مقاله پژوهشی
مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان
دوره 20، فروردین 1400، 52-37
تأثیر تمرینات هوازی و مصرف اکتاپامین بر تغییرات بیان ژن کاسپاز9، nlrp3، aim2 بافت چربی قهوهای موشهای صحرایی پس از مسمومیت با روغنهای حرارت دیده عمیق: یک مطالعه تجربی
ناهید [j1] درویشزاده[1]، کمال عزیزبیگی[2]، ظاهر اعتماد[3]
دریافت مقاله:22/10/99 ارسال مقاله به نویسنده جهت اصلاح:13/11/99 دریافت اصلاحیه از نویسنده:10/12/99 پذیرش مقاله: 13/12/99
چکیده
زمینه و هدف: انجام تمرینات هوازی در کنار مصرف مکملهای گیاهی قادر به کنترل التهاب میباشد. هدف از مطالعه حاضر تعیین تأثیر تمرینات هوازی و مصرف اکتاپامین بر تغییرات ژنNLR family pyrin domain containing 3 (nlrp3) ، absent in melanoma 2 (aim2) و کاسپاز 9 بافت چربی قهوهای در موشهای صحرایی پس از مصرف روغن حرارت دیده عمیق بود.
مواد و روشها: مطالعه حاضر از نوع تجربی بود. 40 سر موش صحرایی نر نژاد ویستار به طور تصادفی در گروههای 8 تایی شامل: کنترل سالم، کنترل مسموم با روغن حرارت دیده، مسموم+تمرین هوازی، مسموم+اکتاپامین و مسموم+تمرین هوازی+اکتاپامین قرار داده شدند. روغن حرارت دیده به مدت 4 هفته به موشهای صحرایی خورانده شد. دوز مورد استفاده اکتاپامین 81 میکرومول/کیلوگرم بود. گروههای تمرینات هوازی به مدت چهار هفته بر روی نوارگردان با شدت فزآینده تمرین کردند. جهت تعیین تغییرات ژنهایnlrp3، aim2، کاسپاز 9 و همچنین تغییرات بیان پروتئینی NLRP3 به ترتیب روشهای Real time PCR و IHC بهکار گرفته شدند. برای آنالیز دادهها از آنالیز واریانس دوطرفه استفاده شد.
یافتهها: تمرین هوازی موجب کاهش معنیداری در بیان ژن nlrp3 (010/0=p) و aim2 (001/0=p) نسبت به گروه کنترل مسموم شد. دریافت مکمل اکتاپامین نیز کاهش معنیدار بیان ژن nlrp3 (009/0=p) و aim2 (001/0=p) را به همراه داشت. تعامل ورزش و تمرین هوازی سبب کاهش معنیدار پروتئین NLRP3 شد (001/0=p).
نتیجهگیری: اعمال 4 هفته تمرین ورزشی و یا مصرف اکتاپامین به صورت مجزا با کنترل کمپلکس اینفلامازوم، مرگ سلولی در بافت چرب قهوهای را کاهش میدهد که در قهوهای و کارآمدتر شدن بافت چربی مؤثر میباشد.
واژههای کلیدی: آپوپتوز،NLRP3 ، AIM2، چربی قهوهای، تمرینات هوازی، اکتاپامین، روغن حرارت دیده
مقدمه
سرخ کردن غذاها یک فرآیند رایج و گسترده در آشپزی است، که به دلیل فروش قابل توجه و فراوان محصولات سرخ شده، اغلب در صنایع غذایی مورد استفاده قرار میگیرد [1]. طی سرخ کردن مقداری قابل توجهی چربیهای مضر وارد بافت ماده غذایی خواهد شد. افزایش مصرف غذای پرچرب، صرفه نظر از افزایش کالری دریافتی، میتواند در القاء دیابت و بیماریهای التهابی از طریق فاکتورهای التهابی مختلف مؤثر باشد [2]. انواع بافت چربی در بدن شامل بافت چربی سفید، قهوهای و بژ میباشد که هر کدام از این بافتها میتواند تأثیرات متفاوتی داشته باشند و در القاء التهاب نقش به سزایی داشته باشند [3]. در نمونههای حیوانی نشان داده شده که سلولهای چربی در حیوانات چاق اختلال در عملکرد اندامکها از جمله استرس شبکه آندوپلاسمی [4]، اختلال عملکرد میتوکندری [5] و فعال شدن مسیر التهابی اینفلامازوم NLRP3 (NLR family pyrin domain containing 3) همراه بوده که این علائم حاکی از این است که سلولهای چربی تحت فشار هیپرتروفیک دچار مرگ سلولی پیروپتوزی میشوند و پاسخ التهابی را شروع میکنند [6].
