Вплив ягід брусниці на стан вуглеводного метаболізму, структуру гіпокампа та когнітивну функцію у мишей, нокаутних за геном аполіпопротеїну Е
DOI:
https://doi.org/10.30978/UNJ2020-3-64Ключові слова:
гіпокамп, брусниця, низько‑ та високожирова дієта, глюкоза, амілаза, пірамідні нейрони, просторова пам’ятьАнотація
Мета — оцінити кількісні зміни показників вуглеводного метаболізму, пов’язаних із нервовою функцією (рівня глюкози і активності a‑амілази в крові), охарактеризувати структуру зони СА1 гіпокампа та когнітивну здатність у мишей, нокаутних за геном аполіпопротеїну Е (АроЕ‑/‑), при додаванні цілих ягід брусниці та нерозчинної фракції ягід до високожирового (ВЖ) раціону.
Матеріали і методи. Дослідження проведено на 8‑тижневих самцях мишей АроЕ‑/‑, яких розділили на чотири групи по 10 тварин залежно від складу дієти: НЖ‑контроль — низькожировий (НЖ) раціон (12 % ккал жиру); ВЖ‑контроль — високожирова (ВЖ) дієта (38 % ккал жиру); ЦЯ — тварини, яких годували ВЖ‑дієтою із додаванням цілих ягід брусниці; НФЯ — тварини, котрі отримували нерозчинну фракцію ягід брусниці у складі ВЖ‑раціону. Період експериментального годування становив 8 тиж. Протягом останнього тижня дослідження проводили тест у Т‑лабіринті на просторову робочу пам’ять, а також пероральний глюкозотолерантний тест. По завершенні експерименту визначали активність a‑амілази в сироватці крові та вивчали гістологічну структуру гіпокампа.
Результати. Застосування цілих ягід брусниці та їх нерозчинної фракції пришвидшувало виведення надлишкової глюкози з крові, про що свідчило зменшення площі під глікемічною кривою протягом перорального глюкозотолерантного тесту на 9,2 — 19,0 % порівняно з НЖ‑контролем і ВЖ‑контролем. Тварини групи НФЯ демонстрували значуще збільшення активності a‑амілази в сироватці крові: на 12,5 % порівняно з НЖ‑контролем і на 12,3 % порівняно з ВЖ‑контролем. В групі НЖ‑контролю тварини мали порушену структуру пірамідного шару в зоні СА1 гіпокампа та знижену щільність неушкоджених пірамідних нейронів порівняно з іншими групами. Споживання ягід брусниці не спричиняло суттєвих змін структури пірамідного шару зони СА1 гіпокампа мишей АроЕ‑/‑, на відміну від ВЖ‑дієти. У групах ЦЯ та НФЯ відзначено збільшення площі перерізу ядер пірамідних нейронів, що, ймовірно, свідчить про підвищення функціональної активності цих клітин. Під час поведінкового тестування всі миші АроЕ‑/‑ мали високий показник чергування у Т‑лабіринті (76,7 — 93,3 %). Лише у тварин НЖ‑контролю виявлено тенденцію до когнітивного зниження порівняно з групами ВЖ і ЦЯ.
Висновки. Установлено, що цілі ягоди брусниці та їх нерозчинна фракція поліпшують вуглеводний метаболізм у мишей АроЕ‑/‑, що може позитивно впливати на структурно‑функціональний стан мозкової тканини шляхом зміни інсулінової сигналізації. Ягоди брусниці в складі досліджуваних дієт здатні посилити функціональну активність у пірамідних клітинах зони СА1 гіпокампа. Поведінковий тест не виявив значущих когнітивних порушень, що, ймовірно, пов’язано з молодим віком тварин.
Посилання
Kovalenko TM, Osadchenko IO, Shepilov DR. et al. Effect of low and high fat diets on the hippocampal structure in ApoE-/- knockout mice [in Ukrainian]. Fiziolohichnyi zhurnal [Physiological journal] [in Ukrainian]. 2019. 4:31-40. doi: https:. doi.org/10.15407/fz65.04.031.
Weakley B. Elektronnaja mikroskopija dlja nachinajushchikh [A beginner’s handbook in biological electron microscopy] [in Russian]. Moscow: Mir; 1975:336.
Al-Mahmood AK, Afrin SF, Hoque N. Dyslipidemia in insulin resistance: cause or effect. Bangladesh J Med Biochem. 2014;7(1):27-31. doi: 10.3329/bjmb.v7i1.18576.
Ayala JE, Samuel VT, Morton GJ et al. Standard operating procedures for describing and performing metabolic tests of glucose homeostasis in mice. Dis Model Mech. 2010;3 (9-10):525-534. doi: 10.1242/dmm.006239.
