سلول و بافت

فصلنامه

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

فرایند پذیرش مقالات

بیانیه حریم خصوصی

بیانیه حق مولف

پرسش‌های متداول

اخبار و اعلانات

اطلاعات آماری نشریه

خط مشی داوری

راهنمای داوران

فهرست داوران

اثر تمرین منظم ورزشی بر پروتئین‮های مرتبط با آتوفاژی (5GTA) و (7GTA) در بافت چربی سفید موش‮های دارای تغذیه پرچرب‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه تربیت بدنی، دانشکده علوم انسانی، دانشگاه آیت اله العظمی بروجردی (ره)، لرستان، ایران

2 مربی، گروه تربیت بدنی، دانشکده علوم انسانی، دانشگاه آیت اله العظمی بروجردی (ره)، لرستان، ایران

3 دکتری فیزیولوژی ورزش، گروه فیزیولوژی ورزش، دانشکده تربیت بدنی، دانشگاه گیلان، گیلان، ایران

چکیده

هدف: مطالعات نشان داده­اند که آتوفاژی (فرایند خود تجزیه­ای وابسته به لیزوزوم) در بافت چربی افراد چاق دارای تغذیه پرچرب افزایش تنظیمی می­یابد. پروتئین­های مرتبط به آتوفاژی یعنی ATG5و ATG7 در مراحل اولیه فرایند آتوفاژی نقش کلیدی ایفا می­کنند. از طرف دیگر نشان داده شده است که تمرینات ورزشی ، بدعملکردی یا بدسازگاری بافت چربی، که در افراد چاق بروز مییابد، را از طریق سازوکارهای سلولی مختلف اصلاح می­کنند. از این رو، این سوال مطرح می­شود که آیا تمرینات ورزشی می­تواند بیش تنظیمی آتوفاژی، که در بافت چربی افراد چاق و دارای تغذیه پرچرب بروز می­یابد، را تعدیل نماید. بنابراین، هدف از پژوهش حاضر، بررسی اثر تمرین منظم ورزشی بر بیان ژن­های  5GTA و 7GTA  در بافت چربی سفید موشهای دارای تغذیه پرچرب است. مواد و روشها: 12 سر موش سوری نر نژاد 6/LB57C با سن تقریبی چهار هفته و با وزن تقریبی 12 گرم از مرکز مطالعات تجربی و مقایسه‌ای دانشگاه علوم پزشکی ایران خریداری شدند. این موش­ها به صورت تصادفی در سه گروه؛ کنترل (هفت سر)، تغذیه پرچرب (هفت سر) و تمرین ورزشی –تغذیه پرچرب (هفت سر) جای گرفتند. موشهای گروه تغذیه پرچرب، بهمدت 21 هفته رژیم غذایی پرچرب (24 درصد) دریافت کردند. موش­های گروه­ تمرین ورزشی-تغذیه پرچرب، علاوه بر اینکه رژیم غذایی پرچرب دریافت می­کردند، بهمدت شش هفته، تحت تمرین استقامتی تداومی بر روی نوارگردان قرار گرفتند. پس از پایان مداخله پژوهش، موش­ها بی­هوش شدند و بافت چربی احشائی منطقه اپیدیدیمال برای اندازه­گیری آزمایشگاهی با جراحی خارج شد. برای اندازه­گیری بیان نسبی ژن های یعنی 5GTA و 7GTA از روش RCP-emiT laeR استفاده شد. داده های پژوهش از طریق آزمون تحلیل واریانس یک طرفه و آزمون تعقیبی توکی تحلیل آماری شدند.  نتایج: داده­های این پژوهش نشان داد که بیان mRNAی ژن­های  ATG5 و ATG7  در بافت چربی گروه تغذیه پرچرب در مقایسه با گروه کنترل بیش از دو برابر بیشتر بود (p<0.05). همچنین بیان mRNA ی این ژنها در گروه تغذیه پرچرب-تمرین ورزشی در قیاس با گروه کنترل بیشتر بود (10.0>p). مهم­تر اینکه بیان ژن 7GTA در گروه تغذیه پرچرب-تمرین ورزشی در قیاس با گروه تغذیه پرچرب 5/1 برابر بیشتر بود (50.0>p). با این حال، بیان ژن 5GTA  در گروه تغذیه پرچرب-تمرین ورزشی در قیاس با گروه تغذیه پرچرب تفاوت معنی دار نداشت (50.0<p).  نتیجه­گیری: نتایج این پژوهش دلالت بر این دارد که تغذیه پرچرب در طولانی مدت موجب افزایش بیان ژنهای عوامل دخیل در مرحله اولیه فرایند آتوفاژی (یعنی 5GTA و 7GTA) در بافت چربی سفید می­شود و تمرین منظم ورزشی، افزایش بیان ژن 7GTA ناشی از تغذیه پرچرب را تقویت می­کند، اما این تمرین، میزان بیان افزایش یافته 5GTA ناشی از تغذیه پرچرب را تغییر نمی­دهد. بر این اساس می­توان استدلال کرد که توام شدن تمرین ورزشی و تغذیه پرچرب موجب تحریک بیشتر سازوکار آتوفاژی در بافت چربی سفید میشود که احتمالاً سازگاری مثبتی در جهت نمو بافت چربی باشد. 

تازه های تحقیق

-

کلیدواژه‌ها

dor -

عنوان مقاله [English]

The effect of regular exercise training on gene expression of Autophagy related protein 5 (ATG5) and Autophagy related protein 7 (ATG7) of white adipose tissue of mice with a high-fat diet

نویسندگان [English]

  • S Daneshyar 1
  • A Khosravi 1
  • F OmidAli 2
  • S Shokati Basir 3

1 Assistant Professor, Department of Physical Education, Faculty of Humanities, University of Ayatollah Alozma Boroujerdi, Lorestan, Iran. s.daneshyar@abru.ac.ir

2 Instructor, Department of Physical Education, Faculty of Humanities, University of Ayatollah Alozma Boroujerdi, Lorestan, Iran

3 PhD in exercise physiology, Department of exercise physiology, Faculty of Physical Education, University of Guilan, Guilan, Iran.

