Сравнительная оценка эффектов белка сои и его ферментолизата на липидный обмен крыс-самцов линии Вистар с индуцированным ожирением

Резюме

Среди различных пищевых белков наибольшие традиции применения для целей диетической коррекции и профилактики нарушений липидного обмена и связанных с ним осложнений имеют белки сои.

Цель работы - в эксперименте in vivo с использованием крыс-самцов линии Вистар протестировать гиполипидемические свойства соевого белка и его ферментативного гидролизата для оценки их возможного использования в виде ингредиентов специализированных пищевых продуктов.

Материал и методы. Животных рандомизированно разделили на 3 группы: контрольную (Г1) и 2 опытные (Г2 и Г3). Общая продолжительность эксперимента составила 70 сут. Животные группы Г1 получали высокожировой (30%) полусинтетический рацион. Животные опытных групп Г2 и Г3 получали такой же высокожировой полусинтетический рацион, но с 50% заменой казеина на изолят соевого белка (ИСБ) и ферментативный гидролизат изолята соевого белка (ФГИСБ) соответственно. Определяли уровень глюкозы в крови 1 раз в 2 нед. По окончании эксперимента на 71-е сутки в крови определяли уровень гликированного гемоглобина; также в сыворотке крови определяли содержание триглицеридов, холестерина, липопротеинов высокой (ЛПВП) и низкой плотности (ЛПНП), концентрацию малонового диальдегида.

Результаты и обсуждение. Начиная с 6-й недели эксперимента и до его окончания, средняя поедаемость корма животными группы Г3 была достоверно (р<0,05) ниже по сравнению с таковой у животных группы Г1. Потребляемость корма животными группы Г2 достоверно (р<0,05) снизилась по сравнению с этим показателем для животных группы Г1, начиная с 8-й недели эксперимента и до его окончания. Мониторинг прироста массы тела не выявил достоверных отличий между всеми группами животных, несмотря на различия в потребляемости корма. Замена казеина на 50% ИСБ в рационе оказала выраженное антиоксидантное и гипохолестеринемическое воздействие: статистически значимо (р<0,05) снизилось содержание общего холестерина (1,65±0,05ммоль/л) на фоне снижения ЛПНП (0,90±0,03 ммоль/л) и малонового диальдегида (3,7±0,5 мкмоль/л) в сыворотке крови крыс группы Г2 по сравнению с животными контрольной группы Г1 (2,01±0,13 и 1,12±0,09 ммоль/л; 5,1±0,4 мкмоль/л соответственно). Замена 50% казеина на ФГИСБ в рационе крыс группы Г3 оказалась неблагоприятной, достоверно (р<0,05) увеличив содержание общего холестерина (2,76±0,16 ммоль/л) и холестерина ЛПНП (1,66±0,12 ммоль/л) в крови этих животных по сравнению с показателями животных обеих групп сравнения (Г1 и Г2).

Заключение. Доклиническое сравнительное исследование гипохолестеринемических и антиоксидантных свойств ИСБ обосновывает перспективность его последующих клинических испытаний с целью включения в состав специализированных пищевых продуктов для профилактики и диетотерапии нарушений эндогенного гомеостаза холестерина.

Ключевые слова:метаболический синдром, изолят соевого белка, ферментативный гидролизат, липидный обмен, холестерин, липопротеиды низкой плотности

Для цитирования: Сидорова Ю.С., Зорин С.Н., Петров НА., Фролова Ю.В., Кочеткова А.А., Мазо В.К. Сравнительная оценка эффектов белка сои и его ферментолизата на липидный обмен крыс-самцов линии Вистар с индуцированным ожирением // Вопр. питания. 2019. Т 88, № 4. С. 18-24. doi: 10.24411/0042-8833-2019-10037

Широкая распространенность нарушений липидного метаболизма у населения России определяет актуальность отечественных разработок новых эффективных специализированных пищевых продуктов (СПП) профилактического назначения, позволяющих снижать риски развития этой патологии и сопутствующих клинических проявлений. Результаты клинических и экспериментальных исследований, накопленные к настоящему времени мировой нутрициологией, свидетельствуют о гипохоле-стеринемическом действии растительных белков [1, 2].

