ABSTRACT

IMPORTANŢĂ Recent, trimetilamina-N-oxidul (TMAO) a fost identificat ca un factor de risc nou și independent pentru promovarea aterosclerozei (AS) parțial prin inhibarea sintezei acidului biliar hepatic (BA). Microbiota intestinală joacă un rol-cheie în fiziopatologia AS indusă de TMAO. Resveratrolul (RSV) este o fitoalexină naturală cu beneficii prebiotice. Un număr tot mai mare de dovezi susține ipoteza că fitochimicalele fenolice cu biodisponibilitate slabă acționează, în principal, prin remodelarea microbiotei intestinale. Studiul actual a arătat că RSV a atenuat AS indus de TMAO prin scăderea nivelurilor de TMAO și creșterea neosintezei hepatice BA prin remodelarea microbiotei intestinale. Și neosinteza hepatică BA indusă de RSV a fost parțial mediată prin reglarea descendentă a axei 15 a factorului de creștere al receptorului farnesoid X enterohepatic-fibroblast. Aceste rezultate oferă noi perspective asupra mecanismelor responsabile de efectele anti-AS ale RSV și indică faptul că microbiota intestinală poate deveni o țintă interesantă pentru intervenții farmacologice sau dietetice pentru a reduce riscul de a dezvolta boli cardiovasculare.

atenuează

INTRODUCERE

Incidența bolilor cardiovasculare (BCV), cum ar fi ateroscleroza (SA), crește la nivel global și a devenit o problemă costisitoare de sănătate publică (1). O abordare metabolomică recentă a identificat faptul că trimetilamina plasmatică-N-oxid (TMAO), un metabolit al colinei, este un factor de risc nou și independent pentru promovarea AS (2, 3). Generarea TMAO este dependentă de microbiota intestinală, care metabolizează mai întâi colina din dietă în trimetilamină (TMA). Ulterior, TMA este metabolizat în TMAO de către enzimele familiei flavin monooxigenazei (FMO) din ficat (4). Astfel, microbiota intestinală a fost prezentată ca un jucător cheie în patogeneza AS indusă de TMAO, care ar putea fi o nouă țintă terapeutică potențială pentru prevenirea și tratamentul BCV. S-a constatat că antibioticele (Abs) ar putea atenua AS cauzate de TMAO prin reducerea sintezei TMAO prin blocarea căii l-carnitinei către TMA guvernată de microbiota intestinală (4). Cu toate acestea, efectele secundare și potențialul de rezistență al Abs limitează utilitatea lor. Prin urmare, identificarea produselor naturale cu efecte antimicrobiene excelente pentru a inhiba producția de TMA microbiană intestinală ar putea fi utilă pentru prevenirea și tratamentul AS indus de TMAO.

Resveratrolul (RSV) este un polifenol natural care apare în principal în struguri, fructe de pădure și alți constituenți dietetici și este benefic pentru tratamentul multor boli metabolice, inclusiv AS (13). Investigațiile anterioare au arătat că efectele fiziologice ale RSV dietetic sunt în contrast izbitor cu biodisponibilitatea redusă, care este o preocupare majoră pentru dezvoltarea acestei clase de compuși în agenți terapeutici (14, 15). Cu toate acestea, un număr tot mai mare de dovezi susține ipoteza că fitochimicalele fenolice cu biodisponibilitate slabă acționează probabil în principal prin remodelarea microbiotei intestinale. Cercetătorii au confirmat că un extract de afine bogat în polifenoli și metformină atenuează sindromul metabolic indus de dietă la șoareci într-un mod dependent de microbiota intestinală (16, 17). Mai mult, s-a constatat că consumul de RSV poate modula în mod semnificativ creșterea anumitor microbiote intestinale in vivo, inclusiv creșterea raportului Bacteroidetes-to-Firmicutes și creșterea Bacteroides, Lactobacillus și Bifidobacterium (18-22). Aceste rezultate au sugerat că RSV ar putea fi un bun candidat pentru prebiotice și ar putea fi utilizat pentru a promova creșterea comensalelor benefice și, astfel, pentru a conferi beneficii sănătății gazdei.

Având în vedere asocierea strânsă între nivelurile TMAO, microbiota intestinală, metabolismul BA și AS, am emis ipoteza că RSV ar putea atenua AS indusă de TMAO prin reglarea sintezei TMAO și a metabolismului BA prin modularea microbiotei intestinale. Pentru a verifica această ipoteză, am examinat efectele RSV asupra AS indusă de TMAO, microbiota intestinală, sinteza TMAO și metabolismul BA la șoarecii C57BL/6J și ApoE -/-. Mai mult, a fost investigată și implicarea potențială a axei enterohepatice FXR-FGF15. Am arătat, pentru prima dată, că RSV a atenuat AS indus de TMAO prin scăderea nivelurilor de TMAO și creșterea neosintezei hepatice BA prin remodelarea microbiotei intestinale și că neosinteza BA indusă de RSV a fost parțial mediată prin axa enterohepatică FXR-FGF15.

