Doplněk stravy s cysteinem během těhotenství zachraňuje mateřskou hypertenzi vyvolanou chronickým onemocněním ledvin u potomků samců potkanů: Vliv metabolitů tryptofanu pocházejících ze sirovodíku a mikrobioty

Abstraktní

Chronické onemocnění ledvin matky (CKD) je spojeno s hypertenzí potomků. S rozvojem hypertenze úzce souvisí střevní mikrobiom a jeho metabolity tryptofanu, oxid dusnatý (NO) a renin-angiotensinový systém (RAS). Sirovodík (H2S) prokázal antihypertenzní účinek. Naším cílem bylo otestovat, zda suplementace L- nebo D-cysteinu v těhotenství může zabránit hypertenzi naprogramované CKD matky u dospělých potomků a prozkoumat ochranné mechanismy. CKD byla indukována u březích potkanů ​​Sprague Dawley dietou s obsahem 0,5 procenta adeninu po dobu 3 týdnů. L- nebo D-cystein byl během těhotenství suplementován v dávce 8 mmol/kg tělesné hmotnosti/den. Mužští potomci byli utraceni ve věku 12 týdnů (n=8 na skupinu). Hypertenze vyvolané CKD u matky byla podobně zabráněna suplementací L- nebo D-cysteinu. Ochranné účinky L- a D-cysteinu souvisí se snížením oxidačního stresu, obnovením rovnováhy RAS a přetvořením střevního mikrobiomu. L-cysteinová terapie chránila dospělé potomky před hypertenzí a byla spojena se zvýšenou produkcí H2S, obnovením biologické dostupnosti NO, posílením prospěšných rodů Oscillibacter a Butyricicoccus, deplecí rodů Alistipes a Akkermansia produkujících indol a redukcí několika metabolitů indolu. Léčba D-cysteinem zvýšila kyselinu kynurenovou, 3-hydroxykynurenin a kyselinu xanthurenovou v kynureninové dráze, snížila 5-hydroxytryptofan a serotonin v serotoninové dráze a obohatila početnost rodů Bacteroides a Odoribacter. V souhrnu tyto výsledky naznačují, že L- a D-cystein chrání před mateřskou CKD-indukovanou hypertenzí potomků, pravděpodobně zvýšením produkce H2S, modulací střevní mikroflóry a jejích odvozených metabolitů a obnovením NO a RAS.

Klíčová slova

chronické onemocnění ledvin; cystein; hypertenze; vývojový původ zdraví a nemoci (DOHaD); renin-angiotensinový systém; střevní mikroflóra; sirovodík; indol.

Kliknutím sem zjistíte, jaký je účinek přípravku Cistanche

Úvod

Rostoucí množství dat zdůrazňuje těhotenství a laktaci jako kritické období, ve kterém mohou mateřské urážky ovlivnit zdraví a nemoc výsledného potomka, nyní označované jako vývojový původ zdraví a nemoci (DOHaD) [1]. Ženy s chronickým onemocněním ledvin (CKD) jsou ohroženy nejen nepříznivými výsledky souvisejícími s těhotenstvím, ale také pro potomky [2]. Náš dřívější výzkum uváděl, že CKD vyvolané adeninem u matky indukuje u dospělých potomků zvýšení krevního tlaku (BP), což se shodovalo se změnami ve složení střevní mikroflóry, změnami v odvozených metabolitech a zvýšením uremických toxinů [3].

Během těhotenství je esenciální aminokyselina tryptofan důležitá pro vývoj plodu a syntézu placentárního proteinu [4]. Metabolismus tryptofanu prochází ve střevě třemi hlavními cestami, které vedou k derivátům kynureninu, serotoninu a indolu [5]. K tvorbě indolu dochází působením enzymu tryptofanázy [6]. Indolové metabolity tryptofanu (tj. indoxylsulfát a kyselina indoloctová) jsou klíčovou skupinou uremických toxinů odvozených ze střevní mikrobioty, které hrají klíčovou roli v patogenezi CKD [6]. Uremické toxiny odvozené z tryptofanu mohou aktivovat receptory aryl uhlovodíků (AHR) k indukci oxidačního stresu prostřednictvím aktivace NADPH oxidázy a inhibice antioxidačních obranných mechanismů [6,7]. Je dobře známo, že oxidativní stres hraje klíčovou roli v patogenezi CKD a hypertenze ve vývojovém původu [8]. Vzhledem ke složitosti metabolických drah tryptofanu jsou různé vlastnosti metabolitů odvozených od tryptofanu spojeny s patofyziologií několika onemocnění [5,6,9]. Existuje však málo informací o tom, zda jsou metabolity odvozené z tryptofanu prospěšné nebo škodlivé pro hypertenzi indukovanou CKD u dospělých potomků.