Среди различных пищевых белков наибольшие традиции применения для диетической коррекции и профилактики нарушений липидного обмена и связанных с ним ожирения, сердечно-сосудистых заболеваний, артериальной гипертензии, сахарного диабета 2 типа и метаболического синдрома имеют белки сои. В нашем недавнем кратком обзоре экспериментальных исследований гиполипидемических свойств растительных белков отмечены перспективы использования их ферментативных гидролизатов в составе СПП для профилактики нарушений метаболизма [3].

Необходимым этапом, предшествующим использованию соевого белка и/или его ферментолизатов в составе СПП для диетотерапии и профилактики связанных с нарушением липидного обмена алиментарно-зависимых заболеваний, является доклиническая оценка их эффективности.

Целью нашего исследования была сравнительная характеристика влияния изолята соевого белка (ИСБ) и его ферментолизата на липидный обмен у крыс-самцов линии Вистар, потребляющих высокожировой рацион.

Материал и методы

Использовали ИСБ "SuproXT 221 DIP" (США) с добавленным фосфатом кальция. Содержание белка в ИСБ составило 80%, кальция - 2,75%, фосфора - 1,9%.

В качестве ферментного препарата использован панкреатин из панкреатической железы свиньи (Sichuan Biosyn Pharmaceutical Co., КНР, активность 2,25 МЕ/мг).

Ферментативный гидролизат ИСБ (ФГИСБ) получали, используя установку, состоящую из диспергатора марки Я9-ОРП со встроенным центробежным насосом, резервуара марки Я1-ОСВ с мешалкой и терморубашкой вместимостью 1000 л. К 150 л 5,0% водного раствора ИСБ при перемешивании добавляли 150 г панкреатина (соотношение белок/фермент 50 : 1). Гидролиз проводили при температуре 50-52 °С в течение 3 ч при постоянном перемешивании, после чего продукт пастеризовали при 75 °С в течение 20 мин. ФГИСБ высушивали на распылительной сушильной установке ("Ниро Атомайзер", Дания) производительностью 20 кг испаренной влаги в час при температуре воздуха на входе в сушильную башню 160-165 °С, на выходе -80-85 °С. Полученный ферментолизат, использованный в дальнейшем в эксперименте по кормлению животных, представлял собой тонкодисперсный порошок с высоким содержанием среднецепочечных пептидов светло-кремового цвета, влажностью 9,5%, хорошо растворимый в воде, имел удовлетворительный вкус с легким горько-соленым привкусом и характерным запахом.

30 крыс-самцов линии Вистар с исходной массой тела 80±5 г были получены из питомника лабораторных животных Филиал "Столбовая" ФГБУН "Научный центр биомедицинских технологий" ФМБА России. Исследования выполнены в соответствии с приказом Минздравсоцразвития России от 01.04.2016 № 199н "Об утверждении Правил лабораторной практики" и требованиями ГОСТ Р 53434-2009 "Принципы надлежащей лабораторной практики". Крыс содержали в контролируемых условиях окружающей среды (температура 20-26 °C, относительная влажность 30-60%, 12-часовой цикл освещения).

После 7-дневного карантина крыс распределили на 3 группы с применением принципа рандомизации: контрольную группу Г1 составили животные с массой тела 127±2 г, опытную группу Г2 - с массой тела 126±3 г и опытную группу Г3 - с массой тела 126±2 г, различия по массе тела незначимы (р≥0,05). Животных содержали по 2 особи в клетке. Животные группы Г1 получали высокожировой полусинтетический рацион. Животные опытных групп Г2 и Г3 также получали высокожировой полусинтетический рацион, но с 50% заменой казеина на ИСБ и ФГИСБ соответственно (табл. 1).