REZULTATE

Acesta este un articol cu ​​acces liber distribuit în condițiile licenței Creative Commons Attribution 4.0 International.

Tabelul S4

Acesta este un articol cu ​​acces liber distribuit în condițiile licenței Creative Commons Attribution 4.0 International.

Figura S5

Acesta este un articol cu ​​acces liber distribuit în condițiile licenței Creative Commons Attribution 4.0 International.

Figura S3

Acesta este un articol cu ​​acces liber distribuit în condițiile licenței Creative Commons Attribution 4.0 International.

Șoarecii ApoE -/- RSV protejați de AS indusă de TMAO. Șoarecilor femele ApoE -/- în vârstă de opt săptămâni (n = 10 per grup) li s-a administrat RSV (0,4%) cu sau fără colină (1%) în absența sau prezența Abs timp de 4 luni. Grupul de control a fost hrănit cu o dietă chow. (A) Imagini cu ultrasunete în modul B ale sinusului aortic și cuantificare. Săgețile indică regiunile de interes. RV, ventriculul drept; RA, atriul drept; LA, atriul stâng. (B) Rădăcini aortice colorate cu roșu uleios (contracolorate cu hematoxilină) și cuantificare. (C) O colorare roșie uleioasă a aortelor întregi, inclusiv arcul aortic, regiunile toracice și abdominale și cuantificarea acestora. (D) Conținutul total de colesterol în aorta toracică și abdominală. Valorile sunt exprimate ca medii ± SD (n = 10). a, P RSV a redus nivelurile de TMAO prin scăderea generației de TMA prin remodelarea microbiotei la șoareci ApoE -/-. Așa cum se arată în FIG. Administrarea de la 7A la D, RSV a scăzut semnificativ conținutul de TMA și TMAO și a crescut nivelurile de expresie ale activității FMO3 și FMO hepatice. Aceste rezultate au fost în concordanță cu constatările noastre la șoareci C57BL/6J, sugerând rolul important al microbiotei intestinale în scăderea nivelului TMAO indusă de RSV.

Figura S4

Acesta este un articol cu ​​acces liber distribuit în condițiile licenței Creative Commons Attribution 4.0 International.

RSV a indus sinteza hepatică BA la șoareci ApoE -/- tratați cu colină. TMAO pare să contribuie la dezvoltarea AS, în parte prin afectarea metabolismului colesterolului prin reglarea căii de sinteză a BA (4). Prin urmare, influența RSV asupra sintezei BA a fost investigată la șoarecii ApoE -/- tratați cu colină. Am constatat că prezența colinei a crescut semnificativ nivelul colesterolului total seric (TC) și al colesterolului hepatic și a scăzut dimensiunea bazinului BA și vezica biliară și conținutul de BA luminal SI la șoarecii ApoE -/- aceste efecte au fost inversate prin tratamentul cu RSV (Fig. 8A la E). Și nu au existat diferențe semnificative în conținutul de BA hepatic între grupuri (Fig. 8F). Între timp, RSV a crescut, de asemenea, raportul biliar TCA/TβMCA (vezi Fig. S5A și Tabelul S4 în materialul suplimentar) și a inversat scăderea indusă de colină a ARNm CYP7A1 și a expresiei proteinelor la șoarecii ApoE -/- (Fig. 8G și H) . Cu toate acestea, atunci când microbiota intestinală a fost suprimată de Abs, sinteza hepatică indusă de RSV a fost semnificativ inhibată la șoarecii ApoE -/- hrăniți cu colină (Fig. 8). În plus, tratamentul cu RSV unic ar putea induce, de asemenea, sinteza hepatică a BA la șoareci ApoE -/- (Fig. 8). Aceste rezultate au sugerat că RSV a indus sinteza hepatică BA într-o manieră dependentă de microbiota intestinală la șoarecii ApoE -/- tratați cu colină.