چکیده [English]

Aim: Previous studies have shown that Autophagy (lysosome-dependent self-degradation) is upregulated in white adipose tissue of obese subjects. Autophagy-related proteins i.e ATG5 and ATG7 play an essential role in the early stage of the autophagic process. On the other hand, it was found that exercise training modified the bad regulation and maladaptation of white adipose tissue by many molecular mechanisms. Therefore, a question remains to be elucidated whether exercise training can modulate the upregulation of Autophagy induced by a high-fat diet and Autophagy seen in obese subjects. Thus, the present study aimed to survey the effect of regular exercise training on gene expressions of ATG5 and ATG7 in white adipose tissue of mice fed a high-fat diet.
Material and Methods: Twenty-one C57BL/6 male mice (age of four weeks; Approximate body weight of 12 grams) were purchased from the experimental and comparative studies center of Iran University of Medical Sciences. The mice were randomly assigned to three groups: Control (C, n=7), 2) High-fat diet (HFD, n=7), and  High-fat diet with exercise training (HFD-ET, n=7). The mice of the HFD group were fed a high-fat diet (42% kcal of fat) for 12 weeks. The mice of the HFD-ET group were submitted to continuous running on a treadmill for six weeks along with feeding HFD. After the experiment, mice were sacrificed, and visceral adipose tissue pads (epididymal fat) were surgically collected. The Real-Time–PCR methods were used to measure the mRNA expression of ATG5 and ATG7. Data of research were statically analyzed by One-way Analysis of Variance (ANOVA) followed by Tukey's post hoc test.
Results. Data showed that the mRNA expression of ATG5 and ATG7 were higher over two-fold in the HFD group as compared to the control group (p<0.05). Further, the mRNA expression of these genes was higher in the HFD-ET group compared to the control group (p<0.01). Interestingly, the mRNA expression of ATG7 was 1.5 fold higher in the HFD-ET group compared to the HFD group (p<0.05). However, the mRNA expression of ATG5 was not significantly changed in the HFD-ET group as compared to the HFD group (p>0.05).
Conclusion. These results indicate that long-term feeding high-fat diet causes upregulating of the gene expression of key factors involved in the early stage of the autophagy process (i.e ATG5 and ATG7). Regular exercise training could augment the HFD-induced upregulation of ATG7 gene expression. However, it could not change the HFD-induced upregulation of ATG5 gene expression. Based on the results could be speculated that exercise training accompanied by a high-fat diet may more stimulate the autophagy mechanism in white adipose tissue, probably resulting in a positive adaptation in white adipose tissue development. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Autophagy
  • Adipose tissue
  • ATG5
  • ATG7
  • Exercise training
  • High fat diet
اصل مقاله
  • مقدمه

   ماکروآتوفاژی )یا بهعبارت ساده­تر آتوفاژی (فرایند خود تجزیه­ای وابسته به لیزوزوم است که در تنظیم متابولیسم و حفظ هموستاز نقش مهمی ایفا می­کند.  آتوفاژی قادر است اندامک غیر ضروری و آسیب دیده سیتوزولی و همچنین ماکرومولکولهای انباشته شده همچون گلیگوژن، لیپید و پروتئین را تجزیه کند (1, 2).

مطالعات نشان داده­اند که آتوفاژی از طریق تقویت ادیپوژنسیس (نمو سلولهای چربی)، نقش اساسی در گسترش بافت چربی و افزایش انبار ذخایر چربی ایفأ می­کند (3-5). از سوی دیگر، اختلال در عملکرد آتوفاژی می­تواند با اختلال گسترش بافت چربی، التهاب و دیس لیپیدی همراه شود و که نتیجه آن بروز مقاومت انسولینی و  سندرم متابولیک است  (6, 7). یکی از اختلالاتی که در مراحل اولیه بروز چاقی ظاهر می­شود، تجمع غیر طبیعی چربی در مخازن بافت چربی است (8) که با اختلال عملکرد بافت چربی و عوارض متابولیکی مرتبط با چاقی همراه میشود (9).  بر این اساس، عملکرد بهینه آتوفاژی در گسترش مناسب بافت چربی و جلوگیری از عوارض مرتبط با چاقی  نقش دارد (01).

فرایند آتوفاژی از چندین مرحله متوالی تشکیل شده است (11, 12): 1. تشکیل فاگوفر (Phagophore)  2. تشکیل ساختار دولایه وزیکولی آتوفاگوزوم (Autophagosome)  3. الحاق لیزوزوم به آتوفاگوزوم 4. تجزیه محتوای آتوفاگوزم در مراحل اولیه فرایند آتوفاژی، فاگوفرها طویل و گسترش می­یابند و ماکرومولکول­های سیتوزولی را به صورت وزیکولی حلقه می­کنند که آتوفاگوزوم نامیده می­شود. این مرحله مهم از آتوفاژی توسط پروتئین­های متعدد آتوفاژی که سیستم کونجاکشت(conjugation)  را تشکیل می دهند، انجام می­شود (13). از بین پروتئین­های مرتبط با آتوفاژی (Autophagy related proteins) ، ATG5 و ATG7  به عنوان عوامل مهم و کلیدی در تشکیل آتوفاگوزم ایفا نقش می­کنند. به عبارت بهتر، ATG5 در تشکیل فاگوفور و ATG7 در تشکیل آتوفاگوزوم درگیر هستند (13).  

مطالعات گذشته نشان داده­اند که میزان پروتئین ATG5 و ATG7 در بافت چربی افراد چاق، بالاتر از میزان آن در افراد غیر چاق است (14, 15). همچنین، مطالعه­ای نشان داد که در چاقی ناشی از تغذیه پرچرب، محتوای پروتئینی  ATG5-ATG12 در بافت چربی موش افزایش می­یابد (16). این یافته­ها دلالت بر این دارند که آتوفاژی در بافت چربی افراد چاق افزایش تنظیمی می­یابد. نقطه مقابل تغذیه غذای پرکالری، نقش تمرینات منظم ورزشی در جلوگیری از چاقی و عوارض مرتبط با چاقی اثبات شده است (17, 18). تمرینات ورزشی از طریق سازوکارهای مختلف می تواند بدعملکردی یا بدسازگاری بافت چربی که در افراد چاق بروز مییابد را اصلاح کند. برخی از بازسازیهایی که در سطح بافت چربی بروز مییابد، عبارت است از کاهش عوامل التهاب زا، افزایش سطح آنزیم­های متابولیکی، تغییر ریخت شناسی، تقویت بیوژنز میتوکندری، افزایش بیان     ژن­های مربوط به بافت چربی قهوه­ای و ظهور بیان برخی از ژن های مربوط به عضلات اسکلتی (91, 02).

