Identificación de alteraciones metabólicas y marcadores moleculares asociados a la ingesta prolongada de dietas desequilibradas

Abstract

[spa] El consumo de dietas con una composición desequilibrada en macronutrientes ha aumentado en los últimos años. Este aumento se debe a cambios generales en la alimentación de las sociedades occidentales (incremento del consumo de grasas y proteínas) y a la creciente tendencia a reducir la cantidad de carbohidratos en la dieta, aumentando la proporción de grasas y/o proteínas, para mantener el peso corporal. Estos patrones dietéticos podrían estar incrementando el riesgo de sufrir problemas de salud. En esta tesis hemos caracterizado el efecto metabólico de la ingesta crónica de dietas con una composición desequilibrada en macronutrientes, ricas en grasas o proteínas, administradas a ratas en cantidad isocalórica a una dieta control para evitar la sobreingesta asociada a dietas hiperlipídicas. Los animales alimentados con la dieta isocalórica rica en grasas, a pesar de no tener obesidad, presentaron alteraciones relacionadas con el síndrome metabólico como: adiposidad incrementada, resistencia a la insulina e incremento de marcadores de inflamación. Se trata de un fenotipo que se conoce con el nombre de “falso delgado” o “metabolically obese normalweight” (MONW). En el caso de los animales alimentados con dieta hiperproteica, el peso corporal se redujo, así como los niveles de colesterol sérico. Sin embargo, el menor peso de los animales no se debió a un descenso en la adiposidad, pudiendo asociarse a un menor contenido de agua corporal. Estos animales presentaron además signos que evidencian un mayor riesgo patológico, como niveles incrementados de marcadores de inflamación e incremento del tamaño renal. Un efecto común que produjo la ingesta crónica de los dos tipos de dietas desequilibradas estudiadas fue un incremento en la deposición de triglicéridos en el hígado, lo cual constituye un factor de riesgo para el desarrollo de enfermedades hepáticas y síndrome metabólico. Mediante análisis de expresión génica masiva (microarray) hemos identificado alteraciones en el ambiente molecular hepático que permitirían explicar la mayor acumulación de grasa en este órgano tras la ingesta de las dietas desequilibradas. Además, los datos del análisis transcriptómico en hígado han permitido caracterizar patrones de expresión génica que potenciarían un mayor riesgo patológico. De manera destacada, hemos identificado un incremento en la expresión del gen Krt23 en hígado de animales MONW, que ha sido definido en humanos como un marcador de desarrollo de esteatohepatitis y de progresión a hepatocarcinoma. Por otro lado, hemos descrito que la ingesta a largo plazo las dietas desequilibradas tiene un gran impacto sobre el perfil de expresión génica en células mononucleares de sangre periférica (PBMC), por lo que éstas pueden usarse para la identificación de biomarcadores de desequilibrios alimentarios. Un estudio de microarray evidenció que la respuesta inmune fue la vía metabólica más afectada, viéndose inhibida o

[cat] El consum de dietes amb una composició desequilibrada en macronutrients ha augmentat en els últims anys. Aquest augment es deu a canvis generals en l’alimentació de les societats occidentals (increment del consum de greixos i proteïnes) i a la creixent tendència a reduir la quantitat de carbohidrats en la dieta, augmentant així la proporció de greixos i/o proteïnes per mantenir el pes corporal. Aquests patrons dietètics podrien estar incrementant el risc de patir problemes de salut. En aquesta tesi hem caracteritzat l’efecte metabòlic de la ingesta calòrica de dietes amb una composició desequilibrada en macronutrients, riques en greixos o proteïnes, administrades a rates en quantitat isocalòrica a una dieta control per evitar la sobre ingesta associada a dietes hiperlipídiques. Els animals alimentats amb la dieta isocalòrica rica en greixos, tot i no tenir obesitat, varen presentar alteracions relacionades amb el síndrome metabòlic com adipositat incrementada, resistència a la insulina i increment de marcadors d’inflamació. Es tracta d’un fenotip conegut amb el nom de “prim fals” o “metabolically obese normal-weight” (MONW). En el cas dels animals alimentats amb la dieta hiperproteica, el pes corporal es va reduir, així com els nivells de colesterol sèric. Tanmateix, el menor pes dels animals no es devia a un descens en l’adipositat, sinó que s’associava a un menor contingut d’aigua corporal. A més a més, aquests animals varen presentar senyals que evidenciaven un major risc patològic, així com nivells incrementats de marcadors d’inflamació i increment de la mida renal. Un efecte comú que va produir la ingesta crònica dels dos tipus de dietes desequilibrades estudiades va ser un increment en la deposició de triglicèrids en el fetge, el qual suposa un factor de risc per el desenvolupament de malalties hepàtiques i síndrome metabòlic. Mitjançant l’anàlisi d’expressió gènica massiva (microarray), vàrem identificar alteracions en l’ambient molecular hepàtic que permeteren explicar la major acumulació de greix en aquest òrgan després de la ingesta de dietes desequilibrades. A més a més, les dades de l’anàlisi transcriptòmic en el fetge han permès caracteritzar patrons d’expressió gènica que potenciarien un major risc patològic. De manera destacada, hem identificat un increment en l’expressió del gen Krt23 en el fetge dels animals MONW, que ha estat definida en humans com un marcador de desenvolupament d’esteatohepatitis i de progressió a hepatocarcinoma. D’altra banda, hem descrit que la ingesta de dietes desequilibrades a llarg termini tenen un gran impacte sobre el perfil d’expressió gènica en cèl·lules mononuclears de sang perifèrica (PBMC), i per tant aquestes es podrien fer servir per la identificació de biomarcadors de desequilibris alimentaris. Un estudi de microarray va evidenciar que la resposta immune va ser la via metabòlica més afectada, veient-se inhibida o incrementada en les PBMC d’animals MONW o alimentats amb dieta hiperproteica, respectivament. A més a més, les PBMC són capaces de reflectir els canvis adaptatius

