• metabolikus_szindroma_nyul

Etetéssel kiváltott metabolikus szindróma tanulmányozása nyúlmodelleken

Bevezetés

Az elhízás és a metabolikus szindróma napjainkban egyre gyakoribb probléma a humán egészségügyben. Ez köszönhető a helytelen táplálkozásnak és a mozgásszegény életmódnak.

A metabolikus szindrómának sokféle definíciója létezik, de mindegyikben közös az, hogy különböző metabolikus és szív-érrendszeri elváltozások együttes jelenléte alapján ismerhető fel. 5 jellemző tünetből 3 megjelenése esetén metabolikus szindrómát diagnosztizálhatunk. Az 5 tünet a következő: elhízás (különösen hasi elhízás), magas vérnyomás, prediabetes, dislipidaemia és a vérképen látható kóros változások, mint az alacsony HDL-szint, a magas LDL-szint és a magas trigliceridszint.

A metabolikus szindróma (MetS) következményeképpen gyakran nő a cardiovasculáris betegségek (arrhythmia, stroke és hirtelen szívhalál), a nem-alkoholos zsírmáj és a II. típusú diabetes megjelenésének kockázata.

Állatmodellek jelentősége a metabolikus szindróma tanulmányozásában

Sok betegség, így a metabolikus szindróma tanulmányozása során is használnak állatmodelleket. Ezek segítségével megérthetjük a komplex kórkép hátterében álló folyamatokat, illetve felfedezhetünk a betegség korai felismerését segítő markereket, ezzel elősegítve a jó és korai diagnózist. Ezeken felül új terápiás módszereket is tesztelhetünk.

Egy betegség modellezésére több állatfajt is használhatunk. Több szempont alapján értékelve őket, kiválasztható a legmegfelelőbb faj. A metabolikus szindróma modellezésére napjainkig rágcsálókat, kutyát, sertést és nyulat használtak. (1. ábra) Vizsgálták őket extrapolálhatóság és fenntarthatóság szempontjából.

Ugyan a rágcsálók tartása egyszerű és fenntartható, viszont - a kutyákhoz hasonlóan - egyes rágcsálófajták esetében nem tudják az összes MetS komponenst vizsgálni, illetve bizonyos genetikailag módosított fajták esetében a felvett táplálék mennyiségétől függetlenül is kialakulhat elhízás. A sertés, mint modellállat esetében előny a nagymértékű anatómiai és élettani hasonlóság az emberhez, viszont hátrány, hogy a tartásuk pénz, energia és munkaerő-igényes. A nyúlmodell képzi az arany középutat a rágcsálók és a nagyobb állatok között, mivel sok hasonlóságot mutat az emberrel, illetve jól fenntartható.

A MetS modellezésére több nyúlfajta is rendelkezésre áll. A metabolikus szindróma kialakulása kétféleképpen idézhető elő: vagy genetikai módosításokkal, vagy erre megfelelő takarmányozási típusok alkalmazásával. Az első csoportba tartozik a WHHL transzgenikus nyúl (genetikailag módosított japán fehér nyúl) és az ApoE-hiányos nyúl.

A metabolikus szindróma kiváltására alkalmas takarmánytípusok

A takarmányozással kiváltott metabolikus szindróma modellezésére leggyakrabban az új-zélandi fehér nyulat használják. A MetS kiváltására több takarmányozási módszert is alkalmazhatnak. Ez történhet egy takarmányalkotó (zsír, koleszterin, szacharóz, fruktóz) fokozott etetésével, vagy ezek kombinációjával. A kísérleti állatokat általában két csoportra osztják: egy kontroll csoportra és egy MetS csoportra. Az állatokat 2-3 hét akklimatizációs idő után különböző módon takarmányozzák. A kontroll csoport általános takarmányt kap, ami 2% növényi zsírból, 15% fehérjéből, 40-50% szénhidrátból és 15-25% rostból áll. A MetS csoportba tartozó nyulak pedig a kísérlet céljától és tervezésétől függően a takarmány összetevőket módosított arányban kapják meg. Az összes kísérletben résztvevő nyúlnak korlátlan mennyiségű (ad libitum) vízfelvételt biztosítanak. Az állatok takarmány felvételét minden nap szigorúan monitorozzák a napi kalóriabevitel meghatározása érdekében. Napjainkig négyféle takarmány modellt állítottak föl, ezek lehetnek: zsírban gazdag, koleszterinben gazdag, zsírban és szacharózban gazdag, illetve zsírban és fruktózban gazdag takarmányozási típusok.

