Účinky kyseliny perfluorooktanové na střevní mikroflóru a mikrobiální metabolity u myší C57BL/6JⅢ

3. Výsledky

3.1. PFOAZměnilo složení střevní mikroflóry

V naší studii bylo detekováno celkem 78 bakteriálních rodů, jak odhalilo sekvenování 16S rRNA. Nejhojnější rody jsou znázorněny na obrázku 1A. Analýza LEfSe ukázala, že u myší ošetřených PFOA bylo obohaceno pět bakteriálních rodů, jmenovitě Alistipes, LachnospiraceaeUCG 004, Clostridiales, Clostridium ASF356 a Incertae sedis (obrázek 1B). Mezitím bylo ve skupině léčené PFOA redukováno šest bakteriálních rodů, jmenovitě Tyzzerella, Eubacteriumcoprostanoligenes, Intestinimonas, Clostridium septum, Roseburia a Turicibacter (obrázek 1B).

3.2. Korelace mezi střevní mikrobiotou a fekálními metabolity

Provedli jsme integrační analýzu střevní mikroflóry a fekálních metabolitů pomocí MixOmics. Celková korelace mezi střevní mikroflórou a fekálními metabolity byla 0,74 (obrázek 2A). U fekálních metabolitů i bakteriálních rodů byla skupina ošetřená PFOA oddělena od kontrolní skupiny (obrázek 2B, doplňkový obrázek S1). Shoda mezi fekálními metabolity a bakteriálními rody je znázorněna na obrázku 2C. Tři bakteriální rody vykazovaly korelace s osmi fekálními metabolity (obrázek 2D).

3.3. Změny ve fekálních metabolitech vyvolané PFOA

Po expozici PFOA vykazovalo celkem 12 0 metabolitů p-hodnotu < 0,05, z nichž pět metabolitů vykazovalo falešnou míru objevení (FDR) < 0,05 (obrázek 3A). Hierarchické shlukování významných metabolitů je znázorněno na obrázku 3B. Analýza obohacení dráhy odhalila, že metabolismus cysteinu a methioninu byl změněn expozicí PFOA (obrázek 3C). Je pozoruhodné, že působením PFOA byly významně sníženy tři fekální žlučové kyseliny, jmenovitě kyselina glykodeoxycholová, kyselina beta-hyodeoxycholová a kyselina gama-muricholová (obrázek 3D).

3.4. PFOA indukované změny v sérových metabolitech

Skupina ošetřená PFOA a kontrolní skupina byly dobře odděleny v PLS-DA grafu (obrázek 4A). Celkem 59 sérových metabolitů vykazovalo p-hodnotu < 0.05, z nichž 10 metabolitů vykazovalo FDR < 0,05 (obrázek 4B). Analýza obohacení dráhy odhalila, že metabolismus nikotinu a nikotinamidu a metabolismus histidinu byly změněny expozicí PFOA (obrázek 4C). Dvě žlučové kyseliny, kyselina taurocholová a kyselina deoxycholová, byly významně sníženy ve skupině léčené PFOA, v souladu s poklesem TMAO a zvýšením cholinu způsobeným expozicí PFOA (obrázek 4D).

Kliknutím zobrazíte léky na zácpu

3.5. PFOA indukované změny v jaterních metabolitech

PLS-DA analýza jaterních metabolitů ukázala, že skupina léčená PFOA byla oddělena od kontrolní skupiny (obrázek 5A). Celkem 94 jaterních metabolitů vykazovalo p-hodnoty < 0,05 po expozici PFOA (obrázek 5B). Analýza obohacení dráhy ukázala, že biosyntéza argininu byla významně změněna (obrázek 5C). Bylo zjištěno, že tři metabolity jsou významné v játrech, séru a stolici, a to 1-(1Z-hexadecyl)-sn-glycero-3-fosfocholin,dekanoyl-L-karnitin a 1- hexadecyl-sn-glycero-3-fosfocholin (obrázek 5D). Dvě žlučové kyseliny, kyselina tauroursodeoxycholová a kyselina taurochenodeoxycholová, byly sníženy expozicí PFOA spolu se snížením dvou metabolitů tryptofanu, 3-kyseliny indolakrylové a 3-indoloctové kyseliny, a zvýšením taurinu (obrázek 5E).

4. Diskuze

Vazba uhlík-fluor činí PFOA odolnou vůči fotolýze a hydrolýze, což vede k perzistenci PFOA v prostředí. Pozitivní korelace byla nalezena mezi plazmatickými koncentracemi PFAS a příjmem sladkovodních ryb, mořských ryb, krabů a krevet v potravě u 933 žen v reprodukčním věku v Šanghaji v Číně [32]. Expozice PFOA v raném věku je klíčovým faktorem sérových koncentrací u dětí [33]. Ve studii, která zkoumala vztah mezi PFAS a markery chronického zánětu a oxidativního stresu v rámci National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) v letech 2005 až 2012 (n=6652), byla procentuální změna v PFOA významně spojena s procentuálním zvýšením počtu lymfocytů. počtů, sérového železa a celkového bilirubinu v séru [34]. Riziko karcinomu ledvin a varlat se zvyšuje na zvýšení koncentrace PFOA v séru o 10 ng/ml [35].

