Polüfenoolide roll kuumašokivalkude ja soolestiku mikrobiota reguleerimisel võõrutusstressis 1. osa

Palun võtke ühendustoscar.xiao@wecistanche.comrohkem informatsiooni

Soolestiku mikrobiota on soole ökosüsteemi loomulikud asukad, millel on mitmeid funktsioone, mis avaldavad kasulikku mõju peremeesorganismi füsioloogiale. Soolestiku mikrobiota häireid võõrutusstressis reguleerivad immuunsüsteem ja oksüdatiivse stressiga seotud valgurajad. Võõrutamise stress muudab ka soolestiku mikrobiota vastust, piirab seeduvust ja mõjutab loomade produktiivsust põletikuliste molekulide tootmise kaudu. Kuumašoki valgud on molekulaarsed šaperoonid, mis täidavad mitmesuguseid funktsioone füsioloogilisest kuni patoloogilise vaatepunktini ja rakulise stressireaktsiooni ümberkujundamine. Kuna polüfenoolid osalevad kaitsemehhanismis, tagavad need raku taluvuse tohutute stiimulite vastu. Polüfenoolid on looduse poolt õnnistatud ühendid, mis näitavad nende olemasolu suures koguses. Tänu oma laiemale kättesaadavusele ja populaarsusele võivad nad avaldada tugevat immunomoduleerivat, antioksüdatiivset ja põletikuvastast toimet. Nende paljulubav tervist edendav toime on tõestatud erinevates raku- ja loomuuringutes. Polüfenoolidega dieedi sekkumine võib muuta soolestiku mikrobioomi reaktsiooni ja nõrgendada põletikuga seotud võõrutusstressi. Lisaks avaldavad polüfenoolid paranemise kaudu tervisele soodsat mõjupõletikulineprotsessid, mis parandavad seedimist ja avaldavad seeläbi loomakasvatusele kaitsvat toimet. Siin, selles artiklis, laiendame dieedi polüfenoolide sekkumisstrateegiate rolli võõrutusstressis, mis häirib soolestiku mikrobiota funktsiooni, ning pöörame rõhku ka kuumašoki valkudele soolestiku tervises. See ülevaateartikkel annab söödatööstusele uue suuna, et koostada polüfenoole sisaldav dieet, millel oleks märkimisväärne mõju loomade tervisele.

Lisateabe saamiseks klõpsake siin

1. Sissejuhatus

Soolestiku mikrobiota on selle looduslik elanikseedetraktitrakt, elanud peremehes, kes on aastakümnete jooksul vastastikku mõistnud [1]. See loob hästi hooldatud kompositsiooni ja tasakaalu peremeesorganismi homöostaasis [2]. Sigade soolestiku mikrobiota esindab elavat koostist ja mitmekesisust, mis muutub aja jooksul ja kogu seedetraktis [3]. Mikroobide kolonisatsioon hakkab arenema sündides ja seda kujundab emisepiima tarbimine[4] ning seega viitab imemisperiood soolestiku mikroobide muutustele. Võõrutusperiood algab eriti 3–4 nädalat pärast külvi, mil põrsastele on vedela piima asemel pakutud tahket toitu. Võõrutatud põrsad on tundlikud toitumis-, füsioloogiliste ja psühholoogiliste stressitegurite suhtes, mis põhjustab soolestiku morfoloogia, füsioloogilise funktsiooni häireid ja soolestiku mikrobiota muutusi [5,6]. Soolestiku mikrobiota muutust peetakse võõrutusjärgse kõhulahtisuse peamiseks teguriks [7]. Soolestiku mikrobiota peamine ülesanne on seedida seedimatuid toitaineid, kuid see aitab kaasa ka toitainete imendumisele, ainevahetusele ja allaneelatud toitainete säilitamisele, mis mõjutab peremeesorganismi füsioloogiat [8]. Soolestiku mikrobiota koostise nihke katkemine võib põhjustada mitmeid patogeenseid häireid [9, 10]. Seetõttu vajab peremeesorganismi tervise parandamine selget arusaamist soolestiku ökosüsteemist, eriti soolestiku mikrobiotast [11].

