Resumen
El ejercicio aeróbico ejerce un impacto significativo en el desequilibrio de microbiota intestinal y la aterosclerosis inducida por una dieta alta en grasas. Sin embargo, si el trasplante de microbiota fecal, basado en el ejercicio aeróbico, puede mejorar la progresión de la aterosclerosis permanece inexplorada. En este estudio, utilizamos ratones C57 machos para establecer modelos de ejercicio aeróbico y aterosclerosis, seguido de trasplante de microbiota fecal (Fig. 1A). En primer lugar, analizamos el peso corporal, el somatotipo, el área de adipocitos y las imágenes aórticas de los ratones modelo. Nuestros hallazgos revelaron que los ratones de aterosclerosis inducidos por una dieta alta en grasas exhibieron una acumulación de lípidos elevados, un área de adipocitos más grande y una progresión de aterosclerosis más severa. Además, evaluamos los niveles de lípidos en plasma, los factores inflamatorios y la composición de microbiota intestinal en cada grupo de ratones. Los ratones de aterosclerosis inducidos por la dieta alta en grasa mostraron dislipidemia junto con respuestas inflamatorias y una menor diversidad de microbiota intestinal, así como la abundancia de bacterias beneficiosas. Posteriormente, realizando el trasplante de microbiota fecal demostró que los ratones de aterosclerosis inducidos por una dieta alta en grasas experimentaron pérdida de peso acompañada de una acumulación de lípidos reducido mientras normalizaban su perfil de microbiota intestinal; Además, mejoró significativamente los lípidos sanguíneos y los marcadores de inflamación que exhiben efectos antiherosclerosis notables. Los hallazgos sugieren que el ejercicio aeróbico puede modificar la composición de la microbiota intestinal y mejorar la aterosclerosis inducida por la dieta alta en grasas (Fig. 1B). Además, estos efectos beneficiosos pueden transmitirse de manera efectiva a través del trasplante de microbiota fecal, ofreciendo un enfoque terapéutico prometedor para controlar la aterosclerosis.
1. Introducción
Aunque los medicamentos se han utilizado ampliamente en las últimas tres décadas, la enfermedad cardiovascular (ECV) sigue siendo la causa predominante de la mortalidad global, lo que representa el 33% de todas las muertes en todo el mundo. El número de muertes ha aumentado de 12.1 millones en 1990 a una asombrosa cantidad de 20.5 millones en 2021, lo que representa un aumento alarmante de 69.42% (1). La aterosclerosis (AS), que puede conducir a consecuencias debilitantes y fatales, como el infarto de miocardio, el accidente cerebrovascular y el aneurisma aórtico, es el principal responsable de la morbilidad relacionada con la CVD (2). La microbiota intestinal (GM) exhibe una alta plasticidad y susceptibilidad a varios factores, incluida la dieta y el ejercicio (3), con su disfunción desempeñando un papel fundamental en la promoción de iniciación y progresión. La investigación ha demostrado que se observan alteraciones en la composición GM entre pacientes con aterosclerosis (AS) en comparación con individuos sanos (4), y el GM, junto con su metabolito de trimetilamina-n-óxido (TMAO), aumentan con la progresión de AS (5). Además, existen variaciones sustanciales en la composición y funcionalidad de GM entre los distintos subtipos de pacientes (6), particularmente en el contexto de la inflamación inducida por la dieta alta en grasas (HFD) que acelera como. Este hallazgo está estrechamente vinculado a la abundancia aumentada de GM proinflamatorio inducido por HFD (7), en última instancia, aumentando la susceptibilidad a As. La remodelación de GM emerge como una vía prometedora para la prevención y mejora de AS, constituyendo así una posible trayectoria de investigación.