Воду и корм животные получали ad libitum. На протяжении всего исследования длительностью 70 сут определяли индивидуальные показатели поедаемости корма и прироста массы тела каждого животного. Через сутки на протяжении всего эксперимента контролировали потребление корма, 1 раз в неделю животных взвешивали. Определяли уровень глюкозы в крови 1 раз в 2 нед: животных депривировали голодом в течение 12 ч, кровь брали из хвостовой вены.

На 71-е сутки депривированных голодом в течение ночи животных выводили из эксперимента декапита-цией под легким эфирным наркозом. Собранную после декапитации животного кровь центрифугировали в течение 15 мин при 500g, сыворотку хранили при -20 °С.

Уровень глюкозы в крови животных определяли с помощью портативного электрохимического глюкометра "OneTouch Select" (LifeScan Inc., США). Уровень глики-рованного гемоглобина в крови определяли с использованием набора "Гликогемотест" (ЭЛТА, Россия). В сыворотке крови на автоматическом анализаторе "Konelab 20i" (Thermo Scientific, Финляндия) определяли содержание триглицеридов, холестерина (ХС), липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). Содержание липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) определяли расчетным путем по формуле согласно [5]: ЛПНП = 3/4 (ХС - ЛПВП).

Концентрацию малонового диальдегида (МДА) в сыворотке крови определяли спектрофотометрически согласно [6] с некоторыми модификациями.

Статистическая обработка полученных результатов проведена с использованием пакета программ SPSS Statistics 20 с применением непараметрического рангового критерия Манна-Уитни и критерия Стьюдента. Вычисляли среднее значение (М),стандартное отклонение и стандартную ошибку среднего (m). Данные представлены как M±m. Критический уровень значимости нулевой статистической гипотезы (p) принимали равным 0,05.

Результаты и обсуждение

Общее состояние всех животных по внешнему виду, качеству шерстного покрова и поведению при ежедневном осмотре было удовлетворительным.

В табл. 2 приведены результаты мониторинга средней поедаемости корма за 1 сут животными всех групп (в расчете на 2-недельные интервалы).

Начиная с 6-й недели эксперимента и до его окончания, средняя поедаемость корма животными группы Г3, получавшими в составе рациона ФГИСБ и казеин, была достоверно ниже по сравнению с животными контрольной группы Г1, получавшими в составе рациона только казеин. Потребление корма животными группы Г2, получавшими ИСБ и казеин, достоверно снизилось по сравнению с этим показателем для животных группы Г1, начиная с 8-й недели эксперимента и до его окончания. Тем не менее средняя поедаемость корма животными, рассчитанная за весь эксперимент, для животных групп Г1, Г2 и Г3 достоверно не различалась и составила 16,9±0,6, 15,7±0,3 и 15,8±0,3 г/сут соответственно.

Мониторинг прироста массы тела не выявил достоверных различий между всеми группами животных на всем протяжении эксперимента, несмотря на отмеченные выше различия в поедаемости корма (рис. 1).

Потребление высокожирового рациона не привело к заметным нарушениям углеводного обмена: уровень глюкозы в крови на протяжении всего эксперимента (рис. 2) и содержание гликированного гемоглобина в крови по окончании эксперимента с кормлением (табл. 3) не различались у животных всех групп и находились в интервале нормальных значений для крыс-самцов линии Вистар [7].

Замена казеина 50% ИСБ в потребляемом рационе оказала выраженное антиоксидантное и гипохолесте-ринемическое воздействие: статистически значимо снизилось содержание общего ХС и МДА в сыворотке крови крыс группы Г2 по сравнению с животными контрольной группы Г1. Потребление ИСБ также достоверно снизило содержание ХС в составе ЛПНП. Замена казеина 50% ФГИСБ в рационе крыс группы Г3, наоборот, оказалась неблагоприятной, достоверно увеличив содержание общего ХС и ХС ЛПНП в крови этих животных по сравнению с животными обеих групп сравнения (Г1 и Г2).