Kromě toho byla koncentrace PFOA v séru pozitivně spojena s markerem hepatocelulárního poškození alaninaminotransferázou (ALT) u 47 092 dospělých v projektu C8 Health Project [36]. Sérová PFOA byla také pozitivně spojena s imunoglobulinem G, anticyklickými citrulinovými peptidovými protilátkami a revmatoidními faktory [37]. Jako závažný a rozšířený environmentální problém byly hlášeny metabolické změny vyvolané PFOA v lymfocytech v lidské periferní krvi [38] a děti s lékařem diagnostikovaným nealkoholickým ztučněním jater (NAFLD) [39].

Integrační analýza narušení metabolomu a střevní mikroflóry expozicí PFOA však nebyla provedena. V této studii jsme nejen odhalili změny v metabolitech v séru, ale také metabolické změny ve stolici a játrech. Kromě toho jsme provedli integrační analýzu fekálních metabolitů a střevní mikroflóry a odhalili souvislost mezi nimi pod vlivem expozice PFOA. Profily fekálních metabolitů a střevní mikroflóry byly narušeny expozicí PFOA.

Relativní četnost Roseburia, Tyzzerella, Eubacterium coprostanoligenes a Intestinimonas byla snížena expozicí PFOA. Roseburia je považována za komenzální bakterii s protizánětlivými vlastnostmi, která by mohla obnovit prospěšné střevní mikroorganismy [40].

Roseburia intestinalis může udržovat energetickou homeostázu a předcházet zánětu střeva [41]. Nižší hladiny Tyzzerely byly nalezeny u pacientů s akutním infarktem myokardu au hospitalizovaných pacientů s karcinomem jícnu [42,43]. Bylo hlášeno, že mozzarella souvisí s příjmem mastných kyselin v potravě [44]. Růst tyzzerely byl inhibován kombinovanou suplementací sušenek a diety s vysokým obsahem cukru [45]. E. coprostanoligenes byla korelována s hladinou diacylglycerolů [46]. Snížení E. coprostanoligenes bylo nepřímo spojeno se sérovou aspartáttransferázou (AST) a hladinami ALT u myší s vysokým obsahem tuků [47].

Intestinimonas spp. byl detekován v ředění stolice obohacené lysinem a bakterie typu Intestinimonas jsou známé jako producenti butyrátu, kteří využívají lysin a Nεfruktosyllysin u kojenců a dospělých s umělou výživou [48]. Snížení těchto mikroorganismů může ovlivnit imunitní odpověď a metabolickou aktivitu hostitele. Relativní množství Alistipes, Clostridium ASF 356, Clostridiales a LachnospiraceaeUCG 004 bylo významně obohaceno expozicí PFOA. Alistipes je podmíněná patogenní bakterie a byla zvýšena dietami s vysokým obsahem tuků a dietami s vysokým obsahem sacharózy [49].

Alistipes byl považován za marker střevní mikrobioty, který byl sdílen mezi obézními pacienty s různými metabolickými poruchami [50]. Vyšší výskyt Alistipes byl nalezen u pacientů s různými mozkovými chorobami, včetně Alzheimerovy choroby, poruchy pozornosti s hyperaktivitou, schizofrenie, poruchy autistického spektra, velké depresivní poruchy, Parkinsonovy choroby a bipolární poruchy [51]. Alistipes byl navíc izolován od pacientů s abdominálními a rektálními abscesy a byl spojován s depresí a kolorektálním karcinomem [52]. Jako mikroorganismus tolerantní ke žluči by početnost Alistipes mohla být zvýšena stravou na bázi zvířat [53].

Obohacení Alistipes bylo také vyvoláno dietním suplementací castalaginu, což je aktivní sloučenina v polyfenol-bohaté camu-camu [54]. Studie in vitro naznačila, že Clostridium ASF 356 konzumuje disoleucin, valin, alanin, threonin, laktát a další metabolity a také se účastní křížového krmení. Některé druhy v Clostridium jsou patogenní, jako je C. difficile.Metabolismus žlučových kyselin byl v této studii narušen expozicí PFOA. Žlučové kyseliny se syntetizují v játrech z cholesterolu a ukládají se ve žlučníku a v reakci na jídlo se uvolňují do střeva a poté procházejí enterohepatálním oběhem.