Zsírban gazdag takarmányozás

A zsírban gazdag takarmány modell arra épül, hogy a táplálékkal felvett zsír a bélrendszerbe kerülve az emésztő enzimek által glicerinre és zsírsavakra bomlik. A zsírsavak a májban a VLDL és az LDL szintézisében vesznek részt. A szabad zsírsavak a lipogenezisbe kapcsolódva, majd trigliceriddé alakulva a májban és a test egyéb területein található zsírszövetekben halmozódnak fel.

A magas zsírtartalmú takarmány fő összetevői a növényi olajok (melyek kukoricából, kókuszból, mogyoróból, lenmagból, pálmából vagy olivából nyerhetők ki), vagy az állati zsírok (tejzsír, sertészsír).

Korábban már számos kísérletben alkalmaztak magas zsírtartalmú takarmányozást, melynek segítségével számos MetS komponenst sikeresen előidéztek. Ezek a tünetek kísérlettől függően a következők voltak: elhízás (különösen a visceralis zsírszövetben), magas vérnyomás, hyperglykaemia, inzulin rezisztencia, dislipidaemia (magas FFA-, koleszterin-, trigliceridszint és alacsony HDL-szint a vérben).

Az elhízás a fokozott lipogenezishez köthető, míg a dislipidaemia a nagy mennyiségű felszabaduló szabad zsírsavnak és az intenzíven termelődő VLDL-nek és LDL-nek köszönhető.

Koleszterindús takarmányozás

A nyulak kifejezetten érzékenyek a felvett koleszterin mennyiségére, és könnyen kialakul náluk magas koleszterinszint és érelmeszesedés. Emiatt a magas koleszterin tartalmú takarmányon tartott nyulakat gyakran használják a hyperkoleszterinaemiával kapcsolatos kutatásokban.

A legfeljebb 2% koleszterint tartalmazó étrend gyors emelkedést eredményez, ami akár a 2000 mg/dl-t is meghaladhatja. Ez a diéta béta-VLDL-szint emelkedéshez, és a májból és a belekből származó magas észter tartalomhoz vezet a vérplazmában. Ezen kívül a takarmánytípus miatt a koleszterin korlátozottan választódik ki az epébe, és a májban lévő lipoprotein receptorok számának csökkenését is eredményezi. Ha a koleszterin mellett telített zsírokat is etetnek, akkor a koleszterinszint és az érrendszeri elváltozások mértéke még jobban nő.

A magas koleszterin és zsírtartalmú takarmányok testtömegkilogrammonként 0,3-2% zsírt és 4-8% zsírt tartalmaznak. A 2% koleszterint tartalmazó étrendek eredményeképpen magas LDL-, HDL- és trigliceridszint alakul ki, és komoly változások észlelhetők a szív-érrendszeri funkciókkal kapcsolatban is.

A magas koleszterinszinthez hasonló betegségek vizsgálatának esetében a magas zsírtartalmú takarmány etetését koleszterin etetéssel szokták kiegészíteni. A koleszterindús takarmány etetése következtében nyulaknál azonban a betegségek lefolyása sokkal erőteljesebb, mint ugyanekkora százalék koleszterin bevitelekor emberekben (már egy hónapon át etetett 1%-kal több koleszterint tartalmazó takarmányozás esetében is magas koleszterinszint, érrendszeri és komoly szervi lerakódások alakulhatnak ki). Éppen ezért a koleszterinnel etetett nyulak a betegség nem fiziológiás lefolyását mutatják.

Magas fruktóz- és zsírtartalmú takarmányozás

A fruktóz, másik nevén gyümölcscukor, a glükózhoz és a galaktózhoz hasonlóan monoszacharid. Az élelmiszeriparban gyakran használják édesítőszerként, ennek ellenére biológiai szerepe csak a glükóz-metabolizmusban van, ahol köztitermékként szerepel.