В современной литературе одно из возможных объяснений гипохолестеринемического действия ИСБ связано с феноменом взаимодействия в тонкой кишке ХС с пептидными фракциями, образующимися при переваривании белка [8], в результате чего нарушаются мицеллярная растворимость ХС, его всасывание, изменяется энтерогепатическая циркуляция желчных кислот, приводящая к снижению содержания ХС в печени, а также снижается экспрессия некоторых генов белков -медиаторов липидного транспорта [9]. Следует также отметить, что высокое содержание в соевом белке глутамина - аминокислоты, необходимой для образования глутатиона, может способствовать защите клеток от повреждения свободными радикалами и играть важную роль в функционировании иммунной системы [10]. Гиполипидемические свойства пептидов как в составе ферментолизатов, так и высвобождающихся при переваривании белка (а также их синтетических аналогов) детерминированы аминокислотной последовательностью [11]. Можно предположить, что в условиях проведенного исследования протеолиз ИСБ in vitro (в отличие от переваривания ИСБ in vivo) не привел к высвобождению гиполипидемических пептидов в составе ферментолизата, способных играть ключевую роль в эндогенном гомеостазе ХС.

Заключение

При 70-суточном потреблении высокожирового рациона крысами-самцами линии Вистар 50% замена казеина ИСБ оказала определенное гипохолестеринемическое и антиоксидантное действие, снизив содержание общего ХС и ХС в составе ЛПНП, а также МДА в сыворотке крови этих животных. 50% замена казеина ФГИСБ, напротив, повышала содержание общего ХС и ХС ЛПНП в сыворотке крови. Доклиническое сравнительное исследование гипохолестеринемических и антиоксидантных свойств ИСБ обосновывает перспективность его последующих клинических испытаний с целью включения в состав СПП для профилактики и диетотерапии нарушений эндогенного гомеостаза ХС.

Финансирование. Поисково-аналитическая работа по подготовке рукописи проведена за счет средств субсидии на выполнение государственного задания в рамках Программы фундаментальных научных исследований (тема № 0529-2019-0055).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Литература

1. Zhang X.-M., Zhang Y.-B., Chi M.-H. Soy Protein supplementation reduces clinical indices in type 2 diabetes and metabolic syndrome // Yonsei Med. J. 2016. Vol. 57, N 3. P. 681.

2. Tovar A.R., Torre-Villalvazo I., Ochoa M. et al. Soy protein reduces hepatic lipotoxicity in hyperinsulinemic obese Zucker fa/fa rats // J. Lipid. Res. 2005. Vol. 46, N 9. P. 1823-1832.

3. Сидорова Ю.С., Мазо В.К., Кочеткова А.А. Экспериментальная оценка гиполипидемических свойств белков сои, риса и их ферментативных гидролизатов // Вопр. питания. 2018. Т. 87, № 2. С. 77-84. doi: 10.24411/0042-8833-2018-10021

4. Сидорова Ю.С., Зорин С.Н., Петров Н.А., Макаренко М.А., Саркисян В.А., Мазо В.К. и др. Физиолого-биохимическая оценка обогащения рациона крыс докозагексаеновой кислотой и астаксантином // Вопр. питания. 2015. Т. 84, № 5. С. 46-55.

5. Sidorova Yu.S., Shipelin V.A., Mazo V.K., Zorin S.N., Petrov N.A., Kochetkova A.A. Hypoglycemic and hypolipidemic effect of Vaccinium myrtillus L. leaf and Phaseolus vulgaris L. seed coat extracts in diabetic rats // Nutrition. 2017. Vol. 41. P. 107-112.

6. Del Rio D., Stewart A. J., Pellegrini N. A review of recent studies on malondialdehyde as toxic molecule and biological markerof oxidative stress // Nutr. Metab. Cardiovasc. Dis. 2005. Vol. 15, N 4. P. 316-328.