Nedávný výzkum naznačuje, že sirovodík (H2S) může mít určité zdravotní přínosy jako strategie přeprogramování, včetně antihypertenzního účinku [10,11]. Bylo popsáno několik mechanismů, které jsou základem jeho účinků na snížení krevního tlaku [12,13], včetně zvýšení biologické dostupnosti oxidu dusnatého (NO), modulace systému renin–angiotenzin (RAS) a snížení oxidačního stresu. Již dříve jsme prokázali, že u spontánně hypertenzních potkanů ​​(SHRs) léčených vysokým obsahem soli, kterým byl podáván L- nebo D-cystein, prekurzory H2S, ve věku mezi 4 a 6 týdny, se ve věku 12 týdnů nevyvinula hypertenze [14]. Kromě tvorby H2S působí L-cystein jako redukovaný prekurzor glutathionu (GSH); GSH je známý antioxidant [15]. V souladu s tím má L- nebo D-cystein antioxidační vlastnosti jako protiváha oxidačního stresu. Protože H2S má vazodilatační vlastnosti a H2S může regulovat aktivitu mikrobiální tryptofanázy [10,16], zaměřili jsme se na zkoumání, zda suplementace L- nebo D-cysteinem u matek může poskytnout ochranu potomkům potkanů ​​před hypertenzí vyvolanou mateřským CKD a objasnit základní mechanismy se zaměřením na střevní mikroflóru a metabolity pocházející z tryptofanu.

Materiály a metody

1. Péče o zvířata a experimentální design

Na začátku studie byly použity krysy Virgin Sprague Dawley (SD) (ve věku 8 týdnů, zakoupené od BioLASCO Taiwan Co., Ltd., Taipei, Taiwan). Po příjezdu byly krysy umístěny v našem zařízení pro zvířata s plnou akreditací AAALAC. Postupy použité v této studii byly prováděny podle pravidel péče a používání laboratorních zvířat Národního institutu zdraví a IACUC nemocnice Chang Gung Memorial Hospital (Povolení č. 2020073102).

Doplněk Cistanche

K indukci modelu CKD dostávaly samice potkanů ​​SD v naší předchozí práci po dobu 3 týdnů pravidelnou potravu (n {{0}}) nebo potravu doplněnou o 0,5 procenta adeninu [3]. Krysí samice byly až do páření v kleci s potkaními samci. Po potvrzení páření přítomností kopulační zátky byly samice umístěny jednotlivě a náhodně rozděleny do čtyř skupin: kontrola, CKD (krysy léčené adeninem), LC (krysy léčené adeninem dostávaly L-cystein doplněný v dávce 8 mmol/kg tělesné hmotnosti/den během březosti) a DC (krysy léčené adeninem dostávaly během březosti suplementovaný D-cystein v dávce 8 mmol/kg tělesné hmotnosti/den). Zde použité dávky L-cysteinu a D-cysteinu vycházejí z naší předchozí studie provedené na potkanech [14]. Byla provedena standardizace velikosti vrhu a z vrhů bylo vyřazeno osm mláďat. Protože bylo zjištěno, že samci mají hypertenzi v mladším věku než samice [17], bylo z každého vrhu vybráno pouze samčí potomstvo pro použití v následujících experimentech. Mužské potomstvo bylo přiřazeno do čtyř experimentálních skupin (n=8 na skupinu): C, CKD, LC a DC. Štěňata byla odstavena ve 3 týdnech na normální potravu.

Potkani byli aklimatizováni na CODA neinvazivní systém krevního tlaku (metoda manžety na ocasu, Kent Scientific Corporation, Torrington, CT, USA) po dobu 20 cyklů na potkana po dobu jednoho týdne před experimentem, aby byla zajištěna přesnost a reprodukovatelnost. Podle našeho protokolu [3] byl TK měřen u potkanů ​​při vědomí každé čtyři týdny. Celkem 32 potomků bylo usmrceno ve věku 12 týdnů. Vzorky výkalů byly odebírány ráno před usmrcením zvednutím ocasu a jeho otočením směrem dozadu, aby se vyvolala defekace. Pozdější vzorky stolice byly až do extrakce uchovávány při -80 ◦C v mrazáku. Vzorky krve byly odebírány do heparinových zkumavek. Ledviny byly odebrány a skladovány při -80 ◦C až do analýzy. Ledviny byly odebrány po perfuzi fyziologickým roztokem pufrovaným fosfátem. Jedna ledvina byla odstraněna a rozdělena na kůru a dřeň a bleskově zmražena; druhá ledvina byla fixována a odebrána pro imunohistochemii.

2. Vysoce výkonná kapalinová chromatografie – hmotnostní spektrometrie (HPLC-MS/MS)

Použili jsme systém Agilent Technologies 1290 pro vysokoúčinnou kapalinovou chromatografii (HPLC) spojený s Agilent 6470 Triple Quadrupole kapalinová chromatografie-tandemová hmotnostní spektrometrie (LC/MS, Wilmington, DE, USA) ke stanovení plazmatických hladin H2S a thiosulfátu, jak bylo popsáno dříve. [18]. Byl stanoven H2S derivát sulfide divine (SDB) a thiosulfátový derivát pentafluorbenzyl (PFB)-S2O3H. Detekce cílových sloučenin byla prováděna ve zvoleném režimu monitorování reakce s použitím přechodů m/z 415→223, m/z 292,99→81 a m/z 212,99→93, pro SDB, PFB-S2O3H, respektive PHB. Jako vnitřní standard jsme použili fenyl 4-hydroxybenzoát (PHB).