Actualmente, tres métodos ampliamente utilizados para tratar como implican la utilización de GM. El primer método implica alterar la composición de GM a través de la administración de fármacos de estatinas para reducir los niveles de lípidos y mejorar AS (8). Por ejemplo, Zhang et al. descubrió que la simvastatina inhibe como modulando la diversidad de GM, la relación de abundancia y los metabolitos aguas abajo (9). Sin embargo, el uso a largo plazo puede conducir a varios efectos secundarios, como el dolor muscular, la debilidad y el daño hepático y renal (10, 11). El segundo método implica complementar los probióticos para mejorar la diversidad de GM y rectificar el desequilibrio de GM causado por AS (12), mientras también fortalece la función de barrera intestinal (13). Sin embargo, el uso actual de probióticos enfrenta desafíos significativos, incluidos los obstáculos para la implantación exitosa y las posibles preocupaciones de seguridad posteriores a la implantación (3). El tercer método implica la remodelación de GM a través del ejercicio aeróbico para mejorar como. Un creciente cuerpo de evidencia ha demostrado que el ejercicio puede mejorar las anormalidades metabólicas, provocar respuestas antiinflamatorias dentro del organismo (14), elevar efectivamente los niveles de ácidos grasos de cadena corta intestinal (SCFA) (15), y modular GM para mitigar según lo inducido por HFD. Teniendo en cuenta las contraindicaciones y los riesgos del ejercicio, existen obstáculos para promover la terapia de ejercicio para AS entre la población de edad avanzada (16); El trasplante de microbiota fecal (FMT) ofrece un enfoque novedoso para tratar esta afección. Además de estos tres métodos, basados en los resultados de la investigación existentes, la utilización de la tecnología FMT para la remodelación de GM representa otra vía terapéutica prometedora con gran potencialidad. Esto gira principalmente en torno a la regulación de la producción de diversos metabolitos por GM, mientras que las vías de bloqueo conducen al inicio de AS; Posee características como la eficacia rápida, la alta eficiencia junto con la baja respuesta de rechazo inmune (17). Con el avance continuo de la genómica, la utilización de la tecnología FMT para la remodelación de GM también ofrece soporte técnico para futuros proyección y trasplante de microbiota dirigidos (18). A pesar de los intentos de algunos académicos de usar FMT de donantes saludables para tratar y mejorar las enfermedades al remodelar GM, un enfoque terapéutico que involucra FMT aeróbico basado en el ejercicio para mejorar, ya que en el ratón GM aún no se ha propuesto ni validado.
A través de la doble reactivación del ejercicio aeróbico que remodelan las técnicas GM y FMT, este estudio tiene como objetivo establecer el ejercicio aeróbico, AS y modelos de ratón FMT para evaluar si la mejora de AS a través de la remodelación de GM por ejercicio aeróbico puede transferirse de manera efectiva a través de FMT. Esta investigación proporciona una base teórica y nuevas estrategias terapéuticas potenciales para prevenir y tratar como.
2. Material y métodos
2.1 animales experimentales y agrupación
El estudio utilizó un total de cuarenta ratones C57 machos de 3 semanas de edad con grado SPF, que pesaba entre 11 y 13 g, que se obtuvieron del Centro Animal de la Universidad Médica Shanxi (número de licencia SCXK (JIN) 2019-0004). Todos los animales fueron alojados en una habitación con temperatura controlada (temperatura: 25 ± 1 ° C; humedad: 55 ± 5%; ciclo ligero/oscuro: 12 horas), y proporcionó acceso ad libitum a alimentos y agua. Después de una semana de aclimatación, los ratones se asignaron aleatoriamente a cuatro grupos: grupo de control (grupo C, n = 10), grupo de aterosclerosis (como grupo, n = 10), grupo de ejercicio aeróbico (grupo A, n = 10) y grupo de trasplante de microbiota fecal (grupo F, n = 10). Se excluyeron tres ratones debido a las razones relacionadas con la FMT o la intervención de ejercicio, lo que resultó en un tamaño de muestra final de N = 37, incluido el grupo C con N = 10, como grupo con n = 9, un grupo con N = 9, y un grupo F con n = 9. Los experimentos con animales recibieron aprobación del Comité de Ética de la Universidad Médica de Shanxi Feny College Fenang College adherido a las directrices y regulaciones para la experimentación animal para la experimentación animal. Número de revisión ética: 2023020.
2.2 Modelos animales y estrategias de intervención
Modelo de animales: el grupo C y un grupo fueron alimentados con una dieta regular durante 19 semanas; Ya que el grupo fue inducido a establecer el modelo alimentando HFD (contenido de lípidos del 44%) durante 11 semanas, y luego se seleccionó al azar como ratones modelo como grupo F. Después de la 11ª semana, el grupo F recibió una intervención de FMT de 8 semanas, lo que significa que las heces frescas de un grupo fueron procesadas y trasplantadas como grupo. Durante este período, los grupos AS y F continuaron alimentándose con HFD (Fig. 1A). Programa de ejercicios: la intervención de natación en un grupo se refiere al protocolo de Taka-Aki Okabe con mejoras (19). La dosis de ejercicio se estableció en 60 minutos por día, 5 días por semana durante un total de 19 semanas. El primer día, el tiempo de ejercicio se estableció en 20 minutos y aumentó gradualmente hasta alcanzar una duración de 60 minutos por día. Protocolo FMT: la dosis de FMT se estableció en 0.2 ml por administración cada dos días durante un total de ocho semanas. Los detalles de operación específicos sobre FMT se pueden encontrar en la Sección 2.4, y debe tenerse en cuenta que los períodos experimentales mencionados anteriormente no incluyen la etapa inicial de alimentación de adaptación de una semana.
