Perfluorooktaanhappe mõju soolestiku mikrobiootale ja mikroobide metaboliitidele C57BL/6J hiirtelⅢ

3. Tulemused

3.1. PFOAMuutis soolestiku mikrobiota koostist

Meie uuringus tuvastati kokku 78 bakteriperekonda, nagu näitas 16S rRNA sekveneerimine. Kõige arvukamad perekonnad on näidatud joonisel 1A. LEfSe analüüs näitas, et PFOA-ga töödeldud hiirtel rikastati viit bakteriperekonda, nimelt Alistipes, LachnospiraceaeUCG 004, Clostridiales, Clostridium ASF356 ja Incertae sedis (joonis 1B). Samal ajal vähenes PFOA-ga töödeldud rühmas kuus bakterite perekonda, nimelt Tyzzerella, Eubacteriumcoprostanoligenes, Intestinimonas, Clostridium septum, Roseburia ja Turicibacter (joonis 1B).

3.2. Korrelatsioon soolestiku mikrobiota ja väljaheidete metaboliitide vahel

Tegime MixOmicsi abil soolestiku mikrobiota ja väljaheite metaboliitide integreeriva analüüsi. Üldine korrelatsioon soolestiku mikrobiota ja väljaheite metaboliitide vahel oli 0,74 (joonis 2A). Nii fekaalsete metaboliitide kui ka bakteriperekondade puhul eraldati PFOA-ga töödeldud rühm kontrollrühmast (joonis 2B, täiendav joonis S1). Fekaalsete metaboliitide ja bakteriperekondade vaheline kokkulepe on näidatud joonisel 2C. Kolm bakterite perekonda näitasid korrelatsioone kaheksa fekaalse metaboliidiga (joonis 2D).

3.3. PFOA-indutseeritud muutused väljaheite metaboliitides

Pärast PFOA-ga kokkupuudet oli kokku 12 0 metaboliidil p-väärtus < 0,05, millest viie metaboliidi valede avastamise määr (FDR) oli < 0,05 (joonis 3A). Oluliste metaboliitide hierarhiline rühmitus on näidatud joonisel 3B. Raja rikastamise analüüs näitas, et PFOA kokkupuude muutis tsüsteiini ja metioniini metabolismi (joonis 3C). Nimelt vähenes PFOA kokkupuude märkimisväärselt kolme väljaheite sapphappega, nimelt glükodeoksükoolhape, beeta-hüodeoksükoolhape ja gamma-murikoolhape (joonis 3D).

3.4. PFOA põhjustatud muutused seerumi metaboliitides

PFOA-ga töödeldud rühm ja kontrollrühm olid PLS-DA graafikul hästi eraldatud (joonis 4A). Kokku näitas 59 seerumi metaboliiti p-väärtust < 0.05, millest 10 metaboliidi FDR oli < 0,05 (joonis 4B). Raja rikastamise analüüs näitas, et PFOA kokkupuude muutis nikotiini ja nikotiinamiidi metabolismi ja histidiini metabolismi (joonis 4C). Kaks sapphapet, taurokoolhape ja deoksükoolhape, vähenesid PFOA-ga töödeldud rühmas märkimisväärselt vastavalt TMAO vähenemisele ja PFOA kokkupuutest põhjustatud koliini suurenemisele (joonis 4D).

Kõhukinnisuse ravimite vaatamiseks klõpsake nuppu

3.5. PFOA põhjustatud muutused maksa metaboliitides

Maksa metaboliitide PLS-DA analüüs näitas, et PFOA-ga töödeldud rühm eraldati kontrollrühmast (joonis 5A). Kokku 94 maksa metaboliidil olid p-väärtused < 0,05 pärast PFOA-ga kokkupuudet (joonis 5B). Raja rikastamise analüüs näitas, et arginiini biosüntees oli oluliselt muutunud (joonis 5C). Kolm metaboliiti leiti olevat maksas, seerumis ja väljaheites olulised, nimelt 1-(1Z-heksadetsüül)-sn-glütsero-3-fosfokoliin, dekanoüül-L-karnitiin ja 1- heksadetsüül-sn-glütsero{20}}fosfokoliin (joonis 5D). Kaks sapphapet, tauroursodeoksükoolhape ja taurochenodeoksükoolhape, vähenesid PFOA kokkupuute tõttu, samuti vähenes kahe trüptofaani metaboliidi, 3-indoolakrüülhappe ja 3-indooläädikhappe sisaldus ning suurenes tauriini sisaldus (joonis 5E).