بر اساس مطالب ذکر شده، این سوال مطرح می­شود که آیا تمرینات ورزشی می توانند این بیش تنظیمی آتوفاژی (بهعنوان یک بدتنظیمی) را در سطح بافت چربی افراد دارای تغذیه پرچرب و چاق اصلاح نماید؟ بر اساس جستجوهای انجام شده، تا کنون اثر تمرین ورزشی بر آتوفاژی ناشی از تغذیه پرچرب و یا بیش فعالی آتوفاژی موجود در آزمودنی­های چاق مطالعه نشده است.  از این رو، مطالعه­ی اثر تمرینات ورزشی بر بیش تنظیمی آتوفاژی در افراد دارای تغذیه پرچرب و چاق اهمیت به­سزایی دارد.

بنابراین، هدف از این پژوهش، بررسی اثر تمرین منظم ورزشی بر بیان ژن­های پروتئین­های کلیدی مرتبط با آتوفاژی یعنی  ATG5 و ATG7 در بافت چربی سفید موش های دارای تغذیه پرچرب بود.

  • مواد و روش‌ها

نوع تحقیق و آزمودنی­های تحقیق: این پژوهش از نوع تجربی-توسعه ای بروی موش ها سوری بود. 21 سر موش سوری نر نژاد C57BL/6  با سن تقریبی چهار هفته و با وزن تقریبی 12 گرم از مرکز مطالعات تجربی و مقایسه‌ای دانشگاه علوم پزشکی ایران خریداری شدند. روش نگهداری و اعمال مداخله در مورد آزمودنی های حیوانی این پژوهش بر اساس دستورالعمل کمیته ملی اخلاق در پژوهش های زیست پزشکی و تاییدیه کمیته اخلاق ذیل معاونت پژوهشی دانشگاه آیت اله بروجردی (شماره:  

 (ABRU.AC.IR/15664-96.38 انجام شد. نمونه­ها تحت چرخه خواب و بیداری (12ساعت روشنایی و 12 ساعت تاریکی) و در دمای  3±22 درجه سانتی‌گراد و رطوبت 04 تا 06 درصد نگهداری می­­شدند. در طول نگهداری حیوانات، آب و غذای استاندارد موش (شرکت خوراک دام به­پرور کرج) بهمیزان دلخواه در اختیار آن­ها گذاشته می­شد. پس از همسان سازی وزن، 21 سر موش بهصورت تصادفی به سه گروه: 1. کنترل (هفت سر) و 2. تغذیه پرچرب (هفت سر)  3. تغذیه- تمرین (هفت سر) تقسیم شدند. پس از یک هفته آشناسازی با محیط، از سن پنج هفتگی غذای پرچرب در دسترس نمونه­های گروه­ تغذیه پرچرب قرار گرفت. گروه تغذیه-تمرین، پس از گذشت شش هفته از مصرف غذای پرچرب در سن 11 هفتگی، به مدت شش هفته تحت تمرین استقامتی تداومی بر روی نوارگردان قرار گرفتند. مصرف غذای پرچرب تا انتهای پروتکل ادامه یافت.

غذای پرچرب: به منظور افزایش وزن موش­ها، از سن پنج هفتگی تا انتهای پروتکل پژوهش (سن 17 هفته) یعنی 12 هفته، غذای پرچرب در دسترس موش­ها قرار گرفت. غذای پرچرب شامل 42 درصد چربی (کیلوکالری)، 40 درصد کربوهیدرات (کیلوکالری) و 18 درصد پروتئین (کیلوکالری) بود. بهدلیل نبود پلت­های آماده غذای پرچرب، قرص­های غذایی توسط شرکت دام طیور به­پرور (کرج) ساخته شد. موش­های گروه کنترل با غذای استاندارد موش­ها تغدیه شدند که شامل 15 درصد چربی (کیلوکالری)، 25 درصد پروتئین (کیلوکالری) و 60 درصد کربوهیدرات (کیلو کالری) بود (21, 22 ).

تمرین ورزشی: تمرین ورزشی تجویز شده در این پژوهش در برگیرنده­ دویدن بهصورت استقامتی تداومی بر روی نوارگردان ویژه موش (شرکت پیشرو اندیشه صنعت-ساخت ایران) با شیب صفر درجه، بهمدت شش هفته بود. این پروتکل تمرینی بر اساس افزایش تدریجی بارکاری شامل شدت (سرعت) و حجم تمرین (مدت هر جلسه) طراحی شده بود؛ به طوری که موشها در هفته اول با سرعت 41 متر در دقیقه بهمدت 51 دقیقه و در هفته ششم با سرعت 02 متر در دقیقه بهمدت 03 دقیقه دویدند (23-25).

جراحی و استخراج بافت: 48 ساعت پس از آخرین جلسه تمرین و پس از یک شب ناشتایی (هشت ساعت)، حیوانات از طریق تزریق درون صفاقی کتامین (100 میلی­گرم/کیلوگرم) و زایلازین (10 میلی گرم/کیلوگرم) بی­هوش شدند (22) و چربی احشائی منطقه اپیدیدیمال (Epididymal) آن­ها برداشته شد و در داخل میکروتیوب قرار گرفت. سپس، میکروتیوب­ها (حاوی نمونههای بافتی) بهسرعت در داخل تانک حاوی نیتروژن مایع، قرار داده شدند تا فریز شوند. نمونه­های بافتی از طریق آن تانک به آزمایشگاه انتقال داده شدند و در آزمایشگاه، از تانک بهداخل یخچال فریزر (80- درجه سانتیگراد) انتقال یافتند. 

