Екстракт журавлини, багатий поліфенолами, захищає від ожиріння, спричиненого дієтою, резистентності до інсуліну та

Американська журавлина (Vaccinium macrocarpon Aiton), фрукт, який широко вживають у Північній Америці та є важливим джерелом поліфенолів, визнана перспективною стратегією проти метаболічного синдрому.

Журавлина надає чудові оздоровчі ефекти, включаючи протизапальну та протимікробну дію.

Склад мікробіоти кишечника відіграє вирішальну роль в енергетичному гомеостазі, модулюючи енергетичний баланс, метаболізм глюкози та хронічний запальний стан, пов’язаний з інсулінорезистентністю, спричиненою ожирінням.

Збільшення частки видів, що руйнують муцин, Akkermansia muciniphila було пов’язано із захистом від особливостей метаболічного синдрому.

Які нові висновки?

Введення екстракту журавлини (СЕ) зменшило збільшення ваги та вісцеральне ожиріння, спричинене дієтою, що було пов’язано з нижчим накопиченням тригліцеридів у печінці, кишечнику та плазмі, притупленим запаленням та зменшенням окисного стресу.

Введення СЕ покращило чутливість до інсуліну, як виявили покращена толерантність до інсуліну, нижча оцінка моделі гомеостазу на резистентність до інсуліну та зниження індукованої глюкозою гіперінсулінемії під час перорального тесту на толерантність до глюкози.

Лікування CE запобігало збільшенню циркулюючого ліпополісахариду (тобто метаболічній ендотоксемії), спричиненому високим вмістом жиру/високої сахарози (HFHS).

Введення СЕ було пов’язане з важливим зрушенням мікробіоти кишечника мишей, разюче збільшивши відносну чисельність Акермансії у тварин, які отримували HFHS, що отримували СЕГ.

Як це може вплинути на клінічну практику в осяжному майбутньому?

На сьогоднішній день це перший звіт про фруктовий екстракт, який робить великий вплив на наявність Аккерманзії в мікробіоти кишечника тваринного модельного ожиріння, спричиненого дієтою.

Наші висновки дають вагомі докази того, що маніпуляції з харчуванням мікробіоти кишечника шляхом введення СЕ можуть поліпшити метаболізм у пацієнтів із ожирінням та діабетом 2 типу.

Аккермансія може стати цікавим біомаркером для позитивного впливу фітохімікатів та інших харчових втручань на здоров'я.

Вступ

Зростаючі докази підтверджують, що мікробіота кишечника відіграє вирішальну роль в енергетичному гомеостазі шляхом модуляції енергетичного балансу, 14, 15 метаболізму глюкози16–, 18 та хронічного запального стану, пов’язаного з ожирінням. потужним індуктором запалення, відіграє важливу роль у виникненні та прогресуванні запалення та пов’язаних із ним метаболічних захворювань17. Наприклад, було показано, що споживання дієти з високим вмістом жиру пов’язане з підвищеним портальним та системним рівнем циркуляції ЛПС (тобто 17, 22 Ці дані свідчать про зв'язок між ендотоксином, похідним мікробіоти кишечника, та патогенезом неалкогольної жирової хвороби печінки (NAFLD), засвідчуючи тим самим ключову роль мікробіоти кишечника як оркестратора осі кишечник - печінка . Метаболічна ендотоксемія обумовлена підвищеною проникністю кишечника для ЛПС через порушення функції кишкового бар’єру16, 17, 23 та/або посиленим транспортом ЛПС через частинки хіломікронів у відповідь на жирне харчування.24, 25

Як повідомляється, дієта з високим вмістом жиру змінює мікробіоти кишечника, особливо за рахунок збільшення частки Firmicutes щодо Bacteroidetes, 22, 26, яка, як вважається, відіграє ключову роль у патогенезі метаболічних захворювань, спричинених ожирінням. 16, 19, 27 Крім того, дедалі більші докази вказують на збільшення кількості кишківника Akkermansia spp. може захистити від метаболічного синдрому, пов’язаного з ожирінням28, та сприяє сприятливим метаболічним ефектам шлункового шунтування та протидіабетичного препарату метформіну. 29, 30 кишечнику і становить 1% –3% від загальної мікробіоти кишечника.31 Незважаючи на стійкий прогрес у розумінні складної патофізіології метаболічних порушень, ожиріння та T2D зросли до тривожних пандемічних масштабів, тому наполягаючи на пошуку нових терапевтичних підходів.

Американська журавлина (Vaccinium macrocarpon Aiton) є важливим джерелом фітохімікатів, особливо поліфенолів, 32 і широко споживається в Північній Америці. Високий вміст поліфенолу пов’язаний з важливою антиоксидантною активністю, 33, 34, що особливо актуально в контексті фізіології шлунково-кишкового тракту.35 Цікаво, що нещодавно було показано, що проантоціанідини журавлини (PAC) покращують морфологію шару слизової кишки у мишей.36 Більше того, журавлина також пов’язана з антиканцерогенними, 37, 38 протизапальними39–, 41 та антимікробними ефектами, причому останній головним чином пов’язаний із зміною поверхневої гідрофобності та утворенням біоплівки Р-кишкової кишкової палички, виду, пов’язаного з інфекцією сечовивідних шляхів .42, 43 Цікаво, що, як повідомлялося, введення журавлини покращує дисліпідемію, гіперглікемію та окислювальний стрес у осіб з метаболічним синдромом.44–, 46 Однак основні механізми сприятливого впливу споживання журавлини залишаються в основному невідомими. Головною метою цього дослідження було визначити метаболічний вплив екстракту журавлини (CE) на мишей, що харчуються високим вмістом жиру/високої сахарози (HFHS), та визначити, чи пов'язані його потенційні наслідки для здоров'я з модуляцією мікробіоти кишечника.

Матеріали і методи

Тварини

Екстракт журавлини

Екстракт журавлини в порошку отримували з компанії Nutra Canada (Квебек, Канада). Його фенольна характеристика наведена в таблиці 1. CE розбавляли у воді з концентрацією 40 мг порошку CE на мл. Детальна методологія, яка використовується для проведення фенольної характеристики СЕ, описана в додаткових онлайн-методах.

Хімічна характеристика екстракту журавлини

Гомеостаз глюкози

На 7-му тижні тваринам голодували 6 год і проводили тест на толерантність до інсуліну (ІТТ) після внутрішньочеревної ін’єкції інсуліну (0,75 ОД/кг маси тіла). Концентрацію глюкози в крові вимірювали за допомогою глюкометра Accu-Check (Bayer) до (0 хв) та після (5, 10, 15, 20, 25, 30 та 60 хв) ін'єкції інсуліну. Наприкінці 8-го тижня мишей голодували протягом ночі та проводили пероральний тест на толерантність до глюкози (OGTT) після введення глюкози (1 г/кг маси тіла). Кров відбирали до (0 хв) та після (15, 30, 60, 90 та 120 хв) глюкози для визначення глікемії. Крім того, зразки крові (~ 30 мкл) збирали в кожну часову точку під час ОГТТ для визначення інсулінемії та С-пептиду.

Аналітичні методи

Метагеномічний аналіз

Методи, що використовуються для аналізу бактеріальних таксономічних профілів мікробіому мишачої кишки, описані в додаткових онлайн-методах.

Статистичний аналіз

Введення екстракту журавлини (СЕ) зменшило циркулюючий ліпополісахарид (ЛПС) та полегшило окислювальний стрес та запалення в тонкій кишці. Миші, оброблені CE, демонстрували знижений рівень LPS у циркуляції порівняно з необробленими мишами з високим вмістом жиру/високим вмістом сахарози (HFHS) (A). Накопичення тригліцеридів ієджуналу (В) зменшилось у мишей, оброблених СЕ; однак змін рівня малонового діальдегіду (MDA) (C) не виявлено. Введення СЕ підвищувало активність SOD2 (E), тоді як активність SOD (D) та глутатіонпероксидази (GPx) (F) після лікування СЕ були незмінними. Експресія білка цилооксигенази-2 (G) та TNF-α (H), а також співвідношення NFκB/IκB (I) були значно знижені у мишей, які отримували СЕ, порівняно з контролем HFHS. n = 6–7 (A – I). Дані виражаються як середнє значення ± SEM. * розглянуто p # p 1. "rel =" gallery-fragment-images-1328714956 "data-figure-caption ="

Індукований дієтою HFHS відносний достаток Firmicutes здебільшого пояснювався збільшенням читань, віднесених до видів з роду Oscillibacter (малюнок 5C), тоді як зменшення частки Bacteroidetes, виявлених на 9 тижні, було пов'язано зі зменшенням послідовностей, призначених до роду Barnesiella та інших некласифікованих представників родини Porphyromonadaceae. Важливо відзначити, що введення СЕ було пов’язане з вражаючим збільшенням відносної чисельності Аккермансії на 30% у метагеномі мишей, оброблених СЕ, на 9 тижні (фігура 5С).