3. Tandemový kapalinový chromatograf – hmotnostní spektrometrie (LC-MS/MS)

Plazmatické hladiny tryptofanu a jeho metabolitů byly analyzovány pomocí LC-MS/MS. Bylo stanoveno celkem 13 metabolitů tryptofanu, včetně kyseliny kynurenové, kyseliny xanthurenové, 3-hydroxykynureninu (3-HKN), 3-kyseliny hydroxyanthranilové (3-HAA), {{ 6}}hydroxytryptofan (5-HTP), serotonin, kyselina hydroxyindoloctová (5-HIAA), N-acetylserotonin (N-AS), indoxylsulfát (IS), indol-3-acetamid (IAM), kyselina indoloctová (ILA), indol-3-karboxaldehyd (ICA) a kyselina indoloctová (IAA). Vzorky plazmy (200 ul) byly přidány do 1,5 ml centrifugační zkumavky obsahující 400 ul roztoku vnitřního standardu, 200 ul acetonitrilu a 400 ul methanolu. Zkumavky byly umístěny na centrifugu na 15 minut při 14,000 rpm při 4 °C. Supernatant byl odebrán a zakoncentrován na 100 ul centrifugací. Později bylo přidáno 100 ul 5 mM vodného roztoku octanu amonného a methanol (9:1, obj./obj.) a dobře promícháno. Vzorek byl poté injikován do LC-MS/MS v množství 2 ul. Separace byla provedena chromatografií s použitím systému Agilent 1200 Infinity II HPLC vybaveného kolonou Water Acquity UPLC HSS T3 (2,1 mm x 100 mm; 1,8 um; Agilent Technologies). Složky byly eluovány gradientem rozpouštědla A (5 mM vodný roztok octanu amonného) a rozpouštědla B (acetonitril). HPLC systém Agilent 1200 Infinity II byl spojen s Agilent 6470A Triple Quadrupole LC/MS (Agilent Technologies). Eluát byl monitorován na metabolity tryptofanu v režimech detekce sledování více reakcí (MRM) s charakteristickými prekurzory a produktovými ionty.

Extrakt z cistanche

4. Kvantitativní RT-PCR

Tkáň kůry ledvin potkana byla homogenizována v lyzačním pufru a celková RNA byla extrahována pomocí metody TRIZOL (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA), jak bylo popsáno dříve [3]. Dvoukroková kvantitativní PCR v reálném čase byla provedena pomocí sady QuantiTect SYBR Green PCR Kit (Qiagen, Valencia, CA, USA) na detekčním systému iCycler iQ Real-Time PCR (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) v duplikátech. Byly stanoveny celkem čtyři geny podílející se na produkci H2S, včetně cystathionin-syntázy (CBS), cystathionin-lyázy (CSE), 3-merkaptopyruvátsulfurtransferázy (3MST) a D-aminokyselinové oxidázy (DAO). Změřili jsme také několik genů renin–angiotenzinového systému (RAS), včetně reninu, (pro)reninového receptoru (PRR), angiotenzin konvertujícího enzymu (ACE), angiotenzin konvertujícího enzymu-2 (ACE2), receptoru angiotenzinu II typu 1 (AT1R), receptor angiotensinu II typu 2 (AT2R) a receptor angiotenzinu-(1–7)/Mas (MAS). Jako vnitřní kontrolu jsme použili referenční gen 18S ribozomální RNA (R18S). Každý vzorek byl testován v duplikátech. Primery byly navrženy pomocí GeneTool Software (BioTools, Edmonton, AB, Kanada) a jsou uvedeny v tabulce 1. Pro stanovení relativní genové exprese byla použita metoda komparativního prahového cyklu (Ct). Násobná změna pro každou mRNA vzhledem ke kontrole byla vypočtena pomocí vzorce 2−∆∆Ct.

5. Analýza složení střevní mikroflóry

Jak bylo popsáno dříve [3], bakteriální DNA ze vzorků zmrazené stolice byla extrahována a analyzována metagenomickou analýzou 16S rRNA ve společnosti Biotools Co., Ltd. (Taipei, Taiwan) pomocí platformy Illumina Miseq (Illumina, San Diego, CA, USA). Sekvence byly zpracovány pomocí QIIME verze 1.9.1. Sekvence s podobností na základě vzdálenosti 97 procent nebo větší byly seskupeny do operačních taxonomických jednotek (OTU) pomocí algoritmu USEARCH. Fylogenetické vztahy byly konstruovány na základě reprezentativního sekvenčního zarovnání s FastTree. Porovnali jsme vzorce – a – diverzity pro mikrobiální komunity. Alfa diverzita byla měřena indexem ACE. Hodnotili jsme diverzitu střevní mikroflóry napříč skupinami pomocí Analýzy podobností (ANOSIM) a Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA). Byla hodnocena velikost účinku lineární diskriminační analýzy (LEfSe), aby se objevily vysokorozměrné biomarkery.

6. Analýza parametrů oxidu dusnatého

Použili jsme systém HP Agilent 11{{10}}0 HPLC System (Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA) s fluorescenční detekcí O-ftalaldehydu/3-merkaptopropionové kyseliny (OPA/ 3-MPA) deriváty pro měření parametrů souvisejících s NO v plazmě, jak bylo popsáno dříve [3]. Tyto parametry zahrnovaly L-arginin a inhibitor NO syntázy asymetrický a symetrický dimethylarginin (ADMA a SDMA). Standardy obsahovaly 1–100 mM L-arginin, 0,5–5 mM ADMA a 0,5–5 mM SDMA.