Fiziológiás körülmények között történő tartós fruktózbevitel trigliceridek és koleszterin felhalmozódásához vezet a májban, ami csökkenti az inzulin szenzitivitást, inzulinrezisztenciához és glükóz intoleranciához vezet. A nagymértékű fruktózfogyasztás következtében a máj fruktózfelvétele is jelentős mértékben megnő. A felvett fruktózt a foszfo-frukto-kináz enzim ATP jelenlétében fruktóz-1-foszfáttá alakítja. A foszfo-frukto-kináz a glükóz-metabolizmus negatív regulátora, aminek révén a fruktóz a glükolízisben használódik fel. A glükolízis eredményeképpen a fruktóz-1,6-biszfoszfát piruváttá alakul. A piruvát egy részéből származó trifoszfátok a glükoneogenezis során glükózzá vagy glikogénné konvertálódnak. A fruktózból származó szén molekulák zsírsavak építőköveiként szolgálhatnak. A fruktóznak továbbá gátló hatása is van a hepatikus VLDL-oxidációra, triglicerid szintézisre és a zsírsavak re-észterezésére. Ezen folyamatoknak köszönhető a máj egyszerű és hatékony szénhidrát-feldolgozása, majd glükózzá, glikogénné, piruváttá, laktáttá, glicerinné és acil-glicerinné alakítása. Egy magas cukor-, különösen fruktóztartalmú takarmány lényeges szerepet játszik a MetS kiváltásában a kardiovaszkuláris rendszer és a vese befolyásolása révén.

Egy kísérletben 30% fruktóz- és 10% kókuszolaj tartalmú takarmányt alkalmaztak nyúlmodelleken. Habár szignifikáns testsúlyváltozást nem figyeltek meg, a vérplazma összkoleszterin-, illetve trglicerid szintjében eltéréseket tapasztaltak konstans HDL-szint mellett. Mindez az apolipoproteinek, hepatikus lipoproteinek, VLDL és LDL szintjében történő növekedés következtében valósult meg. A jelentős szabad zsírsav koncentráció ellenére a vérplazma glükóz- és inzulinszintje változatlan maradt, és az állatok inzulinrezisztencia mellett késleltetett glükózfelvételt produkáltak a vérből.

Magas szacharóz- és zsírtartalmú takarmányozás

A szacharóz egy diszacharid, melyet cukornádból vagy cukorrépából állítanak elő. Egy glükóz- és egy fruktózmolekula összekapcsolódásával létrejövő vegyület. A táplálékkal elfogyasztott szacharóz a vékonybélben glükózra és fruktózra hidrolizál, majd speciális transzportfolyamatok révén a vérbe szívódik fel.

A magas zsír- és fruktóz tartalmú takarmányozásnál bemutatott mechanizmusnak megfelelően a foszfo-frukto-kináz enzim aktivitása gátolja a glükóz belépését a glükóz-anyagcserébe. Ennek eredményeképpen a folyamatosan magas lesz a vércukorszint. Az energiatermelést a szervezet a fruktóz glükolízisbe történő folyamatos beléptetésével biztosítja. A májban a fruktóz zsírrá alakul, mert a fruktóz jobb szubsztrátja a zsírsavszintézisnek, mint a glükóz.

A kizárólag magas szacharóztartalmú takarmány etetése magas vércukorszinthez, intenzív inzulintermeléshez és elhízáshoz vezet. Emellett a vérben található koleszterin- és LDL-szint emelkedik, a HDL mennyisége pedig csökken. A magas szacharóz- és zsírtartalmú takarmány alkalmazásával a legtöbb MetS komponens kiváltható, ezek az elhízás, magas vérnyomás, pre-diabeteses állapot és magas vércukorszint, valamint dislipidaemia (alacsony HDL, magas LDL és triglicerid-szinttel).Amennyiben a takarmányt koleszterinnel is dúsítjuk, az előbbi esetben megjelenő tünetek közül a hyperglykaemia mellett a hypercholesterinaemia is megjelenik.

A nagy mennyiségű szacharóz felvétele következtében tehát sok fruktóz keletkezik, ennek eredményeképpen zsír rakódik le a visceralis zsírszövetben, ami elhízáshoz vezet. Mivel a fruktóz növeli a zsírsavszintézist a májban, ezért dislipidaemia alakulhat ki. Mivel a glükóz nem tud belépni a glükolízisbe, ezért magas lesz a vércukorszint, és intenzív inzulintermelés alakul ki.