سنجش میزان بیان ژن: طراحی و سنتز پرایمر: توالی پرایمر ژنهای ATG5  و ATG7 و ژن خانه گردان GAPDH به عنوان ژن کنترل از مطالعات گذشته اخذ شد (26). سپس ویژگی و کیفیت پرایمر توسط سایت بلست پریمر (primer-blast/NCBI)  و امکان تشکیل ساختارهای دایمر و سنجاق سر توسط نرم افزار اولیگوآنالیزور (Oligo Analyzer - 1.0.2)  بررسی و مورد تایید قرار گرفت. پرایمر ها توسط شرکت سیناکلون سنتز شد. مشخصات پرایمرها در جدول 1 ذکر شده است.

استخراجRNA : RNA بافت چربی طبق دستورالعمل کیت ترایزول  (سفیر آزما/Thermo Scientific) استخراج شد. به­طور خلاصه: 50 میلی­گرم از نمونه بافت چربی، پس از افزودن یک میلی لیتر محلول ترایزول، از طریق دستگاه هم­زن هموژن شد. بافت هموژن شده در دوره­های متفاوت سانتریفوژ شد که محصول آن تشکیل رسوب حاوی RNA بود که پس از اضافه کردن آب دپس (سفیر آزما/Thermo Scientific) بهمدت 10 دقیقه درون دستگاه ترموبلاک (KiagenTech, Canada) در دمای 55 درجه سانتیگراد آنکوبه شد.

قرائت غلظت : RNA خلوص (در طول موج 280/260 نانومتر) و غلظت (در طول موج260 نانومتر) RNAی استخراج شده توسط دستگاه طیف سنجی نور (Pharmacia Biotech Ultrospec 3000) از طریق فرایند جذب نوری (OD) تعیین شد. خلوص بیشتر از 6/1 مورد قبول واقع شد.

سنتزcDNA : RNA استخراج شده در مرحله قبل، به روش رونویسی معکوس، توسط دستورالعمل کیت سنتز  cDNA  (سفیر آزما/Thermo Scientific) به DNAی مکمل تبدیل شد. در طی این مرحله، مواد ذیل به کار گرفته شد: رَندم هگزامر(Rondom Hexamer) ، مهار کننده RNAase، آنزیم رونویس معکوس(Revert Aid) ، بافر و بازهای سازنده­ی DNA  (dNTPs)استفاده شد.

واکنش Real Time RT-PCR: برای انجام مراحل Real Time-RT-PCR از کیت پریمکس سایبر (SYBR®Premix Ex Tag TM; TaKaRa, Japan)  استفاده شد. واکنش ها به صورت دوتایی در حجم نهایی 20 میکرولیتر در پلیتهای 96 چاهکی انجام شدند. مخلوط واکنش شامل سه میکرولیتر cDNA (10 درصد)، نیم میکرولیتر پرایمر رفت (غلظت 10 پیکومول) و نیم میکرولیتر معکوس (غلظت 10 پیکومول)، 10 میکرولیتر سایبرپریمیکس، نیم میکرولیتر رنگ مرجع روکس و آب مقطر استفاده شد. سپس از طریق دستگاه کوربت (RG-6000, Corbett, Australia)، با برنامه زمانی ذیل تکثیر انجام شد و همزمان پایش صورت گرفت.

مرحله اول:  واسرشت سازی اولیه: 10 دقیقه در دمای 95 درجه سانتیگراد

مرحله دوم: واسرشت-اتصال-گسترش؛ 40  چرخه: 1)  20 ثانیه در دمای 95 درجه سانتیگراد؛ 2) 30 ثانیه در دمای 5/57 درجه سانتی گراد برای قطعه ژنی ATG5 ؛ 33 ثانیه در دمای 56 درجه سانتی گراد برای قطعه ژنی ATG7 ؛ به مدت 40 ثانیه در دمای 60 درجه سانتی گراد برای قطعه ژن GAPDH

مرحله سوم: بهمنظور ترسیم دمای ذوب، در انتها یک مرحله واکنشی شامل 40 ثانیه در 95 درجه سانتیگراد اضافه شد.

کمی سازی میزان بیان ژن: تغییرات بیان ژن بر اساس «چند برابر» (Fold Change) محاسبه شد. در ابتدا کارایی پرایمرها و PCR (PCR Efficiency) توسط نرم افزار LinRegPCR بهصورت مجزا محاسبه شد. منحنی ذوب مورد بررسی قرار گرفت و نمونه هایی که نمودار آنها منطبق با الگو نبود، کنار گذاشته شدند. از طریق معادله Pffafl، بیان نسبی ژن محاسبه شد (Genex16.1).

جدول 1: مشخصات پرایمرهای ژن های مورد پژوهش

 

 

3- نام ژن

4-  شماره دستیابی
(Accession)

5- توالی رفت
 (Forward)
5′→3′

6- توالی معکوس
 (Reverse)
5′→3′

7- اندازه قطعه تکثیر

8- (bp)

9- منبع

10- ATG5

11-  

12- NM_053069.6

TGTGCTTCGAGATGTGTGGTT

13- دمای ذوب (Tm): 20/60
محتوای GC: 47 درصد

GTCAAATAGCTGACTCTTGGCAA
دمای ذوب (Tm): 25/59
محتوای GC: 43 درصد

 

120

(26)

14- ATG7

15-  

16- NM_001253717.2

CCTGCACAACACCAACACAC

17- دمای ذوب (Tm): 18/60
محتوای GC: 55 درصد

CACCTGACTTTATGGCTTCCC

18- دمای ذوب (Tm): 63/58
محتوای GC: 52 درصد

 

101

(26)

19- ژن کنترل

20- (Gapdh)

21- NM_001289726.1

AACACTGAGCATCTCCCTCA

22- دمای ذوب (Tm): 35/58
محتوای GC: 50 درصد

23- GTGGGTGCAGCGAACTTTAT
دمای ذوب (Tm): 83/58
محتوای GC: 50 درصد

 

113

24-  

(27)

 

 

 

3-آنالیز آماری

از آزمون شاپیرو-ویلک (Shapiro-Wilk) برای نرمال بودن توزیع دادهها استفاده شد. بهمنظور مقایسه وزن آزمودنیها در گروههای پژوهش از از آزمون تحلیل واریانس چندگانه (MANOVA( و آزمون تعقیبی توکی استفاده شد (22SSPS(. برای مقایسه بیان ژن های 5GTA و 7GTA در گروه های کنترل، گروه تغذیه و گروه تمرین کرده-تغذیه، از تحلیل واریانس یک طرفه (AVONA yaW enO(  در محیط نرم افزار جنیکس استفاده شد )1.61 xeneG( سطح معنی­داری برای آزمون­های­ آماری 50/0≥P در نظر گرفته شد.

