Вплив ягід брусниці на стан вуглеводного метаболізму, структуру гіпокампа та когнітивну функцію у мишей, нокаутних за геном аполіпопротеїну Е

Автор(и)

  • D. R. Shepilov Інститут фізіології імені О. О. Богомольця НАН України, Київ, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-5698-1210
  • T. M. Kovalenko Інститут фізіології імені О. О. Богомольця НАН України, Київ, Ukraine
  • I. O. Osadchenko Інститут фізіології імені О. О. Богомольця НАН України, Київ, Ukraine
  • N. Marungruang Лундський університет, Sweden https://orcid.org/0000-0001-9769-7980
  • A. Chopek Лундський університет, Sweden
  • F. Hållenius Лундський університет, Sweden https://orcid.org/0000-0001-8203-9635
  • O. Prykhodko Лундський університет, Sweden https://orcid.org/0000-0002-5788-9176
  • G. G. Skibo Інститут фізіології імені О. О. Богомольця НАН України, Київ, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-2187-6178

DOI:

https://doi.org/10.30978/UNJ2020-3-64

Ключові слова:

гіпокамп, брусниця, низько‑ та високожирова дієта, глюкоза, амілаза, пірамідні нейрони, просторова пам’ять

Анотація

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.

 

Біографії авторів

D. R. Shepilov, Інститут фізіології імені О. О. Богомольця НАН України, Київ

Шепілов Дмитро Романович,
аспірант відділу цитології

T. M. Kovalenko, Інститут фізіології імені О. О. Богомольця НАН України, Київ

Т. М. Коваленко

I. O. Osadchenko, Інститут фізіології імені О. О. Богомольця НАН України, Київ

І. О. Осадченко

N. Marungruang, Лундський університет

Н. Марунгруанг

A. Chopek, Лундський університет

А. Чопек

F. Hållenius, Лундський університет

Ф. Холеніус

O. Prykhodko, Лундський університет

О. Приходько

G. G. Skibo, Інститут фізіології імені О. О. Богомольця НАН України, Київ

Г. Г. Скибо

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.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-10-01

Номер

Розділ

Експериментальні дослідження