Kísérletek a metabolikus szindróma modellezésére

A továbbiakban 2 olyan kísérletet mutatunk be, melyek zsírban és szacharózban gazdag takarmányozást alkalmaznak. Mindkét kísérlet felnőtt, hím új-zélandi fehér nyulakkal dolgozik, melyek 16-18, illetve 20-22 hetesek voltak a kísérlet kezdetén. A kísérletek időtartama 3-4 hét akklimatizációt követően 28 hét volt. A kísérlet során a terem hőmérsékletét (20^oC), és páratartalmát (50%) szigorúan ellenőrizték, és állandó szinten tartották, illetve 12 órás megvilágítást alkalmaztak.

Kísérleti elrendezések

Az egyik kísérletben az akklimatizációs időszak alatt a kontroll csoport 120g normál takarmányt kapott naponta, korlátlan (ad libitum) mennyiségű vízzel. A MetS csoport 250g szigorúan meghatározott összetételű takarmányt kapott naponta. Eleinte 50% kontroll és 50% magas zsírtartalmú takarmányt etettek velük, később az összetételt úgy változtatták, hogy az akklimatizációs idő végére 100% magas zsírtartalmú takarmányt kaptak. A MetS csoport vízfeltétele meghatározott volt, a vízben oldott szacharóz mennyiségét pedig az akklimatizációs idő végéig 5%-ról 15%-ra emelték. A 28 hetes időtartam alatt a kontroll csoport takarmányozása változatlan volt, a MetS csoport 250g magas zsírtartalmú takarmányt (ami 10% hozzáadott kókusz olajat és 5% sertészsírt tartalmazott) és meghatározott mennyiségű, 15% szacharóz tartalmú vizet kapott. (Arias-Mutis és mtsai, 2018)

A másik kísérlet akklimatizációs ideje 3 hét volt, melynek során mindkét csoport 120g standard nyúltakarmányt kapott. Ezt követően a kontroll csoportot változatlanul takarmányozták, a MetS csoportban pedig ad libitum takarmány- és vízfelvételt tettek lehetővé. Az utóbbi esetben a takarmány 10% kókuszolajat és 5% sertészsírt tartalmazott, emellett pedig a szacharóz bevitelt 15% szacharózt tartalmazó ivóvízzel fedezték. (Arias-Mutis és mtsai, 2017)

A kontroll csoport takarmánya több fehérjét és szénhidrátot illetve kevesebb zsírt tartalmazott, mint a MetS csoporté.

A kísérletekben elvégzett vizsgálatok

Mindkét kísérletben többféleképpen értékelték az állatokat, végeztek morfológiai vizsgálatokat, vércukormérést, glükóz-tolerancia tesztet, vérnyomás mérést, és vérplazmából laborvizsgálatot. Ezeken kívül az egyik kísérletben májszövettani vizsgálatokat és NMR-spektroszkópiát (mágneses magrezonancia spektroszkópia) is végeztek (Arias-Mutis és mtsai, 2017).

A morfológiai vizsgálatokkal kapcsolatban hetente mérték a testsúlyt, illetve a későbbiekben 3 alkalommal mérték a testhosszt, a testmagasságot, a haskörfogatot, a lábszár hosszát és a BMI-t.

A vércukorszint mérését és glükóztolerancia-tesztet háromszor végezték el a kísérletek folyamán. A mérések előtt az állatokat 7 órán keresztül éheztették, majd vért vettek tőlük az éhgyomri vércukorszint meghatározásához. Ezt követően intravénásan 60%-os glükóz oldatot adtak nekik, majd 15, később 30 percenként mérték a vércukorszintjüket.

A vérnyomás méréséhez a nyulakat hason fekve rögzítették, majd a centrális fülartériát kanülálva 20 percig mérték a vérnyomást. A szisztolés-, a diasztolés- és az átlagos artériás vérnyomást állapították meg. Vérnyomás mérést a 14. és a 28. héten végeztek a nyulakon.

A vérmintát a laborvizsgálathoz a 7 órája éheztetett nyulakból vették (a marginális fülvénából) EDTA-s vérvételi csőbe, melyet centrifugálás után azonnal fel kellett használni, vagy le kellett fagyasztani, hogy a továbbiakban is vizsgálható legyen. A vett mintákból kimutatták a triglicerid, az összkoleszterin, a HDL és az LDL szintet. Ezeken kívül az egyik kísérletben mérték a transzaminázok, a gamma-glutamil-transzferáz, az epesavak, a bilirubin, a kreatinin, az urea, az összfehérje, az albumin, a glükóz és kreatin-foszfatináz mennyiségét (Arias-Mutis és mtsai, 2017).

