Ресвератрол послаблює атеросклероз, спричинений триметиламіном-N-оксидом (ТМАО), регулюючи синтез ТМАО та метаболізм жовчної кислоти шляхом ремоделювання мікробіоти кишечника

АНОТАЦІЯ

ЗНАЧЕННЯ Нещодавно триметиламін-N-оксид (ТМАО) був визначений як новий та незалежний фактор ризику сприяння розвитку атеросклерозу (АС), частково шляхом інгібування синтезу печінкової жовчної кислоти (БА). Мікробіота кишечника відіграє ключову роль у патофізіології ТМАО-індукованої АС. Ресвератрол (RSV) - це природний фітоалексин з перевагою пребіотиків. Зростаюча кількість доказів підтверджує гіпотезу про те, що фенольні фітохімікати з поганою біодоступністю, можливо, діють, головним чином, шляхом ремоделювання мікробіоти кишечника. Сучасне дослідження показало, що RSV послаблює ТМАО-індуковану АС, знижуючи рівень ТМАО та збільшуючи неосинтез печінкової ВА шляхом ремоделювання мікробіоти кишечника. А індукований RSV печінковий неосинтез печінки частково опосередковувався за допомогою регулювання осі ентерогепатичного фарнезоїду X рецептор-фактор росту фібробластів 15. Ці результати дають нове розуміння механізмів, відповідальних за анти-АС-ефекти RSV, і вказують на те, що мікробіота кишечника може стати цікавою мішенню для фармакологічних або дієтичних втручань для зменшення ризику розвитку серцево-судинних захворювань.

ресвератрол

ВСТУП

Частота серцево-судинних захворювань (ССЗ), таких як атеросклероз (АС), у всьому світі зростає і стає дорогим питанням охорони здоров'я (1). Нещодавній підхід до метаболоміки виявив, що триметиламін-N-оксид плазми (ТМАО), метаболіт холіну, є новим та незалежним фактором ризику для сприяння АС (2, 3). Генерація ТМАО залежить від мікробіоти кишечника, яка спочатку метаболізує дієтичний холін до триметиламіну (ТМА). Потім ТМА метаболізується до ТМАО ферментами сімейства флавінмонооксигенази (ФМО) у печінці (4). Таким чином, мікробіота кишечника була висунута як ключовий фактор у патогенезі ТМАО-індукованої АС, що може бути новою потенційною терапевтичною мішенню для профілактики та лікування ССЗ. Було виявлено, що антибіотики (Abs) можуть послабити ТМАО-спричинену АС, зменшуючи синтез ТМАО шляхом блокування шляху l-карнітину до ТМА, керованого мікробіотою кишечника (4). Однак побічні ефекти та потенціал стійкості Abs обмежують їх корисність. Отже, ідентифікація натуральних продуктів з чудовими антимікробними ефектами, що пригнічують вироблення ТМА в кишечнику, може бути корисною для профілактики та лікування ТМАО-індукованої АС.

Ресвератрол (RSV) - це природний поліфенол, який в основному зустрічається у винограді, ягодах та інших харчових компонентах і корисний для лікування багатьох метаболічних захворювань, включаючи АС (13). Попередні дослідження показали, що фізіологічні ефекти РСВ, що вживаються з їжею, вражаюче контрастують із поганою біодоступністю, що є основною проблемою для розвитку цього класу сполук у терапевтичні засоби (14, 15). Однак зростаючий масив доказів підтверджує гіпотезу про те, що фенольні фітохімікати з поганою біодоступністю, можливо, діють насамперед шляхом реконструкції мікробіоти кишечника. Дослідники підтвердили, що багатий поліфенолом екстракт журавлини та метформін послаблюють метаболічний синдром, викликаний дієтою у мишей, залежно від мікробіоти кишечника (16, 17). Більше того, було встановлено, що споживання RSV може суттєво модулювати ріст певної мікробіоти кишечника in vivo, включаючи збільшення співвідношення Bacteroidetes-to-Firmicutes та ріст Bacteroides, Lactobacillus та Bifidobacterium (18–22). Ці результати свідчать про те, що RSV може бути хорошим кандидатом на пребіотики і може бути використаний для сприяння зростанню корисних комменсалів і, таким чином, для надання користі для здоров'я господарям.

З огляду на тісний зв’язок між рівнями ТМАО, мікробіотою кишечника, метаболізмом ВА та АС, ми висунули гіпотезу, що RSV може послабити ТМАО-індуковану АС, регулюючи синтез ТМАО та метаболізм БА за допомогою модуляції мікробіоти кишечника. Щоб перевірити цю гіпотезу, ми дослідили вплив RSV на індуковану ТМАО АС, мікробіоти кишечника, синтез ТМАО та метаболізм ВА у мишей C57BL/6J та ApoE -/-. Крім того, також досліджували потенційну участь ентерогепатичної осі FXR-FGF15. Ми вперше показали, що RSV послаблює ТМАО-індуковану АС, знижуючи рівні ТМАО і збільшуючи неосинтез печінкової ВА шляхом ремоделювання мікробіоти кишечника, і що індукований РСВ неосинтез БА частково опосередковується через ентерогепатичну вісь FXR-FGF15.

РЕЗУЛЬТАТИ

Це стаття з відкритим доступом, що поширюється на умовах ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International.

Таблиця S4

Це стаття з відкритим доступом, що поширюється на умовах ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International.

Рисунок S5

Це стаття з відкритим доступом, що поширюється на умовах ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International.

Рисунок S3

Це стаття з відкритим доступом, що поширюється на умовах ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International.

Захищені RSV миші ApoE -/- від індукованої TMAO AS. Восьмитижневим самкам мишей ApoE -/- (n = 10 на групу) вводили RSV (0,4%) з холіном або без нього (1%) за відсутності або присутності Abs протягом 4 місяців. Контрольну групу годували дієтою чау. (A) Ультразвукові зображення B-режиму синуса аорти та кількісне визначення. Стрілки вказують регіони, що цікавлять. RV, правий шлуночок; РА, праве передсердя; Лос-Анджелес, ліве передсердя. (B) Коріння аорти, забруднені маслом червоного кольору (забарвлені гематоксиліном) та кількісне визначення. (C) Олійно-червоне фарбування O цілих аорт, включаючи дугу аорти, грудну клітку та черевну порожнину, та їх кількісне визначення. (D) Загальний вміст холестерину в грудній та черевній аорті. Значення виражаються як середні значення ± SD (n = 10). a, P RSV знижував рівень TMAO за рахунок зменшення генерації TMA за рахунок ремоделювання мікробіоти у мишей ApoE -/-. Як показано на рис. 7А-D, введення РСВ помітно знижувало вміст ТМА та ТМАО та підвищувало рівні експресії активності FMO3 та FMO печінки. Ці результати узгоджуються з нашими висновками у мишей C57BL/6J, вказуючи на важливу роль мікробіоти кишечника в індукованому RSV зниженні рівня TMAO.

Рисунок S4

Це стаття з відкритим доступом, що поширюється на умовах ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International.

Індукований RSV синтез печінкової ВА у мишей ApoE -/-, оброблених холіном. Здається, ТМАО сприяє розвитку АС, частково впливаючи на метаболізм холестерину через регуляцію шляху синтезу БА (4). Тому вплив RSV на синтез БА досліджували у мишей ApoE -/-, оброблених холіном. Ми виявили, що присутність холіну суттєво підвищувало загальний рівень холестерину в сироватці крові (ТК) та рівень холестерину в печінці, а також зменшувало розмір пулу ВА та вміст жовчного міхура та просвіту БА у мишах ApoE -/-; ці ефекти були скасовані шляхом лікування RSV (рис. 8А-Е). І не було суттєвих відмінностей у вмісті ВА у печінці серед груп (рис. 8F). Тим часом RSV також збільшив співвідношення TCA/TβMCA у жовчі (див. Рис. S5A та таблицю S4 у додатковому матеріалі) і змінив індуковане холіном зниження рівня мРНК CYP7A1 та експресії білка у мишей ApoE -/- (рис. 8G та H) . Однак, коли мікробіота кишечника була пригнічена Abs, індукований RSV синтез печінкової ВА значно пригнічувався у мишей ApoE -/-, що годувались холіном (рис. 8). Крім того, одноразове лікування RSV може також викликати синтез печінкової ВА у мишей ApoE -/- (рис. 8). Ці результати дозволяють припустити, що RSV індукував синтез печінкової ВА в кишечнику, залежно від мікробіоти, у мишей ApoE -/-, оброблених холіном.

