Eine proteinreiche Ernährung und ein erhöhter Spiegel der Aminosäure Leucin können zur Bildung von Plaque in den Arterien beitragen

In einer aktuellen Studie veröffentlicht in NaturstoffwechselForscher führten klinische Studien an murinen Tieren und Menschen durch, um die Auswirkungen einer hohen Proteinaufnahme auf das Aminosäure-Säugetier-Ziel des Autophagie-Signalwegs Rapamycin-Komplex 1 (mTORC1) zu bewerten. Sie untersuchten auch die Dosis-Wirkungs-Beziehung, die nachgeschalteten Effekte und die Aminosäurespezifität der mTORC1-Aktivierung.

Hintergrund

Tierstudien haben gezeigt, dass eine hohe Proteinaufnahme in westlichen Ländern mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen verbunden ist. Proteinreiche Diäten fördern die Atherogenese durch Aminosäure-vermittelte mTORC1-Signalisierung und beeinträchtigen die Autophagie und Mitophagie in Makrophagen. Die spezifischen Gelenkprozesse, die dieser Aktivierung zugrunde liegen, sind weiterhin unbekannt, obwohl die Autoren spekulieren, dass die stimulierende Wirkung mit bestimmten „pathogenen“ Aminosäuren zusammenhängen könnte.

Über die Studie

In der vorliegenden Studie führten die Forscher zwei klinische Experimente durch, um den Dosis-Wirkungs-Zusammenhang zwischen der Proteinaufnahme über die Nahrung und der Aminosäurespezifität des Aminosäure-mTOR-Autophagie-Signalwegs in menschlichen Monozyten oder Makrophagen zu untersuchen.

Das erste Experiment untersuchte den extremen Proteinkonsum, indem der Einfluss von flüssigen Mahlzeiten mit einem Proteingehalt von 50 % oder 10 % auf die Aktivierung des mTORC1-Signalwegs in Monozyten untersucht wurde. Das zweite Experiment nutzte eine realistischere Einstellung und bewertete diese Ergebnisse bei Probanden, die Standard-Proteinmahlzeiten oder gemischte Mahlzeiten mit mehr Protein (15 % Kilokalorien vs. 22 % Kilokalorien) erhielten. In der Studie wurden Monozyten analysiert, die den Differenzierungscluster 14 (CD14+) exprimierten, jedoch nicht CD16, da sie die meisten Monozyten im Kreislauf darstellen und sich am wahrscheinlichsten zu atherosklerotischen Makrophagen entwickeln.

Das Team führte Durchflusszytometrie und Monozytenisolierung aus Blutplättchen durch. Sie verwendeten Western Blot, fluoreszenzaktivierte Zellsortierung (FACS) und Immunfluoreszenz, um den Einfluss von Mahlzeiten mit unterschiedlichem Proteingehalt auf serologische Aminosäurespiegel, die mTORC1-Signalübertragung von Monozyten und nachgelagerte Konsequenzen zu untersuchen.

Das Team untersuchte 14 übergewichtige Personen [based on body mass index (BMI)] zweimal nach einem 12-stündigen Fasten über Nacht. Die Teilnehmer nahmen proteinarme und sehr proteinreiche Mahlzeiten zu sich. Die Forscher verwendeten kultivierte Makrophagen aus menschlichen Monozyten, um die Makrophagen-spezifische mTORC1-Reaktion auf Aminosäuren zu untersuchen und Dosierungseffekte zu bewerten.

Sie maßen die Aminosäurekonzentrationen in Plasma und Makrophagen mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie und quantifizierten die Argininmengen im Plasma mittels Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie. Sie bestimmten die Größe atherosklerotischer Läsionen mithilfe der Oil Red O-Färbung von Aortenwurzelscheiben.

Die Forscher untersuchten, ob die Leucin-abhängige mTORC1-Aktivierung in vivo bei Mäusen und kultivierten murinen Makrophagen auftritt. ApoE-Knockout-Mäuse erhielten über einen Zeitraum von acht Wochen sechs Mahlzeiten, darunter eine westliche Diät mit mäßigem Proteingehalt, eine westliche Diät mit hohem Proteingehalt, eine westliche Diät mit mäßigem Proteingehalt mit Leucin und Aminosäuren, mehr Aminosäuren und eine stickstoffangepasste Version der mäßigen -Protein plus Aminosäuren.

