Dodaci prehrani s cisteinom tijekom trudnoće spašavaju majčinu hipertenziju izazvanu kroničnom bolešću bubrega kod muških potomaka štakora: utjecaj sumporovodika i metabolita triptofana izvedenih iz mikrobiote

Sažetak

Kronična bubrežna bolest majke (CKD) povezana je s hipertenzijom u potomstva. Mikrobiom crijeva i njegovi metaboliti triptofana, dušikov oksid (NO) i renin-angiotenzinski sustav (RAS) usko su povezani s razvojem hipertenzije. Vodikov sulfid (H2S) pokazao je antihipertenzivni učinak. Naš je cilj bio testirati može li suplementacija L- ili D-cisteinom u trudnoći spriječiti hipertenziju programiranu KBB-om majke kod odraslih potomaka i istražiti zaštitne mehanizme. CKD je induciran u trudnih Sprague Dawley štakora dijetom 0.5 posto adenina tijekom 3 tjedna. L- ili D-cistein je nadoknađen u dozi od 8 mmol/kg tjelesne težine/dan tijekom trudnoće. Muški potomci žrtvovani su u dobi od 12 tjedana (n=8 po skupini). Hipertenzija izazvana CKD kod majke je na sličan način spriječena suplementacijom L- ili D-cisteinom. Zaštitni učinci L- i D-cisteina povezani su sa smanjenjem oksidativnog stresa, rebalansom RAS-a i preoblikovanjem crijevnog mikrobioma. Terapija L-cisteinom štitila je odrasle potomke od hipertenzije i bila je povezana s pojačanom proizvodnjom H2S, obnavljanjem bioraspoloživosti NO, povećanjem korisnih rodova Oscillibacter i Butyricicoccus, iscrpljivanjem rodova Alistipes i Akkermansia koji proizvode indol i smanjenjem nekoliko metabolita indola. Liječenje D-cisteinom povećalo je kinurensku kiselinu, 3-hidroksikinurenin i ksanturensku kiselinu u kinureninskom putu, smanjilo 5-hidroksitriptofan i serotonin u serotoninskom putu i obogatilo obilje rodova Bacteroides i Odoribacter. Ukratko, ovi rezultati upućuju na to da L- i D-cistein štite od hipertenzije potomaka izazvane CKD-om kod majke, vjerojatno povećanjem proizvodnje H2S, moduliranjem crijevne mikrobiote i njezinih izvedenih metabolita, te obnavljanjem NO i RAS.

Ključne riječi

kronična bolest bubrega; cistein; hipertenzija; razvojno podrijetlo zdravlja i bolesti (DOHaD); sustav renin-angiotenzin; crijevna mikrobiota; vodikov sulfid; indol.

Kliknite ovdje da saznate kakav je učinak Cistanche

Uvod

Sve veći broj podataka ističe trudnoću i dojenje kao kritično razdoblje u kojem majčinske uvrede mogu oblikovati zdravlje i bolest kod potomaka, što se sada naziva Razvojno podrijetlo zdravlja i bolesti (DOHaD) [1]. Žene s kroničnom bubrežnom bolešću (CKD) izložene su riziku ne samo za štetne ishode povezane s trudnoćom nego i za potomstvo [2]. Naše prethodno istraživanje je izvijestilo da CKD kod majke izazvan adeninom uzrokuje povišenje krvnog tlaka (BP) kod odraslih potomaka, što se poklapa s promjenama u sastavu crijevne mikrobiote, promjenama u izvedenim metabolitima i povećanjem uremičkih toksina [3].

Tijekom trudnoće, esencijalna aminokiselina triptofan važna je za razvoj fetusa i sintezu proteina u placenti [4]. Metabolizam triptofana prolazi kroz tri glavna puta u crijevima, što dovodi do derivata kinurenina, serotonina i indola [5]. Stvaranje indola događa se djelovanjem enzima triptofanaze [6]. Indolski metaboliti triptofana (tj. indoksil sulfat i indooctena kiselina) ključna su skupina uremičkih toksina koji potječu iz crijevne mikrobiote, a igraju ključnu ulogu u patogenezi KBB-a [6]. Uremijski toksini izvedeni iz triptofana mogu aktivirati arilne ugljikovodične receptore (AHR) kako bi izazvali oksidativni stres aktivacijom NADPH oksidaze i inhibicijom antioksidativnih obrambenih mehanizama [6,7]. Dobro je poznato da oksidativni stres igra ključnu ulogu u patogenezi KBB-a i hipertenzije u razvojnom podrijetlu [8]. S obzirom na složenost metaboličkih putova triptofana, različita svojstva metabolita izvedenih iz triptofana povezana su s patofiziologijom nekoliko bolesti [5,6,9]. Međutim, postoji malo informacija o tome jesu li metaboliti dobiveni iz triptofana korisni ili štetni za majčinu hipertenziju izazvanu CKD-om kod odraslih potomaka.

