Einfluss von Zink- und Lipidalimentation auf die Delta3,Delta2-Enoyl-CoA-Isomerase und ausgewählte Merkmale des Lipidstoffwechsels wachsender Ratten

Abstract

Die meisten Veränderungen, von denen der Lipidstoffwechsel im Zinkmangel betroffen ist, werden auch vom Fettsäuremuster der Nahrungsfette beeinflusst. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss einer marginalen Zinkversorgung auf die Delta3,Delta2-Enoyl-CoA-Isomerase (ECI) als essentielles Enzym der beta-Oxidation ungesättigter Fettsäuren in Abhängigkeit vom Sättigungsgrad alimentärer Fettsäuren (FS) am Modelltier Ratte zu untersuchen. Gleichzeitig sollten zinkmangelbedingte Veränderungen im hepatischen FS-Muster und an charakteristischen Parametern des Lipidstoffwechsels bestimmt werden. Fünf Gruppen junger männlicher Wistar-Ratten wurden 4 Wochen lang entweder mit einer zinkarmen (7 mg Zn/kg) oder zinkadäquaten (50 mg Zn/kg) Diät ernährt, die 22 % Kakaobutter (gesättigte FS, GFS-Diät) oder 22 % Distelöl (ungesättigte FS, UFS-Diät) plus jeweils 3 % Sojaöl enthielt. Die marginal zinkversorgten Gruppen 7Zn-GFS und 7Zn-UFS wurden ad libitum, die adäquat zinkversorgten Gruppen 50Zn-GFS und 50Zn-UFS entsprechend restriktiv ernährt (pair feeding). Zusätzlich wurde eine ad libitum-Kontrollgruppe (50Zn-UFS ad libitum) mitgeführt. Beide 7Zn-Gruppen wiesen zu Versuchsende einen signifikant verminderten Zinkstatus auf. Im Vergleich zur 7Zn-GFS-Gruppe zeigte sich bei der 7Zn-UFS-Gruppe eine stärker reduzierte Futteraufnahme, eine geringere Lebendmasse sowie stärker reduzierte Zinkkonzentrationen in Plasma und Femur der Tiere. Die Aktivität der ECI wurde in mitochondrienreichen Fraktionen von Leber, Niere, Testis, Herz, Skelettmuskulatur und Fettgewebe mit trans-3-Hexenoyl-CoA bestimmt und zusätzlich auf die Aktivität der Succinatdehydrogenase (SDH) als mitochondrialen Marker bezogen. Die Aktivität der ECI der Leber war in den GFS-Gruppen niedriger als in den UFS-Gruppen (7Zn-GFS: 2,4 U/mg, 50Zn-GFS: 2,8 U/mg, 7Zn-UFS: 5,9 U/mg, 50Zn-UFS: 8,2 U/mg, 50Zn-UFS ad libitum: 8,0 U/mg Protein). Das ECI/SDH-Verhältnis war bei marginaler Zinkzufuhr der UFS-Tiere um 38 % niedriger als bei adäquater Zinkversorgung. Bezüglich der Höhe der mRNA-Expression der ECI in der Leber wurden keine Gruppenunterschiede beobachtet. In allen übrigen untersuchten Geweben wurde die Aktivität der ECI weder von der Zinkversorgung noch den alimentären FS beeinflusst. Die PPARalpha-Expression in der Leber war in beiden pair fed-Gruppen um mehr als den Faktor 2 höher als in den ad libitum-Gruppen und unabhängig von der alimentären Fettquelle. Die GFS-Gruppen wiesen im Plasma höhere Cholesterin- und Triglyceridkonzentrationen und in der Leber niedrigere Gesamtfettgehalte, niedrigere Cholesterin- und Triglycerid- sowie höhere Phospholipid-Konzentrationen auf. Unterschiede zwischen den 7Zn- und 50Zn-Gruppen stellten in der Mehrzahl Effekte der restriktiven Fütterung dar. Erwartungsgemäß reflektierte das FS-Muster der Leberlipide deutlich das Muster der alimentären FS. Zwischen den Gruppen 7Zn-UFS und 50Zn-UFS fanden sich Unterschiede nur im Gehalt an C 20:1n-9, C 20:2n-6 und C 20:3n-6 der Gesamtlipide und Phospholipide. Das Linolsäure/Arachidonsäure-Verhältnis war bei keiner der 7Zn-Gruppen gegenüber der pair fed-Gruppe erhöht und gab daher keinen Hinweis auf eine verminderte Desaturaseaktivität. Die Ergebnisse zeigen, dass die hepatische Delta3,Delta2-Enoyl-CoA-Isomerase, deren Aktivität in der Leber einer Regulation durch alimentäre FS unterliegt, bereits bei einer marginalen Zinkversorgung eine verminderte Aktivität aufweist. Dieser Aktivitätsverlust könnte einen geringeren Abbau ungesättigter FS im Zinkmangel signalisieren. Am FS-Muster der Leber, welches deutlich durch die Nahrungsfette beeinflusst wurde, ließ sich hingegen keine beeinträchtigte Degradation ungesättigter FS im marginalen Zinkmangel erkennen.

