Detalhes de todos os animais, dietas, reagentes, kits, instrumentos, softwares e prestadores de serviços usados neste protocolo são fornecidos na Tabela de Materiais. Todos os estudos com animais foram realizados seguindo as Diretrizes do Instituto Nacional de Saúde (NIH) para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório e receberam aprovação do Comitê de Animais Experimentais do Hospital Provincial de Shandong (aprovação ética nº 2022–007, aprovada em 24 de janeiro de 2022).
ATENÇÃO: Sangue animal, amostras fecais e tecidos devem ser manuseados como materiais potencialmente biohazardos. Todos os procedimentos envolvendo animais vivos, amostras biológicas, objetos cortantes, solventes orgânicos e reagentes de ensaio químico devem ser realizados de acordo com as normas institucionais de biossegurança, cuidado animal e segurança química. Carcaças de animais, tecidos, materiais contaminados com sangue e amostras fecais devem ser coletados em recipientes designados para resíduos de risco biológico e descartados por meio da instalação institucional de animais ou do escritório de biossegurança. Agulhas, agulhas de gavage, tubos capilares e outros objetos cortantes devem ser descartados imediatamente após o uso em recipientes aprovados. Resíduos de solvente orgânico, incluindo metanol, acetonitrilo e soluções contendo ácido fórmico, devem ser coletados em recipientes de resíduos químicos rotulados e descartados por meio do programa institucional de resíduos químicos perigosos. Resíduos provenientes de ensaios bioquímicos e de estresse oxidativo devem ser coletados e descartados de acordo com as fichas de dados de segurança do fabricante e as regras institucionais de segurança química.
Animais experimentais
Machos de seis semanas C57BL/6J (n = 4 por grupo) foram mantidos sob condições específicas livres de patógenos (FPS), com um ciclo de 12 horas claro/escuro a 22 ± 2 °C e 50–60% de umidade relativa. Os animais tinham acesso ad libitum a comida e água, com no máximo cinco camundongos alojados por gaiola. Os camundongos controle foram alimentados com uma dieta padrão de chow composta por 70% de carboidratos, 20% de proteína e 10% de gordura (kcal). Para estabelecer o modelo de camundongos MASLD, camundongos foram alimentados com uma dieta rica em gordura por 8 semanas, contendo 20% de carboidratos, 20% de proteína e 60% de gordura (kcal). Todas as dietas eram armazenadas a 4 °C e reabastecidas duas vezes por semana. Os camundongos foram alocados aleatoriamente para grupos experimentais usando um gerador de números aleatórios, e o tamanho da amostra (n = 4 por grupo) foi determinado com base em estudos anteriores usando modelos semelhantes de camundongos induzidos por dietas ricas em gordura e experimentos preliminares. Todos os tratamentos foram aplicados no mesmo horário todos os dias para minimizar a variação circadiana.
O óleo de microalgas foi extraído e purificado pela Academia de Ciências Agrícolas de Shandong, com pureza de aproximadamente 99%. O óleo de microalgas era armazenado a −30 °C protegido da luz. Antes da administração, o óleo era preparado com um emulsificante e cuidadosamente misturado para garantir homogeneidade. Especificamente, o óleo de microalgas rico em DHA foi emulsionado em sódio carboximetilcelulose estéril de 0,5% contendo 0,5% de Tween-80 em soro fisiológico normal. O óleo de microalgas e o veículo emulsionante foram misturados na proporção de 1:9 (v/v) e vórtices por 2 minutos imediatamente antes do vavage para obter uma suspensão uniforme. Os camundongos do grupo tratado com óleo de microalgas recebiam a preparação uma vez ao dia por gavage oral usando uma agulha de alimentação estéril, em uma dose de 10 μL/g de peso corporal. O volume do gavage era ajustado diariamente de acordo com o peso corporal para garantir a consistência da dose. Os camundongos do grupo controle receberam um volume equivalente de soro fisiológico normal estéril sob as mesmas condições. A solução salina utilizada foi injeção de cloreto de sódio a 0,9%.