Nedavna istraživanja sugeriraju da sumporovodik (H2S) može imati neke zdravstvene prednosti kao strategija reprogramiranja, uključujući antihipertenzivni učinak [10,11]. Zabilježeno je nekoliko mehanizama koji leže u podlozi njegovih učinaka na snižavanje krvnog tlaka [12,13], uključujući povećanje bioraspoloživosti dušikovog oksida (NO), modulaciju sustava renin-angiotenzin (RAS) i smanjenje oksidativnog stresa. Prethodno smo pokazali da spontano hipertenzivni štakori (SHR) tretirani s visokim udjelom soli, kojima je davan L- ili D-cistein, prekursor H2S, u dobi između 4 i 6 tjedana nisu razvili hipertenziju u dobi od 12 tjedana [14]. Osim stvaranja H2S, L-cistein djeluje kao prethodnik reduciranog glutationa (GSH); GSH je dobro poznati antioksidans [15]. Sukladno tome, L- ili D-cistein ima antioksidativna svojstva kao protuteža oksidativnom stresu. Budući da H2S ima vazodilatatorska svojstva i H2S može regulirati aktivnost mikrobne triptofanaze [10,16], cilj nam je bio ispitati može li majčin dodatak L- ili D-cisteina pružiti zaštitu potomcima štakora od hipertenzije izazvane CKD-om majke i razjasniti temeljne mehanizme s fokusom na crijevnu mikrobiotu i metabolite izvedene iz triptofana.

Materijali i metode

1. Skrb za životinje i dizajn pokusa

Na početku studije korišteni su štakori Virgin Sprague Dawley (SD) (stari 8 tjedana, kupljeni od BioLASCO Taiwan Co., Ltd., Taipei, Tajvan). Po dolasku, štakori su bili smješteni u našem objektu za životinje s punom akreditacijom AAALAC-a. Postupci korišteni u ovoj studiji provedeni su u skladu s pravilima o skrbi i korištenju laboratorijskih životinja Nacionalnog instituta za zdravlje i IACUC Memorijalne bolnice Chang Gung (dozvola br. 2020073102).

Cistanche dodatak

Kako bi inducirali KBB model, ženke SD štakora primale su redovnu hranu (n {{0}}) ili hranu s dodatkom 0,5 posto adenina tijekom 3 tjedna u našem prethodnom radu [3]. Ženke štakora držane su u kavezu s mužjacima do parenja. Nakon potvrde parenja prisutnošću kopulacijskog čepa, žene su pojedinačno smještene i nasumično raspoređene u četiri skupine: kontrolna, CKD (štakori tretirani adeninom), LC (štakori tretirani adeninom primali su dodatak L-cisteina od 8 mmol/kg tjelesne težine/dan tijekom trudnoće) i DC (štakori tretirani adeninom primali su D-cistein u dozi od 8 mmol/kg tjelesne težine/dan tijekom trudnoće). Ovdje korištene doze L-cisteina i D-cisteina temelje se na našoj prethodnoj studiji provedenoj na štakorima [14]. Provedena je standardizacija veličine legla i legla su izlučena na osam mladunaca. Budući da je otkriveno da mužjaci imaju hipertenziju u mlađoj dobi od ženki [17], samo je muško potomstvo odabrano iz svakog legla za korištenje u narednim pokusima. Muško potomstvo je raspoređeno u četiri pokusne skupine (n=8 po skupini): C, CKD, LC i DC. Mladunci su odbijeni s 3 tjedna na normalnu hranu.