اینفلامازوم کمپلکس چند پروتئینی هستند که در پاسخ به عفونت، آسیب سلول یا استرس محیطی فعال میشوند که منجر به استخدام و فعال سازی کاسپازها و مرگ سلولی میشوند [7]. کاسپازهای پیش برنده آپوپتوز شامل کاسپازهای آغازگر 2، 8 و 9 بوده که نهایتاً کاسپازهای 3 و 7 را فعال خواهند کرد. کاسپاز۹ یک پروتئاز مختص به اسید آسپارتیک بوده که فرایند آپوپتوز را فعال کرده و به متلاشی شدن DNA ختم میشود. DNA درون سیتوزول منجر به تشکیل absent in melanoma 2 (AIM2) میشود [8]. AIM2 نیز، یک کمپلکس التهابی یعنی پروتئین NLRP3 را فعال میکند [9]. AIM2 و NLRP3 دارای دامنه پیرین بوده و برای تشکیل التهاب،apoptosis-associated specklike protein containing a CARD (ASC) و کاسپازها را استخدام میکند. در هر حال تمام این مسیرهای اینفلامازومی با مرگ سلولی مرتبط هستند [7]. امروز مدالیتههای درمانی متنوعی برای کنترل مسیرهای سلولی در نظر گرفته شده که از جمله کم خطرترین و ارزانترین آنها مصرف مکملهای مختلف نظیر گیاهی و همچنین انجام تمرین ورزشی منظم میباشد [10].
عصاره میوه نارنج (Citrus aurantium)، به طور سنتی به عنوان محصولات کاهش وزن و مهار کنندههای اشتها استفاده میشود [11]. جزء اصلی این عصارهها، اکتاپامین است که یک ماده آدرنرژیک میباشد [12]. از لحاظ متابولیکی بیان شده که اکتاپامین باعث افزایش گلیکوژنولیز، گلیکولیز، جذب اکسیژن و گلوکونئوژنز میشود [11]. اکتاپامین اکسیداسیون اسیدهای چرب برونزا (اکتانوات و اولئات) را تسریع میبخشد [13]. از طرفی دیگر انجام تمرینات ورزشی نیز خود به صورت مجزا میتواند تأثیرات منفی بافت چرب را خنثی و همچنین بافت چربی قهوهای را کارآمدتر سازد [14]. شواهد جدید نشان میدهد که ورزش منجر به سازگاری عمدهای در بافت چربی به ویژه قهوهای کردن چربی سفید و کارآمدی بافت چربی قهوهای میشود [14]، که در تأثیرات متابولیکی ورزش بر سلامتی نقش دارد.
بر اساس جستجوهای انجام شده، تاکنون هیچ مطالعهای نقش اکتاپامین (از نارنج) با ورزش بر بافت چرب را ارزیابی نکرده است، لذا هدف از مطالعه حاضر تعیین تأثیر تمرین هوازی و مصرف اکتاپامین بر انفلامازوم nlrp3، aim2 و آپوپتوزیس بافت چربی قهوهای در موشهای صحرایی پس از مصرف روغن حرارت دیده عمیق میباشد.
مواد و روشها
مطالعه حاضر از نوع تجربی بود. 40 سر موش صحرایی نژاد ویستار (سن 20 هفته، وزن 20±250 گرم) از انستیتو پاستور ایران تهیه و پس از انتقال موشها به محیط جدید (آزمایشگاه هیستوژنوتک، تهران، ایران، بهار 1399)، حیوانات در شرایط کنترل شده با 12 ساعت روشنایی و 12 ساعت تاریکی (شروع روشنایی 6 صبح و شروع خاموشی 6 عصر)، دما (3±22 سانتیگراد)، و رطوبت حدود 45 درصد نگهداری شدند. تعداد 5-3 موش صحرایی در قفسهایی از جنس پلکسی گلاس با درب توری و به ابعاد 25 در 27 در 43 سانتیمتر به گونهای نگهداری شدند که تمامی حیوانات به آب و غذای استاندارد دسترسی آزاد داشتند. حیوانات پس از یک هفته آشناسازی با محیط آزمایشگاه به طور تصادفی در گروههای کنترل سالم (8=n)، کنترل مسموم (مسمومیت با روغن حرارت دیده عمیق) (8=n)، مسموم + تمرین هوازی (8=n)، مسموم + اکتاپامین (8=n)، مسموم + تمرین هوازی + اکتاپامین (8=n) قرار داده شدند. القاء مسمومیت با استفاده از مصرف روغن حرارت دیده عمیق به صورت خوراکی انجام شد [15]. لازم به ذکر است تمامی مراحل پژوهش توسط کمیته اخلاقی حیوانات دانشگاه علوم پزشکی کردستان (مطابق با استانداردهای National Institutes of Health; NIH)) مطالعه شد و با تأییدیه کد اخلاق IR.MUK.REC.1398.242 مورد تصویت قرار گرفت.