Cistanche võib parandada immuunsust

On hästi teada, et ülekaalukalt vabad radikaalid kutsuvad esile oksüdatiivse stressi, kahjustavad vabade radikaalide eemaldamist ja mõjutavad oksüdeerija/antioksüdantide tasakaalu. Oksüdatiivne stress suhtleb ka signaalimolekulidega, et avaldada fütopatogeenset vastust. Üldiselt avaldab see märgatavat mõju sigade ja lihavasikate soolestiku tervisele, mis lõppkokkuvõttes vähendab selle tootmist[12,13]. Sigade soolestiku mikrobiota uurimine ei aitaks mitte ainult luua tervet looma soolestikku, vaid oleks anatoomiliste ja füsioloogiliste omaduste sarnasuse tõttu kasulik ka inimuuringutele. Polüfenoolide mõju kujundab soolestiku mikrobiotat, leevendades võõrutusstressi, mida arutatakse järgmistes osades.

2. Polüfenoolide metabolism soolestiku mikrobiota poolt

Toidu polüfenoolid on looduslikud bioaktiivsed ühendid, mis on saadud erinevatest allikatest, sealhulgas taimedest, puuviljadest, köögiviljadest, kakaost, šokolaadist, teest, kohvist ja veinist [14]. Looduslikult on need heterogeensed ühendid, mis on liigitatud hüdroksüülitud fenüülrühmadeks. Erinevate struktuuriomaduste tõttu on need jaotatud flavonoidideks ja mitteflavonoidideks [15]. Enamik ühendeid kuulub flavonoidide kategooriasse; looduses on praeguseks uuritud üle 9000 struktuuriliselt erineva ühendi. Fenoolsete ühendite ainulaadne identiteet koosneb adifenüülpropaanskeleton(C6-C3-C6)struktuur tavaliste atribuutidega. Lisaks jaotatakse flavonoidid vastavalt nende erinevale struktuurilisele käitumisele veel kuue alamrühma [16, 17]. Kui need ühendid on tarbitud, tunneb inimkeha need ksenobiootikumidena; seetõttu on ühendite biosaadavus madalam kui mikro- ja makrotoitainetel. Ühendi olemust arvestades läbivad nad kiiresti peensoole [18] või liiguvad peaaegu muutumatuna käärsoole poole [19, 20]. Andmed on näidanud, et ligikaudu 1/9 polüfenoolide koguimendumisest toimub peensooles, ülejäänud osa aga kantakse madalamal kontsentratsioonil läbi jämesoole valendiku, kus need konjugeeritakse ja erituvad soolevalendiku kaudu sapiga ning puutuvad kokku ensümaatilised aktiivsused [21-23]. Suuremad polüfenoolide molekulid jõuavad käärsoolde peaaegu algses struktuuris ja seejärel metaboliseeruvad soolestiku mikrobiota toimel koos konjugaatidega ja elimineeritakse soole luumenis sapi kaudu. Nende biosaadavust mõjutavad mitmed tegurid, nagu polaarsus, molekulmass, taimne maatriks, seeduvus ja imendumine [24]. Kui polüfenoolid on peensoolest imendunud, läbivad aglükoonid biotransformatsiooni enterotsüütides ja seejärel hepatotsüütides. Pärast seda levivad toodetud metaboliidid erinevatesse organitesse ja lõpuks elimineeritakse uriiniga. Ja teadlased märkisid, et polüfenoolirikaste toitude mõju hindamisel inimese vere antioksüdantide võimele ei pruugita võtta arvesse vabatahtlike toidutarbimist, mis võib olla peamine mõju inimese vere antioksüdantse võimekuse mõjutamisel[25]. Lisaks käsitleb [26-30] põhjalikke teadmisi polüfenoolide biosaadavuse kohta. Polüfenooli struktuur, mis näitab tervist kaitsvat toimet, on hästi illustreeritud joonisel 1.

3. Polüfenoolide mõju mikroobidele

Koostis ja ainevahetus

Seedetrakt (GIT) on asustatud paljude käärsoole bakteriliikidega. Valdavalt leitud mikrobiotaphylaon Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria jne. [31]. Spetsiifiline mikrobiota koostis võib teatud tingimustes, näiteks kõhulahtisuse ja antibiootikumravi või toitumisalase sekkumise korral, erineda [32]. Dieet mõjutab soolestiku mikrobiotat ja võib muuta heaolu tähtsust kas soodsate või kahjulike probleemidega. Prevotella kui peamine bakter soolestiku süsteemis vastutab süsivesikutega rikastatud dieedi eest, samas kui Bacteroides vastutab loomsete valkude ja küllastunud rasvade rikka toidu omastamise eest [33, 34]. Vähesed bakterid, eriti Flavonifractor plauti, Slackia equolifaciens ja Slackia isoflavoniconvertens, osalevad paljude polüfenoolide metabolismis. Toiduga saadava polüfenooli tarbimine on ligikaudu 1 g, mis on 10 korda suurem kui vitamiini kogus[35]. Polüfenoolide ja soolestiku mikrobioomi (GM) vahelist seost on kusagil mujal kirjeldanud [36].