O tratamento probiótico consistiu em uma formulação composta contendo Lactobacillus plantarum (DY-1), Lactobacillus acidophilus (KDB-03), Lactobacillus casei (KDB-LC) e Bacillus coagulans (GIM 1,645). As quatro cepas foram misturadas em uma proporção igual de células viáveis de 1:1:1:1. Cada cepa contribuiu com 2,5 × 107 CFU/mL para a formulação final, resultando em uma concentração bacteriana total de 1 × 108 CFU/mL. A mistura probiótica foi sintetizada pela Academia de Ciências Agrícolas de Shandong e não está disponível comercialmente. O tratamento probiótico consistiu em um caldo de fermentação probiótico composto contendo Lactobacillus plantarum DY-1, Lactobacillus acidophilus KDB-03, Lactobacillus casei KDB-LC e Bacillus coagulans GIM 1.645. A concentração bacteriana da formulação foi de 1 × 108 CFU/mL. O caldo probiótico de fermentação era armazenado a 4 °C antes do uso. Os camundongos do grupo tratado com probióticos receberam a formulação probiótica uma vez por dia por gavage oral em uma dose de 0,01 mL/g de peso corporal durante todo o período experimental.
As cepas individuais foram cultivadas sob condições apropriadas e colhidas na fase média do crescimento do troncário (OD₆₀₀ ≈ 0,6), depois combinadas na razão indicada. Culturas bacterianas foram centrifugadas para remover o sobrenadante, e os pellets foram ressuspensos em soro salino estéril tamponado com fosfato (PBS). A suspensão bacteriana recém-preparada foi mantida no gelo antes da administração para preservar a viabilidade. A concentração bacteriana final foi ajustada para 1 ×10 8 CFU/mL antes da administração. Os camundongos do grupo probiótico receberam a formulação por gavage oral em uma dose de 0,01 mL/g de peso corporal uma vez ao dia durante todo o período experimental. Nenhum pré-tratamento antibiótico foi aplicado antes da administração do probiótico. Para reduzir o viés experimental, a avaliação de resultados foi realizada por pesquisadores cegos quando aplicável. A MASLD foi confirmada por meio de análise bioquímica do sangue.
Análise de sangue
Ao final do período experimental, os camundongos foram jejuados durante a noite (12 h) com livre acesso à água antes da medição da glicose e da coleta terminal de sangue. Os camundongos foram profundamente anestesiados com isoflurano usando um vaporizador anestésico até que a perda do reflexo pedal fosse confirmada. Amostras terminais de sangue foram coletadas por sangramento retroorbital. Após a coleta de sangue, os camundongos foram eutanasiados por luxação cervical sob anestesia profunda, e a morte foi confirmada pela cessação da respiração e do batimento cardíaco. O sangue foi deixado coagular em temperatura ambiente e depois centrifugado a 3.000 × g por 10 minutos para obter soro. As amostras de soro foram alicotadas e armazenadas a −80 °C até análise. Glicose sérica, colesterol total (TC), triglicerídeos (TG), colesterol lipoproteico de baixa densidade (LDL-c), colesterol lipoproteico de alta densidade (HDL-c), aspartato aminotransferase (AST) e alanina aminotransferase (ALT) foram medidos usando um analisador bioquímico automático, seguindo as instruções do fabricante. Esses parâmetros foram quantificados usando ensaios colorimétricos enzimáticos com kits de reagentes padrão integrados ao sistema analisador. Todos os parâmetros bioquímicos foram normalizados ao volume sérico e expressos nas unidades especificadas pelo fabricante.
Ensaios de estresse oxidativo
Biomarcadores de estresse oxidativo foram medidos usando kits, incluindo os de malondialdeído, superóxido dismutase e catalase. Os ensaios foram realizados seguindo as instruções do fabricante. Resumidamente, os tecidos hepáticos foram homogeneizados em tampão gelado e centrifugados para obter supernadantes para análise. Os níveis de malondialdeído (MDA) foram determinados usando um ensaio de substâncias reativas com ácido tiobarbitúrico (TBARS); a atividade da dismutase de superóxido (SOD) foi medida por sua capacidade de inibir reações mediadas por superóxido; e a atividade da catalase (CAT) foi quantificada monitorando a taxa de decomposição do peróxido de hidrogênio. As medições eram realizadas usando um leitor de microplacas, e os valores eram calculados usando curvas padrão ou as fórmulas fornecidas nos kits. Marcadores de estresse oxidativo foram normalizados ao peso do tecido hepático e expressos de acordo com as especificações do fabricante.