به منظور تهیه روغن حرارت دیده بر اساس مطالعات پیشین از 8 لیتر روغن آفتاب گردان مخصوص سرخ کردن استفاده شد. روغن به مدت چهار روز متوالی روزی هشت ساعت با حرارت 200-190 درجه سانتیگراد داغ شده و هر 30 دقیقه مواد غذایی ناگت مرغ، سیب زمینی، مرغ و فرآوردههای پروتئینی سوسیس و کالباس داخل روغن غوطهور شده و در انتها روغن روز چهارم به منظور استفاده به عنوان مداخله مسمومیتی تا زمان اجرا نگهداری و به صورت خوراکی (گاواژ) به مدت 4 هفته به موشهای صحرایی خورانده شد [16].
موشهای گروه مسموم + اکتاپامین و همچنین مسموم + تمرین هوازی + اکتاپامین، مکمل اکتاپامین (سیگما آلدریچ) با دوز 81 میکرومول/کیلوگرم به مدت چهار هفته، پنج روز در هفته تجویز شد. این مکمل به صورت تزریق درون صفاقی و حل شده با نرمال سالین 9 درصد مشابه تحقیقات گذشته (با این تفاوت که بافت چربی مورد تجزیه تحلیل قرار گرفت) اعمال شد [15].
برنامه تمرینی به مدت چهار هفته و با شدت متوسط بر روی نوارگردان حیوانی برای موشهای صحرایی در گروههای مسموم + تمرین هوازی و مسموم + تمرین هوازی + اکتاپامین انجام پذیرفت. شدت تمرین در هفته اول 50 درصد vo2max و در هفته آخر به 65 درصد vo2max رسید. به منظور سازگاری تمرینی، موشها قبل از شروع برنامه اصلی تمرینی یک هفته تمرین سازگاری با سرعت 9 متر بر دقیقه، به مدت 20 دقیقه انجام دادند. مدت زمان تمرین بر اساس 20 دقیقه ثابت بوده و شدت تمرین از روز اول 16 متر بر دقیقه و در روز آخر به 26 متر بر دقیقه رسید. برای شروع تمرین 5 دقیقه با سرعت 7 متر بر دقیقه گرم کردن و پس از تمرین اصلی 5 دقیقه با سرعت 5 متر بر دقیقه سرد کردن در نظر گرفته شد. لازم به ذکر است در طول برنامه تمرینی از هیچگونه شوک تمرینی استفاده نشد و در صورت لزوم با استفاده از دست و یا ایجاد محرک صوتی بر روی درپوش ریلهای نوارگردان، حیوانات مجبور به ادامه تمرین شدند [17].
در پایــان هفتــه چهــارم از پروتکــل تمرینــی و مصرف مکمل اکتاپامین (48 ساعت بعد از آخرین جلسه تمرینی)، موشها با تزریق اکتامین (70 میلی گرم/کیلوگرم) و زایلارین (10 میلیگرم/کیلوگرم) بیهوش شدند و سپس بافت چربی قهوهای موشها از ناحیه کتف به طول دو سانتیمتر قطع گردید و در پارافرمالدهیـد 4 درصد به مدت یک شبانه روز در دمـای 4 درجـه سـانتیگـراد قرار داده شد. بعد از گذشت 24 ساعت از مرحلـه تثبیـت اولیـه، برش 5 میکرومتری از ناحیه بافت چربی قهوهای تهیه و رنگ آمیـزی H&E برای ارزیابیهای بافتی انجام شد [18]. ارزیابی کیفی تصاویر توسط پاتولوژیست انجام شد.