În cele din urmă, nu se știe dacă TMAO interacționează direct cu un receptor specific sau dacă acționează pentru a modifica căile de semnalizare indirect prin modificarea conformației proteinelor (adică prin efecte alosterice), în timp ce TMA a fost raportat că influențează transducția semnalului prin interacțiunea directă cu o familie de receptori cuplați cu proteina G (47). TMAO, o amină cuaternară mică cu caracter alifatic, este capabilă să inducă în mod direct modificări conformaționale în proteine ​​și să stabilizeze plierea proteinelor și să acționeze ca o chaperonă proteică cu molecule mici (48, 49). Se poate concepe astfel că TMAO poate modifica multe căi de semnalizare fără a acționa direct la un „receptor TMAO”. Cu toate acestea, mecanismele exacte prin care TMAO în circulație promovează AS și dacă RSV ar putea inversa modificările cauzate de TMAO în alte căi de semnalizare sunt încă în mare parte necunoscute și trebuie să fie elucidate în continuare.

Din câte știm, am demonstrat pentru prima dată că RSV a atenuat AS indus de TMAO prin reglarea sintezei TMAO și BA prin remodelarea microbiotei intestinale și că neosinteza BA hepatică mediată de RSV a fost parțial modulată prin reglarea descendentă a axa FXR-FGF15 a ficatului intestinal (Fig. 10). Prin urmare, aceste rezultate deschid o nouă cale de cercetare cu privire la potențialele efecte cardiovasculare de protecție ale RSV și indică faptul că microbiota intestinală poate deveni o țintă interesantă pentru intervenții farmacologice sau dietetice pentru a reduce riscul de a dezvolta BCV.

Un model care descrie utilizarea RSV pentru a atenua AS prin vizarea microbiotei intestinale. RSV dietetic poate modifica compoziția florei intestinale. Pe de o parte, acest lucru poate duce la niveluri reduse de producție de TMA microbiană intestinală, ducând ulterior la scăderea sintezei TMAO în ficat și, în cele din urmă, la inhibarea AS. Pe de altă parte, RSV crește activitatea BSH prin remodelarea microbiotei intestinale, care promovează generarea de BA neconjugate din BA conjugate și îmbunătățește pierderea de BA fecală. Pierderea de BA fecală indusă de RSV duce la o scădere a conținutului de BA ileal, inhibând astfel axa FXR-FGF15 ileală, și apoi crește nivelurile de expresie ale CYP7A1 în ficat, inducând ulterior neosinteza BA hepatică care contribuie la homeostazia colesterolului, atenuând în final AS . Roșul indică efectul RSV, violetul indică reglarea descendentă prin RSV, verde indică reglarea ascendentă prin RSV, iar albastrul indică flora intestinală. LCA, acid litocolic.

MATERIALE ȘI METODE

Animale și tratamente. Șoarecii C57BL/6J femele și șoarecii ApoE -/- cu fond genetic C57BL/6 au fost cumpărați de la Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME, SUA). Animalele au fost menținute la o temperatură controlată (22 ± 2 ° C), cu o perioadă de 12 ore lumină/întuneric. Pentru toate experimentele, șoarecii au fost adăpostiți individual în cuști și au avut acces ad libitum la apă. Șoarecii din grupul de control au fost hrăniți cu o dietă standard de chow (dieta modificată NIH31 pentru șoareci/șobolani; Harlan Teklad). Experimentele pe animale au fost efectuate în strictă conformitate cu recomandările din Ghidul pentru îngrijirea și utilizarea animalelor de laborator publicat de Institutele Naționale de Sănătate și au fost aprobate de Comitetul de îngrijire și utilizare a animalelor din cadrul celei de a treia universități medicale militare (Chongqing, China; Aprobare SYXC-2014-00112). Anestezia pentobarbitală de sodiu (50 mg/kg greutate corporală) a fost administrată înainte de procedurile chirurgicale, cu efort maxim depus pentru a minimiza suferința. La sfârșitul experimentelor, șoarecii au fost uciși prin luxație cervicală urmată de decapitare.

Analize statistice. Datele cantitative sunt prezentate ca medii ± abateri standard (SD) ale rezultatelor din trei experimente independente. Analiza statistică a fost efectuată fie cu testul t Student, fie cu o analiză unidirecțională a varianței utilizând SPSS 13.0 (SPSS Inc., Chicago, IL). O valoare P mai mică de 0,05 a fost considerată semnificativă statistic, iar testul post hoc Tukey-Kramer a fost aplicat dacă valoarea P a fost mai mică de 0,05. Corelațiile dintre parametrii gazdei și populațiile bacteriene au fost evaluate prin testele de corelație Pearson folosind GraphPad Prism versiunea 6.00 (GraphPad Software, La Jolla, CA). FDR în comparațiile multiple au fost estimate pentru fiecare taxon pe baza valorilor P care au rezultat din estimările de corelație din software-ul statistic R.

Descrieri complete ale materialelor și metodelor suplimentare sunt date în Textul S1 în materialul suplimentar.

Textul S1

Acesta este un articol cu ​​acces liber distribuit în condițiile licenței Creative Commons Attribution 4.0 International.