Choi J, Yin T, Shinozaki K et al. Comprehensive analysis of phospholipids in the brain, heart, kidney, and liver: brain phospholipids are least enriched with polyunsaturated fatty acids. Mol Cell Biochem. 2018;442 (1-2):187-201. doi: 10.1007/s11010-017-3203-x.
Dao MC, Everard A, Aron-Wisnewsky J et al. Akkermansia muciniphila and improved metabolic health during a dietary intervention in obesity: relationship with gut microbiome richness and ecology. Gut. 2016;65(3):426-436. doi: 10.1136/gutjnl-2014-308778.
Deacon RM, Rawlins JN. T-maze alternation in the rodent. Nat Protoc. 2006;1(1):7‐12. doi: 10.1038/nprot.2006.2.
Fuentes D, Fernández N, García Y et al. Age-related changes in the behavior of apolipoprotein E knockout mice. Behav Sci (Basel). 2018;8(3). 33. doi: 10.3390/bs8030033.
Kolovou G, Anagnostopoulou K, Mikhailidis DP et al. Apolipoprotein E knockout models. Curr Pharm Des. 2008;14(4):338‐351. doi: 10.2174/138161208783497769.
Li J, Wang Q, Chai W et al. Hyperglycemia in apolipoprotein E-deficient mouse strains with different atherosclerosis susceptibility. Cardiovasc Diabetol. 2011;10. 117. doi: 10.1186/1475-2840-10-117.
Marungruang N, Kovalenko T, Osadchenko I et al. Lingonberries and their two separated fractions differently alter the gut microbiota, improve metabolic functions, reduce gut inflammatory properties, and improve brain function in ApoE-/- mice fed high-fat diet. Nutr Neurosci. 2018 Oct 24:1‐13. doi: 10.1080/1028415X.2018.1536423.
Matziouridou C, Marungruang N, Nguyen TD et al. Lingonberries reduce atherosclerosis in ApoE (-/-) mice in association with altered gut microbiota composition and improved lipid profile. Mol Nutr Food Res. 2016;60(5):1150-1160. doi: 10.1002/mnfr.201500738.
Mössner J, Sommer C, Spiekermann G et al. Pancreatic enzyme synthesis and secretion are independently regulated by insulin and glucocorticosteroids. Digestion. 1990;46:208-216. doi: 10.1159/000200388.
Ninomiya T. Epidemiological evidence of the relationship between diabetes and dementia. Adv Exp Med Biol. 2019;1128:13-25. doi: 10.1007/978-981-13-3540-2_2.
Oppi S, Lüscher TF, Stein S. Mouse models for atherosclerosis research — which is my line?. Front Cardiovasc Med. 2019;6. 46. doi: 10.3389/fcvm.2019.00046.
Pierzynowska KG, Lozinska L, Woliński J et al. The inverse relationship between blood amylase and insulin levels in pigs during development, bariatric surgery, and intravenous infusion of amylase. PLoS One. 2018;13(6). e0198672. doi: 10.1371/journal.pone.0198672.
Pierzynowski SG, Goncharova K, Gregory PC et al. Experiments suggesting extra-digestive effects of enteral pancreatic amylase and its peptides on glucose homeostasis in a pig model. Sci Rep. 2017;7(1). 8628. doi: 10.1038/s41598-017-07387-2.
Rutkowsky JM, Lee LL, Puchowicz M et al. Reduced cognitive function, increased blood-brain-barrier transport and inflammatory responses, and altered brain metabolites in LDLr -/- and C57BL/6 mice fed a western diet. PLoS One. 2018;13(2). e0191909. doi: 10.1371/journal.pone.0191909.
Shenghua P, Ziqin Z, Shuyu T et al. An integrated fecal microbiome and metabolome in the aged mice reveal anti-aging effects from the intestines and biochemical mechanism of FuFang zhenshu TiaoZhi (FTZ). Biomed Pharmacother. 2020;121. 109421. doi: 10.1016/j.biopha.2019.109421.
Spinelli M, Fusco S, Grassi C. Brain insulin resistance and hippocampal plasticity: mechanisms and biomarkers of cognitive decline. Front Neurosci. 2019;13. 788. doi: 10.3389/fnins.2019.00788.
Stumvoll M, Mitrakou A, Pimenta W et al. Use of the oral glucose tolerance test to assess insulin release and insulin sensitivity. Diabetes Care. 2000;23(3):295-301. doi: 10.2337/diacare.23.3.295.
Walker KA, Ficek BN, Westbrook R. Understanding the role of systemic inflammation in Alzheimer’s disease. ACS Chem Neurosci. 2019;10(8):3340-3342. doi: 10.1021/acschemneuro.9b00333.
Zhao XS, Wu Q, Peng J et al. Hyperlipidemia-induced apoptosis of hippocampal neurons in apoE (-/-) mice may be associated with increased PCSK9 expression. Mol Med Rep. 2017;15(2):712-718. doi: 10.3892/mmr.2016.6055.