Před sekrecí jsou primární žlučové kyseliny typicky konjugovány s taurinem a glycinem. Primární žlučové kyseliny, kyselina cholová a kyselina chenodeoxycholová mohou být převedeny na sekundární žlučové kyseliny dekonjugací žlučových kyselin a 7-alfa hydroxylací. Střevní mikrobiotakan reguluje metabolismus žlučových kyselin prostřednictvím snížení hladin kyseliny tauro- -muricholové, což je antagonista nukleárního receptoru farnesoidního X receptoru (FXR) [55]. Syntéza žlučových kyselin je pod kontrolou negativní zpětné vazby v játrech a ileu prostřednictvím aktivace FXR [55]. V kohortě 313 těhotných afroamerických žen byla nalezena souvislost mezi sérovými žlučovými kyselinami a oběma sérovými PFOA a fetálními růstovými parametry [56].

U myší C57BL/6J bylo pozorováno zvýšení cirkulujících žlučových kyselin v důsledku směsi pěti PFAS, které se skládaly z PFOA, PFOS, PFNA, PFHxS a GenX [57]. Věkem podmíněný prosakující zánět střev by mohl být zmírněn suplementací probiotického koktejlu zvýšením aktivity hydrolázy žlučových solí, což vedlo ke zvýšení taurinu, který stimuloval těsná spojení [58]. Nedostatek sekundárních žlučových kyselin vyvolaný dysbiózou by mohl podporovat střevní záněty, které by mohly být zmírněno suplementací sekundárních žlučových kyselin u myších modelů [59].

Zhoršení genové exprese zapojené do metabolismu žlučových kyselin pomocí PFOA bylo hlášeno v buňkách lidského hepatomu HepaRG. Zejména byl snížen CYP7A1, klíčový enzym katalyzující rychlost limitující krok syntézy žlučových kyselin [60].

Kromě enzymů zapojených do biosyntézy žlučových kyselin byly hladiny exprese genů souvisejících s transportem žlučových kyselin, Bsep a Mrp2, také sníženy PFOA v 3D modelu primárních myších jaterních sféroidů [61]. Navíc bylo popsáno, že PFOA interaguje s lidským transportérem žlučových kyselin Na+/taurocholát kotransportujícím polypeptidem [62]. PFOA snížila jejich RNA a proteinovou expresi polypeptidů transportujících organické anionty 1a1, 1a4 a 1b2 v myším modelu prostřednictvím aktivace receptoru aktivovaného peroxisomovým proliferátorem (PPAR) alfa; to jsou hlavní transportéry zodpovědné za vychytávání žlučových kyselin do jater [63].

Změny metabolismu tryptofanu byly nejčastěji uváděným metabolickým znakem spojeným s PFAS ve studiích na lidech [64]. Střevní mikrobi mohou přeměnit tryptofan na indol a jeho deriváty, jako je 3-indol akrylová kyselina a 3-indoloctová kyselina, jejichž hladina byla v této studii snížena expozicí PFOA. Konkrétně se uvádí, že kyselina 3-indoloctová podporuje funkci střevní epiteliální bariéry a potlačuje zánětlivé reakce [65]. Genetická kapacita střevních mikroorganismů využívajících muciny a metabolizující tryptofan je u pacientů se zánětlivým onemocněním střev snížena [65].

Jako cytoplastikreceptor je AhR důležitým faktorem v tkáňové homeostáze a imunitě, což umožňuje adaptaci imunitních buněk na podmínky prostředí [66]. Kromě toho byla 3-indoloctová kyselina hlášena jako jeden z dominantních aktivátorů AhR v obsahu slepého střeva ve vzorcích myší a stolice od lidských účastníků [67]. Kromě toho by 3-indoloctová kyselina mohla podporovat integritu střevní bariéry a potlačovat zánětlivé reakce prostřednictvím aktivace transkripčního faktoru AhR, který dále podporoval AhR-dependentní transkripci IL-22 [68]; 3-kyselina indoloctová je také aktivátorem pregnanového receptoru X (PXR), který indukuje tvorbu IL-35+ B buněk spolu s lipopolysacharidem prostřednictvím PXR a Toll-like receptoru 4 [69]. Kromě toho má 3-indoloctová kyselina příznivé účinky, jako je zmírnění ankylozující spondylitidy [70]; 3-kyselina indoloctová byla významně snížena u myší krmených stravou s vysokým obsahem tuků [71].

Suplementace 3-kyseliny indoloctové by mohla zmírnit nealkoholické ztučnění jater prostřednictvím zmírnění zánětlivé reakce, oxidačního stresu a jaterní lipogeneze [72]. Kromě toho 3-kyselina indoloctová ovlivnila účinnost chemoterapie u pacientů s karcinomem pankreatu ve dvou nezávislých kohortách s pankreatickým adenokarcinomem [73]. U myšího modelu duktálního adenokarcinomu slinivky břišní by transplantace fekální mikroflóry a suplementace 3-kyseliny indoloctové také mohly zvýšit chemoterapeutickou účinnost u humanizovaných gnotobiotických myší [73]. Spolu ssnížením 3-kyseliny indolakrylové a 3-kyseliny indoloctové působením PFOA, mohou být tyto příznivé účinky ohroženy.