A májszövettani vizsgálatokhoz eutanáziát követően 5 állat máját használták fel. A májakat 4%-os formaldehid oldatba mártották, majd 5 mikrométeres metszeteket készítettek belőlük, és végül hematoxilin-eozinnal festették meg, így vizsgálták a hepatocyták számát, illetve a lipid vakuólumokat tartalmazó májsejtek arányát.

Az NMR-spektroszkópia segítségével 59 különféle metabolitot tudtak azonosítani a vérmintákból, illetve meghatározták ezek koncentrációját is.

A vizsgálatok eredményei

A morfológiai vizsgálatok segítségével kimutatták, hogy a MetS csoportban folyamatos súlygyarapodás volt megfigyelhető a kísérlet alatt (az egyik kísérletben a súlygyarapodás már az akklimatizációs időt követő első hétben is megmutatkozott). A MetS csoport súlygyarapodása a 14. hétig 17,8% volt a kontoll csoporthoz viszonyítva, míg a 28. hétre a különbség 23,9%-ra nőtt a két csoport között. Ez a különbség a haskörfogat, a testsúly és a BMI esetén mutatkozott meg, a testhosszban, a testmagasságban és a lábszár hosszban nem, ami annak volt köszönhető, hogy mindkét kísérletben felnőtt nyulakat használtak. A kísérlet kezdete, a 14. és a 28. hét között a MetS csoportban a mért paraméterekben növekvő tendencia volt megfigyelhető, míg a kontroll csoportban ez a különbség nem mutatkozott meg.

A MetS csoport takarmányfelvétele a 28 hét alatt ingadozó volt (374 és 716 kcal között változott), míg a kontroll csoporté állandó volt (átlagosan 322 kcal/nap). Ennek ellenére a MetS csoport a 28 hét adatai alapján 66,7%-kal több kcal-t vitt be, mint a kontroll csoport.

A MetS csoport esetében az éhgyomri vércukorszint a 14. hétre kismértékű emelkedést mutatott, ezt követően elért egy plató fázist, és ezen a magas szinten maradt a 28. hét végéig. A glükóz toleranciát vizsgálva az volt észrevehető, hogy a MetS csoportban magasabb volt a vércukorszint, és lassabb volt a glükóz kiürülése a vérből, mint a kontroll csoport esetében. A kontroll csoportban az utolsó vérvételnél (180. perc) a vércukorszint elérte az alapértéket, míg a MetS csoportban az élettani értékeknél magasabb maradt. A 14. és 28. hét között az egyes csoportokon belül nem találnak különbséget ezen paraméter esetében. Ezekből az eredményekből arra következtethetünk, hogy a 28. hét végére a MetS csoportban pre-diabeteses állapot alakult ki, ami abban nyilvánult meg, hogy krónikus magas vércukorszint és glükóz tolerancia volt megfigyelhető.

A MetS csoportban enyhén magas vérnyomás alakult ki, ez a szisztolés-, a diasztolés- és az átlagos artériás vérnyomás emelkedését jelentette a 14. és 28. hét között. Fontos megjegyezni, hogy a vérnyomás és a BMI között szoros kapcsolat van, mivel az állat azért növeli folyamatosan a testsúlyát, hogy ezt a szignifikáns vérnyomás emelkedést kontrollálni tudja.

Ahhoz, hogy a MetS kialakulását bizonyítani tudják, vizsgálni kellett a lipid profil változásait. Ezek az eltérések a megnövekedett LDL és trigliceridszintben, illetve a csökkent HDL szintben mutatkoztak meg már a 14. héttől kezdve. Az összkoleszterin szintben nem találtak változást. Az összprotein mennyisége nőtt a MetS csoportban, de ez a növekedés nem az albuminoknak, hanem a globulinoknak köszönhető, mivel az albuminok szintje változatlan maradt mindkét csoportban. A kreatin-foszfokináz mennyisége nem változott egyik csoportban sem a 14. hétig, viszont a MetS csoportban a koncentráció növekedése volt megfigyelhető a 28. hétre. Annak ellenére, hogy a kreatinin szintben nem volt változás, az urea mennyisége csökkent a MetS csoportban, ez a csökkenés arra vezethető vissza, hogy a takarmány csökkent arányban tartalmazott fehérjét, a kontroll csoport normál tápjához viszonyítva. Ezen kívül vizsgálták a májkárosodást jelző paramétereket is: A GOT-AST és a GOD/GTP arány nőtt a MetS csoportban az idő előrehaladtával, míg a GTP-ALT és a GGT értéke változatlan maradt. Az epesavak és a bilirubin mennyisége nőtt a MetS csoportban.