Soolestiku mikrobiota muutmise polüfenoolimehhanismi tuleb parandada ja see täidab oma funktsiooni otsesel või kaudsel viisil. Need hõlmavad kas bakterite kasvu aktiveerimist või pärssimist. Bakterite kasvu pärssimine määrab polüfenoolide bakteriostaatilise või bakteritsiidse toime, mis takistab aktiivsete patogeensete bakterite arengut. Seetõttu on otsustava tähtsusega nende ühendite tase ja omadused. Polüfenooli metaboliitide kaudne toime võib vallandada ühe bakterirühma arengu, soodustades teise bakterirühma kasvu [37,38]. Polüfenooli reguleerimine

soolestiku mikrobiota arvukuse ja mitmekesisuse omastamine võib olla seotud soolestiku mikroobikoosluse substraadieelistuste ja metaboolsete võimetega [39]. Polüfenool võib teatud bakterite pärssimise kaudu mõjutada Firmicutes/Bacteroidetes (F/B) suhet. liigid [40]. Randomiseeritud topeltpime platseebokontrolliga inimuuring näitas, et epigallokatehhiin-3-gallaadi ja resveratrooli suukaudne tarbimine vastavalt 282 ja 80 mg/päevas 12 nädala jooksul vähendas positiivselt Bacteroidetes ja fekaalide arvukust. Feca-bakter prausnitzi rasvunud inimestel vastuseks pla-cebole [41]. Rotid, kes said toiduga kvertsetiini annuses 30 mg/kg/päevas, inhibeerisid kõrge rasvasisaldusega dieedist põhjustatud soolestiku mikrobiota kahjustusi, vähendades F/B suhet ja rasvumisega seotud bakterite arvukust, näiteks Erysipelotri-chaceae, Bacillus, ja Eubacterium cylindroides [42]. Polüfenoolirikaste toitude/ekstraktide esilekutsumine muutis ka soolestiku mikrobiota koostist. Koerad, kes pakkusid rohelise tee polüfenooliekstrakte 18 nädala jooksul, vähendasid bakteroidide ja fusobakterite arvukust ning suurendasid Firmicutes [43]. Hiired, keda raviti 5% ja 10% külmkuivatatud musta vaarika pulbriga antotsüaniinidega ja 12 nädala jooksul asoksümetaaniga/DSS-iga, soodustasid kasulike bakterite (nt Faecalibacterium prausnitzi, Lactobacillus ja Eubacterium rectale) rohkust väljaheites ning vähendasid nende arvukust. -patogeenide, näiteks Desulfovibrio sp. ja Enterococcus spp. [44]. Värskeim leid näitas, et metsmustika polüfenoolse ekstrakti ja mustika isoleeritud fraktsiooni kokkupuude kõrge rasvasisaldusega sahharoosisisaldusega dieediga suurendas rasvunud hiirtel polüfenoole lagundavate bakterite Adlercreutzia equolifaciens kasvu, mis näitab, et nende bakterite lisamine polüfenoolide ainevahetuses võib olla seotud rasvumise ja diabeedi metaboolsete häirete leevendamine bioaktiivsete molekulide abil [45]. Üldiselt võivad polüfenoolide struktuur, optimeerivad annused ja mikroorganismide tüvi mõjutada polüfenooli toimet bakterite kasvule ja ainevahetusele. Polüfenoolid võivad rikastada kasulikke baktereid, näiteks Bifidobacterium ja Lactobacillus, mis kaitsevad soolestiku barjääri funktsiooni, Faecalibacterium prausnitzii, mis näitab põletikuvastast toimet tuumafaktor-kappa B(NF-xB) stimulatsiooni pärssimise kaudu, ja Roseburia spp. kes on võihappe tootjad [46]. See uuring näitas, et grampositiivsed bakterid on gramnegatiivsete bakterite vastu tundlikud polüfenoolide suhtes. Need muutused võivad olla tingitud erinevusest bakterite rakuseina koostises [47].

4. Kuumašokivalgud ja soolestiku tervis Kuumašokivalgud (HSP) on suur molekulaarsete chaperoonide perekond, mis võib kinnitada stressist denatureeritud valkude voltimist, lahtivoltimist ja ümbervoltimist [48].

HSP-d liigitatakse sõltuvalt nende molekulmassist seitsmesse perekonda [49]. Enamik liikmeid toimib chaperonina, stabiliseerides valke korrigeerides või toetades valkude ümbervoltimist, mis on kahjustatud stressirakkude vastusest [50]. HSP-d täidavad immuunvastustes olulisi funktsioone ja kipuvad säilitama limaskesta barjääri terviklikkust ja soolestiku homöostaasi. On tunnistajaks, et sooleepiteelirakkudes peetakse sooleepiteelirakkudes kuumašokivalgu tootmise peamiseks indutseerijaks enteraalset mikrobiotat [51]. Nad reguleerivad soolestiku barjääri funktsiooni, reguleerides tihedaid ühendusvalke (TJ). Intestinaalsete epiteelirakkude (IEC) rakkudevaheline ruum on loomulikult kaitstud TJ-valkudega, mis vastutavad soolestiku läbilaskvuse säilitamise eest. Neid valke muudetakse pidevalt mikroobidest ja antigeenidest koosnevate väliste stiimulite vastu [52].

HSP27 aktiveerib rakkude proliferatsiooni tuumafaktor-xB (NF-xB) signaalide abil, mis reguleerivad rakkude ellujäämist, proliferatsiooni ja diferentseerumist ning pärsivad NF-xB-sõltuvaid apoptootilisi radu [53-56]. HSP27 toetab nii ubikvitiinist sõltuvat kui ka ubikvitiinist sõltumatut voltimata valkude lagunemist pärast rakulisi pingeid. Need avaldavad oma toimet mitmele apoptootilisele teele mitokondritest üles- ja allavoolu, näiteks stressirakkude signaalide varajaste staadiumide pärssimine, reaktiivsete hapnikuliikide tootmise inhibeerimine proapoptootiliste valkude kasutamise kaudu ja/või ellujäämisvalkude, nagu kinaaside, stimuleerimine, mis omakorda pärsisid proapoptootiliste signaalide vabaneminemitokondrid[53-56]. Lisaks on HSP-del ka antioksüdatiivne toime ja nad võivad pärssida ülekaalukalt reaktiivseid hapniku liike, stimuleerides antioksüdantseid ensüüme [53-56]. Näiteks võib iHSP27 pärssida tsütokroom-c mitokondriaalset vabanemist ja pärssida teatud kinaase, nagu c-Jun N-terminaalne kinaasi või kaspaasi aktiivsus. Lühidalt on teatatud, et iHSP27 ja iHSP70 suurendavad rakkude ellujäämist ja vastupidavust stressidele, viidates paljudele rajad erinevates rakuliinides.

Kuumašokivalgud ja peamine histo-sobivuse kompleks (MHC) on molekulid, mis arenesid peptiidantigeeni esitlemisel [57-59]. Ekstratsellulaarsed HSP-d võimaldavad kontakti otse antigeeni esitlevate rakkudega, stimuleerides erinevaid retseptoreid, nagu teemaksutaolised retseptorid 2 ja 4; CD91 avaldab ohusignaale, ilmutades seeläbi kaasasündinud immuunvastuseid [57]. On näidatud, et ekstratsellulaarsel HSP27-l (eHSP27) on põletikuvastane reaktsioon sõltuvalt immuunrakkude tüübist-23. Lisaks aktiveerib eHSP27 monotsüütide poolt põletikuvastaseid tsütokiine, nagu interleukiin (IL-10), ja pärsib diferentseerumist küpseteks dendriitrakkudeks ja makrofaagideks. Soolestiku iHSP-d mõjutavad tsütokiinide poolt moduleeritud proin-põletikulist NF-xB rada. iHSP-d pärsivad NF-xB signaale ja on teatatud soole epiteelirakkudes [60, 61]. Mehhanismid võivad seostada IxBa stimuleerimist ja IxB valgu fosforüülimise ja lagunemise pärssimist.

See artikkel on välja võetud raamatust Hindawi Oxidative Medicine and Cellular Longevity Volume 2021, artikli ID 6676444, 13 lehekülge https://doi.org/10.1155/2021/6676444