El microbioma intestinal de los ratones se estresa en 24 horas con una dieta rica en grasas

En un estudio reciente publicado en la revista Informes de celdainvestigadores de Cincinnati, EE. UU., evaluaron el efecto de cambiar 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 los cambios 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.

Estudio: Un cambio en la dieta a una dieta alta en grasas inicia una rápida adaptación intestinal. Crédito de la foto: Alexei Logvinovich/Shutterstock

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

El equipo usó un calorímetro indirecto para estudiar ratones adultos de tipo salvaje alimentados normalmente o cambiados a un HFD durante siete días y evaluar el efecto. En primer lugar, la cantidad de oxígeno consumido (V._O2) y dióxido de carbono exhalado (V._{Dióxido de carbono}) para calcular la tasa de intercambio respiratorio (RER), que indica la fuente principal de combustible metabolizado por el cuerpo. El equipo también midió la energía total necesaria para la homeostasis, llamada gasto de energía (EE).

El equipo también evaluó si la respuesta adaptativa del intestino proximal a la HFD aguda provoca estos cambios metabólicos en todo el cuerpo. Se examinó la proliferación intestinal con la profundidad de las criptas y la altura de las vellosidades después de uno, tres o siete días de una dieta rica en grasas. La secuenciación de ARN de una sola célula (scRNA-seq) también se realizó en células epiteliales del duodeno y yeyuno murino en todos los puntos de tiempo. Después de comprobar y filtrar la calidad de las células, el equipo combinó conjuntos de datos de células obtenidas de ratones alimentados con comida normal y ratones alimentados con una dieta alta en fibra durante uno, tres o siete días. Las células de alimentos normales sirvieron como conjunto de datos de referencia.

Luego, el equipo analizó cómo cada grupo de células respondió a la HFD utilizando un 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

Desde el primer día de la dieta HFD, los niveles de RER disminuyeron entre 0,9 y 0,8, y estas diferencias se mantuvieron a lo largo del tiempo. El primer día, la ingesta de energía aumentó de aproximadamente 0,2 a 0,5 kcal/min a aproximadamente 0,4 a 0,6 kcal/min. Durante los siete días, no hubo diferencias significativas en la cantidad de agua consumida o movimientos ambulatorios. Los ratones alimentados con una dieta alta en fibra aumentaron de peso y mostraron más energía desde el primer día. Después de un día de ingerir el HFD, estos resultados mostraron que el metabolismo de los ratones había cambiado en todo el cuerpo y que también podría haber cambios en el intestino.

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 más la tinción del extremo de desoxiuridina trifosfato de desoxinucleotidil transferasa (TUNEL) y no encontró diferencias en ninguna de las puntuaciones evaluadas. Estos resultados muestran que la HFD desencadenó una respuesta proliferativa en 1 día, pero no alteró el volumen de la superficie intestinal durante una semana. Además, se identificaron todos los tipos de células esperados, como EEC, enterocitos, progenitores de enterocitos (EP), células caliciformes, células de Paneth, progenitores secretores (SP), zona de amplificación del tallo celular y células/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 de la ruta del metabolismo de los ácidos grasos tenían niveles más altos de niveles de expresión en varios tipos de células solo un día después de HFD. Esto indica que el epitelio intestinal se ha alejado del metabolismo normal de glutamina/glutamato. También se observó una disminución inmediata en la regulación después de un día de una dieta rica en fibra. El análisis de enriquecimiento de conjuntos de genes (GSEA) mostró que la mayoría de las células epiteliales mostraron una regulación positiva en los genes que facilitan el metabolismo de los ácidos grasos, como lo indican las puntuaciones de enriquecimiento normalizadas (NES). En particular, la NES asociada con el metabolismo de los ácidos grasos aumentó después de uno y tres días de HFD. Esto indica que el metabolismo del cuerpo ha reaccionado rápidamente al aumento de la grasa luminal. Siete días después, NES disminuyó el metabolismo de los ácidos grasos, lo que indica que los enterocitos se habían adaptado al cambio a HFD.

Después de 1 día de una dieta rica en grasas, se observó una regulación positiva de los genes relacionados con el estrés en todas las poblaciones de células epiteliales. Según los datos de scRNA-seq, las células madre/tempranas de TA, así como las células de Paneth, tienden a mostrar cambios drásticos en la expresión génica en respuesta al estrés celular. Se ha descubierto que el subconjunto tallo/tallo temprano de TA regula los genes de proteínas de choque térmico y GSEA regula los genes de respuesta a proteínas desplegadas (UPR). Estos resultados muestran que las células madre/tempranas de TA responden inmediatamente a un HFD con una respuesta de estrés.

Este estudio demostró un enfoque multidimensional para evaluar cómo los animales responden a los cambios en la dieta al evaluar el metabolismo de todo el cuerpo, la función tisular, la morfología y el transcriptoma 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 asociada con la obesidad, las enfermedades metabólicas y la inflamación en tiempos de exceso de nutrientes.