جهت بررسیهای مولکولی در سطح بیان ژن، ابتدا استخراج RNA از بافتها در همه گروههای مورد بررسی، طبق پروتکل شرکت سازنده (کیاژن، آلمان) انجام گرفت. برای این کار، میزان 200 لاندا کیازول به نمونهها اضافه شد و به مدت 24 ساعت در دمای 80- انکوبه (مدلICO50T2K6T6، Memmert، آلمان) شد. پلاک موجود در کرایوتیوب در حالت نیمه انجماد خرد شد و به منظور لیز نمونهها میزان 100 لاندا کلروفرم به مدت 1 دقیقه به آنها اضافه شد. محلول حاصل، با دور 12000 به مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ (مدل Centric322، دامل، آمریکا) گردید. مایع شفاف قسمت بالایی لوله که حاوی RNA بود به آرامی برداشته و در یک میکروتیوب DEPC شده قرار داده شد. 1 میلی لیتر ایزوپروپانول بر رویRNA شفاف ریخته شد و به مدت 1 دقیقه با دست به هم زده شد. نمونهها در سانتریفیوژ با دور 12000 به مدت 10 دقیقه قرار داده شد. سپس مایع رویی دور ریخته شد و روی رسوب آن 1 میلی لیتر الکل 70 درصد اضافه گردید. پس از Vortex کردن، مخلوط در سانتریفیوژ به مدت 10 دقیقه با دور 7500 قرار گرفت. مایع رویی تخلیه گردید و پلاک در داخل میکروتیوب خشک شد. میزان 20 لاندا آب مقطر 60 درجه بر روی پلاک ریخته شد و به مدت 5 دقیقه بر روی صفحه 60 درجه قرار داده شد. پس از استخراج RNA با خلوص و غلظت بالا از تمامی نمونههای مورد مطالعه، مراحل سنتز cDNA طبق پروتکل شرکت سازنده (Fermentas, USA) انجام گرفت و سپس cDNA سنتز شده جهت انجام واکنش رونویسی معکوس مورد استفاده قرار گرفت. اندازهگیری سطوح بیان nlrp3، aim2 و کاسپاز 9 از روش کمیReal time-PCR انجام شد. طراحی پرایمرها بر اساس اطلاعات ژنهای nlrp3، aim2، کاسپاز9 و GAPDH در بانک ژنی NCBI و توسط شرکت ماکروژن انجام شد. از ژن گلیسرآلدهید-3-فسفات دهیدروژناز(GAPDH) به عنوان ژن کنترل استفاده گردید و میزان بیان ژن مورد نظر با فرمول -ΔΔCT 2 به روش زیر محاسبه شد [19].
به این صورت که ابتدا سیکل آستانه ژن مورد نظر هر نمونه را از سیکل آستانه ژن خانهگردان همان نمونه کم شد.
(∆Ct= Ct Target-Ct Housekeeping)
در مرحله بعد، عدد بهدست آمده از دلتا Ct هر نمونه را از نمونهای که نسبت به آن نیاز بود مقایسه شود کم کرده، منفی عدد به دست آمده را به توان دو رسانده و بیان نسبی ژن NLRP1را به دست میآوریم [20].
(∆∆Ct=∆Ct Target-∆Ct Reference) ∆∆Ct- E= 2
توالی پرایمرهای مورد استفاده در جدول 1 زیر گزارش شده است.
جدول 1- توالی پرایمرها مورد استفاده برای Real time PCR
GAPDH F |
AAGTTCAACGGCACAGTCAAGG |
GAPDH R |
CATACTCAGCACCAGCATCACC |
Caspase9 R |
CAG GAG ACA AAA CCT GGG AA |
Caspase9 F |
AGC CAG ATG CTG TCC CAT AC |
Aim2 F |
TGATGAGTTGGGCATGGGATGGT |
Aim2 R |
TAAAGGGTGGGGGTGGCAAGA |
Nlrp3 F |
GGAGTGGATAGGTTTGCTGG |
Nlrp3 R |
GGTGTAGGGTCTGTTGAGGT |
حیوانات پس از طی زمان مذکور (4 هفته) و تزریق درون صفاقی کتامین و زایلارین بیهوش شده و قسمتی از بافت چرب قهوهای آنها بلافاصله استخراج و در فرمالین 10 درصد قرار داده شد. پس از تثبیت نمونهها، بافتهای قالبگیری شده در پارافین توسط دستگاه میکروتوم (مدل KD-3390، چین) برشهایی با ضخامت 5 میکرومتر گرفته شد. برشهای به دست آمده به منظور بازیابی آنتیژنی، در بافر TBS1X (2/9=pH) به مدت 20 دقیقه در دمای 70 درجه سانتیگراد انکوبه شد. سپس تریتون 3/0 درصد به مدت 30 دقیقه به منظور نفوذپذیر کردن غشاء سلولها استفاده گردید پس از شست و شو با PBS، سرم بز 10 درصد برای مدت 30 دقیقه به منظور بلوک کردن واکنش آنتیبادی ثانویه به صورت رنگ اضافی زمینه اضافه شد. آنتیبادی اولیه (NBP2-12446SS، آمریکا) رقیق شده ضد NLRP3 (1 به 100) با PBS به مدت یک شب به نمونه اضافه گردید و در دمای 2 تا 8 درجه انکوبه شد. پس از شست و شو با PBS آنتیبادی ثانویه متصل شده با رنگ FITC اضافه شد و در دمای 37 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت در تاریکی انکوبه گردید. در نهایت به منظور رنگآمیزی هسته، به نمونه ها DAPI اضافه شد. در مرحله آخر نمونه توسط میکروسکوپ فلوروسنت (مدل Olympus، آلمان) با لنز 400 برای تأیید مارکرها مشاهده شدند [21]. برای کمی کردن تصاویر نیز از نرم افزار Image J استفاده شد.
