Lipidomic profiling analysis of plasma and liver tissue from high fat and high cholesterol-diet induced obese mice

Abstract

Obesity has contributed to several disease such as cardiovascular disease, type 2 diabetes, hypertension, cancers and digestive disorder. Intakes of high fat and high cholesterol-diet (HFHC) easily lead to obesity, changing the lipid metabolism. However, its metabolism related to obesity is not precisely known. In this study, lipidomic profilings of plasma and liver tissues from mice fed HFHC were performed by using ultra-performance liquid chromatography/quadrupole-time-of-flight mass spectrometry (UPLC/Q-TOF MS) to investigate the lipid alterations of HFHC-induced obesity. Principle component analysis (PCA) derived from mass spectral data were used to identify discriminations of normal diet (Nor) and HFHC-diet mice group and showed a clear discrimination between two groups. In addition, the 165 and 217 lipid metabolites were identified in plasma and liver tissue respectively by comparing tandem mass (MS/MS) fragmentations of lipid species with an in-house library and distribute free databases. Especially, lysophosphocholines and sphingolipids of plasma were increased in HFHC group compared to Nor group. Triacylglycerols (TGs) and free fatty acids were significantly changed depending on acyl chain lengths and the degree of unsaturation, showed the association with the development of insulin resistance and type 2 diabetes. The levels of diacylglycerols and TGs were higher in HFHC group than Nor group, which were known as outcome of type 2 diabetes and non-alcoholic fatty liver disease. These results indicated that lipid metabolic changes in dietary induced-obesity were comparable to those of metabolic disease. This study suggests that LC-MS based lipidomic profiling is useful tools to research in obesity and metabolic disease and can enhance our understanding of lipid metabolism related to obesity.;비만은 심혈관계 질환, 제 2형 당뇨병, 비알코올성 지방간, 고혈압 및 암과 같은 여러 질병의 원인이 되며, 신체 건강을 위협한다. 고지방 및 고콜레스테롤 식이는 지질 대사를 변화시키며 쉽게 비만으로 이어진다. 그러나 식이로 인한 비만의 지질 대사가 명확하게 알려져 있지 않다. 본 연구자는 비만의 지질 대사 변화 기전을 이해하기 위해 고지방/고콜레스테롤 식이 비만 동물 모델의 혈장과 간 조직을 초고속능 액체크로마토그래프-고분해능 질량분석기를 이용하여 지질 대사체 프로파일링 연구를 수행하였다. 일반식이 그룹과 고지방/고콜레스테롤 식이 그룹의 차이를 확인 하기 위하여 주성분 분석을 수행하였으며, 두 그룹이 명확한 차이를 나타냈다. 또한 텐덤 질량스펙트럼을 바탕으로 조각이온의 패턴과 온라인 데이터베이스를 활용하여 혈장 및 간 조직에서 각각 165개, 217개의 지질 대사체를 규명하였다. 특히, 혈장의 지질 대사체 중 리소인지질과 스핑고지질이 일반 식이 그룹에 비해 고지방/고콜레스테롤 식이 그룹에서 증가하였고, 글리세롤지질과 유리지방산의 아실 사슬 길이와 불포화도 따른 변화는 제 2형 당뇨병의 발병과 연관을 보였다. 간 조직의 지질 대사체 중 다이아실글리세롤과 트리아실글리세롤이 고지방/고콜레스테롤의 축적으로 인해 증가하였다. 이러한 결과는 제 2형 당뇨병과 비알콜성 지방간과 같은 여러 대사 질환과 연관성이 밝혀진 연구결과를 확인하였다. 이와 같은 연구결과를 통해, 비만에서의 지질 대사가 주요 대사성 질환과 유사한 변화를 보임을 확인하였다. 본 연구에서는 식이 유도 비만 대사 기전 연구에 획기적인 방법으로서 초고속능 액체크로마토그래프-고분해능 질량분석기를 활용한 분석법이 가지는 유용성을 제시하였다.