7. Renální aktivita uvolňující H2S

Aktivita ledvin uvolňující H2S byla měřena pomocí metody methylenové modři, jak bylo popsáno dříve [12]. Koncentrace byla vypočtena proti kalibrační křivce NaHS (3,125–250 µM) a reprezentována jako µM/gram proteinu/min. Všechny vzorky byly testovány v duplikátech.

8. Imunohistochemické barvení na 8-OHdG

8-Hydroxydeoxyguanosin (8-OHdG) je produkt oxidace DNA, který byl určen k detekci poškození DNA. Jak jsme popsali dříve [14], tkáň zalitá v parafínu nařezaná na 4 um tloušťky byla zbavena parafinu v xylenu a rehydratována v odstupňovaném ethanolu na fyziologický roztok pufrovaný fosfátem. Po blokování imunoblotem (BIOTnA Biotech., Kaohsiung, Taiwan) byly řezy inkubovány po dobu 2 hodin při teplotě místnosti s anti-8-OHdG protilátkou (1:100, JaICA, Shizuoka, Japonsko). Imunohistochemické barvení bylo detekováno pomocí značkovací soupravy polymer-křenová peroxidáza (HRP) (BIOTnA Biotech) a 3,30 -diaminobenzidinu (DAB) jako chromogenu. Byla použita negativní kontrola identického barvení s vynecháním inkubace s primární protilátkou. Kvantitativní analýza 8-OHdG-pozitivních buněk na mikroskopické pole v řezech ledvin byla provedena, jak jsme popsali dříve [14].

9. Statistická analýza

Všechna data jsou prezentována jako průměr ± standardní chyba průměru. Statistické analýzy byly prováděny s použitím jednocestné ANOVA nebo dvoucestné ANOVA, kde to bylo vhodné. Byl použit Tukeyův post hoc test, kde bylo provedeno více srovnání. BP byl analyzován dvoucestným opakovaným měřením ANOVA a Tukeyho post hoc testem. Bioinformatické analýzy střevní mikroflóry byly provedeny pomocí softwaru R. Na základě normalizovaného profilu abundance OTU byla měřena mikrobiální diverzita pomocí jednocestné ANOVA následované korekcí falešného objevu (FDR) pomocí ACE indexu. Rozdílnost mikrobiálních komunit mezi skupinami byla hodnocena pomocí PLS-DA pomocí R softwaru. Shlukování vzorků v analýze diverzity bylo testováno pomocí ANOSIM pomocí veganského balíčku v softwaru R. Klíčové bakteriální taxony odpovědné za diskriminaci mezi různými skupinami byly identifikovány pomocí algoritmu velikosti účinku lineární diskriminační analýzy (LEfSe). Prahová hodnota skóre lineární diskriminační analýzy (LDA) > 3 a p < 0,05 indikovala významně obohacené mikrobiální komunity. Hladina významnosti byla stanovena na 5procentní hladině. Statistické analýzy byly provedeny pomocí softwaru SPSS (SPSS Inc., Chicago, IL, USA).

Cistanche prášek

Diskuse

Naše studie poskytuje nové poznatky o příznivých účincích mateřské terapie L- nebo D-cysteinem na ochranu před hypertenzí u potomků vyvolanou CKD se specifickým důrazem na signální dráhy H2S a metabolity tryptofanu odvozené ze střevních mikrobů Naše hlavní zjištění jsou popsána následovně: (1 ) hypertenze vyvolané CKD u matky bylo podobně zabráněno suplementací L- nebo D-cysteinu v těhotenství; (2) L-cysteinová terapie chránila dospělé potomky před hypertenzí a souvisela se zvýšením plazmatických hladin HS a thiosulfátu; (3) ve srovnání s CKD léčba D-cysteinem zvýšila metabolity tryptofanu v kynureninové dráze, ale snížila ty v serotoninové dráze (4) ochranný účinek L- i D-cysteinu byl spojen se snížením renálního oxidačního stresu, reprezentováno jako 8-OHdG barvení; (5) léčba CKD a L- a D-cysteinem u matky odlišně tvarovala profily střevní mikroflóry potomků, což vedlo ke čtyřem odlišným enterotypům; (6) příznivé účinky D-cysteinu byly relevantní pro zvýšení abundance rodů Bacteroides a Odoribacter; (7) příznivý účinek L-cysteinu byl spojen s obnovením hladin L-argininu a poměru L-argininu k ADMA v plazmě; a (8) L- a D-cysteinová terapie chránila hypertenzi u potomků naprogramovanou CKD matky, která se shodovala s rebalancí RAS.

Na podporu naší předchozí studie u SHR [14] odhalila suplementace L- a D-cysteinem podobné účinky na snížení TK u dospělých potomků narozených matkám s CKD. Je třeba poznamenat, že suplementace L- nebo D-cysteinem byla podávána matkám potkanů ​​během březosti, takže snížení TK u dospělých potomků bylo způsobeno přeprogramováním, namísto akutního účinku. Naše studie poskytuje další důkaz, že suplementace specifickými aminokyselinami v raném věku by mohla zvrátit proces programování a poskytnout výhody týkající se hypertenze [21].