  • نتایج

تغییرات وزن در گروه­های مورد پژوهش

همان گونه در شکل 1 قابل مشاهده است؛ افزایش وزن گروه تغذیه پرچرب در مقایسه با افزایش وزن گروه کنترل، 56 درصد بیشتر بود (0001/0P=). همچنین میانگین وزن پایانی این گروه 3/1 برابرِ وزن گروه کنترل بود (003/0P=).

افزایش وزن گروه تمرین-تغذیه در قیاس با افزایش وزن گروه کنترل، 27 درصد بیشتر بود (004/0P=). همچنین میانگین وزن پایانی این گروه 17/1 برابرِ وزن  گروه کنترل بود (03/0P=). به­علاوه، میانگین وزن پایانی این گروه در قیاس با گروه تغذیه، 2/1 برابر کمتر بود (041/0P=) (شکل 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 1: تغییر وزن گروه های مورد پژوهش بر اثر اعمال مداخل های تغذیه و تمرین داده­های نمودار بهصورت میانگین ± خطای استاندارد از میانگین ارائه شده­اند.

 علامت * بیان گر 05/0≥P  و ** بیانگر 001/0≥P  ست.

 

تغییرات وزن چربی اپیدیدیمال

سنجش میزان چربی احشائی نشان داد  که میانگین وزن چربی اپیدیدیمال در موش­های گروه تغذیه پرچرب بیش از دو برابر بود (1/1 گرم در مقابل 4/0 گرم؛ خطای آلفا: 0008/0 ). همچنین وزن این چربی در گروه تغذیه-تمرین 73/0 گرم بود که در قیاس با گروه کنترل 8/1 برابر بیشتر بود (خطای آلفا: 001/0) و در قیاس با گروه تغذیه پرچرب کمتر بود (72/0 برابر؛ خطای آلفا: 011/0).

 بیان نسبی ژن­های مربوط به آتوفاژی

میزان بیان ژن­های ATG5 و ATG7  در بافت چربی موش­های دارای تغذیه پرچرب بیش از دو برابرِ گروه کنترل بود (شکل 2).

میزان بیان ATG5 در گروه تمرین-تغذیه در قیاس با گروه تغذیه تفاوت معنی­دار نداشت (شکل 2-الف). با این حال، میزان بیان ATG7 در گروه تمرین-تغذیه در قیاس با گروه تغذیه، 5/1 برابر و در قیاس با کنترل نزدیک به چهار برابر، بیشتر بود (شکل 2-ب).

 

 

 

 

 

 

 

شکل 2. بیان نسبی ژن ATG5 و ATG7 در گروه های مورد پژوهش الف) بیان ژن ATG5 و ب) بیان ژن ATG7 بیان نسبی ژن به صورت چند برابر (fold change) به شکل میانگین ± خطای استاندارد ارائه شده­اند.

علامت * بیان گر 05/0≥P ،  ** بیانگر 001/0≥P و *** بیانگر 0001/0≥P  ست.

  • بحث

  یافته­های این مطالعه نشان داد که وزن موش­های گروه تغذیه پرچرب، در مقایسه با کنترل، 50 درصد بیشتر افزایش یافت. مطابق با این یافته، وزن چربی احشائی منطقه اپیدیدیمال در این گروه (تغذیه پرچرب) در قیاس با گروه کنترل بیش از دو برابر بود. بر اساس پژوهش­های گذشته (19, 28, 29) می­توان بیان داشت که موش­های گروه تغذیه پرچرب با این مقدار افزایش وزن و چربی دچار چاقی شده­اند.

از سوی دیگر، وزن موش­های که هم­زمان با مصرف غذای پرچرب، تمرین ورزشی انجام داده بودند، یعنی گروه        تمرین-تغذیه، در قیاس با گروه کنترل 27 درصد بیشتر بود و در قیاس با گروهی که صرفا تغذیه پرچرب داشتند (گروه تغذیه پرچرب)، 22 درصد کمتر بود. هم­چنین وزن چربی احشائی اپیدیدیمال این گروه در قیاس با گروه کنترل نزدیک به دو برابر بود. با اینحال، در قیاس با گروه تغذیه پرچرب، 03 درصد کمتر بود. این یافته دلالت بر این دارد که تمرین ورزشی تجویز شده از افزایش وزن ناشی از غذای پرچرب تا حدی جلوگیری کرد.

در این پژوهش دیده شد که میزان بیان ATG5 و ATG7  در بافت چربی موش­های دارای تغذیه پرچرب بیشتر (بیش از دو برابر) از گروه کنترل بود. موافق با این یافته، مطالعه­ای نشان داده است که 16 هفته غذای پرچرب، موجب افزایش میزان پروتئین  ATG5-ATG12 در بافت چربی موش می­شود (16). این یافته­ها دلالت بر این دارند که بر اثر تغذیه پرچرب طولانی مدت، آتوفاژی پایه در بافت چربی احشائی افزایش پیدا می­کند.

در مقابل، مطالعه­ای نشان داد که پنج ماه تغذیه با غذای فروکتوز زیاد موجب کاهش بیان mRNA ژن ATG7 در بافت چربی سفید احشائی موش صحرایی شد (30).  دلیل اختلاف داده­های مطالعه حاضر و مطالعه بالا می­تواند مربوط به تفاوت نوع تغذیه (رژیم غذای پرچرب در مقابل غذای با فروکتوز بالا) و طول مدت تغذیه (کمتر از 16 هفته در مقابل پنج ماه) باشد.