[eng] The intake of diets with an unbalanced macronutrient composition has increased over the years. This rise is due to general changes in the diet of Western societies (increased consumption of fats and proteins) and a growing tendency to reduce the quantity of carbohydrates in the diet, increasing therefore the proportion of fats and/ or proteins, in order to maintain body weight. These dietary patterns could be increasing the risk of suffering health problems. In this thesis we have characterised the metabolic effect of chronic intake of macronutrient unbalanced diets, either rich in fats or proteins, administered to rats in isocaloric quantity to a control diet in order to avoid the over-consumption associated to high-fat diets. Animals fed an isocaloric diet rich in fats, even though they did not present obesity, showed alterations related to the metabolic syndrome such as increased adiposity, insulin resistance and an increase in inflammatory markers. This is known as the “thin outside, fat inside” or “metabolically obese normalweight” (MONW) phenotype. In the case of the animals fed the high-protein diet, body weight was reduced, as were serum cholesterol levels. However, the lower body weight observed was not due to a reduced fat content, but to a lower content of body water. These animals also presented signs that evidence an increased pathologic risk, such as increased levels of inflammatory markers and an increase in renal size. An effect seen in both unbalanced diets was the increase in triglyceride deposition in the liver, being a risk factor for the development of hepatic conditions and metabolic syndrome. Through massive gene analysis (microarray), we identified alterations in the hepatic molecular environment which could explain the major accumulation of fats in this organ after the intake of unbalanced diets. Furthermore, the data of the transcriptomic analysis in the liver allowed the caracterization of gene expression patterns that could enhance the risk of suffering conditions, such as the case of the increased expression of the Krt23 gene in the liver of MONW animals, which has been defined in humans as a marker of steatohepatitis development and hepatocarcinoma progression. On the other hand, we have described that the long-term intake of unbalanced diets has a major impact on gene expression profile in peripheral blood mononuclear cells (PBMC), and therefore these could be used as biomarkers for dietetic imbalances. A microarray study showed that the immune response was the most affected metabolic pathway, being inhibited or increased in PBMC of MONW animals or highprotein fed animals, respectively. Moreover, PBMC are able to reflect the adaptive changes in key homeostatic organs in order to deal with the lower content of carbohydrates in both diets or of the higher content in proteins in the case of the high-protein. We have also described a set of 7 genes whose expression changes in an equal manner with both types of unbalanced diets, and which could be used as a metabolic print in order to identify alterations in macronutrient equilibrium that could lead to metabolic and health alterations. Finally, we have identified the increased gene expression of Cpt1a in PBMC as an early biomarker of unbalanced dietary intake associated to future alterations in health, being mainly indicative of an increased risk of ectopic fat accumulation in the liver and of metabolic syndrome. In conclusion, our research provides new results regarding the harmful effects on health of long-term intake of macronutrient unbalanced diets. Our results put forward the importance of an early detection of individuals with dietary imbalances, and therefore the use of PBMC as biomarkers of nutritional unbalances associated to future metabolic alterations proves useful