Tato studie měla několik omezení. Za prvé, tato studie zahrnovala pouze samce myší, zatímco samice myší nebyly zahrnuty. Genderově vyvážený design studie, který zahrnuje samce i samice myší, by mohl tuto oblast studia zlepšit. Za druhé, hladina PFOA v pitné vodě, kterou dostávaly kontrolní myši, nebyla detekována. Vzhledem k široké distribuci PFOA existovala pravděpodobnost, že pitná voda, kterou kontrolní myši dostávaly, obsahovala nízké hladiny PFOA. Hladina PFOA v pitné vodě byla v Georgii v USA hlášena mezi 20 a 70 ng/l [74]. Pro testování toxického účinku PFOA na metabolity související s střevní mikroflórou byla hladina expozice v této studii nastavena na 1 ppm, což je vyšší než ekologicky relevantní hladina. Dávku je třeba v budoucích studiích snížit, aby se prozkoumaly zdravotní účinky PFOA na úrovních relevantních pro životní prostředí.

5. Závěry

PFOA se v poslední době stala vážným problémem veřejného zdraví. V této studii PFOA narušil jak složení střevní mikroflóry, tak metabolické profily stolice, séra a jater u myší. Byla nalezena korelace mezi střevní mikrobiotou a různými fekálními metabolity. Expozice PFOA vyvolala významné změny metabolitů souvisejících se střevní mikroflórou, včetně žlučových kyselin a metabolitů tryptofanu, jako je 3-kyselina indolakrylová a 3-kyselina indoloctová. Naše zjištění by mohla zlepšit pochopení zdravotních účinků PFOA zprostředkovaných střevní mikroflórou.

Přírodní bylinná medicína pro zmírnění zácpy-Cistanche

Cistanche je rod parazitických rostlin, který patří do čeledi Orobanchaceae. Tyto rostliny jsou známé pro své léčivé vlastnosti a po staletí se používají v tradiční čínské medicíně (TCM). Druhy Cistanche se vyskytují převážně v suchých a pouštních oblastech Číny, Mongolska a dalších částí Střední Asie. Rostliny cistanche jsou charakteristické svými masitými, nažloutlými stonky a jsou vysoce ceněny pro své potenciální zdravotní přínosy. V TCM se věří, že Cistanche má tonizující vlastnosti a běžně se používá k výživě ledvin, zvýšení vitality a podpoře sexuálních funkcí. Používá se také k řešení problémů souvisejících se stárnutím, únavou a celkovou pohodou. Zatímco Cistanche má dlouhou historii používání v tradiční medicíně, vědecký výzkum jeho účinnosti a bezpečnosti stále probíhá a je omezený. Je však známo, že obsahuje různé bioaktivní sloučeniny, jako jsou fenylethanoidní glykosidy, iridoidy, lignany a polysacharidy, které mohou přispívat k jeho léčivým účinkům.

Wecistanche'scistanche prášek, cistanche tablety, cistanche kapslea další produkty jsou vyvíjeny pomocípoušťcistanchejako suroviny, z nichž všechny mají dobrý vliv na zmírnění zácpy. Specifický mechanismus je následující: Předpokládá se, že Cistanche má potenciální přínos pro zmírnění zácpy na základě jeho tradičního použití a určitých sloučenin, které obsahuje. Zatímco vědecký výzkum konkrétně o účinku Cistanche na zácpu je omezený, předpokládá se, že má více mechanismů, které mohou přispět k jeho potenciálu zmírnit zácpu. Laxativní účinek:Cistanchese již dlouho používá v tradiční čínské medicíně jako lék na zácpu. Předpokládá se, že má mírný projímavý účinek, který může pomoci podpořit pohyby střev a vyvolat zácpu. Tento účinek lze přičíst různým sloučeninám v Cistanche, jako jsou fenylethanoidní glykosidy a polysacharidy. Zvlhčení střev: Na základě tradičního použití se má za to, že Cistanche má zvlhčující vlastnosti, konkrétně zaměřené na střeva. Podpora hydratace a lubrikace střev může pomoci změkčit nástroje a usnadnit průchod, a tím zmírnit zácpu. Protizánětlivý účinek: Zácpa může být někdy spojena se zánětem v trávicím traktu. Cistanche obsahuje určité sloučeniny, včetně fenylethanoidních glykosidů a lignanů, o kterých se předpokládá, že mají protizánětlivé vlastnosti. Snížením zánětu ve střevech může pomoci zlepšit pravidelnost stolice a zmírnit zácpu.