بهنظر می­رسد، تغذیه پرچرب از طریق سازوکار تحریک کننده مربوط به اسیدهای چرب آزاد، بیان ژن­های آتوفاژی را القا می­کند. تحقیقات نشان داده­اند، برخی  اسیدهای چرب مانند پالمتیک اسید و اولئیک اسید می­توانند بیان ژن های آتوفاژی پایه به ویژه ATG5  و ATG7 را از طریق مسیرهای سیگنالینک همچون  PKC (مسیر مستقل از mTOR) (31) و  JNK (مسیر وابسته با mTOR) (32) القا کنند.

بر اساس این یافته­ها می­توان پیشنهاد داد که مصرف غذای پرچرب در طولانی مدت که با چاقی همراه می­شود، قادر است مراحل اولیه آتوفاژی را از طریق القاء بیان ژن­های آتوفاژی بهویژه 5GTA  و 7GTA در بافت چربی سفید فعال کند تا به این ترتیب ذخایر چربی برای انباشت چربی افزایش یابد. این پیشنهاد بر اساس مطالعاتی است که نشان داده­اند، آتوفاژی از طریق تسهیل تمایز سلول­های چربی در رشد بافت چربی سفید و از این طریق در افزایش مخازن ذخایر چربی نقش مهمی دارد (3, 4). بهعبارت ساده­تر می­توان بیان داشت که زمانی­که غذای پرچرب زیادی مصرف می­شود، سازوکار افزایش جایگاه ذخایر چربی فعال می­شوند تا انباشت چربی تسهیل شود و از انباشت نابجا مولکول­های چربی در بافت­های دیگر پیشگیری شود.  

هم­چنین، مطالعات گذشته نشان داده­اند که بیان ژن­های ATG5  و ATG7 در چربی زیرپوستی افراد چاق (15) و همچنین پروتئین ATG5 در چربی احشائی افراد چاق، بیش از میزان آن در افراد غیر چاق است (14). این یافته­ها نشان    می­دهند که افزایش بیان ژن­های آتوفاژی در بافت چربی افراد چاق الزاما مرتبط با تغذیه پرچرب نیست و شاید سازوکار تحریک کننده دیگری نیز در بیان ژن های آتوفاژی درگیر باشند.

مطالعات نشان داده­اند که در شرایط چاقی، عوامل محرکی همچون هایپوکسی (33)، استرس اکسیداتیو (34)، و فاکتورهای التهابی (34) در بافت چربی افزایش می­یابند. از طرف دیگر اثبات شده است که این عوامل در القای بیان ژن­های آتوفاژی در بافت چربی نقش دارند (7, 14, 35-38). همچنین، پیشنهاد شده است که مقاومت انسولینی که در شرایط چاقی بروز می­یابد، باعث کاهش اثر مهار کنندگی انسولین (مسیر mTOR) در بیان ژن­های آتوفاژی می­شود که حاصل آن افزایش بیان ژن­های آتوفاژی است (7). در حمایت از این پیشنهاد، مطالعات بر روی رت­های مدل سندرم متابولیک نشان داده­اند که عوامل مرتبط با آتوفاژی به ویژه ATG5  و ATG7 در بافت چربی سفید موش­های مقاوم به انسولین افزایش می­یابد (39, 40).

یافته­ دیگر این پژوهش نشان داد که میزان بیان ATG5 در گروه تمرین-تغذیه در قیاس با گروه تغذیه تفاوت معنی­دار نداشت. با این حال، میزان بیان ATG7 در گروه تمرین-تغذیه در قیاس با گروه تغذیه و همچنین در قیاس با کنترل بیشتر بود. این یافته­ها نشان می­دهند که زمانی که تمرین ورزشی با تغذیه پرچرب توام می­شود، ژن ATG7 بیشتر بیان می­شود، دال بر این­که تمرین ورزشی می­تواند آتوفاژی ناشی از تغذیه پرچرب را تقویت کند.  

در راستای یافته­ی بالا، تانکا (Tanaka) و همکاران (41) نشان داده­اند که بر اثر نه هفته تمرین ورزشی، پروتئینهای ATG7 در بافت چربی موشهای صحرایی که تغذیه معمولی داشتند، افزایش یافت. البته در آن مطالعه، مکانیسمهای مسئول این تغییر شناسایی نشدند.

تصور می­شود، مکانیسم یا مکانیسم­های مسئول افزایش آتوفاژی پایه در بافت چربی موش­های گروه تمرین-تغذیه (گروهی که توام با مصرف تغذیه پرچرب، تمرین ورزشی داشتند) مربوط به کاتابولیسم لیپید ناشی از AMPK است.

کاتابولیسم لیپید در بافت چربی بهدو روش رخ می­دهد: 1. لیپولیز و 2. لیپوفاژی (42).  لیپوفاژی به مفهوم ساده، تجزیه قطرات لیپید (Lipid Droplets) از طریق سازوکار آتوفاژی است که نقش مهمی در تجزیه تری گلسیرید بافت چربی دارد (43, 44). مطالعات نشان داده­اند که سازوکارهای کاتابولیسم لیپید یعنی لیپولیز و لیپوفاژی با یکدیگر کاملاً مرتبط هستند (42) و نقطه اتصال تنظیمی بین این سازوکار، AMPK است (42) که اثبات شده است بر اثر تمرین ورزشی تحریک می­شود (45). بر اساس یافته­های مطالعات بالا، می­توان پیشنهاد داد که تمرین ورزشی تجویز شده در این پژوهش احتمالاً از طریق القاء مسیر پیام رسانی AMPK، می­تواند بیان ژن ATG7 (که در لیپوفاژی نقش کلیدی دارد) را القا ­کند. 