A máj szövettani vizsgálata során azt látták, hogy a hepatocyták által kitöltött tér 40%-kal megnőtt, ami a a májsejtek megnövekedésére enged következtetni. Még ennél is fontosabb, hogy a MetS csoportban megnőtt azon hepatocyták aránya, melyek cytoplazmájában lipid vakuólumok voltak jelen.(2. ábra)

Ez arra enged következtetni, hogy máj steatosis (zsírmáj) kialakulása kezdődött meg. Olyan aminosav-szintekben is emelkedést figyeltek meg, mint az alanin és a glicin a MetS csoport 14. hetében, míg a 28. hétnél az alanin- és treonin-szintnél jelentkezett változás. A 14. És 28. heti méréseknél egyaránt növekedett az acetoin (egy, a bélflóra működésével összefüggésben álló metabolit) koncentrációja a MetS csoportban. Végezetül, néhány, az oxidatív stresszel kapcsolatos vegyület, mint az allantoin, kontrollcsoport-beli értékeihez képest csökkenő tendenciát mutatott mind a 14., mind a 28. hétnél. A további vizsgált metabolitok szintjében nem találtak szignifikáns különbséget.

Az NMR-spektroszkópia segítségével végzett metabolomikus analízis kimutatta, hogy a MetS csoportban a kísérlet előrehaladtával nőtt a különböző zsírsavak mennyisége a vérben. Emellett az energiatermelő folyamatokkal összefüggésben álló metabolitok (piruvát, laktát), illetve a takarmányból származó metabolitok (szacharóz, mannóz) mennyisége is nőtt a MetS-csoportban. Olyan aminosav-szintekben is emelkedést figyeltek meg, mint az alanin és a glicin a MetS csoport 14. hetében, míg a 28. hétnél az alanin- és treonin-szintnél jelentkezett változás. A 14. És 28. heti méréseknél egyaránt növekedett az acetoin (egy, a bélflóra működésével összefüggésben álló metabolit) koncentrációja a MetS csoportban. Végezetül, néhány, az oxidatív stresszel kapcsolatos vegyület, mint az allantoin, kontrollcsoport-beli értékeihez képest csökkenő tendenciát mutatott mind a 14., mind a 28. hétnél. A további vizsgált metabolitok szintjében nem találtak szignifikáns különbséget.

Összegzés

A metabolikus szindróma egy, a mozgásszegény életmód és a helytelen táplálkozási szokások miatt egyre növekvő jelentőséggel bíró, komplex kórkép. A metabolikus szindróma esetén a következő tünetek jelentkezhetnek: hasi elhízás, magas vérnyomás, prediabetes, dislipidaemia (magas LDL- és triglicerid, alacsony HDL-szinttel). Az állatmodellek segítségével in vivo tanulmányozhatjuk a MetS kialakulásának hátterében álló mechanizmusokat, a diagnosztizálásához felhasználható paramétereket, valamint új kezelési módszereket fejleszthetünk ki.

A MetS kutatására napjainkig rágcsáló-, kutya-, sertés- és nyúlmodelleket használtak. A nyúlmodell egyesíti a nagyállatok és a rágcsálók előnyeit. Tartásuk egyszerű, minimális erőforrás felhasználásával sokféle különböző kísérlet elvégzésére alkalmas. Növényevő életmódjukból kifolyólag érzékenyek a magas zsírtartalmú takarmányokra és hasonlóan reagálnak rájuk, mint az elhízott emberek. Ez annak köszönhető, hogy az emberhez hasonlóan magas a vérükben a CETP (koleszterinészter transzfer protein) és az LDL szintje. A MetS kutatására gyakran alkalmazott három nyúlfajta: a WHHL transzgenikus nyúl, az ApoE hiányos nyúl és az új-zélandi fehér nyúl. Míg az első kettőt genetikai alapú modellezéshez használják, addig az utóbbit takarmány alapú kísérletekben.

A kísérletekben a takarmány egy vagy több összetevőjének mennyiségét növelve modellezhetjük a metabolikus szindrómát. Ezek lehetnek: zsírban-, koleszterinben-, fruktózban és zsírban-, valamint szacharózban és zsírban gazdag takarmány. A magas zsírtartalmú takarmány számos MetS komponenst képes előidézni, ezek: elhízás, magas vérnyomás, hyperglykaemia, inzulin-rezisztencia, dislipidaemia. A magas koleszterintartalmú táplálás magas koleszterinszintet, magas HDL-, LDL- és trigliceridszintet, illetve érelmeszedést (extrém esetben egyéb szervekben is lerakódhat) okoz. A magas fruktóz- és zsírtartalmú takarmány a lipid profil megváltozását, inzulin-rezisztenciát és a vérből való késleltetett glükózfelvételt idéz elő a kísérleti nyulakban. A szacharóz és zsír arányának változtatásával a legtöbb MetS komponens kiváltható.

A fentiekben két kísérletet mutattunk be, melyek felnőtt hím új-zélandi fehér nyulakkal dolgoztak. A kísérletek időtartama 3-4 hetes akklimatizációs időszakot követően 28 hét volt. A MetS-csoportban magas szacharóz- és zsírtartalmú, míg a kontroll csoportban a nyulak általános igényeinek megfelelő takarmányt alkalmaztak. A kutatásokban vizsgálták a morfológiai- és vérparamétereket, vércukorszintet, vérnyomást, végeztek glükóz-tolerancia tesztet, májszövettani és NMR-spektroszkópiai vizsgálatokat.

A morfológiai vizsgálatok alapján a kísérleti állatok testsúlya növekvő tendenciát mutatott. Ezt a változást a testsúly, a haskörfogat és a BMI mérésén keresztül lehetett nyomon követni. Mivel a súlygyarapodás a humán elhízáshoz hasonlóan a hastájékon jelentkezett, ezért ez a modell könnyen extrapolálható az emberre. Más kísérletekben a nyulak rosszul tolerálták a magas szacharóztartalmú takarmányt, emiatt nem volt megfigyelhető súlygyarapodás. Ezért ezekben a kutatásokban jobb alternatívának találták a szacharóz vízben oldott formáját a takarmányba kevert változatához képest. Az elhízás mellett, azzal összefüggésben a nyulaknál magas vérnyomás alakult ki, mely a szisztolés, diasztolés és átlagos artériás nyomás emelkedésében nyilvánult meg.

A MetS csoportban enyhe éhgyomri hyperglykaemiát tapasztaltak. Az intravénás glükóz-tolerancia teszt elvégzésekor azt tapasztalták, hogy a MetS csoportban a glükóz vérből történő ürülése lassabb a normálisnál, a vizsgálat végére a vércukorszint nem tér vissza az élettani határok közé. Bár ezen tünetek háttere egyelőre nem tisztázott, de az inzulin rezisztencia hátterében feltételezhetően a nagy mennyiségű zsírszövet és a vérben keringő szabad zsírsavak állnak. Annak ellenére, hogy a nyulak II-es típusú cukorbetegségének a vércukorszint alapján történő diagnózisa még gyerekcipőben jár, azt megállapíthatjuk, hogy a kísérleti állatok pre-diabeteses állapotba kerültek. Ezen paraméterek lehetővé teszik olyan preklinikai markerek azonosítását, melyek segítik a MetS korábbi diagnózisát.

A kísérlet során dislipidaemia alakult ki, mely a megnövekedett LDL- és triglicerid-, valamint a csökkent HDL-szintben mutatkozott meg, viszont a vér összkoleszterin-tartalma változatlan maradt. Ezzel a lipid-profillal jellemezhető a humán MetS is. Emellett a karbamid szintje csökkent a vérplazmában, ami feltehetőleg a MetS csoport takarmányának magas fehérje-tartalmával magyarázható. Ezzel szemben a vér összfehérje-koncentrációja növekedett, ami elsősorban a globulinok mennyiségének emelkedéséhez köthető, mivel az albuminok szintje változatlan maradt a kísérlet folyamán. Ez a II-es típusú diabetes kialakulása esetén jelentkezik, fontos markere a nem-alkoholos zsírmáj során kialakuló máj fibrosisnak. Az egyik kísérlet során nőtt a GOT-AST-szint, a GOT/GPT-arány, az epesavak és a bilirubin mennyisége a vérben. Ezek megegyeznek a májsteatosis kialakulását kísérő tünetekkel.

