Účinky kyseliny perfluóroktánovej na črevnú mikroflóru a mikrobiálne metabolity u myší C57BL/6JⅢ
Nov 28, 2023
3. Výsledky
3.1. PFOAZmenené zloženie črevnej mikrobioty
V našej štúdii bolo detegovaných celkom 78 bakteriálnych rodov, ako sa ukázalo pri sekvenovaní 16S rRNA. Najpočetnejšie rody sú znázornené na obrázku 1A. Analýza LEfSe ukázala, že u myší liečených PFOA bolo obohatených päť bakteriálnych rodov, a to Alistipes, LachnospiraceaeUCG 004, Clostridiales, Clostridium ASF356 a Incertae sedis (obrázok 1B). Medzitým sa v skupine liečenej PFOA znížilo šesť bakteriálnych rodov, a to Tyzzerella, Eubacteriumcoprostanoligenes, Intestinimonas, Clostridium septum, Roseburia a Turicibacter (obrázok 1B).
3.2. Korelácia medzi črevnou mikrobiotou a fekálnymi metabolitmi
Vykonali sme integračnú analýzu črevnej mikroflóry a fekálnych metabolitov pomocou MixOmics. Celková korelácia medzi črevnou mikroflórou a fekálnymi metabolitmi bola 0,74 (obrázok 2A). Pre fekálne metabolity aj bakteriálne rody bola skupina liečená PFOA oddelená od kontrolnej skupiny (obrázok 2B, doplnkový obrázok S1). Zhoda medzi fekálnymi metabolitmi a bakteriálnymi rodmi je znázornená na obrázku 2C. Tri bakteriálne rody vykazovali korelácie s ôsmimi fekálnymi metabolitmi (obrázok 2D).
3.3. Zmeny vo fekálnych metabolitoch vyvolané PFOA
Po expozícii PFOA celkovo 12 0 metabolitov vykazovalo p-hodnotu < 0,05, pričom päť metabolitov vykazovalo falošnú mieru objavenia (FDR) < 0,05 (obrázok 3A). Hierarchické zoskupenie významných metabolitov je znázornené na obrázku 3B. Analýza obohatenia dráhy odhalila, že metabolizmus cysteínu a metionínu sa expozíciou PFOA zmenil (obrázok 3C). Najmä tri fekálne žlčové kyseliny boli významne znížené expozíciou PFOA, a to kyselina glykodeoxycholová, kyselina beta-hyodeoxycholová a kyselina gama-muricholová (obrázok 3D).
3.4. Zmeny v sérových metabolitoch indukované PFOA
Skupina liečená PFOA a kontrolná skupina boli dobre oddelené v PLS-DA grafe (obrázok 4A). Celkovo 59 sérových metabolitov vykazovalo p-hodnotu < 0.05, z ktorých 10 metabolitov vykazovalo FDR < 0,05 (obrázok 4B). Analýza obohatenia dráhy odhalila, že metabolizmus nikotínu a nikotínamidu a metabolizmus histidínu sa zmenili expozíciou PFOA (obrázok 4C). Dve žlčové kyseliny, kyselina taurocholová a kyselina deoxycholová, boli významne znížené v skupine liečenej PFOA, v súlade s poklesom TMAO a zvýšením cholínu spôsobeným expozíciou PFOA (obrázok 4D).
3.5. PFOA indukované zmeny v pečeňových metabolitoch
PLS-DA analýza pečeňových metabolitov ukázala, že skupina liečená PFOA bola oddelená od kontrolnej skupiny (obrázok 5A). Celkovo 94 pečeňových metabolitov vykazovalo p-hodnoty < 0,05 po expozícii PFOA (obrázok 5B). Analýza obohatenia dráhy ukázala, že biosyntéza arginínu bola významne zmenená (obrázok 5C). Zistilo sa, že tri metabolity sú významné v pečeni, sére a stolici, a to 1-(1Z-hexadecyl)-sn-glycero-3-fosfocholín, dekanoyl-L-karnitín a 1- hexadecyl-sn-glycero-3-fosfocholín (obrázok 5D). Dve žlčové kyseliny, kyselina tauroursodeoxycholová a kyselina taurochenodeoxycholová, boli znížené expozíciou PFOA spolu s poklesom dvoch metabolitov tryptofánu, 3-kyseliny indolakrylovej a3-kyseliny indoloctovej, a zvýšením taurínu (obrázok 5E).
4. Diskusia
Väzba uhlík-fluór robí PFOA odolným voči fotolýze a hydrolýze, čo vedie k perzistencii PFOA v prostredí. Pozitívna korelácia bola zistená medzi plazmatickými koncentráciami PFAS a príjmom sladkovodných rýb, morských rýb, krabov a kreviet v strave u 933 žien v reprodukčnom veku v Šanghaji v Číne [32]. Expozícia PFOA v ranom veku je kľúčovým faktorom v sérových koncentráciách u detí [33]. V štúdii, ktorá skúmala vzťah medzi PFAS a markermi chronického zápalu a oxidačného stresu v rámci National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) v rokoch 2005 až 2012 (n=6652), bola percentuálna zmena v PFOA významne spojená s percentuálnym zvýšením počtu lymfocytov. počty, železo v sére a celkový bilirubín v sére [34]. Riziko rakoviny obličiek a semenníkov sa zvyšuje so zvýšením koncentrácie PFOA v sére o 10 ng/ml [35].
Okrem toho koncentrácia PFOA v sére bola pozitívne spojená s markerom hepatocelulárneho poškodenia alanínaminotransferázou (ALT) u 47 092 dospelých v C8 Health Project [36]. Sérová PFOA bola tiež pozitívne spojená s imunoglobulínom G, anticyklickými citrulinovanými peptidovými protilátkami a reumatoidnými faktormi [37]. Ako závažný a rozšírený environmentálny problém boli hlásené metabolické zmeny vyvolané PFOA v lymfocytoch v ľudskej periférnej krvi [38] a u detí s lekárom diagnostikovaným nealkoholickým tukovým ochorením pečene (NAFLD) [39].
Neuskutočnila sa však integračná analýza narušenia metabolómu a črevnej mikroflóry expozíciou PFOA. V tejto štúdii sme odhalili nielen zmeny v metabolitoch v sére, ale aj metabolické zmeny vo výkaloch a pečeni. Okrem toho sme vykonali integračnú analýzu fekálnych metabolitov a črevnej mikroflóry a odhalili spojenie medzi nimi pod vplyvom expozície PFOA. Profily fekálnych metabolitov a črevnej mikroflóry boli narušené expozíciou PFOA.
Relatívna abundancia Roseburia, Tyzzerella, Eubacterium coprostanoligenes a Intestinimonas bola znížená expozíciou PFOA. Roseburia je považovaná za komenzálnu baktériu s protizápalovými vlastnosťami, ktorá môže obnoviť prospešné črevné mikroorganizmy [40].
Roseburia intestinalis môže udržiavať energetickú homeostázu a predchádzať zápalu čriev [41]. Nižšie hladiny tyzzerely boli zistené u pacientov s akútnym infarktom myokardu au hospitalizovaných pacientov s rakovinou pažeráka [42,43]. Uvádza sa, že mozzarella súvisí s príjmom mastných kyselín v strave [44]. Rast Tyzzerella bol inhibovaný kombinovanou suplementáciou sušienok a diétou s vysokým obsahom cukru [45]. E. coprostanoligenes koreloval s hladinou diacylglycerolov [46]. Zníženie E. coprostanoligenes bolo nepriamo spojené so sérovou aspartáttransferázou (AST) a hladinami ALT u myší s vysokým obsahom tuku [47].
Intestinimonas spp. bol zistený v riedení stolice obohatenej lyzínom a baktérie podobné intestinimonas sú známe ako producenti butyrátu, ktorí využívajú lyzín a Nεfruktozyllyzín u dojčiat a dospelých kŕmených umelým mliekom [48]. Zníženie týchto mikroorganizmov môže ovplyvniť imunitnú odpoveď a metabolickú aktivitu hostiteľa. Relatívna abundancia Alistipes, Clostridium ASF 356, Clostridiales a LachnospiraceaeUCG 004 bola významne obohatená expozíciou PFOA. Alistipes je podmienená patogénna baktéria a bola zvýšená diétami s vysokým obsahom tukov a diétami s vysokým obsahom sacharózy [49].
Alistipes bol považovaný za marker črevnej mikroflóry, ktorý bol zdieľaný medzi obéznymi pacientmi s rôznymi metabolickými poruchami [50]. Vyššia abundancia Alistipes bola zistená u pacientov s rôznymi chorobami súvisiacimi s mozgom, vrátane Alzheimerovej choroby, poruchy pozornosti s hyperaktivitou, schizofrénie, poruchy autistického spektra, veľkej depresívnej poruchy, Parkinsonovej choroby a bipolárnej poruchy [51]. Okrem toho bol Alistipes izolovaný od pacientov s abdominálnymi a rektálnymi abscesmi a bol spojený s depresiou a kolorektálnym karcinómom [52]. Ako mikroorganizmus tolerantný voči žlči by sa početnosť Alistipes mohla zvýšiť stravou na báze zvierat [53].
Obohatenie Alistipes bolo tiež vyvolané suplementáciou stravy castalagínom, čo je aktívna zlúčenina v camu-camu z bohatého na polyfenol [54]. Štúdia in vitro naznačila, že Clostridium ASF 356 konzumovalo disoleucín, valín, alanín, treonín, laktát a ďalšie metabolity a podieľalo sa aj na krížovom kŕmení. Niektoré druhy v Clostridium sú patogénne, ako napríklad C. difficile.Metabolizmus žlčových kyselín bol v tejto štúdii narušený expozíciou PFOA. Žlčové kyseliny sa syntetizujú v pečeni z cholesterolu a ukladajú sa v žlčníku a v reakcii na jedlo sa uvoľňujú do čreva a potom prechádzajú enterohepatálnym obehom.
Pred sekréciou sa primárne žlčové kyseliny typicky konjugujú s taurínom a glycínom. Primárne žlčové kyseliny, kyselina cholová a kyselina chenodeoxycholová sa môžu premeniť na sekundárne žlčové kyseliny dekonjugáciou žlčových kyselín a 7-alfa hydroxyláciou. Črevný mikrobiotakán reguluje metabolizmus žlčových kyselín prostredníctvom zníženia hladín kyseliny tauro- -muricholovej, ktorá je antagonistom nukleárneho receptora farnesoidného X receptora (FXR) [55]. Syntéza žlčových kyselín je pod negatívnou spätnou väzbou v pečeni a ileu prostredníctvom aktivácie FXR [55]. V kohorte 313 tehotných afroamerických žien sa zistila súvislosť medzi sérovými žlčovými kyselinami a sérovým PFOA a rastom plodu [56].
U myší C57BL/6J sa pozorovalo zvýšenie cirkulujúcich žlčových kyselín v dôsledku zmesi piatich PFAS, ktoré pozostávali z PFOA, PFOS, PFNA, PFHxS a GenX [57]. Vekom podmienený zápal čriev by sa mohol zlepšiť suplementáciou probiotického kokteilu zvýšením aktivity hydrolázy žlčových solí, čo vedie k zvýšeniu taurínu, ktorý stimuluje tesné spojenia [58]. Nedostatok sekundárnych žlčových kyselín vyvolaný dysbiózou by mohol podporovať črevný zápal, ktorý by mohol byť zmiernené suplementáciou sekundárnych žlčových kyselín u myších modelov [59].
Zhoršenie génovej expresie zapojené do metabolizmu žlčových kyselín pomocou PFOA bolo hlásené v bunkách ľudského HepaRG hepatómu. Znížil sa najmä CYP7A1, kľúčový enzým katalyzujúci rýchlosť obmedzujúci krok syntézy žlčových kyselín [60].
Okrem enzýmov zapojených do biosyntézy žlčových kyselín boli hladiny expresie génov súvisiacich s transportom žlčových kyselín, Bsep a Mrp2, tiež znížené pomocou PFOA v 3D modeli primárnych myších pečeňových sféroidov [61]. Okrem toho sa uvádza, že PFOA interaguje s ľudským transportérom žlčových kyselín, kotransportujúcim polypeptidom Na+/taurocholát [62]. PFOA znížila ich RNA a proteínovú expresiu polypeptidov transportujúcich organické anióny 1a1, 1a4 a 1b2 v myšom modeli prostredníctvom aktivácie receptora aktivovaného peroxizómovým proliferátorom (PPAR) alfa; sú to hlavné transportéry zodpovedné za príjem žlčových kyselín do pečene [63].
Zmeny metabolizmu tryptofánu boli najčastejšie uvádzaným metabolickým znakom spojeným s PFAS v štúdiách na ľuďoch [64]. Črevné mikróby dokážu transformovať tryptofán na indol a jeho deriváty, ako je 3-indol akrylová kyselina a 3-indoloctová kyselina, ktorých hladina bola v tejto štúdii znížená expozíciou PFOA. Konkrétne sa uvádza, že kyselina 3-indoloctová podporuje funkciu črevnej epiteliálnej bariéry a potláča zápalové reakcie [65]. Genetická kapacita črevných mikroorganizmov využívajúcich mucíny a metabolizujúci tryptofán je znížená u pacientov so zápalovým ochorením čriev [65].
Ako cytoplastikreceptor je AhR dôležitým faktorom v tkanivovej homeostáze a imunite, čo umožňuje adaptáciu imunitných buniek na podmienky prostredia [66]. Okrem toho bola kyselina 3-indoloctová hlásená ako jeden z dominantných aktivátorov AhR v obsahu slepého čreva vo vzorkách myší a stolice od ľudských účastníkov [67]. Okrem toho by 3-indoloctová kyselina mohla podporiť integritu črevnej bariéry a potlačiť zápalové reakcie prostredníctvom aktivácie transkripčného faktora AhR, ktorý ďalej podporoval AhR-dependentnú transkripciu IL-22 [68]; Kyselina 3-indoloctová je tiež aktivátorom pregnanového X receptora (PXR), ktorý indukuje tvorbu IL-35+ B buniek spolu s lipopolysacharidom prostredníctvom PXR a Toll-like receptora 4 [69]. Okrem toho má kyselina 3-indoloctová priaznivé účinky, ako je zmiernenie ankylozujúcej spondylitídy [70]; 3-kyselina indoloctová bola významne znížená u myší kŕmených stravou s vysokým obsahom tukov [71].
Suplementácia 3-kyseliny indoloctovej by mohla zmierniť nealkoholické stukovatenie pečene prostredníctvom oslabenia zápalovej odpovede, oxidačného stresu a lipogenézy pečene [72]. Okrem toho 3-kyselina indoloctová ovplyvnila účinnosť chemoterapie u pacientov s rakovinou pankreasu v dvoch nezávislých kohortách s pankreatickým adenokarcinómom [73]. V myšom modeli duktálneho adenokarcinómu pankreasu by transplantácia fekálnej mikroflóry a suplementácia kyseliny 3-indoloctovej tiež mohla zvýšiť chemoterapeutickú účinnosť u humanizovaných gnotobiotických myší [73]. Spolu szníženie 3-kyseliny indolakrylovej a 3-kyseliny indoloctovej pomocou PFOA, tieto priaznivé účinky môžu byť ohrozené.
Táto štúdia mala niekoľko obmedzení. Po prvé, táto štúdia zahŕňala iba samce myší, zatiaľ čo samice myší neboli zahrnuté. Rodovo vyvážený dizajn štúdie, ktorý zahŕňa samce aj samice myší, by mohol zlepšiť túto oblasť štúdie. Po druhé, hladina PFOA v pitnej vode, ktorú kontrolné myši dostali, nebola zistená. Vzhľadom na širokú distribúciu PFOA existovala pravdepodobnosť, že pitná voda, ktorú kontrolné myši dostali, obsahovala nízke hladiny PFOA. Hladina PFOA v pitnej vode bola hlásená medzi 20 a 70 ng/l v Georgii, USA [74]. Aby sa otestoval toxický účinok PFOA na metabolity súvisiace s črevnou mikrobiotou, úroveň expozície v tejto štúdii bola nastavená na 1 ppm, čo je viac ako úroveň relevantná pre životné prostredie. V budúcich štúdiách je potrebné dávku znížiť, aby sa preskúmali zdravotné účinky PFOA na environmentálne relevantných úrovniach.