همچنین، این گمان هست که در شرایطی که تمرین ورزشی با تغذیه پرچرب همراه می­شود، انباشت و تجزیه تری گلیسرید در سلول­های چربی بهصورت پی در پی رخ می­دهند. در این شرایط، فعل و انفعال لیپوژنز، و از سوی دیگر فعل و انفعال لیپولیز و لیپوفاژی بیشتر درگیر می­شوند که احتمالا با افزایش میزان آتوفاژی همراه میشود (46). چراکه در این حالت، احتمال استهلاک اندامک­های درون سلولی و انباشت ماکرومولکول­های زیستی (که خود محرک آتوفاژی هستند) افزایش    می­یابد (46, 47).  از این حیث، می­توان پنداشت که تاثیر فزاینده ناشی از ترکیب تغذیه پرچرب و تمرین ورزشی در بیان ATG7 (فاکتور مهم در آتوفاژی) احتمالا مربوط به تعاملات متابولیکی پیچیده مرتبط با آنابولیسم و کاتابولیست متوالی لیپید در بافت چربی است. با اینحال، این نظریه نیاز به تحقیقات بیشتری در آینده دارد.

  • نتیجه­گیری

تغذیه پرچرب موجب افزایش تنظیمی بیان ژن­های عوامل کلیدی مرتبط با آتوفاژی پایه یعنی ATG5 و ATG7 در بافت چربی می­شود و تمرین منظم ورزشی میزان افزایش بیان ژن ATG7 ناشی از تغذیه پرچرب را تقویت می­کند. تصور می­شود که توام شدن تمرین ورزشی و تغذیه پرچرب موجب تحریک بیشتر سازوکار آتوفاژی در بافت چربی می­شود.

  • تشکر و قدردانی

بدین­وسیله از سرکار خانم دکتر فاطمه جلالی مقیم در همراهی اندازه گیری­های آزمایشگاهی، از جناب آقای یزدان فروتن به سبب همراهی در اجرای فاز مداخلاتی پژوهش و از جناب آقای دکتر علی پوینده به سبب ارائه مشاوره­های سازنده در اندازه­گیری­های آزمایشگاهی قدردانی می­شود.

این پژوهش با حمایت مالی دانشگاه آیت الله العظمی بروجردی  در قالب طرح پژوهشی انجام شده است (کد سمات: 15664-13829).

همچنین روش نگهداری و اعمال مداخله در مورد آزمودنی­های حیوانی این پژوهش بر اساس دستورالعمل کمیته ملی اخلاق در پژوهش­های زیست پزشکی و تاییدیه کمیته اخلاق ذیل معاونت پژوهشی دانشگاه آیت اله بروجردی انجام شد.

