Influence of long-term high fat diet on colon and liver in murine models of dextran sodium sulfate induced colitis

Abstract

Background : Environmental factors, including diet, may play an important role in the development of inflammatory bowel disease (IBD). In recent decades, consumption of a high fat diet (HFD) has been increasingly considered an aggravating factor of IBD and non-alcoholic steatohepatitis (NAFLD). We aimed to investigate whether chronic colitis would be exacerbated by a long-term HFD, and whether chronic or acute colitis would further exacerbate HFD-induced liver damage, using a murine model of dextran sodium sulfate (DSS)-induced colitis. Methods : C57BL/6 mice were divided into five groups and maintained for 12 weeks. Group 1 (control with normal diet/water; normal diet), Group 2 (control with HFD; HFD), Group 3 (six cycles of 1.5% DSS administration to induce chronic colitis with normal diet/water; DSS 1.5%), Group 4 (DSS-induced chronic colitis with HFD; HFD+DSS 1.5% (chronic)), and Group 5 (3% DSS administration for seven days in the last week of a 12-week HFD; HFD+DSS 3% (acute)). Clinical data, such as weight and disease activity index, were recorded every three days. After sacrifice, the colon length was measured. The blood, colon, and liver tissues were sampled for measurement of metabolic parameters, liver function, mRNA expression of inflammatory, permeability, and profibrogenic markers and histologic examination. Results : Body weight change was affected by diet. There was a significant increase in the HFD group compared to the other groups (normal diet group 19.0±1.5, DSS 1.5% group -16.1 ± 1.2, HFD group 63.9 ± 5.9, HFD+DSS 1.5% (chronic) group 24.5 ± 2.1, HFD+DSS 3% (acute) group 56.0 ± 4.9). The colon length in the HFD+DSS 1.5% (chronic) group was significantly shorter than in the DSS 1.5% group (HFD+DSS 1.5% (chronic) group vs. DSS 1.5%, 59.8 ± 1.6 vs. 72.5 ± 3.0, P <0.05). HFD+DSS 1.5% (chronic) and HFD+DSS 3% (acute) groups showed no significant difference in the levels of serum metabolic parameters compared to the DSS 1.5% group and normal diet group, except total cholesterol level. The mean levels of serum alanine aminotransferase were higher in the HFD+DSS 3% (acute) group than in the DSS 1.5% group (P <0.001). The mean levels of non-extractable proanthocyanidins from liver tissue were higher in the HFD+DSS 3% (acute) group than in the DSS 1.5% group (P <0.01). The mean mRNA levels of IL-1β, and IL-17 in the colon of the HFD+DSS 1.5% (chronic) group were significantly higher than in the HFD group and the HFD+DSS 3% (acute) group, but similar to the DSS 1.5% group. The mean mRNA levels of IL-1β, IL-6, MCP-1, and TNF-α in the liver of the HFD+DSS 3% (acute) group were significantly higher than in the HFD group. The mean mRNA levels of TGF- β, collagen-1, and TIMP-1 in the liver of the HFD+DSS 3% (acute) group were significantly higher than in all other groups. In the histologic evaluation, the DSS 1.5% group showed the most severe inflammatory change in the colon. The HFD, HFD + DSS 1.5% (chronic), and HFD + DSS 3% (acute) groups all showed steatosis in the liver. Infiltration of inflammatory cells was observed in all groups treated with DSS in the liver, and inflammation was the most severe in HFD + DSS 3% (acute) group. Conclusion : Long-term HFD did not exacerbate chronic colitis in a DSS-induced colitis model. However, the HFD did induce steatohepatitis in a chronic colitis model, leading to severe steatohepatitis, depending on the severity of colon damage. In particular, acute intense colon damage could be further exacerbated by more severe steatohepatitis. Therefore, diet and disease management for chronic colitis such as IBD may be important to prevent potential hepatic injury such as steatosis or steatohepatitis.;서론: 임상적으로 염증성 장질환 환자에게 있어서 교정 가능한 환경적 원인인 식습관은 중요한 인자 중에 하나이다. 최근 서구식 식단 즉, 고지방식이의 섭취가 염증성 장질환 및 비알코올성지방간염의 악화 요인으로 보고되고 있다. 이에 본 연구에서는 dextran sodium sulfate (DSS)로 유도된 만성 장염 마우스 모델을 이용하여, 고지방식이를 지속하였을 때, 만성 장염이 악화되는지 여부와, 급성 혹은 만성의 장염으로 인해 고지방 식이로 인한 지방간의 변화가 더욱 악화될 수 있는지 알아보고자 하였다. 방법: 8주령의 C57BL/6 마우스를 실험에 사용하였다. 고지방식이가 만성 장염에 미치는 영향을 분석하기 위해, 마우스는 다음의 5군중 한 군에 무작위로 배정되었다. 1군(정상 대조), 2군(고지방식이를 투여한 군), 3군(DSS 1.5% 로 만성 장염을 유발한 군), 4군(고지방식이를 유지하면서 DSS 1.5% 로 만성 장염을 유발한 군), 5군(고지방식이를 유지하면서 DSS 3% 로 급성 장염을 유발한 군) 이었다. 실험 12주째 쥐를 희생하였으며, 생화학검사를 위한 혈액 채취와 염증 지표, 장 투과성 및 섬유화를 대표하는 지표들의 mRNA 발현량을 측정하기 위해 대장 조직과 간 조직을 획득하였다. 결과: 고지방식이를 유지하면서 DSS 1.5% 로 만성 장염을 유발한 군에서는 대사성 지표와 간기능 변화는 유의하지 않았으나, DSS 1.5% 로 만성 장염을 유발한 군과 대장의 염증 상태는 더 악화되지 않았지만 유사하였다. 간의 손상을 의미하는 염증 관련 싸이토카인인 IL-1β and IL-6 증가가 관찰되었으며, 조직학적으로는 간에 염증세포의 침착을 보였다. DSS 3% 로 급성 장염을 유발한 군에서는 대사성 지표와 체중 변화는 유의하지 않았으며, 대장의 염증 사이토카인 또한 TNF-α 이외에는 증가 소견 보이지 않았다. 그러나, 간의 염증 상태를 반영할 수 있는 ALT, NEPA 는 증가 소견을 보였고, 간의 염증 관련 싸이토카인과 섬유화를 나타내는 파라미터가 모두 뚜렷하게 증가하였다. 그리고, 조직학적으로 간에 가장 심한 염증세포의 침착이 보이며, 지방간염의 소견을 보였다. 결론: 장기간의 고지방식이는 만성 대장염을 더 악화시키지는 않았지만, 만성 장염에서 고지방식이는 지방간 염증을 유도하였다. 특히, 급성 장염이 동반된 경우에는 심한 지방간 염증까지 촉진시킬 수 있음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 임상적으로 염증성 장질환과 같은 만성 염증에서 식이 조절과 질병의 활성도 관리가 간 손상의 예방에 중요함을 보여주었다.