Come una dieta ricca di grassi “stressa” il microbioma intestinale

In un recente studio pubblicato sulla rivista Cell Reports, i ricercatori di Cincinnati, negli Stati Uniti, hanno valutato l’impatto della dieta ricca di grassi (HFD) sull’intestino.

Un cambiamento significativo nella dieta nel tempo può influenzare il metabolismo e la fisiologia. Negli Stati Uniti, uno squilibrio calorico può essere un fattore che contribuisce all’obesità. Dal 1999 al 2018, il numero di persone che soffrivano di obesità è passato dal 30,5% al ​​42,4%, mentre le malattie metaboliche come la dislipidemia e il diabete sono passate dal 25,3% al 34,2%. È noto che le variazioni a lungo termine nella dieta causano obesità e malattie metaboliche, ma non è chiaro quanto velocemente un cambiamento nella dieta possa causare cambiamenti nel corpo.

A proposito dello studio

Nel presente studio, i ricercatori hanno valutato la risposta delle cellule epiteliali intestinali a una dieta ricca di grassi, utilizzando misurazioni fisiologiche e trascrittomica a singola cellula.

Il team ha utilizzato la calorimetria indiretta per esaminare topi adulti di tipo selvatico alimentati con cibo normale o passati a un HFD per sette giorni e valutare l’impatto. In primo luogo, è stata stimata la quantità di ossigeno consumato (V _O2 ) insieme all’espirazione di anidride carbonica (V _CO2 ) per calcolare il rapporto di scambio respiratorio (RER), che ha mostrato la fonte primaria di carburante che il corpo metabolizza. Inoltre, il team ha misurato l’energia totale necessaria per l’omeostasi, chiamata dispendio energetico (EE).

Il team ha anche valutato se una risposta adattativa nell’intestino verso la HFD abbia causato questi cambiamenti metabolici in tutto il corpo. La proliferazione intestinale è stata esaminata insieme alla profondità delle cripte e all’altezza dei villi dopo uno, tre o sette giorni di una HFD. Il sequenziamento dell’acido ribonucleico a singola cellula (scRNA-seq) è stato eseguito anche su cellule epiteliali del duodeno di topi adulti in tutti i punti temporali. Dopo aver verificato la qualità delle cellule e averle filtrate, il team ha combinato i set di dati delle cellule ottenute da topi che hanno consumato cibo normale e topi che sono stati alimentati con una HFD per uno, tre o sette giorni.

Il team ha ulteriormente analizzato il modo in cui ciascun gruppo di cellule ha risposto all’HFD utilizzando l’analisi dell’espressione genica differenziale. Anche la firma trascrizionale associata al metabolismo del glutammato/glutammina è stata valutata utilizzando i geni del Molecular Signatures Database (MSigDB).

Risultati

Entro il primo giorno di alimentazione con dieta ricca di grassi, HFD, i livelli di RER sono diminuiti da circa 0,9 a 0,8 e queste differenze si sono mantenute nel tempo. Il primo giorno, l’EE è passato da circa 0,2 a 0,5 kcal/min a quasi 0,4-0,6 kcal/min. Nel corso di sette giorni, non ci sono state differenze significative nella quantità di acqua consumata o nei movimenti deambulatori. I topi alimentati con un HFD hanno guadagnato peso esibendo un maggiore apporto energetico dal primo giorno. Dopo un giorno di consumo di una HFD, questi risultati hanno mostrato che il metabolismo dei topi è cambiato in tutto il corpo e potrebbero esserci stati anche cambiamenti nel loro intestino.

 Il team ha anche valutato eventuali alterazioni nella morte delle cellule intestinali utilizzando la colorazione caspase-3 scissa insieme alla colorazione terminale deossinucleotidil transferasi deossiuridina trifosfato nick end labeling (TUNEL) e non ha riscontrato differenze in nessuno dei punti temporali valutati.

L’analisi delle alterazioni trascrizionali indotte da HFD è stata eseguita con Biological Process Gene Ontology Terms (GO-Terms), che ha mostrato che i geni per le vie metaboliche degli acidi grassi avevano livelli di espressione più elevati in diversi tipi di cellule dopo un solo giorno di HFD. Ciò ha suggerito che l’epitelio intestinale si è allontanato dal metabolismo glutammina/glutammato solitamente utilizzato. C’è stata anche una downregulation immediata osservata dopo un giorno di HFD. L’analisi dell’arricchimento del set genico (GSEA) ha mostrato che la maggior parte delle cellule epiteliali aveva geni sovraregolati che facilitavano il metabolismo degli acidi grassi, come evidenziato dai punteggi di arricchimento normalizzati (NES). In particolare, i NES associati al metabolismo degli acidi grassi sono aumentati a uno e tre giorni di HFD. Ciò ha suggerito che il metabolismo del corpo ha reagito rapidamente all’aumento del grasso luminale.

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Dopo un giorno di alimentazione con una HFD, si è verificata una sovraregolazione dei geni correlati allo stress per tutte le popolazioni di cellule epiteliali. 

Questo studio ha dimostrato un approccio su più fronti per valutare come gli animali rispondono ai cambiamenti della dieta valutando il metabolismo di tutto il corpo, la funzione dei tessuti, la morfologia e la trascrittomica delle singole cellule. Le analisi funzionali e trascrizionali hanno mostrato che tutti i tipi di cellule epiteliali intestinali sono state alterate entro 24 ore. Inoltre, entro una settimana, l’epitelio intestinale era stato modificato per massimizzare l’assorbimento dei grassi. La plasticità della parete intestinale potrebbe essersi evoluta durante i periodi di scarsità di nutrienti, ma ora potrebbe essere collegata all’obesità, alle malattie metaboliche e all’infiammazione durante i periodi di eccesso di nutrienti.

Fonte:Cell Reports