Štakori su aklimatizirani na CODA neinvazivni sustav krvnog tlaka (metoda repne manšete, Kent Scientific Corporation, Torrington, CT, SAD) na 20 ciklusa po štakoru tjedan dana prije eksperimenta, kako bi se osigurala točnost i ponovljivost. Prema našem protokolu [3], krvni tlak je mjeren kod štakora pri svijesti svaka četiri tjedna. Ukupno 32 potomaka žrtvovano je u dobi od 12 tjedana. Fekalni uzorci su prikupljeni ujutro prije žrtvovanja podizanjem repa i zakretanjem prema leđima kako bi se izazvala defekacija. Kasnije su uzorci izmeta pohranjeni na -80 ◦C u zamrzivač do ekstrakcije. Uzorci krvi sakupljeni su u heparinske epruvete. Bubrezi su sakupljeni i pohranjeni na -80 ◦C do analize. Bubrezi su sakupljeni nakon perfuzije fiziološkom otopinom puferiranom fosfatom. Jedan bubreg je uklonjen i podijeljen na korteks i medulu i brzo zamrznut; drugi bubreg je fiksiran i uklonjen za imunohistokemiju.

2. Tekuća kromatografija visoke učinkovitosti – spektrometrija mase (HPLC-MS/MS)

Koristili smo sustav tekućinske kromatografije visoke učinkovitosti (HPLC) Agilent Technologies 1290 u kombinaciji s trostrukom kvadrupolnom tekućinskom kromatografijom Agilent 6470-tandemskom spektrometrijom mase (LC/MS, Wilmington, DE, SAD) za određivanje razina H2S i tiosulfata u plazmi kao što je prethodno opisano [18]. Određen je H2S derivat sulfid divine (SDB) i tiosulfatni derivat pentafluorobenzil (PFB)-S2O3H. Detekcija ciljnih spojeva provedena je u odabranom načinu praćenja reakcije korištenjem prijelaza m/z 415→223, m/z 292,99→81 i m/z 212,99→93, za SDB, PFB-S2O3H, odnosno PHB. Koristili smo fenil 4-hidroksibenzoat (PHB) kao interni standard.

3. Tandem-masena spektrometrija tekućinskim kromatografom (LC-MS/MS)

Razine triptofana i njegovih metabolita u plazmi analizirane su LC-MS/MS. Određeno je ukupno 13 metabolita triptofana, uključujući kinurensku kiselinu, ksanturensku kiselinu, 3-hidroksikinurenin (3-HKN), 3-hidroksi antranilnu kiselinu (3-HAA), {{ 6}}hidroksitriptofan (5-HTP), serotonin, hidroksi indol octena kiselina (5-HIAA), N-acetilserotonin (N-AS), indoksil sulfat (IS), indol-3-acetamid (IAM), indoloctena kiselina (ILA), indol-3-karboksaldehid (ICA) i indoloctena kiselina (IAA). Uzorci plazme (200 µL) dodani su u epruvetu za centrifugu od 1,5 mL koja sadrži 400 µL interne standardne otopine mješavine, 200 µL acetonitrila i 400 µL metanola. Epruvete su stavljene na centrifugu na 15 minuta na 14,000 okretaja u minuti na 4 ◦C. Supernatant je uzet i koncentriran do 100 uL centrifugiranjem. Kasnije je dodano 100 uL 5 mM vodene otopine amonijevog acetata i metanol (9:1, v/v) i dobro promiješano. Uzorak je zatim ubrizgan u LC-MS/MS u količini od 2 µL. Razdvajanje je provedeno kromatografijom korištenjem Agilent 1200 Infinity II HPLC sustava opremljenog kolonom Water Acquity UPLC HSS T3 (2,1 mm × 100 mm; 1,8 um; Agilent Technologies). Komponente su eluirane gradijentom otapala A (5 mM vodena otopina amonijevog acetata) i otapala B (acetonitril). Agilent 1200 Infinity II HPLC sustav bio je spojen s Agilent 6470A Triple Quadrupole LC/MS (Agilent Technologies). U eluatu su praćeni metaboliti triptofana u načinima detekcije praćenja višestruke reakcije (MRM) s karakterističnim prekursorima i produktnim ionima.

Ekstrakt cistanče

4. Kvantitativni RT-PCR

Tkivo kore bubrega štakora je homogenizirano u puferu za lizu i ukupna RNA je ekstrahirana pomoću TRIZOL metode (Invitrogen, Carlsbad, CA, SAD), kako je ranije opisano [3]. Kvantitativni PCR u stvarnom vremenu u dva koraka proveden je korištenjem QuantiTect SYBR Green PCR kompleta (Qiagen, Valencia, CA, SAD) na iCycler iQ sustavu za detekciju PCR u stvarnom vremenu (Bio-Rad, Hercules, CA, SAD) u duplikatu. Određena su ukupno četiri gena uključena u proizvodnju H2S, uključujući cistationin-sintazu (CBS), cistationin-liazu (CSE), 3-merkaptopiruvat sumportransferazu (3MST) i D-aminokiselinsku oksidazu (DAO). Također smo mjerili nekoliko gena renin-angiotenzinskog sustava (RAS), uključujući renin, (pro)reninski receptor (PRR), angiotenzin-konvertirajući enzim (ACE), angiotenzin-konvertirajući enzim -2 (ACE2), angiotenzin II receptor tipa 1 (AT1R), angiotenzin II receptor tipa 2 (AT2R) i angiotenzin-(1-7)/Mas receptor (MAS). Koristili smo referentni gen 18S ribosomske RNA (R18S) kao internu kontrolu. Svaki uzorak je izveden u duplikatu. Početnice su dizajnirane korištenjem softvera GeneTool (BioTools, Edmonton, AB, Kanada) i prikazane su u tablici 1. Za određivanje relativne ekspresije gena korištena je metoda komparativnog ciklusa praga (Ct). Promjena puta za svaku mRNA u odnosu na kontrolu izračunata je pomoću formule 2−∆∆Ct.

5. Analiza sastava crijevne mikrobiote

Kao što je prethodno opisano [3], bakterijska DNA iz smrznutih uzoraka stolice ekstrahirana je i analizirana metagenomičkom analizom 16S rRNA u Biotools Co., Ltd. (Taipei, Tajvan) pomoću platforme Illumina Miseq (Illumina, San Diego, CA, SAD). Sekvence su obrađene pomoću QIIME verzije 1.9.1. Nizovi sa sličnošću temeljenom na udaljenosti od 97 posto ili većom grupirani su u operativne taksonomske jedinice (OTU) algoritmom USEARCH. Filogenetski odnosi konstruirani su na temelju reprezentativnog slijeda poravnanja s FastTree. Usporedili smo obrasce - i - raznolikosti za mikrobne zajednice. Alfa raznolikost mjerena je ACE indeksom. Procijenili smo -raznolikost crijevne mikrobiote među skupinama pomoću analize sličnosti (ANOSIM) i analize djelomičnih najmanjih kvadrata (PLS-DA). Veličina učinka linearne diskriminacijske analize (LEfSe) procijenjena je kako bi se otkrili visokodimenzionalni biomarkeri.

6. Analiza parametara dušikovog oksida

Koristili smo HP Agilent 11{{10}}0 HPLC sustav (Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, SAD) s fluorescentnom detekcijom O-ftalaldehida/3-merkaptopropionske kiseline (OPA/ 3-MPA) derivate za mjerenje parametara povezanih s NO u plazmi kao što je prethodno opisano [3]. Ovi parametri su uključivali L-arginin i inhibitor NO sintaze asimetrični i simetrični dimetilarginin (ADMA i SDMA). Standardi su sadržavali 1–100 mM L-arginina, 0,5–5 mM ADMA i 0,5–5 mM SDMA.

7. Bubrežna aktivnost otpuštanja H2S

Aktivnost otpuštanja H2S iz bubrega mjerena je metodom metilenskog plavila kako je ranije opisano [12]. Koncentracija je izračunata prema kalibracijskoj krivulji NaHS (3,125-250 µM) i predstavljena kao µM/gram proteina/min. Svi su uzorci izvedeni u duplikatu.

8. Imunohistokemijsko bojenje za 8-OHdG

8-Hidroksideoksigvanozin (8-OHdG) je produkt oksidacije DNK za koji je utvrđeno da otkriva oštećenje DNK. Kao što smo prethodno opisali [14], tkivo ugrađeno u parafin izrezano na debljinu od 4 µm je deparafinizirano u ksilenu i rehidrirano u nizu stupnjevanog etanola u fiziološku otopinu s puferom fosfata. Nakon blokiranja imunoblotom (BIOTnA Biotech., Kaohsiung, Tajvan), rezovi su inkubirani 2 sata na sobnoj temperaturi s anti-8-OHdG protutijelom (1:100, JaICA, Shizuoka, Japan). Imunohistokemijsko bojenje detektirano je korištenjem kita za označavanje polimer-peroksidaze hrena (HRP) (BIOTnA Biotech) i 3,30 -diaminobenzidina (DAB) kao kromogena. Upotrijebljena je negativna kontrola identičnog bojenja bez inkubacije s primarnim protutijelom. Kvantitativna analiza 8-OHdG-pozitivnih stanica po mikroskopskom polju u bubrežnim dijelovima provedena je kao što smo prethodno opisali [14].