-

مراجع
  1. Mizushima N, Physiological functions of autophagy, in Autophagy in infection and immunity. 2009, Springer. p. 71-84.
  2. Rabinowitz JD and White E. Autophagy and metabolism. Science. 2010; 330 (6009): 1344-1348.
  3. Zhang Y, Zeng X, and Jin S. Autophagy in adipose tissue biology. Pharmacological research. 2012; 66 (6): 505-512.
  4. Maixner N, Kovsan J, Harman-Boehm I, Blüher M, et al. Autophagy in adipose tissue. Obesity facts. 2012; 5 (5): 710-721.
  5. Romero M and Zorzano A. Role of autophagy in the regulation of adipose tissue biology. Cell Cycle. 2019; 18 (13): 1435-1445.
  6. Menikdiwela KR, Ramalingam L, Rasha F, Wang S, et al. Autophagy in metabolic syndrome: breaking the wheel by targeting the renin–angiotensin system. Cell Death & Disease. 2020; 11 (2): 1-17.
  7. Zhang Y, Sowers JR, and Ren J. Targeting autophagy in obesity: from pathophysiology to management. Nature Reviews Endocrinology. 2018; 14 (6): 356-376.
  8. Blüher M. Adipose tissue dysfunction in obesity. Experimental and Clinical Endocrinology & Diabetes. 2009; 117 (06): 241-250.
  9. Longo M, Zatterale F, Naderi J, Parrillo L, et al. Adipose tissue dysfunction as determinant of obesity-associated metabolic complications. International journal of molecular sciences. 2019; 20 (9): 2358.
  10. Nuñez C, Rodrigues V, Gomes F, De Moura R, et al. Defective regulation of adipose tissue autophagy in obesity. International journal of obesity. 2013; 37 (11): 1473-1480.
  11. Yang Z and Klionsky DJ. An overview of the molecular mechanism of autophagy. Current Topics in Microbiology & Immunology. 2009; 335 1-32.
  12. Nakamura S and Yoshimori T. New insights into autophagosome–lysosome fusion. Journal of cell science. 2017; 130 (7): 1209-1216.
  13. Mizushima N. The ATG conjugation systems in autophagy. Current Opinion in Cell Biology. 2020; 63 1-10.
  14. Kovsan J, Blüher M, Tarnovscki T, Klöting N, et al. Altered autophagy in human adipose tissues in obesity. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 2011; 96 (2): E268-E277.
  15. Xu Q, Mariman EC, Roumans NJ, Vink RG, et al. Adipose tissue autophagy related gene expression is associated with glucometabolic status in human obesity. Adipocyte. 2018; 7 (1): 12-19.
  16. López-Vicario C, Alcaraz-Quiles J, García-Alonso V, Rius B, et al. Inhibition of soluble epoxide hydrolase modulates inflammation and autophagy in obese adipose tissue and liver: role for omega-3 epoxides. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2015; 112 (2): 536-541.
  17. Poirier P and Després J-P. Exercise in weight management of obesity. Cardiology clinics. 2001; 19 (3): 459-470.
  18. O'Gorman DJ and Krook A. Exercise and the treatment of diabetes and obesity. Endocrinology & Metabolism Clinics of North America. 2008; 37 (4): 887-903.
  19. Cummins TD, Holden CR, Sansbury BE, Gibb AA, et al. Metabolic remodeling of white adipose tissue in obesity. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism. 2014; 307 (3): E262-E277.
  20. Aldiss P, Lewis JE, Lupini I, Bloor I, et al. Exercise training in obese rats does not induce browning at thermoneutrality and induces a muscle-like signature in brown adipose tissue. Frontiers in endocrinology. 2020; 11 97.
  21. Shirkhani S, Marandi SM, Kazeminasab F, Esmaeili M, et al. Comparative studies on the effects of high-fat diet, endurance training and obesity on Ucp1 expression in male C57BL/6 mice. Gene. 2018; 676 16-21.
  22. Arras M, Autenried P, Rettich A, Spaeni D, et al. Optimization of intraperitoneal injection anesthesia in mice: drugs, dosages, adverse effects, and anesthesia depth. Comparative medicine. 2001; 51 (5): 443-456.
  23. Teixeira-Coelho F, Fonseca CG, Barbosa NHS, Vaz FF, et al. Effects of manipulating the duration and intensity of aerobic training sessions on the physical performance of rats. PloS one. 2017; 12 (8): e0183763.
  24. Høydal MA, Wisløff U, Kemi OJ, and Ellingsen Ø. Running speed and maximal oxygen uptake in rats and mice: practical implications for exercise training. European Journal of Cardiovascular Prevention & Rehabilitation. 2007; 14 (6): 753-760.
  25. Wang Y, Wisloff U, and Kemi OJ. Animal models in the study of exercise-induced cardiac hypertrophy. Physiological research. 2010; 59 (5): 633.
  26. Deng Y, Xu J, Zhang X, Yang J, et al. Berberine attenuates autophagy in adipocytes by targeting BECN1. Autophagy. 2014; 10 (10): 1776-1786.
  27. Parousis A, Carter HN, Tran C, Erlich AT, et al. Contractile activity attenuates autophagy suppression and reverses mitochondrial defects in skeletal muscle cells. Autophagy. 2018; 14 (11): 1886-1897.
  28. Hariri N and Thibault L. High-fat diet-induced obesity in animal models. Nutrition research reviews. 2010; 23 (2): 270-299.
  29. Lang P, Hasselwander S, Li H, and Xia N. Effects of different diets used in diet-induced obesity models on insulin resistance and vascular dysfunction in C57BL/6 mice. Scientific Reports. 2019; 9 (1): 1-14.
  30. Äijälä M, Malo E, Ukkola O, Bloigu R, et al. Long-term fructose feeding changes the expression of leptin receptors and autophagy genes in the adipose tissue and liver of male rats: a possible link to elevated triglycerides. Genes & nutrition. 2013; 8 (6): 623-635.
  31. Tan SH, Shui G, Zhou J, Li JJE, et al. Induction of autophagy by palmitic acid via protein kinase C-mediated signaling pathway independent of mTOR (mammalian target of rapamycin). Journal of Biological Chemistry. 2012; 287 (18): 14364-14376.
  32. Komiya K, Uchida T, Ueno T, Koike M, et al. Free fatty acids stimulate autophagy in pancreatic β-cells via JNK pathway. Biochemical & Biophysical Research Communications. 2010; 401 (4): 561-567.
  33. Trayhurn P, Wang B, and Wood IS. Hypoxia in adipose tissue: a basis for the dysregulation of tissue function in obesity? British Journal of Nutrition. 2008; 100 (2): 227-235.
  34. Sell H and Eckel J. Adipose tissue inflammation: novel insight into the role of macrophages and lymphocytes. Current Opinion in Clinical Nutrition & Metabolic Care. 2010; 13 (4): 366-370.
  35. Harris J. Autophagy and cytokines. Cytokine. 2011; 56 (2): 140-144.
  36. Bellot G, Garcia-Medina R, Gounon P, Chiche J, et al. Hypoxia-induced autophagy is mediated through hypoxia-inducible factor induction of BNIP3 and BNIP3L via their BH3 domains. Molecular & Cellular Biology. 2009; 29 (10): 2570-2581.
  37. Wang Y, Singh R, Xiang Y, and Czaja MJ. Macroautophagy and chaperone‐mediated autophagy are required for hepatocyte resistance to oxidant stress. Hepatology. 2010; 52 (1): 266-277.
  38. Joven J, Guirro M, Mariné-Casadó R, Rodríguez-Gallego E, et al. Autophagy is an inflammation-related defensive mechanism against disease. Oxidative Stress and Inflammation in Non-communicable Diseases-Molecular Mechanisms and Perspectives in Therapeutics. 2014; 43-59.
  39. Kosacka J, Koch K, Gericke M, Nowicki M, et al. The polygenetically inherited metabolic syndrome of male WOKW rats is associated with enhanced autophagy in adipose tissue. Diabetology & metabolic syndrome. 2013; 5 (1): 23.
  40. Kosacka J, Nowicki M, Paeschke S, Baum P, et al. Up-regulated autophagy: as a protective factor in adipose tissue of WOKW rats with metabolic syndrome. Diabetology & metabolic syndrome. 2018; 10 (1): 13.
  41. Tanaka G, Kato H, and Izawa T. Endurance exercise training induces fat depot-specific differences in basal autophagic activity. Biochemical & Biophysical Research Communications. 2015; 466 (3): 512-517.
  42. Zechner R, Madeo F, and Kratky D. Cytosolic lipolysis and lipophagy: two sides of the same coin. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2017; 18 (11): 671-684.
  43. Singh R, Kaushik S, Wang Y, Xiang Y, et al. Autophagy regulates lipid metabolism. Nature. 2009; 458 (7242): 1131-1135.
  44. Singh R and Cuervo AM. Lipophagy: connecting autophagy and lipid metabolism. International journal of cell biology. 2012; 2012
  45. Steinberg GR and Carling D. AMP-activated protein kinase: the current landscape for drug development. Nature reviews Drug discovery. 2019; 18 (7): 527-551.
  46. Kaur J and Debnath J. Autophagy at the crossroads of catabolism and anabolism. Nature reviews Molecular cell biology. 2015; 16 (8): 461-472.
  47. Li Y, Zong W-X, and Ding W-X. Recycling the danger via lipid droplet biogenesis after autophagy. Autophagy. 2017; 13 (11): 1995-1997.
سلول و بافت
دوره 13، شماره 2
تیر 1401
صفحه 95-106
فایل ها
سابقه مقاله
  • تاریخ دریافت: 08 شهریور 1401
  • تاریخ پذیرش: 08 شهریور 1401
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار