במחקר שפורסם לאחרונה ב מטבוליזם של הטבע, חוקרים ערכו מחקרים קליניים על בעלי חיים ובני אדם עכברים כדי להעריך את ההשפעה של צריכת חלבון גבוהה על היעד של חומצת אמינו-יונקים של מסלול האיתות האוטופגיה של rapamycin complex 1 (mTORC1). הם גם העריכו את הקשר מינון-תגובה, ההשפעות במורד הזרם והספציפיות של חומצות אמינו של הפעלת mTORC1.
רקע כללי
מחקרים בבעלי חיים דיווחו על צריכת חלבון גבוהה הקשורה למחלות לב וכלי דם במדינות מערביות. דיאטות עתירות חלבון משפרות את האטרוגנזה באמצעות איתות mTORC1 בתיווך חומצות אמינו ופוגעות באוטופגיה ובמיטופאגיה במקרופאגים. התהליכים המפרקיים הספציפיים העומדים בבסיס ההפעלה הזו נותרו לא ידועים, אם כי המחברים משערים שההשפעה המעוררת עשויה להיות קשורה לחומצות אמינו 'פתוגניות' מסוימות.
לגבי המחקר
במחקר הנוכחי, החוקרים ערכו שני ניסויים קליניים כדי לחקור את הקשר מינון-תגובה בין צריכת חלבון בתזונה לבין הספציפיות של חומצות אמינו של מסלול חומצת אמינו-mTOR-autophagy במונוציטים או מקרופאגים אנושיים.
הניסוי הראשון בחן צריכת חלבון קיצונית על ידי הערכת ההשפעה של ארוחות נוזליות המכילות 50% או 10% תכולת חלבון על הפעלת מסלול mTORC1 במונוציטים. הניסוי השני השתמש בהגדרה מציאותית יותר, והעריך את התוצאות הללו בנבדקים שקיבלו ארוחות חלבון סטנדרטיות או ארוחות מעורבות עם יותר חלבון (15% קילוקלוריות לעומת 22% קילוקלוריות). המחקר ניתח מונוציטים המבטאים אשכול התמיינות 14 (CD14+) אך לא CD16 מכיוון שהם מייצגים את רוב המונוציטים במחזור וסביר להניח שיתפתחו למקרופאגים טרשתיים.
הצוות ביצע ציטומטריית זרימה ובידוד מונוציטים מטסיות דם. הם השתמשו ב-Western blotting, מיון תאים מופעל על ידי פלואורסצנציה (FACS) ואימונופלואורסצנטיות כדי לחקור את ההשפעה של ארוחות שונות בתכולת חלבון על רמות חומצות אמינו סרולוגיות, איתות mTORC1 של מונוציטים והשלכות במורד הזרם.
הצוות חקר 14 אנשים הסובלים מעודף משקל (בהתבסס על מדד מסת הגוף (BMI)) פעמיים לאחר צום לילה של 12 שעות. המשתתפים צרכו ארוחות חלבון נמוכות ומאוד גבוהות. החוקרים השתמשו במקרופאגים אנושיים שמקורם במונוציטים בתרבית כדי לחקור את תגובת mTORC1 הספציפית למקרופאגים לחומצות אמינו ולהעריך את השפעות המינון.
הם מדדו ריכוזי חומצות אמינו בפלזמה ובמקרופאגים באמצעות כרומטוגרפיית גז-ספקטרומטריית מסה וכימתו את כמויות הארגינין בפלזמה באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית-ספקטרומטריית מסה. הם קבעו את גודל הנגעים הטרשתיים באמצעות צביעה Oil Red O של פרוסות שורש אבי העורקים.
החוקרים חקרו האם הפעלת mTORC1 תלוי לאוצין מתרחשת in vivo בעכברים ובמקרופאגים עכברים מתורבתים. עכברי נוקאאוט ApoE הוזנו שש ארוחות במשך שמונה שבועות, כולל דיאטה מערבית בעלת חלבון בינוני, דיאטה מערבית עתירת חלבון, דיאטה מערבית בינונית עם לאוצין וחומצות אמינו, יותר חומצות אמינו וגרסה מותאמת לחנקן של מתון. -חלבון בתוספת חומצות אמינו.