Нарешті, невідомо, чи взаємодіє ТМАО безпосередньо з певним рецептором, чи він впливає на непрямі зміни сигнальних шляхів, змінюючи конформацію білка (тобто через алостеричні ефекти), тоді як повідомляється, що ТМА впливає на передачу сигналу безпосередньою взаємодією з сімейство G-білкових рецепторів (47). Повідомляється, що ТМАО, невеликий четвертинний амін з аліфатичним характером, здатний безпосередньо індукувати конформаційні зміни білків, стабілізувати згортання білків і виконувати функцію малого молекулярного білка шаперон (48, 49). Таким чином, можна уявити, що ТМАО може змінювати багато сигнальних шляхів, не впливаючи безпосередньо на «рецептор ТМАО». Однак точні механізми, за допомогою яких циркулюючий ТМАО сприяє розвитку АС, і чи може RSV також змінити спричинені ТМАО зміни в інших сигнальних шляхах, досі в основному невідомі і потребують подальшого з'ясування.

Наскільки нам відомо, ми вперше продемонстрували, що RSV послаблює ТМАО-індуковану АС, регулюючи синтез TMAO і BAs шляхом ремоделювання мікробіоти кишечника, і що опосередкований RSV печінковий неосинтез печінки BA частково модулюється шляхом регулювання регуляції осі FXR-FGF15 кишечника-печінки (рис. 10). Отже, ці результати відкривають новий шлях досліджень щодо потенційних серцево-судинних захисних ефектів RSV і вказують на те, що мікробіота кишечника може стати цікавою мішенню для фармакологічних або дієтичних втручань для зменшення ризику розвитку ССЗ.

Модель, що зображує використання RSV для ослаблення АС шляхом націлювання на мікробіоти кишечника. Дієтичний РСВ може змінити склад флори кишечника. З одного боку, це може призвести до зниження рівня продукування мікробної ТМА в кишечнику, що згодом призведе до зниження синтезу ТМАО в печінці і, зрештою, до інгібування АС. З іншого боку, RSV підвищує активність BSH шляхом ремоделювання мікробіоти кишечника, що сприяє утворенню некон’югованих БА з кон’югованих БА та посилює втрату БА у фекаліях. Індукована RSV фекальна втрата BA призводить до зменшення вмісту BA клубової кістки, тим самим інгібуючи вісь FXR-FGF15 клубової кістки, а потім підвищує рівень експресії CYP7A1 в печінці, в подальшому викликаючи печінковий неосинтез BA, що сприяє гомеостазу холестерину, остаточно послаблюючи AS . Червоний вказує на вплив RSV, фіолетовий - на зниження регуляції з боку RSV, зелений - на підвищення регуляції з боку RSV, а синій - на флору кишечника. ДМС, літохолева кислота.

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ

Тварини та лікування. Самки мишей C57BL/6J та мишей ApoE -/- з генетичним походженням C57BL/6 були придбані в лабораторії Джексона (Bar Harbor, ME, США). Тварин утримували при контрольованій температурі (22 ± 2 ° C) з 12-годинним періодом світло/темрява. Під час усіх експериментів мишей поселяли поодинці в клітинах і мали вільний доступ до води. Мишей контрольної групи годували стандартною дієтою чау (модифікована NIH31 дієта для мишей/щурів; Харлан Теклад). Експерименти на тваринах проводились у суворій відповідності до рекомендацій у Керівництві з догляду та використання лабораторних тварин, опублікованому Національним інститутом охорони здоров’я, та затвердженому Комітетом з догляду та використання тварин Третього військово-медичного університету (Чунцин, Китай; Схвалення SYXC-2014-00112). Пентобарбітальна натрієва анестезія (50 мг/кг маси тіла) вводилася до хірургічних процедур, докладаючи максимум зусиль, щоб мінімізувати страждання. В кінці експериментів мишей вбивали вивихом шийки матки з подальшою декапітацією.

Статистичний аналіз. Кількісні дані представлені як середні значення ± стандартні відхилення (SD) результатів трьох незалежних експериментів. Статистичний аналіз проводили або за допомогою критерію t Стьюдента, або одностороннього дисперсійного аналізу, використовуючи SPSS 13.0 (SPSS Inc., Чикаго, Іллінойс). Значення Р менше 0,05 вважали статистично значущим, а пост-спеціальний тест Тукі-Крамера застосовували, якщо значення Р менше 0,05. Співвідношення між параметрами хазяїна та популяціями бактерій оцінювали за допомогою кореляційних тестів Пірсона, використовуючи GraphPad Prism версії 6.00 (GraphPad Software, La Jolla, CA). FDR у багаторазових порівняннях були оцінені для кожного таксону на основі значень P, які були отримані в результаті оцінок кореляції в статистичному програмному забезпеченні R.

Повний опис додаткових матеріалів та методів наведено в тексті S1 додаткового матеріалу.

Текст S1

Це стаття з відкритим доступом, що поширюється на умовах ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International.