Snížení TK pozorované v této studii je v souladu s předchozími zjištěními prokazujícími vazorelaxační vlastnosti H2S [10,11,22]. H2S lze endogenně produkovat pomocí substrátu L- nebo D-cysteinu [10,11,22]. Z našich údajů vyplývá, že léčba L-cysteinem zvýšila renální enzym CBS generující H2S a expresi CSE, renální aktivitu uvolňující H2S, stejně jako plazmatické hladiny H2S a thiosulfátu. D-cystein obnovil CKD-indukované snížení plazmatických hladin thiosulfátu, zatímco měl malý účinek na renální enzymy generující H2S. V rozporu s předchozí studií, která uvádí, že renální dráha D-cysteinu je 80-krát vyšší při aktivitě tvorby H2S než dráha L-cysteinu [23], naše výsledky odhalily, že obě zahrnují rozdílnou regulaci tvorby H2S cestou, ale jejich příznivé účinky jsou srovnatelné.

Výhody L- a D-cysteinu mohou zahrnovat jejich schopnost modulovat střevní mikrobiom, včetně zvýšení množství určitých prospěšných mikrobů a zprostředkování bakterií metabolizujících tryptofan. Vyšší diverzita se ukázala jako výhodnější pro hypertenzi [19]; pozorovali jsme však, že diverzita se mezi těmito čtyřmi skupinami nelišila. Ačkoli zvýšený poměr F/B pozorovaný ve skupině s CKD je v souladu s předchozími zjištěními, která ukazují, že tento poměr by mohl sloužit jako mikrobiální marker spojený s hypertenzí [19], naše data také ukázala zvýšený poměr ve skupině LC bez hypertenze.

Údaje v této práci odhalily, že suplementace L- nebo D-cysteinem zvýšila početnost několika prospěšných bakterií, jako jsou Butyricicoccus, Bacteroides a Odoribakter spp. [24,25]. Tento výsledek nebyl překvapivý vzhledem k předchozí studii, která prokázala, že hojnost rodu Odoribacter produkujícího butyrát nepřímo koreluje s BP [26]. Příznivé účinky L- nebo D-cysteinu na přeprogramování hypertenze, alespoň částečně, jsou spojeny s posílením prospěšných mikrobů.

Naše data prokázala, že léčba CKD a cystein u matky měla rozdílné účinky na tryptofanové metabolity potomků odvozené z indolových a serotoninových drah. Naše data zejména ukázala, že CKD u matky způsobilo snížení plazmatických hladin IS, IAM a IAA, z nichž všechny jsou deriváty indolu. IS i IAA jsou dobře známé uremické toxiny odvozené od tryptofanu, které se mohou vázat na arylhydrokarbonový receptor (AHR), jehož aktivace souvisí se zvýšeným rizikem hypertenze [27]. Aktivace AHR signalizace může vyvolat oxidační stres a zánět [6,7,28–30], čímž jsou uremické toxiny odvozené z tryptofanu úzce spojeny s rozvojem kardiovaskulárních onemocnění. Bylo prokázáno, že expozice AHR ligandům zvyšuje expresi enzymů generujících ROS, zvyšuje produkci ROS, spouští prozánětlivé osy T helper 17 a indukuje produkci prozánětlivých cytokinů [29,30]. Proto jsou nutné další studie, aby se objasnilo, zda souhra mezi uremickými toxiny pocházejícími z tryptofanu a AHR hraje roli v patogenezi programované hypertenze prostřednictvím indukce oxidačního stresu a zánětu. Snížení IS, IAM a IAA pozorované u potomků narozených matkám s CKD se shodovalo s hypertenzí, což naznačuje, že snížení indolových metabolitů může být kompenzačním mechanismem, ale ne příčinou hypertenze vyvolané CKD.

Několik typů střevních bakterií se podílí na metabolismu tryptofanu [31–33], jako jsou Alistipes, Akkermansia a Bacteroides. Zjistili jsme, že rody Alistipes a Akkermansia produkující indol byly v reakci na léčbu L-cysteinem relativně vyčerpané. Protože L-cystein redukoval Alistipes a Akkermansii na úrovni rodu, pokles metabolitů tryptofanu, IAM a IAA byl pravděpodobně způsoben sníženým množstvím střevních mikrobů produkujících indol. Vzhledem k tomu, že H2S může regulovat aktivitu mikrobiální tryptofanázy a ovlivnit tak degradaci tryptofanu na indol [11,16], naše výsledky prokazují proveditelnost změny produkce metabolitů indolu prostřednictvím manipulace střevní mikroflóry léčbou L-cysteinem. Dále jsme pozorovali, že jak L-, tak D-cystein podobně snižují hladiny serotoninu v plazmě. Jedna předchozí studie uváděla, že mikrobiota řízená umělou výživou by mohla posunout metabolickou dráhu tryptofanu ze serotoninu na tryptamin, což se shodovalo se zvýšeným výskytem rodu Butrycimonas, ale snížilo se Holdemania a Akkermansia [34]. Proto jsou zapotřebí další studie k objasnění toho, jak H2S zprostředkovává určité mikroby metabolizující tryptofan k řízení různých metabolických drah tryptofanu.