Sie untersuchten, ob Serumaminosäuren in C57BL/6J-Mäusen vorhanden waren, die im Alter von drei Wochen entwöhnt wurden. In vivoNach acht Wochen begannen Untersuchungen im Zusammenhang mit Arteriosklerose mit männlichen Mäusen des jeweiligen Genotyps, denen verschiedene Diäten verabreicht wurden.

Ergebnisse

Die Studie identifizierte Leucin als primären Aktivator der mTOR-Signalübertragung in Makrophagen und zeigte einen Schwellenwerteffekt der Aufnahme großer Proteinmengen und des zirkulierenden Leucins auf Monozyten oder Makrophagen. Nur Protein über 25 g pro Mahlzeit aktiviert mTOR und hat funktionelle Konsequenzen. Die Aufnahme von Proteinen über 22 % des Nahrungsenergiebedarfs löst den schädlichen Aminosäure-mTORC1-Autophagie-Signalweg in menschlichen Monozyten und Makrophagen aus, der bei männlichen Mäusen Arteriosklerose verursacht. Die Studie ergab einen starken Zusammenhang zwischen hohem Proteinkonsum und dem Risiko atherosklerotischer Herz-Kreislauf-Erkrankungen, was auf die Möglichkeit von Ernährungsberatung und Behandlungsmaßnahmen hinweist.

Der Gesamtaminosäuregehalt im Plasma stieg nach der Einnahme der proteinreichen Flüssigmahlzeit an, nicht jedoch nach dem Trinken der proteinarmen Mahlzeit. Während des dreistündigen postprandialen Intervalls steigerte der Verzehr des sehr hohen Proteinspiegels die mTORC1-Signalisierung und verringerte allmählich die Intensität des LC3-Signals, was auf eine mTORC1-vermittelte Unterdrückung der Autophagie hinweist. Die Western-Blot-Analyse zeigte einen robusten dosisabhängigen Einfluss der Leucin-vermittelten mTORC1-Aktivierung in HMDMs, bewertet durch Phosphorylierung des ribosomalen Proteins S6 und der ribosomalen Protein-S6-Kinase (p-S6K).

Das Team fand außerdem einen dosisabhängigen Schwelleneffekt für die Kolokalisierung von mTOR-LAMP2, die Unterdrückung der Autophagie (verminderte LC3-Puncta-Bildung) und der Mitophagie (verminderte Kolokalisierung des mitochondrialen Markers COXIV mit dem Autophagosomenmarker LC3). Sie beobachteten bei Mäusen nach einer Proteinsonde im Vergleich zur Kontrollsonde einen signifikant erhöhten Spiegel von vier Aminosäuren (Leu, Ile, Val und Thr).

Leucin war der wirksamste mTORC1-Aktivator, wobei 1,6 g Protein pro kg Magensonde zu einer höheren mTORC1-Aktivierung führten als 0,8 g Protein pro kg Magensonde. Die Studie ergab, dass ein erhöhter Leucingehalt in der Nahrung sowohl erforderlich als auch ausreichend ist, um die proatherogene Wirkung einer proteinreichen Ernährung zu erzielen in vivo.

Die Studienergebnisse zeigten, dass ein hoher Proteinkonsum, insbesondere durch erhöhte Leucinwerte im Plasma, die mTORC1-vermittelte Autophagie und Atherogenese in Monozyten und Makrophagen unterdrücken könnte, mit entscheidenden Auswirkungen auf die klinische und öffentliche Gesundheit.

Obwohl ein höherer Proteinkonsum als die empfohlene Menge von 0,8 Gramm/kg/Tag als sicher gilt, empfiehlt die Studie Vorsicht und weitere klinische Studien. Leucin war die primäre Aminosäure, die für die Aktivierung von mTOR in Makrophagen verantwortlich ist, und ein erhöhter Proteinverbrauch hatte einen Schwelleneffekt auf den schädlichen Signalweg.

Eine umfassende Untersuchung ist erforderlich, um den genauen Schwellenwert zwischen den Vorteilen von Nahrungsproteinen und den negativen Auswirkungen auf die Gesundheit zu bestimmen.