveles de expresión más altos en varios tipos de células después de solo un día de HFD. Esto indica que el epitelio intestinal se ha alejado del metabolismo de glutamina/glutamato normalmente utilizado. También se observó una regulación a la baja inmediata 1 día después del HFD. El análisis de enriquecimiento de conjuntos de genes (GSEA) mostró que la mayoría de las células epiteliales tienen genes regulados que facilitan el metabolismo de los ácidos grasos, como lo indican las puntuaciones de enriquecimiento normalizadas (NES). En particular, las NES asociadas con el metabolismo de los ácidos grasos aumentaron en uno y tres días de HFD. Esto sugiere que el metabolismo del cuerpo reacciona rápidamente al exceso de grasa brillante. A los siete días, el metabolismo de los ácidos grasos NES disminuyó, lo que indica que los enterocitos se habían adaptado al cambio a la HFD.

Después de 1 día en el HFD, hubo una regulación positiva de los genes relacionados con el estrés para todas las poblaciones de células epiteliales. Según los datos de scRNA-seq, iPS/early-TA, junto con las células de Paneth, tienden a mostrar cambios drásticos en la expresión génica en respuesta al estrés celular. Se ha descubierto que el subconjunto de tallo/tallo temprano de TA regula los genes de proteínas de choque térmico y los genes de respuesta de proteínas desplegadas (UPR) regulados al alza de GSEA. Esto mostró que las células madre/tempranas de TA reaccionan a un HFD inmediatamente con una respuesta de estrés.

Este estudio demostró un enfoque múltiple para evaluar cómo los animales responden a los cambios en la dieta mediante la evaluación del metabolismo de todo el cuerpo, la función de los tejidos, la morfología y la transcripción unicelular. Los análisis funcionales y transcripcionales mostraron que todos los tipos de células epiteliales intestinales se alteraron en 24 horas. Además, en una semana, el epitelio intestinal se modificó para aumentar la absorción de lípidos. La elasticidad de la pared intestinal puede haber evolucionado en tiempos de escasez de nutrientes, pero ahora puede estar relacionada con la obesidad, las enfermedades metabólicas y la inflamación en tiempos de exceso de nutrientes.