7. Абрашова Т.В., Гущин Я.А., Ковалева М.А., Рыбакова А.В., Селезнева А.И., Соколова А.П. и др. Справочник. Физиологические, биохимические и биометрические показатели нормы экспериментальных животных. СПб. : ЛЕМА, 2013. 116 с.

8. Howard A., Udenigwe C.C. Mechanisms and prospects of food protein hydrolysates and peptide-induced hypolipidaemia // Food Funct. 2013. Vol. 4, N 1. P. 40-51.

9. Nagata Y., Noguchi Y., Tamaru S., Kuwahara K., Okamoto A., Suruga K. et al. Hypolipidemic potential of squid homogenate irrespective of a relatively high content of cholesterol // Lipids Health Dis. 2014. Vol. 13. P. 165.

10. Field C.J., Johnson I., Pratt V.C. Glutamine and arginine: immu-nonutrients for improved health // Med. Sci. Sports Exerc. 2000. Vol. 32, N 7. P. S377-S388.

11. Cho S.-J.,Juillerat M.A., Lee C.-H. Cholesterol lowering mechanism of soybean protein hydrolysate // J. Agric. Food Chem. 2007. Vol. 55, N 26. P. 10 599-10 604.

References

1. Zhang X.-M., Zhang Y.-B., Chi M.-H. Soy Protein supplementation reduces clinical indices in type 2 diabetes and metabolic syndrome. Yonsei Med J. 2016; 57 (3): 681.

2. Tovar A.R., Torre-Villalvazo I., Ochoa M., et al. Soy protein reduces hepatic lipotoxicity in hyperinsulinemic obese Zucker fa/ fa rats. J Lipid Res. 2005; 46 (9): 1823-32.

3. Sidorova Yu.S., Mazo V.K., Kochetkova A.A. The experimental evaluation of hypolipidmic properties of soy, rice proteins and their enzymatic hydrolysates. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2018; 87 (2): 77-84. (in Russian)

4. Sidorova Yu.S., Zorin S.N., Petrov N.A., Makarenko M.A., Sarkisyan V.A., Mazo V.K., et al. Physiological and biochemical evaluation of rats' diet enrichment with docosahexaenoic acid and astaxanthin. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2015; 84 (5): 46-55. (in Russian)

5. Sidorova Yu.S., Shipelin V.A., Mazo V.K., Zorin S.N., Petrov N.A., Kochetkova A.A. Hypoglycemic and hypolipidemic effect of Vac-cinium myrtillus L. leaf and Phaseolus vulgaris L. seed coat extracts in diabetic rats. Nutrition. 2017; 41: 107-12.

6. Del Rio D., Stewart A. J., Pellegrini N. A review of recent studies on malondialdehyde as toxic molecule and biological marker of oxidative stress. Nutr Metab Cardiovasc Dis. 2005; 15 (4): 316-28.

7. Abrashova TV., Gutschin Ya.A., Kovaleva M.A., Rybakova A.V., Selezneva A.I., Sokolova A.P., et al. Directory. Physiological, biochemical and biometric indicators of the norm of experimental animals. Saint Petersburg: LEMA, 2013: 116 p. (in Russian)

8. Howard A., Udenigwe C.C. Mechanisms and prospects of food protein hydrolysates and peptide-induced hypolipidaemia. Food Funct. 2013; 4 (1): 40-51.

9. Nagata Y., Noguchi Y., Tamaru S., Kuwahara K., Okamoto A., Suruga K., et al. Hypolipidemic potential of squid homogenate irrespective of a relatively high content of cholesterol. Lipids Health Dis.2014; 13: 165.

10. Field C.J., Johnson I., Pratt V.C. Glutamine and arginine: immu-nonutrients for improved health. Med Sci Sports Exerc. 2000; 32 (7): S377-88.

11. Cho S.-J., Juillerat M.A., Lee C.-H. Cholesterol lowering mechanism of soybean protein hydrolysate. J Agric Food Chem. 2007; 55 (26): 10 599-604.