Sequenciamento do rRNA 16S e análise do microbioma
Amostras fecais foram coletadas ao final do período experimental diretamente de camundongos individuais em condições estéreis, imediatamente congeladas em nitrogênio líquido e armazenadas a −80 °C até a extração de DNA. O DNA microbiano foi extraído usando um kit comercial conforme o protocolo do fabricante. A região V3–V4 do gene bacteriano 16S rRNA foi amplificada usando primers 341F/806R. A amplificação por PCR foi realizada em um sistema de reação de 25 μL contendo DNA mole, 2x mistura mestre PCR e 0,2 μM de cada primer. O programa de amplificação consistia em desnaturação inicial a 95 °C por 3 minutos, seguida por 25 ciclos de 95 °C por 30 s, 55 °C por 30 s e 72 °C por 45 s, com uma extensão final a 72 °C por 10 minutos. As bibliotecas Amplicon foram construídas e sequenciadas em uma plataforma Illumina MiSeq usando uma estratégia de extremidade pareada de 2 × 250 bp por um provedor comercial de serviços de sequenciamento. A qualidade da biblioteca era avaliada antes do sequenciamento, e as bibliotecas agrupadas eram carregadas na densidade de cluster recomendada pelo fabricante. Leituras de baixa qualidade com bases ambíguas, comprimento insuficiente ou pontuação média de qualidade abaixo do Q20 foram removidas antes da análise posterior.
As leituras de sequenciamento bruto foram processadas usando QIIME 2 versão 2019.420. Resumidamente, as leituras de extremidade pareada foram desmultiplexadas, filtradas por qualidade, reduzidas ao ruído, mescladas e filtradas por quimera usando DADA2 com parâmetros padrão, salvo especificação em contrário. Variantes de sequência de amplicã (ASVs) não singleton foram mantidas para análise a jusante. A atribuição taxonômica foi realizada usando o banco de dados Greengenes versão 13_8 implementada no QIIME221. Dadas as limitações inerentes à resolução do sequenciamento do gene 16S rRNA, especialmente ao usar o banco de dados Greengenes, as anotações taxonômicas foram interpretadas exclusivamente no nível do gênero. A classificação em nível de espécie não foi considerada confiável e, portanto, não foi usada em análises posteriores, comparações estatísticas ou interpretações biológicas. Todas as características microbianas foram colapsadas ao nível do gênero antes da visualização e análise.
Métricas de diversidade alfa (Chao1, Espécies observadas, Shannon, Simpson, PD de Faith e uniformidade de Pielou) foram usadas. Comparações estatísticas da diversidade alfa entre grupos foram realizadas usando testes não paramétricos apropriados (por exemplo, teste de Kruskal–Wallis). A distância de Jaccard e a dissimilaridade de Bray-Curtis foram usadas como métricas de diversidade beta. Gráficos de Análise Coordenada Principal (PCoA), escalonamento multidimensional não métrico (NMDS) e análise discriminante linear do efeito tamanho (LEfSe) foram usados para ilustrar mudanças nas comunidades do microbioma, com um limiar de pontuação LDA de 2,0. A análise multivariada permutacional da variância (PERMANOVA) foi usada para avaliar a significância estatística na diversidade beta. A visualização de dados e análises estatísticas foram realizadas utilizando a plataforma GenesCloud (https://www.genescloud.cn).
Perfis funcionais microbianos foram inferidos a partir de dados de sequenciamento de rRNA 16S, em vez de medidos diretamente por sequenciamento metagenômico ou transcriptômico em força. Com base na tabela de abundância de vias normalizadas ou grupos funcionais, as unidades funcionais previstas foram mapeadas para bancos de dados comumente usados, incluindo KEGG, MetaCyc e COG. A abundância de vias KEGG foi resumida de acordo com suas categorias funcionais hierárquicas, com classificações de vias de nível 2 usadas para comparação a jusante. A abundância média de cada categoria de vias foi calculada usando o software R.