Kapsle Cistanche

Předchozí výzkum ukázal, že příznivé účinky H2S na hypertenzi mohou být způsobeny obnovením nové rovnováhy mezi vazokonstriktory (např. RAS) a vazodilatátory (např. NO) [12,13]. Naše data v této práci ukázala, že L-cystein nejen zlepšil biologickou dostupnost NO, ale také zvýšil AT2R a MAS. Je známo, že AT2R a MAS jsou součástí ochranného ramene RAS, které může vyvažovat škodlivé účinky zprostředkované angiotenzinem II (Ang II) [35]. Na druhé straně D-cystein snižoval renální mRNA expresi reninu, PRR a AT1R. Vzhledem k tomu, že osa renin/PRR a osa Ang II/AT1R podporují hypertenzi, je možné, že by D-cystein mohl ovlivnit RAS směrem k jeho přínosu ke snížení TK.

Další ochranný mechanismus terapie L- a D-cysteinem na programovanou hypertenzi v tomto modelu může být spojen se snížením oxidačního stresu. Pozorovali jsme, že jak L-, tak D-cysteinová terapie zlepšila CKD-indukovaný oxidační stres v ledvinách potomků, reprezentovaný jako barvení 8-OHdG. Naše údaje jsou v souladu s předchozím výzkumem, který prokazuje, že oxidativní stres se podílí na patogenezi programované hypertenze během vývoje ledvin [8].

Je třeba uznat některá omezení této studie. Nejprve jsme se zaměřili hlavně na ledviny. Proto bylo velmi málo známo o tom, jakou roli hrají další BP-kontrolované orgány v příznivém účinku L- nebo D-cysteinu proti hypertenzi indukované CKD u matky. Za druhé, nezkoumali jsme změny mikrobioty v různých fázích vývoje. Střevní mikrobiální změny u dospělého potomstva mohou odrážet postnatální plasticitu namísto primárního naprogramovaného procesu v reakci na CKD a suplementaci cysteinu u matky. Kromě toho, pokud je nám známo, nebyly hlášeny žádné studie pro současné stanovení všech metabolitů tryptofanu. Ačkoli naše vyvinutá metoda může kvantifikovat 13 metabolitů patřících do tří různých metabolických drah tryptofanu, stále existují některé důležité metabolity, jako je kyselina chinolinová a melatonin, které jsou vyloučeny. Ke zlepšení metody monitorování většiny metabolitů tryptofanu a toho, jak se metabolismus tryptofanu mění mezi třemi metabolickými cestami, jsou zapotřebí další studie, což by mohlo poskytnout pohled na CKD a související onemocnění. A konečně, vezmeme-li v úvahu komplexní metabolismus tryptofanu v přeslechu mezi mikrobiotou a hostitelem, určení, které metabolity tryptofanu hlavně podporují příznivý účinek mateřské léčby L- a D-cysteinem, si zaslouží další zkoumání.

Závěry

Závěrem lze říci, že výsledky této studie naznačují, že suplementace L- nebo D-cysteinem v potravě chrání dospělé potomstvo před hypertenzí vyvolanou CKD u matek. Tyto příznivé účinky suplementace cysteinu byly spojeny se zvýšením produkce H2S, obohacením prospěšných mikrobů, změnami bakterií metabolizujících tryptofan a metabolitů tryptofanu, snížením oxidačního stresu, obnovením biologické dostupnosti NO a obnovením rovnováhy RAS. Metabolity tryptofanu mohou působit jako mediátory komunikace mezi střevem a ledvinami a existuje naléhavá potřeba studií regulace metabolismu tryptofanu prostřednictvím změny střevní mikroflóry u CKD. Posun směrem k lepšímu pochopení mechanismů, které stojí za metabolismem H2S a tryptofanu zapojenými do programování hypertenze, je zásadní pro vývoj ideální intervence přeprogramování k zastavení globální epidemie hypertenze.

Reference

1. Hanson, M.; Gluckman, P. Vývojový původ nepřenosných nemocí: Populace a důsledky pro veřejné zdraví. Dopoledne. J. Clin. Nutr. 2011, 94, 1754S–1758S. [CrossRef] [PubMed]

2. Piccoli, GB; Alrukhaimi, M.; Liu, ZH; Zakharova, E.; Levin, A.; Řídící výbor Světového dne ledvin. Co děláme a co nevíme o ženách a onemocněních ledvin; Nezodpovězené otázky a nezpochybněné odpovědi: Úvaha o Světovém dni ledvin a Mezinárodním dni žen. Physiol. Int. 2018, 105, 1–18. [CrossRef]

3. Hsu, CN; Yang, HW; Hou, CY; Chang-Chien, praktický lékař; Lin, S.; Tain, YL Mateřské adeninem indukované chronické onemocnění ledvin programy hypertenze u potomků dospělých samců potkanů: Důsledky oxidu dusnatého a metabolitů odvozených ze střevního mikrobiomu. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 7237. [CrossRef]

4. Badawy, A. Metabolismus tryptofanu, dispozice a využití v těhotenství. Biosci. Rep. 2015, 35, e00261. [CrossRef] [PubMed]