4. Arutelu

Süsinik-fluori side muudab PFOA fotolüüsi ja hüdrolüüsi suhtes vastupidavaks, mis viib PFOA püsimiseni keskkonnas. Hiinas Shanghais leiti 933 reproduktiivses eas naisel positiivne korrelatsioon plasma PFAS-i kontsentratsioonide ja mageveekalade, merekalade, krabide ja krevettide toiduga tarbimise vahel [32]. Varajane kokkupuude PFOA-ga on laste seerumikontsentratsiooni võtmetegur [33]. Uuringus, milles uuriti PFAS-i ning kroonilise põletiku ja oksüdatiivse stressi markerite vahelist seost riikliku tervise- ja toitumisuuringu (NHANES) raames aastatel 2005–2012 (n=6652), seostati PFOA protsentuaalset muutust märkimisväärselt lümfotsüütide protsendi suurenemisega. seerumi raud ja seerumi üldbilirubiin [34]. Neeru- ja munandivähi risk suureneb seerumi PFOA kontsentratsiooni tõusu 10 ng/ml võrra [35].

Lisaks oli seerumi PFOA kontsentratsioon positiivselt seotud hepatotsellulaarse kahjustuse markeri alaniinaminotransferaasiga (ALT) 47 092 täiskasvanul C8 terviseprojektis [36]. Seerumi PFOA-d seostati positiivselt ka immunoglobuliini-G, antitsükliliste tsitrulliinitud peptiid-antikehade ja reumatoidfaktoritega [37]. Tõsise ja laialt levinud keskkonnaprobleemina on teatatud PFOA-st põhjustatud metaboolsetest muutustest inimese perifeerse vere lümfotsüütides [38] ja Arsti poolt diagnoositud mittealkohoolse rasvmaksahaigusega (NAFLD) lapsed [39].

Siiski ei ole läbi viidud metaboomi ja soolestiku mikrobiota häirete integreerivat analüüsi PFOA kokkupuute tõttu. Selles uuringus ei tuvastanud me mitte ainult muutusi seerumis metaboliitides, vaid ka metaboolseid muutusi väljaheites ja maksas. Lisaks teostasime väljaheite metaboliitide ja soolestiku mikrobiota integreeriva analüüsi ning paljastasime nendevahelise seose PFOA kokkupuute mõjul. PFOA kokkupuude häiris nii fekaalsete metaboliitide kui ka soolestiku mikrobiota profiili.

PFOA kokkupuude vähendas Roseburia, Tyzzerella, Eubacterium coprostanoligenes ja Intestinimonas'e suhtelist arvukust. Roseburiat peetakse põletikuvastaste omadustega kommensaalseks bakteriks, mis võib taastada kasulikud soolestiku mikroorganismid [40].

Roseburia intestinalis võib säilitada energia homöostaasi ja ennetada soolepõletikku [41]. Tyzzerella madalam tase leiti ägeda müokardiinfarktiga patsientidel ja söögitoruvähiga statsionaarsetel patsientidel [42,43]. On teatatud, et Mozzarella on seotud rasvhapete toiduga tarbimisega [44]. Tyzzerella kasvu pärssis brownie ja kõrge suhkrusisaldusega dieedi kombineeritud lisamine [45]. E. coprostanoligenes oli korrelatsioonis diatsüülglütseroolide tasemega [46]. E. coprostanoligenes'e vähenemine oli pöördvõrdeline seerumi aspartaattransferaasi (AST) ja ALAT tasemega kõrge rasvasisaldusega dieediga hiirtel [47].