Análise metabolômica não direcionada de amostras de fígado
Os tecidos hepáticos eram rapidamente excisados imediatamente após a confirmação da morte, imediatamente congelados em nitrogênio líquido e armazenados a −80 °C antes da análise. Aproximadamente 50 mg de tecido hepático congelado foram homogeneizados em metanol gelado:água (4:1, v/v) suplementado com padrões internos. A razão tecido para solvente extraído foi de 1:10 (p/v). As amostras foram vórtices por 1 minuto, sonicadas no gelo por 10 minutos e depois incubadas a −20 °C por 30 minutos para melhorar a precipitação de proteínas. Os homogenados foram completamente misturados, submetidos à sonicação sobre gelo e centrifugados a 12.000 × g por 15 minutos a 4 °C. Os supernadantes foram cuidadosamente coletados, evaporados sob um fluxo moderado de nitrogênio e reconstituídos em metanol de 50% para análise subsequente.
Amostras de controle de qualidade (QC) foram geradas agrupando volumes iguais de cada amostra e analisadas intermitentemente ao longo da corrida para avaliar a estabilidade analítica e a reprodutibilidade. A análise metabolômica não direcionada foi realizada usando um sistema de cromatografia líquida de ultra-alto desempenho acoplado a espectrometria de massa de alta resolução, operado por um provedor comercial de serviços. Os metabólitos foram separados em uma coluna C18 em fase reversa usando um sistema de solvente binário composto por água com 0,1% de ácido fórmico e acetonitrila com 0,1% de ácido fórmico. O volume de injeção era de 2 μL, a temperatura da coluna era mantida em 40 °C e a vazão era ajustada a 0,30 mL/min. Um programa de elução em gradiente foi utilizado para alcançar uma ampla separação dos metabólitos. A detecção por espectrometria de massas foi realizada tanto em modos de ionização por eletrospray positivo quanto negativo, em uma faixa m/z de 70–1.000 para alcançar ampla cobertura de metabólitos. A tensão de pulverização de íons foi ajustada para 3,5 kV no modo positivo e −2,5 kV no modo negativo. A temperatura capilar foi mantida em 320 °C, e os dados foram adquiridos em modo de varredura completa com aquisição de EM/MS dependente dos dados para anotação de metabólitos. Os dados brutos eram processados usando um software dedicado de metabolômica (MassLynx v4.1) para detecção, alinhamento e normalização de características. A identificação de metabólitos foi realizada com base em massa, tempo de retenção e padrões de fragmentação MS/MS precisos, por comparação com bancos de dados públicos, incluindo o Human Metabolome Database (HMDB) e a Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) (v2023), quando aplicável.
Análise multivariada e de vias
Os dados processados de metabolômica foram submetidos a análises estatísticas multivariadas, incluindo análise de componentes principais (PCA) e análise discriminante parcial de mínimos quadrados (PLS-DA), para visualizar diferenças metabólicas entre grupos experimentais. Metabólitos diferenciais foram identificados com base em uma combinação de importância variável nas pontuações de projeção (VIP) (>1,0) e significância estatística (p < 0,05). Metabólitos identificados foram ainda mapeados para vias metabólicas usando análise de enriquecimento de vias KEGG para elucidar processos biológicos associados à suplementação de óleo de microalgas rico em DHA.
Análise estatística
Os dados foram apresentados como média ± SEM e analisados usando análise unidirecional da variância (ANOVA), seguida pelo teste de comparação múltipla de Tukey. A significância estatística foi definida como p < 0,05. A análise de enriquecimento dos metabólitos do fígado foi realizada usando R (versão 4.4.1). Associações par a par entre gêneros microbianos e metabólitos do fígado foram analisadas usando correlações de rank de Spearman. Apenas correlações significativas (taxa de falsas descobertas, FDR < 0,05) com |ρ| ≥ 0,6 foram incluídas nas análises integrativas de rede. O processamento de dados de microbioma e metabolômica foi realizado conforme descrito acima, incluindo o uso da plataforma GenesCloud e procedimentos de controle de qualidade.