(Resumen gráfico S1. Creado en biorrender. Dongping, L. (2024) biorrender.com/ D59Q136). (a) Representación esquemática del desarrollo del modelo de ratón y protocolos experimentales entre grupos. (B) Alteraciones en los factores relacionados con la aterosclerosis inducidos por el trasplante de microbiota fecal en ratones ateroscleróticos inducidos por la dieta alta en grasas.
2.3 Colección de peso corporal, sangre y especímenes patológicos
Durante el período de alimentación, el estado de salud de los ratones se observó diariamente, y el peso corporal se midió semanalmente en un momento fijo para trazar el gráfico de tendencia de peso. Los ratones se ayunaron durante 12 horas y se privaron de agua durante 4 horas antes del final del experimento. Todos los procedimientos quirúrgicos se realizaron bajo anestesia pentobarbital para minimizar el sufrimiento experimentado por los ratones, y se recolectaron sangre, aorta torácica, aorta abdominal y adiposa. Después de permitir que la sangre se pare a temperatura ambiente durante 30 minutos, se centrifugó a 3000 rpm durante 15 minutos a 4 ° C. El suero sobrenadante se transfirió a un nuevo tubo EP, etiquetado y almacenado en un congelador de -20 ° C. Las porciones de la aorta torácica y abdominal y el adiposo de cada grupo se colocaron en microtubos marcados, congelados en nitrógeno líquido, y otra parte se fijó en tampón de paraformaldehído al 4% para la incrustación de parafina.
2.4 trasplante de microbiota fecal
Según nuestros experimentos anteriores que identificaron GM como un factor crítico en la progresión de la enfermedad, realizamos experimentos de FMT para una mayor validación. Se recogieron heces recién excretadas del Grupo A (ratones donantes) durante el experimento y se congelaron rápidamente. Después de descongelar, las heces se convirtieron en una suspensión fecal de 200 mg/ml utilizando solución salina tamponada con fosfato (PBS) bajo un banco de trabajo estéril. La suspensión fecal se centrifugó a 1000 rpm durante 5 minutos a 4 ° C, y el sobrenadante se transfirió a nuevos tubos de centrífuga estériles, envasado y congelado a -80 ° C. Antes del procedimiento FMT, el sobrenadante se incubó en una incubadora de 37 ° C para revivir la comunidad microbiana hasta que estuviera listo para el trasplante. Después de la alícuota en tubos de centrífuga estériles de 1,5 ml, el inóculo se administró a los ratones receptores en el Grupo F a través de la sonda gástrica con una dosis de 0,2 ml por ratón.
2.5 Análisis histológico de aorta y adiposo blanco
La aorta del ratón y el tejido adiposo blanco se fijaron en tampón de paraformaldehído al 4%. Los tejidos se deshidrataron en cera de acuerdo con el programa establecido y se colocaron en los marcos de incrustación que contienen cera derretida. Una vez que la cera se solidificó, los bloques de cera se retiraron de los marcos, se etiquetaron y se almacenaron en un refrigerador de 4 ° C. Se prepararon secciones de tejido de aproximadamente 4 μm de espesor para la tinción de H&E. Las imágenes se observaron y capturaron bajo un microscopio óptico a magnificaciones apropiadas. El tamaño de los adipocitos blancos se calculó utilizando el software ImageJ (NIH, EE. UU.).
2.6 Análisis de secuencias 16S rRNA
Los amplicones 16S rRNA se procesaron después del QIIME2 (información cuantitativa sobre la ecología microbiana 2) (20) tubería. El dada2 (21) El complemento en este proceso se usó para denunciar las secuencias optimizadas y las secuencias después de DADA2 Denoising se definieron como ASVS (variantes de secuencia Amplicon). Se realizaron análisis de datos posteriores en la plataforma de nube Majorbio (https://cloud.majorbio.com). Los datos de la muestra se procesaron utilizando el software Mothur (http://www.mothur.org/wiki/calculatorsversión 1.30.2) para determinar índices de diversidad α como …