5. Agus, A.; Planchais, J.; Sokol, H. Regulace střevní mikrobioty metabolismu tryptofanu ve zdraví a nemoci. Buněčný hostitelský mikrob 2018, 23, 716–724. [CrossRef]

6. Sallée, M.; Dou, L.; Cerini, C.; Poitevin, S.; Brunet, P.; Burtey, S. Účinek uremických toxinů z metabolismu tryptofanu aktivující arylový uhlovodíkový receptor: Nový koncept pro pochopení kardiovaskulárních komplikací chronického onemocnění ledvin. Toxiny 2014, 6, 934–949. [CrossRef]

7. Brito, JS; Borges, NA; Esgalhado, M.; Magliano, DC; Soulage, CO; Mafra, D. Aktivace arylového uhlovodíkového receptoru u chronického onemocnění ledvin: Role uremických toxinů. Nephron 2017, 137, 1–7. [CrossRef] [PubMed]

8. Hsu, CN; Tain, YL Vývojové původy onemocnění ledvin: Proč je oxidační stres důležitý? Antioxidanty 2021, 10, 33. [CrossRef] [PubMed]

9. Hsu, CN; Tain, YL Vývojové programování a přeprogramování hypertenze a onemocnění ledvin: Vliv metabolismu tryptofanu. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 8705. [CrossRef] [PubMed]

10. Kimura, H. Fyziologická role sirovodíku a dále. Oxid dusnatý 2014, 41, 4–10. [CrossRef] [PubMed]

11. Hsu, CN; Tain, YL Prevence vývojových původů kardiovaskulárních onemocnění: Sirovodík jako potenciální cíl? Antioxidanty 2021, 10, 247. [CrossRef] [PubMed]

12. Wilcox, CS Oxidační stres a nedostatek oxidu dusnatého v ledvinách: kritická souvislost s hypertenzí? Dopoledne. J. Physiol. Regul. Integrovat. Comp. Physiol. 2005, 289, R913–R935. [CrossRef] [PubMed]

13. Hsu, CN; Gasotransmitery Tain, YL pro terapeutickou prevenci hypertenze a onemocnění ledvin. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 7808. [CrossRef]

14. Hsu, CN; Lin, YJ; Lu, PC; Tain, YL Včasné doplnění D-cysteinu nebo L-cysteinu zabraňuje hypertenzi a poškození ledvin u spontánně hypertenzních potkanů ​​vystavených vysokému příjmu soli. Mol. Nutr. Food Res. 2018, 62, 2. [CrossRef] [PubMed]

15. Aldini, G.; Altomare, A.; Baron, G.; Vistoli, G.; Carini, M.; Borsani, L.; Sergio, F. N-acetylcystein jako antioxidant a činidlo narušující disulfidy: důvody proč. Free Radic Res. 2018, 52, 751–762. [CrossRef]

16. Lobel, L.; Cao, YG; Fenn, K.; Glickman, JN; Garrett, WS Diet posttranslačně modifikuje mikrobiální proteom myšího střeva, aby moduloval renální funkce. Věda 2020, 369, 1518–1524. [CrossRef] [PubMed]

17. Reckelhoff, JF Genderové rozdíly v regulaci krevního tlaku. Hypertenze 2001, 37, 1199–1208. [CrossRef] [PubMed]

18. Hsu, CN; Hou, CY; Chang-Chien, praktický lékař; Lin, S.; Suplementace mateřským česnekovým olejem Tain, YL zabraňuje hypertenzi vyvolané dietou s vysokým obsahem tuků u potomků dospělých potkanů: Důsledky dráhy generování H2S ve střevě a ledvinách. Mol. Nutr. Food Res. 2021, 65, e2001116. [CrossRef] [PubMed]

19. Olson, KR; Deleon, ER; Gao, Y.; Hurley, K.; Sadauskas, V.; Batz, C.; Stoy, GF Thiosulfate: Snadno dostupný zdroj sirovodíku při snímání kyslíku. Dopoledne. J. Physiol. Regul. Integrovat. Comp. Physiol. 2013, 305, R592–R603. [CrossRef] [PubMed]

20. Yang, T.; Santisteban, MM; Rodriguez, V.; Lhát.; Ahmari, N.; Carvajal, JM; Zadeh, M.; Gong, M.; Qi, Y.; Zubčevic, J.; a kol. Střevní dysbióza je spojena s hypertenzí. Hypertenze 2015, 65, 1331–1340. [CrossRef]

21. Hsu, CN; Tain, YL aminokyseliny a vývojový původ hypertenze. Živiny 2020, 12, 1763. [CrossRef]

22. Wen, YD; Wang, H.; Zhu, YZ Vývoj léčiv sirovodíku na kardiovaskulární onemocnění. Oxid. Med. Buňka. Longev. 2018, 2018. [CrossRef] [PubMed]

23. Shibuya, N.; Kimura, H. Výroba sirovodíku z d-cysteinu a jeho terapeutický potenciál. Přední. Endocrinol. 2013, 4, 87. [CrossRef] [PubMed]

24. Boesmans, L.; Valles-Colomer, M.; Wang, J.; Eeckhaut, V.; Falony, G.; Ducatelle, R.; Van Immerseel, F.; Raes, J.; Verbeke, K. Výrobci butyrátu jako potenciální probiotika nové generace: Posouzení bezpečnosti podávání Butyricicoccus pullicaecorum zdravým dobrovolníkům. mSystems 2018, 3, e00094-18. [CrossRef] [PubMed]

