Investigação de padrões relacionados aos hábitos alimentares ocidentais e orientais sob abordagem nutrigenética e nutrigenômica

Abstract

Resumo: A manifestação de condições metabólicas complexas é influenciada, entre outros fatores, pela dieta e background genético, em interações nutrigenéticas e nutrigenômicas. A prevalência dessas condições complexas associadas ao metabolismo dos lipídeos é desigual em orientais e ocidentais, populações que historicamente possuem dietas distintas. A dieta ocidental é rica em carnes, gordura saturada e carboidratos refinados, enquanto a dieta oriental é rica em frutas, legumes, peixes e carboidratos integrais. As diferenças fenotípicas no metabolismo indicam que o risco de desenvolver doenças metabólicas é diferente entre essas populações e é influenciado pela variabilidade genética e potencializado pela dieta. Baseado nisso, o objetivo desse trabalho foi investigar se existem diferenças na interação entre variantes em genes do metabolismo lipídico com as dietas ocidental e oriental. Para isso, esse trabalho teve duas etapas: meta-análise e análise da expressão gênica. Na primeira etapa, foi realizada uma meta-análise do efeito combinado da associação de polimorfismos genéticos em genes do metabolismo dos lipídeos sobre os níveis de HDL, LDL, colesterol total e triglicerídeos, em populações ocidentais (EUA) e orientais (Japão, China, Coreia do Sul e Hong Kong), a fim de se identificar genes que interagem com essas variáveis de forma diferente entre as populações. Foi encontrada associação do gene LIPC com os níveis de colesterol total; ABCA1, APOA5, APOB, CETP e LPL com HDL; e APOA4, APOC1 e APOC3 com triglicerídeos apenas em orientais. LIPG e ZPR1 foram associados com HDL, SORT1 com LDL e CETP com triglicerídeos apenas em ocidentais. APOE apresentou efeito em ambas as populações, mas um efeito mais forte no LDL de ocidentais. Com esse trabalho, foi possível verificar que diferentes conjuntos de genes estão influenciando os níveis de lipídios séricos nessas populações e, possivelmente, esses padrões distintos são devidos a interações adaptativas entre as variantes gênicas e a dieta. A partir desses resultados, foram selecionados os genes APOB, APOE e LIPC para verificar os efeitos nutrigenômicos das dietas ocidental e oriental na modulação da expressão gênica de ratas Wistar. Para isso, foram desenvolvidas rações específicas baseadas nos padrões alimentares ocidentais e orientais humanos. As ratas (separadas em dois grupos de 14 animais cada) foram alimentadas com essas rações durante 15 semanas e, após esse período, sangue foi coletado para as análises bioquímicas, e fígado e tecido adiposo visceral foram coletados para a análise da expressão gênica. Não foram verificadas diferenças significativas no peso e nos níveis de glicose, colesterol e triglicerídeos entre os grupos. A variância na expressão gênica do LIPC no fígado, e APOB e APOE no tecido adiposo foi significativamente diferente entre as ratas que consumiram a dieta ocidental e as que consumiram a dieta oriental. Essas flutuações na expressão podem ser um mecanismo compensatório associado a dietas com composições diferentes, provavelmente intermediado por mudanças epigenéticas. Esse mecanismo compensatório pode ser adaptativo e responsável por manter os níveis bioquímicos e o peso estáveis ao longo do experimento. Nas duas etapas do estudo, os resultados indicam a existência de indivíduos geneticamente melhor ou pior adaptados de acordo com o tipo de dieta, o que explica parte da heterogeneidade na frequência e herdabilidade de doenças metabólicas nas populações humanas ocidentais e orientais.

Abstract: Complex metabolic conditions manifestation is influenced, among other factors, by diet and genetic background, by nutrigenetic and nutrigenomic interactions. The prevalence of these complex conditions associated with lipid metabolism is unequal in eastern and western populations that historically have different diets. The western diet is rich in red meat, saturated fat, and refined carbohydrates, while the eastern diet is rich in fruits, vegetables, fish, and whole grains. The phenotypic differences in metabolism indicate that the risk of developing metabolic diseases is different in Western and Eastern populations, and it is influenced by genetic variability and enhanced by diet. Based on this, the aim of this study was to investigate whether there are differences in the interaction between lipid metabolism genes in western and eastern diets. Thus, this study had two steps: meta-analysis and analysis of gene expression. In the first step, a meta-analysis of the combined effect of genetic polymorphisms associations in lipid metabolism genes on HDL, LDL, total cholesterol, and triglyceride levels was performed in western (USA) and eastern (Japan, China, South Korea, and Hong Kong) populations, in order to identify genes that interact with these variables differently between populations. It was found an association of LIPC gene with total cholesterol levels; ABCA1, APOA5, APOB, CETP, and LPL with HDL; and APOA4, APOC1, and APOC3 with triglycerides only in the eastern population. LIPG and ZPR1 were associated with HDL, SORT1 with LDL, and CETP with triglycerides only in the western population. APOE had an effect on both populations, but a stronger one on LDL of the western population. With this work, it was possible to verify that different sets of genes are influencing serum lipid levels in these populations and, possibly, these distinct patterns are due to adaptive interactions between genetic variants and diet. From these results, we selected the genes APOB, APOE, and LIPC to verify the nutrigenomic effects of western and eastern diets in modulating the gene expression of female Wistar rats. For this purpose, specific chows based on western and eastern human dietary patterns were developed. Rats (separated into two groups of 14 animals each) were fed these chows for 15 weeks and, after this period, blood was collected for biochemical analysis, and liver and visceral adipose tissue were collected for gene expression analysis. There were no significant differences in weight and levels of glucose, cholesterol, and triglycerides between groups. The variance in gene expression of liver LIPC, and adipose tissue APOB and APOE was significantly different between western and eastern groups. These fluctuations in expression may be a compensatory mechanism associated with diets with different compositions, probably mediated by epigenetic alterations. This compensatory mechanism may be adaptive and responsible for keeping biochemical levels and weight stable during the experiment period. In both steps of this study, the results indicate the existence of better or worse genetically adapted individuals according to the diet, which in part explains the heterogeneity in frequency and heritability of metabolic diseases in western and eastern human populations.