Обговорення

Фенольні фітохімікати, як правило, погано всмоктуються, і це було висунуто, щоб припустити, що ці сполуки, можливо, діють, головним чином, на рівні кишкового всмоктування.58, 59. Крім того, кілька звітів продемонстрували, що мікробіота кишечника має причинну роль у патогенезі ожиріння та T2D.12, 28, 30, 60 Це спонукало нас дослідити вплив введення СЕ на мікробіоти кишечника у цьому дослідженні. Наші результати показують, що годування HFHS індукувало значний зсув мікробіоти кишечника мишей, збільшуючи частку твердих речовин і зменшуючи частку бактеріоідів. Ця індукована дієтою зміна мікробного співтовариства мишей, що харчуються HFHS, є типовою характеристикою дисбіозу, обумовленого ожирінням, і узгоджується з попередніми публікаціями, 11, 60–62, як і виявлення збільшення присутності роду Oscillibacter у ожирілих миші.63

Запалення кишечника, як визнано, відіграє важливу роль у ранньому погіршенні метаболізму глюкози та ліпідів на моделях ожиріння та резистентності до інсуліну.13 Що примітно, було встановлено, що введення СЕ повністю пригнічує активацію NFκB у кишечнику мишей, яких годували HFHS. NFκB є центральним регулятором метаболічного запалення і контролює продукцію кількох прозапальних цитокінів, включаючи TNF-α. Лікування CE зменшило кількість TNF-α в кишечнику, а також зменшило експресію білка COX2, ферменту, що має вирішальне значення для синтезу кількох прозапальних молекул. Крім того, було встановлено, що введення СЕ підвищує активність SOD2, припускаючи, що воно може надати деякі його ефекти за рахунок стимулювання захисних механізмів окислювача в кишечнику. Було висловлено припущення, що взаємодія між дієтою та кишковими бактеріями необхідна для індукування запальних змін у кишечнику та впливу на ожиріння, спричинене дієтою, та резистентність до інсуліну.13 Отже, наші спостереження показують, що лікування СЕ, яке діє як пребіотик, може бути нова стратегія проти запалення кишечника та профілактика метаболічного синдрому.

Використання Аккермансії як пробіотика у людей, хоча і є перспективною стратегією, може знайти деякі перешкоди. Наприклад, крім того, що безпека введення Аккермансії для людей в даний час невідома, його культура in vitro є технічно складною та трудомісткою, що свідчить про те, що виробництво Аккермансії як комерційного пробіотику може коштувати дорого. Тому пошук альтернативних методів для збільшення присутності Akkermansia spp. в мікробіоти кишечника видається дійсним, безпечним та, ймовірно, більш економічно ефективним підходом. Крім того, з огляду на той факт, що журавлина вже споживається дуже багато (особливо в Північній Америці), використання СЕ як пребіотику може бути цікавою стратегією для полегшення прихильності до лікування порівняно із введенням нового штаму пробіотиків. Більше того, доза, використана в цьому дослідженні для мишей, може представляти собою здійсненну дозу для людей. Застосовуючи вказівки Управління з контролю за продуктами та ліками США щодо встановлення еквівалентної дози для людини на основі площі тіла 73, ми виявили, що доза 16 мг/кг буде еквівалентною для людини дозою 200 мг/кг у мишей. Цього можна досягти за допомогою добавок або включення СЕ в інші харчові продукти.

Хоча наше дослідження наводить докази корисних метаболічних ефектів лікування СЕ, слід визнати деякі обмеження. По-перше, хоча ми виявили, що лікування СЕ покращує чутливість до інсуліну, на основі аналізу ITT, HOMA-IR та рівня інсуліну натщесерце та постглюкози, майбутні дослідження, які використовують техніку евглікемічного затискача разом з ізотопними індикаторами, можуть бути проведені для подальшого підтвердження цього ефекту CE та визначити внесок печінки та периферичних тканин у цей фенотип. Більше того, ми визнаємо, що об'єднання зразків, що використовуються для аналізу метагеномного бактеріального різноманіття мишей, є ще одним обмеженням цього дослідження, але дозволило нам зосередитися на зрушеннях, що відбуваються в межах домінуючих філотипів через різні способи лікування.

Підводячи підсумок, ми виявили, що лікування СЕ захищає від ожиріння, спричиненого дієтою, стеатозу печінки та резистентності до інсуліну у мишей, яких годували HFHS. Цей ефект був пов'язаний з купіруванням метаболічної ендотоксемії та запалення кишечника. Далі наше дослідження припускає, що здатність адміністрації СЕ підвищувати відносну частку Аккерманзії відіграє ключову роль у цьому захисному ефекті, що наводить нас на думку про те, що фруктові поліфеноли можуть запобігати ожирінню та метаболічному синдрому завдяки пребіотичному ефекту на мікробіоти кишечника.

Подяка

Ми вдячні Андре Комо та Брайану Бойлу (Plate-forme d'Analyses Génomiques, IBIS/Université Laval) за експертні вказівки щодо піросеквенування та подальшого аналізу фільтрації даних. Ми вдячні Емілі Десфоссе-Фуко за допомогу в ранньому етапі аналізу метагеномних послідовностей, особливо при побудові фігурних ділянок. Ми дякуємо Валері Дюме, Крістін Діон, Крістін Даллер та Кім Дено за їх експертну допомогу в експериментах на тваринах.