Intestinimonas spp. on tuvastatud lüsiiniga rikastatud väljaheite lahjendustes ja intestinimonoosilaadseid baktereid tuntakse butüraaditootjatena, mis kasutavad piimaseguga toidetavatel imikutel ja täiskasvanutel lüsiini ja Nεfruktosüllüsiini [48]. Nende mikroorganismide vähenemine võib mõjutada peremeesorganismi immuunvastust ja metaboolset aktiivsust. Alistipes, Clostridium ASF 356, Clostridiales ja LachnospiraceaeUCG 004 suhtelist arvukust rikastas oluliselt PFOA kokkupuude. Alistipes on tingimuslik patogeenne bakter ja seda suurendasid kõrge rasvasisaldusega dieedid ja kõrge sahharoosisisaldusega dieedid [49].

Alistipesit peeti soolestiku mikrobiota markeriks, mida jagati erinevate ainevahetushäiretega rasvunud patsientide seas [50]. Alistipesi suurem arvukus leiti patsientidel, kellel olid erinevad ajuga seotud haigused, sealhulgas Alzheimeri tõbi, tähelepanupuudulikkuse hüperaktiivsuse häire, skisofreenia, autismispektri häire, suur depressiivne häire, Parkinsoni tõbi ja bipolaarne häire [51]. Lisaks eraldati Alistipes kõhu- ja rektaalsete abstsessidega patsientidest ning seda seostati depressiooni ja kolorektaalse vähiga [52]. Sappi taluva mikroorganismina võib Alistipese arvukust suurendada loomse toiduga [53].

Alistipese rikastamist kutsus esile ka castalagiini lisamine toidule, mis on polüfenoolirikka marja camu-camu aktiivne ühend [54]. In vitro uuring näitas, et Clostridium ASF 356 tarbis disoleutsiini, valiini, alaniini, treoniini, laktaati ja muid metaboliite ning osales ka ristsöötmises. Mõned Clostridiumi liigid on patogeensed, näiteks C. difficile.Selles uuringus häiris PFOA kokkupuude sapphappe metabolismi. Sapphappeid sünteesitakse maksas kolesteroolist ja säilitatakse sapipõies ning need vabanevad soolestikku vastusena toidule ja läbivad seejärel enterohepaatilise vereringe.

Enne sekretsiooni konjugeeritakse primaarsed sapphapped tavaliselt tauriini ja glütsiiniga. Primaarsed sapphapped, koolhape ja kenodeoksükoolhape saab muuta sekundaarseteks sapphapeteks sapphappe dekonjugeerimise ja 7-alfa hüdroksüülimise teel. Soolestiku mikrobiotakaan reguleerib sapphappe metabolismi tauro- -murichoolhappe taseme vähendamise kaudu, mis on tuumaretseptori farnesoid-X retseptori (FXR) antagonist [55]. Sapphapete süntees on maksas ja niudesooles FXR-i aktiveerimise kaudu negatiivse tagasiside kontrolli all [55]. Seos seerumi sapphapete ja nii seerumi PFOA kui ka loote kasvu tulemusnäitajate vahel leiti 313 raseda afroameeriklasest naisest koosnevas kohordis [56].

C57BL/6J hiirtel täheldati tsirkuleerivate sapphapete sisalduse suurenemist viie PFAS-i, mis koosnes PFOA-st, PFOS-ist, PFNA-st, PFHxS-st ja GenX-st, segust [57]. Vanusega seotud lekkivat soolepõletikku saab leevendada probiootiliste kokteilide lisamisega, suurendades sappsoola hüdrolaasi aktiivsust, mis põhjustab tauriini sisalduse suurenemist, mis stimuleeris tihedaid ühendusi [58]. Düsbioosist põhjustatud sekundaarsete sapphapete puudus võib soodustada soolepõletikku, mis võib leevendatakse sekundaarsete sapphapete lisamisega hiiremudelites [59].

Inimese HepaRG hepatoomirakkudes teatati PFOA sapphappe metabolismiga seotud geeniekspressiooni kahjustusest. Eelkõige vähenes CYP7A1, võtmeensüüm, mis katalüüsib sapphappe sünteesi kiirust piiravat etappi [60].

Lisaks sapphappe biosünteesis osalevatele ensüümidele vähendas PFOA ka sapphappe transpordiga seotud geenide Bsep ja Mrp2 ekspressioonitasemeid hiire 3D primaarses maksasferoidmudelis [61]. Lisaks on teatatud, et PFOA interakteerub inimese sapphappe transporteri Na+/taurokolaadi kaastransportiva polüpeptiidiga [62]. PFOA vähendas neid orgaanilisi anioone transportivate polüpeptiidide 1a1, 1a4 ja 1b2 RNA ja valgu ekspressiooni hiiremudelis, aktiveerides peroksisoomi proliferaatoriga aktiveeritud retseptori (PPAR) alfa; need on peamised transportijad, mis vastutavad sapphapete maksa omastamise eest [63].

Trüptofaani metabolismi muutused olid inimuuringutes enim teatatud PFAS-iga seotud metaboolsed tunnused [64]. Soolestiku mikroobid võivad muuta trüptofaani indooliks ja selle derivaatideks, nagu 3-indoolakrüülhape ja 3-indooläädikhape, mille taset selles uuringus vähendas PFOA kokkupuude. Eelkõige on teatatud, et 3-indooläädikhape soodustab sooleepiteeli barjääri funktsiooni ja pärsib põletikulisi reaktsioone [65]. Mutsiine kasutavate ja trüptofaani metaboliseerivate soolestiku mikroorganismide geneetiline võime on põletikulise soolehaigusega patsientidel vähenenud [65].

Tsütoplastikretseptorina on AhR kudede homöostaasi ja immuunsuse oluline tegur, mis võimaldab immuunrakkudel kohaneda keskkonnatingimustega [66]. Lisaks teatati, et 3-indooläädikhape on üks domineerivatest AhR-i aktivaatoritest hiire ja inimeste väljaheiteproovide sisalduses [67]. Lisaks võib 3-indooläädikhape AhR-i transkriptsioonifaktori aktiveerimise kaudu soodustada soolebarjääri terviklikkust ja pärssida põletikulisi reaktsioone, mis soodustas veelgi AhR-sõltuvat IL-22transkriptsiooni [68]; 3-indooläädikhape on ka pregnane X retseptori (PXR) aktivaator, mis indutseerib IL-35+ B-rakkude teket koos lipopolüsahhariidiga PXRand Toll-sarnase retseptori 4 kaudu [69]. Lisaks on 3-indooläädikhappel kasulik toime, näiteks anküloseeriva spondüliidi leevendamine [70]; 3-indooläädikhapet vähendati oluliselt rasvarikka dieediga hiirtel [71].

3-indooläädikhappe lisamine võib leevendada alkohoolset rasvmaksahaigust põletikulise reaktsiooni, oksüdatiivse stressi ja maksa lipogeneesi nõrgenemise kaudu [72]. Lisaks mõjutas 3-indooläädikhape keemiaravi efektiivsust kõhunäärmevähiga patsientidel kahes sõltumatus pankreasejuhalise adenokartsinoomi kohordis [73]. Pankrease duktaalse adenokartsinoomi hiiremudelis võib fekaalse mikrobiota siirdamine ja 3-indooläädikhappe lisamine suurendada ka kemoterapeutilist efektiivsust humaniseeritud gnotobiootilistel hiirtel [73]. Koos3-indoolakrüülhappe ja 3-indooläädikhappe redutseerimine PFOA poolt, võivad need kasulikud mõjud olla ohus.

Sellel uuringul oli mitmeid piiranguid. Esiteks hõlmas see uuring ainult isaseid hiiri, samas kui emaseid hiiri ei kaasatud. Sooliselt tasakaalustatud uuringukava, mis hõlmab nii isasloomi kui ka emaseid hiiri, võib seda uurimisvaldkonda parandada. Teiseks ei tuvastatud kontrollhiirte saanud joogivees PFOA taset. Arvestades PFOA laialdast levikut, oli tõenäoline, et kontrollhiirte saadud joogivesi sisaldas PFOA madalat taset. USA-s Georgias oli PFOA tase joogivees 20–70 ng/l [74]. PFOA toksilise toime testimiseks soolestiku mikrobiotaga seotud metaboliitidele määrati selles uuringus kokkupuutetasemeks 1 ppm, mis on kõrgem kui keskkonna seisukohalt oluline tase. Doosi tuleb edaspidistes uuringutes vähendada, et uurida PFOA mõju tervisele keskkonna seisukohalt olulisel tasemel.

5. Kokkuvõtted

PFOA on viimasel ajal muutunud tõsiseks rahvatervise probleemiks. Käesolevas uuringus häiris PFOA hiirtel nii soolestiku mikrobiota koostist kui ka väljaheite, seerumi ja maksa metaboolseid profiile. Leiti korrelatsioon soolestiku mikrobiota ja erinevate fekaalsete metaboliitide vahel. Kokkupuude PFOA-ga põhjustas olulisi muutusi soolestiku mikrobiotaga seotud metaboliitide, sealhulgas sapphapete ja trüptofaani metaboliitide, nagu 3-indoolakrüülhape ja 3-indooläädikhape. Meie leiud võivad parandada arusaamist soolestiku mikrobiota kaudu vahendatud PFOA tervisemõjudest.

Looduslik taimne ravim kõhukinnisuse leevendamiseks-Cistanche

Cistanche on parasiittaimede perekond, mis kuulub sugukonda Orobanchaceae. Need taimed on tuntud oma raviomaduste poolest ja neid on traditsioonilises hiina meditsiinis (TCM) kasutatud sajandeid. Cistanche liike leidub valdavalt Hiina, Mongoolia ja teiste Kesk-Aasia kuivades ja kõrbepiirkondades. Cistanche taimi iseloomustavad nende lihavad kollakad varred ja neid hinnatakse kõrgelt nende võimaliku tervisega seotud eeliste tõttu. TCM-is arvatakse, et Cistanche'il on toonilised omadused ja seda kasutatakse tavaliselt neerude toitmiseks, elujõu suurendamiseks ja seksuaalfunktsiooni toetamiseks. Seda kasutatakse ka vananemise, väsimuse ja üldise heaoluga seotud probleemide lahendamiseks. Kuigi Cistanche on traditsioonilises meditsiinis kasutatud pikka aega, on selle tõhususe ja ohutuse teaduslikud uuringud käimas ja piiratud. Siiski on teada, et see sisaldab mitmesuguseid bioaktiivseid ühendeid, nagu fenüületanoidglükosiidid, iridoidid, lignaanid ja polüsahhariidid, mis võivad kaasa aidata selle ravitoimele.

Wecistanche'i omacistanche pulber, tsitanche tabletid, cistanche kapslidja muud tooted on välja töötatud kasutadeskõrbcistanchetoorainena, mis kõik mõjuvad hästi kõhukinnisust leevendavalt. Spetsiifiline mehhanism on järgmine: Cistanche'il arvatakse olevat potentsiaalne kasu kõhukinnisuse leevendamisel, tuginedes selle traditsioonilisele kasutamisele ja teatud ühenditele, mida see sisaldab. Kuigi teaduslikud uuringud konkreetselt Cistanche mõju kohta kõhukinnisusele on piiratud, arvatakse, et sellel on mitu mehhanismi, mis võivad aidata kaasa selle potentsiaalile kõhukinnisust leevendada. Lahtistav toime:CistancheTraditsioonilises Hiina meditsiinis on seda juba pikka aega kasutatud kõhukinnisuse ravimina. Arvatakse, et sellel on kerge lahtistav toime, mis võib aidata soodustada soolte liikumist ja põhjustada kõhukinnisust. Selle toime võib seostada mitmesuguste Cistanche'i ühenditega, nagu fenüületanoidglükosiidid ja polüsahhariidid. Soolestiku niisutamine: traditsioonilise kasutuse põhjal arvatakse, et Cistanche on niisutavate omadustega, mis on suunatud just sooltele. Soolestiku niisutamise ja määrimise soodustamine võib aidata tööriistu pehmendada ja hõlbustada läbipääsu, leevendades seeläbi kõhukinnisust. Põletikuvastane toime: kõhukinnisust võib mõnikord seostada seedetrakti põletikuga. Cistanche sisaldab teatud ühendeid, sealhulgas fenüületanoidglükosiide ja lignaane, millel arvatakse olevat põletikuvastased omadused. Vähendades põletikku soolestikus, võib see aidata parandada väljaheite regulaarsust ja leevendada kõhukinnisust.