Most alterations of lipid metabolism observed in zinc deficiency are also influenced by the fatty acid profile of the diet. The aim of this study was to determine the effect of marginal zinc deficiency on delta3,delta2-enoyl-CoA isomerase (ECI), a key enzyme of unsaturated fatty acid beta-oxidation, in response to dietary fats either rich in saturated or in unsaturated fatty acids in growing rats. Changes in liver fatty acid profile and in characteristic parameters of lipid metabolism were also examined. Five groups of young male Wistar rats were fed either low-zinc (7 mg Zn/kg) or zinc-adequate (50 mg Zn/kg) diets containing 22 % cocoa butter (saturated fatty acids, GFS diet) or 22 % safflower oil (unsaturated fatty acids, UFS diet), each supplemented with 3 % soy bean oil for four weeks. The 7Zn-GFS and 7Zn-UFS diets were offered ad libitum, whereas intake of the 50Zn-GFS and 50Zn-UFS diets was restricted through pair feeding. Additionally, an ad libitum-fed control group was included (50Zn-UFS ad libitum). At the end of the trial both 7Zn groups displayed a significantly impaired zinc status. Compared to the 7Zn-GFS group, the animals of the 7Zn-UFS group had a lower food intake, lower live weights and lower zinc concentrations in plasma and femur. The ECI activity was assayed in mitochondrial fractions of liver, kidney, testis, heart, skeletal muscle and adipose tissue with trans-3-hexenoyl-CoA and was additionally related to succinate dehydrogenase (SDH) activity as a mitochondrial marker. The mean ECI activity in the liver of the GFS groups was lower than that in the UFS groups (7Zn-GFS: 2.4 U/mg, 50Zn-GFS: 2.8 U/mg, 7Zn-UFS: 5.9 U/mg, 50Zn-UFS: 8.2 U/mg, 50Zn-UFS ad libitum: 8.0 U/mg protein). The marginal zinc supply to the UFS-fed animals reduced the ECI/SDH ratio by 38 %. No group differences were found in the mRNA expression level of ECI in the liver. In the other tissues examined, the ECI activity was affected neither by the zinc supply nor by the alimentary fatty acids. mRNA expression of PPARalpha in the liver of both pair-fed groups was more than twofold higher than in the ad libitum-fed groups, but was not influenced by the dietary fat.The GFS groups showed higher cholesterol and triglyceride concentrations in plasma as well as lower total lipids, lower cholesterol, lower triglyceride and higher phospholipid concentrations in the liver. Differences observed between 7Zn and 50Zn zinc-supplied animals were mainly attributable to the effects of restrictive feeding. As expected, the fatty acid composition of the liver lipids essentially reflected the fatty acid profile of the dietary fats. Differences between the 7Zn-UFS and 50Zn-UFS groups were detected only in the case of C 20:1n-9, C 20:2n-6 and C 20:3n-6 in total lipids and phospholipids. In both 7Zn-groups the linoleic acid/arachidonic acid ratio was not increased and did not point towards a diminished desaturase activity, compared to their pair-fed controls. These results suggest that the hepatic delta3,delta2-enoyl-CoA isomerase activity, which is controlled by alimentary fatty acids in the liver, is impaired in marginal zinc deficiency. This loss of activity might indicate a reduced degradation of unsaturated fatty acids in zinc deficiency. Yet the fatty acid profile of the liver, mainly influenced by the dietary fat, did not show changes indicating a diminished degradation of unsaturated fatty acids in marginal zinc deficiency.