در این تحقیـق بـرای رسـم نمودارهـا از نرمافـزار اکسل (مایکروسافت آفیس 2013) اسـتفاده شـده اسـت. در همـه نمودارهـا، دادههـا بـه صـورت انحراف استاندارد ± میـانگین گزارش شده اسـت. آنـالیز آمـاری دادهها بـه وسیله نرمافزار SPSS نسخه 22 انجام شد. قبل از تجزیه و تحلیل دادهها آزمون طبیعی بودن توزیع دادهها با استفاده از آزمون شاپیروویلک و همگنی واریانس با استفاده از آزمون لون مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس سطح معناداری مشاهده شده توزیع دادها برای بیان ژنNLRP3 (077/0=p)، AIM3 (200/0=p)، کاسپاز 9 (169/0=p) و بیان پروتئین NLRP3 (065/0=p) همگی از 05/0 بزرگتر بوده و طبیعی بودن توزیع دادها مورد تأیید قرار گرفت. همچنین نتایج آزمون لون نیز نشان داد سطح معنیداری بـرای بیان ژن NLRP3 (142/0=p)، AIM3 (156/0=p)، کاسپاز 9 (114/0=p) و بیان پروتئین NLRP3 (731/0=p) نیز بزرگتر از 05/0 بوده لذا همگنی واریانسها نیز مورد تأیید قرار گرفت. با توجه به تأیید طبیعی بودن توزیع دادهها و همگنی واریانسها، جهت مقایسـه اثر تمرین و مکمل اکتاپامین بر متغیرهای پژوهش از آنالیز واریانس دوطرفه استفاده شد و به دنبال آن برای مقایسه چندگانه از آزمون Bonferroni استفاده گردید. همچنین از مجذور اتا (ƞ) برای نشان دادن اندازه اثر برای آزمون تحلیل واریانس دوطرفه استفاده شد. سطح معنیداری در آزمونها 05/0 در نظر گرفته شد. برای کمی کردن تصاویر نیز از نرمافزار Image J استفاده شد.
نتایج
بر اساس نتایج بهدست آمده از تصاویر بافتی رنگ آمیزی شده با H&E، مشخص شد که در گروه کنترل مسموم تعداد بیشتری از سلولهای بافت چربی سفید جایگزین سلولهای چربی قهوهای شده است (شکل 1). تغییرات هیستولوژیک بافت چربی قهوهای را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود سلولها حاوی قطرات چربی با اندازههای مختلف میباشند. در این تصاویر سلولهای چربی قهوهای با هستههای گرد و اغلب مرکزی نشان داده شده است. بسیاری از سلولها به صورت چندوجهی و کاملاً فشرده و حاوی قطرات متعدد چربی هستند در برخی سلولها، قطرات چربی بزرگ و هستهها را به سمت حاشیه سلول جا به جا میکند. شبکهای از الیاف کلاژن و مویرگها نیز سلولهای چربی قهوهای را احاطه میکند.
همچنین بر اساس این نتایج میزان جمعیت سلولهای چربی سفید در گروههای مسموم + تمرین هوازی و مسموم + اکتاپامین نسبت به گروه کنترل مسموم کاهش قابل توجه داشته است. این در حالی بود که این دو گروه نسبت به گروه کنترل سالم جمعیت سلولی چربی قهوهای کمتری دارند. در گروه مسموم + تمرین هوازی + اکتاپامین نیز جمعیت سلولهای چربی قهوهای زیاد بوده و نسبت به گروه کنترل نرمال تفاوت قابل توجهی را نشان نداد.