25. Zafar, H.; Saier, MH, Jr. Druh střeva Bacteroides ve zdraví a nemoci. Střevní mikroby 2021, 13, 1848158. [CrossRef] [PubMed]

26. Gomez-Arango, LF; Barrett, HL; McIntyre, HD; Callaway, LK; Morrison, M.; Dekker Nitert, M.; JARNÍ zkušební skupina. Zvýšený systolický a diastolický krevní tlak je spojen se změněným složením střevní mikrobioty a produkcí butyrátu v časném těhotenství. Hypertenze 2016, 68, 974–981. [CrossRef]

27. Liu, JR; Miao, H.; Deng, DQ; Vaziri, ND; Li, P.; Zhao, YY Metabolismus tryptofanu odvozený ze střevní mikrobioty zprostředkovává renální fibrózu aktivací signalizace receptoru aryluhlovodíku. Buňka. Mol. Life Sci. 2021, 78, 909–922. [CrossRef]

28. Zhang, N. Role signalizace endogenního aryluhlovodíkového receptoru v kardiovaskulární fyziologii. J. Cardiovasc. Dis. Res. 2011, 2, 91–95. [CrossRef]

29. Dalton, TP; Puga, A.; Shertzer, HG Indukce buněčného oxidačního stresu aktivací aryluhlovodíkového receptoru. Chem. Biol. Komunikujte. 2002, 141, 77–95. [CrossRef]

30. Wilck, N.; Matuš, MG; Kearney, SM; Olesen, SW; Forslund, K.; Bartolomaeus, H.; Haase, S.; Mähler, A.; Balogh, A.; Markó, L.; a kol. Střevní komenzál reagující na sůl moduluje osu TH17 a onemocnění. Příroda 2017, 551, 585–589. [CrossRef] [PubMed]

31. Parker, BJ; Wearsch, PA; Veloo, ACM; Rodriguez-Palacios, A. The Genus Alistipes: Střevní bakterie s novými důsledky pro zánět, rakovinu a duševní zdraví. Přední. Immunol. 2020, 11, 906. [CrossRef] [PubMed]

32. Yacoub, R.; Wyatt, CM Manipulace se střevním mikrobiomem za účelem snížení uremických toxinů. Kidney Int. 2017, 91, 521–523. [CrossRef] [PubMed]

33. Liang, H.; Dai, Z.; Kou, J.; Sun, K.; Chen, J.; Yang, Y.; Wu, G.; Wu, Z. Dietní suplementace l-tryptofanem zvyšuje funkci střevní slizniční bariéry u odstavených selat: Implikace mikrobioty metabolizující tryptofan. Int. J. Mol. Sci. 20., 20. 2019. [CrossRef] [PubMed]

34. Saraf, MK; Piccolo, BD; Bowlin, AK; Mercer, KE; LeRoith, T.; Chintapalli, SV; Shankar, K.; Badger, TM; Yeruva, L. Mikrobiota řízená dietou posouvá metabolismus tryptofanu ze serotoninu na tryptamin v novorozeneckém prasečím tračníku. Mikrobiom 2017, 5, 77. [CrossRef] [PubMed]

35. Forrester, SJ; Booz, GW; Sigmund, CD; Coffman, TM; Kawai, T.; Rizzo, V.; Scalia, R.; Eguchi, S. Angiotensin II Signal Transduction: An Update on Mechanisms of Physiology and Patofyziology. Physiol. Rev. 2018, 98, 1627–1738. [CrossRef] [PubMed]

Chien-Ning Hsu 1,2, Chih-Yao Hou 3, Guo-Ping Chang-Chien 4,5,6, Sufan Lin 4,5,6 a You-Lin Tain 7,8,

1 Department of Pharmacy, Kaohsiung Chang Gung Memorial Hospital, Kaohsiung 833, Taiwan; cnhsu@cgmh.org.tw

2 Farmaceutická fakulta, Kaohsiung Medical University, Kaohsiung 807, Tchaj-wan

3 Department of Seafood Science, National Kaohsiung University of Science and Technology, Kaohsiung 811, Taiwan; chihyaohou@webmail.nkmu.edu.tw

4 Centrum pro výzkum environmentálních toxinů a vznikajících kontaminantů, Univerzita Cheng Shiu, Kaohsiung 833, Tchaj-wan; guoping@csu.edu.tw (G.-PC-C.); linsufan2003@csu.edu.tw (SL)

5 Super Micro Mass Research and Technology Center, Univerzita Cheng Shiu, Kaohsiung 833, Tchaj-wan

6 Institute of Environmental Toxin and Emerging-Contaminant, Cheng Shiu University, Kaohsiung 833, Tchaj-wan

7 Pediatrická klinika, Kaohsiung Chang Gung Memorial Hospital a Chang Gung University College of Medicine, Kaohsiung 833, Tchaj-wan

8 Institut pro translační výzkum v biomedicíně, Kaohsiung Chang Gung Memorial Hospital a Chang Gung University College of Medicine, Kaohsiung 833, Tchaj-wan