5. Závery
PFOA sa nedávno stala vážnym problémom verejného zdravia. V tejto štúdii PFOA narušil zloženie črevnej mikrobioty a metabolické profily výkalov, séra a pečene u myší. Zistila sa korelácia medzi črevnou mikrobiotou a rôznymi fekálnymi metabolitmi. Expozícia PFOA vyvolala významné zmeny metabolitov súvisiacich s črevnou mikrobiotou, vrátane žlčových kyselín a metabolitov tryptofánu, ako je 3-kyselina indolakrylová a 3-kyselina indoloctová. Naše zistenia by mohli zlepšiť pochopenie zdravotných účinkov PFOA sprostredkovaných cez črevnú mikroflóru.
Prírodný bylinný liek na zmiernenie zápchy-Cistanche
Cistanche je rod parazitických rastlín, ktorý patrí do čeľade Orobanchaceae. Tieto rastliny sú známe svojimi liečivými vlastnosťami a už po stáročia sa používajú v tradičnej čínskej medicíne (TCM). Druhy Cistanche sa vyskytujú prevažne v suchých a púštnych oblastiach Číny, Mongolska a iných častí Strednej Ázie. Rastliny cistanche sú charakteristické svojimi mäsitými, žltkastými stonkami a sú vysoko cenené pre svoje potenciálne zdravotné prínosy. V TCM sa verí, že Cistanche má tonické vlastnosti a bežne sa používa na výživu obličiek, zvýšenie vitality a podporu sexuálnej funkcie. Používa sa tiež na riešenie problémov súvisiacich so starnutím, únavou a celkovou pohodou. Zatiaľ čo Cistanche má dlhú históriu používania v tradičnej medicíne, vedecký výskum jeho účinnosti a bezpečnosti prebieha a je obmedzený. Je však známe, že obsahuje rôzne bioaktívne zlúčeniny, ako sú fenyletanoidové glykozidy, iridoidy, lignany a polysacharidy, ktoré môžu prispievať k jeho liečivým účinkom.
Wecistanche'scistanche prášok, cistanche tablety, cistanche kapsulya ďalšie produkty sa vyvíjajú pomocoupúšťcistancheako suroviny, pričom všetky majú dobrý vplyv na zmiernenie zápchy. Špecifický mechanizmus je nasledovný: Predpokladá sa, že Cistanche má potenciálne výhody na zmiernenie zápchy na základe jeho tradičného použitia a určitých zlúčenín, ktoré obsahuje. Zatiaľ čo vedecký výskum konkrétne o účinku Cistanche na zápchu je obmedzený, predpokladá sa, že má viacero mechanizmov, ktoré môžu prispieť k jeho potenciálu zmierniť zápchu. Laxatívny účinok:Cistanchesa už dlho používa v tradičnej čínskej medicíne ako liek na zápchu. Predpokladá sa, že má mierny laxatívny účinok, ktorý môže pomôcť podporiť pohyby čriev a vyvolať zápchu. Tento účinok možno pripísať rôznym zlúčeninám v Cistanche, ako sú fenyletanoidové glykozidy a polysacharidy. Zvlhčovanie čriev: Na základe tradičného používania sa Cistanche považuje za látku s hydratačnými vlastnosťami, ktorá je špecificky zameraná na črevá. Podpora hydratácie a lubrikácie čriev môže pomôcť zmäkčiť nástroje a uľahčiť priechod, čím sa zmierni zápcha. Protizápalový účinok: Zápcha môže byť niekedy spojená so zápalom v tráviacom trakte. Cistanche obsahuje určité zlúčeniny, vrátane fenyletanoidných glykozidov a lignanov, o ktorých sa predpokladá, že majú protizápalové vlastnosti. Znížením zápalu v črevách môže pomôcť zlepšiť pravidelnosť vyprázdňovania a zmierniť zápchu.