A MetS csoport májszövettani vizsgálatai során azt találták, hogy nőtt a hepatocyták száma és a lipid vakuólumokat tartalmazó májsejtek aránya. Ezek a tünetek a májsteatosis kialakulásához köthetők, ami gyakran kíséri a metabolikus szindrómát, valamint steatohepatitishez, májfibrosishoz és májchirrozishoz vezethet. Ez a két kísérlet a fenti vizsgálatokkal jól modellezi a humán metabolikus szindróma klinikai tüneteit és következményeit, ezzel megalapozva számos jövőbeni kutatást a MetS-el összefüggésben álló szív-érrendszeri, hormonális vagy metabolikus kórképekkel kapcsolatban.

Az NMR-spektroszkópia segítségével sikeresen azonosítottak a szénhidrát-, lipid-, és fehérje-anyagcseréhez, valamint a mikrobiótához kapcsolódó metabolitokat. A megnövekedett aminosavszint a plazmában az elhízás és az inzulin-rezisztencia markereként szolgálhat. A kísérletben emelkedett alanin- és treonin-szintet találtak, ami az elhízás, a II-es típusú cukorbetegség és a hyperglykaemia előjele lehet. Ehhez hasonlóan a II-e stípusú diabetesre vezethető vissza a laktát, piruvát, mannóz és szacharóz emelkedett koncentrációja a vérben. A kísérletben emelkedett plazma zsírsavszintet találtak, ami a dyslipidaemia mellett szerepet játszik a diabetes predikciójában. A nem-alkoholos zsírmáj, a nem-alkoholos steatohepatitis, diabetes, inzulin-rezisztencia és elhízás markere lehet az emelkedett epesav- és acetoin- szint a plazmában. Ezek a bél mikroflórában vagy a piruvát-metabolizmus során keletkezhetnek.

Ez a két kísérlet a fenti vizsgálatokkal jól modellezi a humán metabolikus szindróma klinikai tüneteit és következményeit, ezzel megalapozva számos jövőbeni kutatást a MetS-el összefüggésben álló szív-érrendszeri, hormonális vagy metabolikus kórképekkel kapcsolatban.

Irodalomjegyzék

Arias-Mutis O. J., Marrachelli V. G., Ruiz-Saurí A., Alberola A., Morales J. M., Such-Miquel L., Monleon D., Chorro F. J., Such L.,Zarzoso, M. (2017); Development and characterization of an experimental model of diet-induced metabolic syndrome in rabbit. PloS one 12(5): e0178315. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178315

Arias-Mutis Ó. J., Genovés P., Calvo C. J., Díaz, A., Parra, G., Such-Miquel, L., Such, L., Alberola, A., Chorro, F. J.,Zarzoso M. (2018). An Experimental Model of Diet-Induced Metabolic Syndrome in Rabbit: Methodological Considerations, Development, and Assessment. Journal of visualized experiments : JoVE, (134), 57117. https://doi.org/10.3791/57117

Lozano W. M., Arias-Mutis O. J., Calvo C. J., Chorro F. J.,Zarzoso M. (2019); Diet-Induced Rabbit Models for the Study of Metabolic Syndrome. Animals : an open access journal from MDPI, 9(7):463. https://doi.org/10.3390/ani9070463

Kép- és ábrajegyzék

1. kép: Rékó Anna Jázmin munkája

1. ábra: átdolgozva: Lozano W. M., Arias-Mutis O. J., Calvo C. J., Chorro F. J.,Zarzoso M. (2019); Diet-Induced Rabbit Models for the Study of Metabolic Syndrome. Animals : an open access journal from MDPI, 9(7):463. https://doi.org/10.3390/ani9070463 nyomán

2. ábra: Arias-Mutis O. J., Marrachelli V. G., Ruiz-Saurí A., Alberola A., Morales J. M., Such-Miquel L., Monleon D., Chorro F. J., Such L.,Zarzoso, M. (2017); Development and characterization of an experimental model of diet-induced metabolic syndrome in rabbit. PloS one 12(5): e0178315. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178315