הם חקרו האם חומצות אמינו בסרום קיימות בעכברי C57BL/6J שנגמלו בגיל שלושה שבועות. In vivoחקירות הקשורות לטרשת עורקים החלו בשמונה שבועות באמצעות עכברים זכרים מהגנוטיפ הנתון שניזונו בתזונה מגוונת.
תוצאות
המחקר זיהה את לאוצין כמפעיל העיקרי של איתות mTOR במקרופאגים, המראה השפעת סף של צריכת חלבון בכמויות גדולות ומחזור לאוצין על מונוציטים או מקרופאגים. רק חלבון מעל 25 גרם לארוחה מפעיל את mTOR ויש לו השלכות תפקודיות. בליעה של חלבונים מעל 22% מצורכי האנרגיה התזונתיים מפעילה את מסלול האיתות המזיק של חומצת אמינו-mTORC1-autophagy במונוציטים ומקרופאגים אנושיים, הגורם לטרשת עורקים בעכברים זכרים. המחקר מצא קשר חזק בין צריכה גבוהה של חלבון לבין סיכון למחלות לב וכלי דם טרשתיות, מה שמצביע על אפשרות לייעוץ דיאטה ואמצעי טיפול.
תכולת חומצות האמינו הכוללת בפלזמה גדלה לאחר ארוחה נוזלית עתירת חלבון אך לא לאחר שתיית הארוחה דלת החלבון. במהלך שלוש השעות שלאחר הארוחה, צריכת רמת החלבון הגבוהה מאוד חיזקה את איתות mTORC1 והפחיתה בהדרגה את עוצמת האות LC3, מה שמעיד על דיכוי אוטופגיה בתיווך mTORC1. אנליזה של Western blot הראתה השפעה חזקה תלוית מינון של הפעלת mTORC1 בתיווך לאוצין ב-HMDMs, כפי שהוערכה על ידי זרחון של חלבון ריבוזומלי S6 וחלבון ריבוזומלי S6 קינאז (p-S6K).
הצוות גם מצא אפקט סף תלוי-מינון עבור קולוקליזציה של mTOR-LAMP2, דיכוי של אוטופגיה (הפחתת היווצרות LC3 puncta), ומיטופאגיה (הפחתת קולקליזציה של הסמן המיטוכונדריאלי COXIV עם הסמן האוטופגוזום LC3). הם הבחינו ברמות מוגברות באופן משמעותי של ארבע חומצות אמינו (Leu, Ile, Val ו-Thr) בעכברים בעקבות מתן חלבון בהשוואה למתן בקרה.
לאוצין היה המפעיל היעיל ביותר של mTORC1, עם 1.6 גרם חלבון לכל ק"ג של מתן נתון, וכתוצאה מכך הפעלת mTORC1 גבוהה יותר מאשר 0.8 גרם חלבון לכל ק"ג מתן. המחקר גילה כי לאוצין תזונתי מוגבר נדרשת ומספיקה גם כדי לייצר את ההשפעה הפרו-אתרוגנית של דיאטה עתירת חלבון in vivo.
ממצאי המחקר הראו שצריכה גבוהה של חלבון, בעיקר באמצעות רמה גבוהה של לאוצין בפלזמה, עשויה לדכא אוטופגיה וטרשת עורקים בתיווך mTORC1 במונוציטים ומקרופאגים, עם השלכות קליניות ובריאות הציבור קריטיות.
למרות שצריכת חלבון גבוהה מהכמות המומלצת של 0.8 גרם/ק"ג ליום נחשבת בטוחה, המחקר מציע זהירות ומחקרים קליניים נוספים. לאוצין הייתה חומצת האמינו העיקרית האחראית להפעלת mTOR במקרופאגים, ולהגברת צריכת החלבון הייתה השפעת סף על מסלול האיתות המזיק.
נדרשת בדיקה מקיפה כדי לקבוע את הסף המדויק בין יתרונות חלבון תזונתיים להשפעות בריאותיות שליליות.