9. Statistička analiza

Svi podaci prikazani su kao srednja vrijednost ± standardna pogreška srednje vrijednosti. Statističke analize su provedene korištenjem jednosmjerne ANOVA-e ili dvosmjerne ANOVA-e gdje je to bilo prikladno. Primijenjen je Tukeyjev post hoc test gdje su napravljene višestruke usporedbe. BP je analiziran dvosmjernom ANOVA-om ponovljenih mjerenja i Tukeyjevim post hoc testom. Bioinformatičke analize crijevne mikrobiote provedene su pomoću R softvera. Na temelju normaliziranog OTU profila obilja, mikrobna raznolikost je mjerena jednosmjernom ANOVA praćenom korekcijom stope lažnog otkrivanja (FDR) korištenjem ACE indeksa. Različitost mikrobnih zajednica među skupinama procijenjena je pomoću PLS-DA pomoću R softvera. Grupiranje uzoraka u analizi raznolikosti testirao je ANOSIM koristeći veganski paket u R softveru. Ključne bakterijske taksone odgovorne za razlikovanje između različitih skupina identificirane su korištenjem algoritma veličine učinka linearne diskriminacije (LEfSe). Prag rezultata linearne diskriminantne analize (LDA) > 3 i p < 0.05 ukazuje na značajno obogaćene mikrobne zajednice. Razina značajnosti postavljena je na razinu od 5 posto. Statističke analize provedene su pomoću softvera SPSS (SPSS Inc., Chicago, IL, SAD).

Cistanche prah

Rasprava

Naša studija pruža nove uvide u korisne učinke majčine L- ili D-cisteinske terapije za zaštitu od majčine hipertenzije izazvane CKD-om kod potomaka s posebnim naglaskom na signalne putove H2S i metabolite triptofana dobivene iz crijevnih mikroba. Naši glavni nalazi opisani su kako slijedi: (1 ) majčina hipertenzija izazvana CKD-om je na sličan način spriječena suplementacijom L- ili D-cisteina u trudnoći; (2) Terapija L-cisteinom štitila je odrasle potomke od hipertenzije i bila je povezana s povećanjem razine HS i tiosulfata u plazmi; (3) u usporedbi s CKD, liječenje D-cisteinom povećalo je metabolite triptofana u kinureninskom putu, ali je smanjilo one u serotoninskom putu (4) zaštitni učinak i L- i D-cisteina bio je povezan sa smanjenjem bubrežnog oksidativnog stresa, predstavljeno kao 8-OHdG bojenje; (5) CKD kod majke i tretmani L- i D-cisteinom različito su oblikovali profile crijevne mikrobiote potomaka, što je rezultiralo u četiri različita enterotipa; (6) korisni učinci D-cisteina bili su relevantni za povećanje obilja rodova Bacteroides i Odoribacter; (7) povoljan učinak L-cisteina bio je povezan s obnavljanjem razine L-arginina i omjera L-arginina i ADMA u plazmi; i (8) i terapija L- i D-cisteinom štitila je hipertenziju potomstva programiranu CKD majke koja se podudarala s rebalansom RAS-a.

U prilog našoj prethodnoj studiji SHR-a [14], suplementacija L- i D-cisteinom otkrila je slične učinke na snižavanje krvnog tlaka kod odraslih potomaka majki s KBB-om. Važno je napomenuti da su nadomjesci L- ili D-cisteina davani majkama štakorima tijekom trudnoće, stoga je smanjenje krvnog tlaka u odraslih potomaka bilo zbog reprogramiranja, umjesto akutnog učinka. Naša studija pruža daljnje dokaze da suplementacija specifičnim aminokiselinama u ranom životu može preokrenuti procese programiranja i pružiti dobrobiti u pogledu hipertenzije [21].

Smanjenje krvnog tlaka uočeno u ovoj studiji u skladu je s prethodnim nalazima koji pokazuju vazorelaksirajuća svojstva H2S [10,11,22]. H2S se može proizvesti endogeno korištenjem supstrata L- ili D-cisteina [10,11,22]. Prema našim podacima, liječenje L-cisteinom povećalo je bubrežnu ekspresiju CBS i CSE enzima koji stvara H2S, bubrežnu aktivnost otpuštanja H2S, kao i razine H2S i tiosulfata u plazmi. D-cistein je obnovio smanjenje razine tiosulfata u plazmi uzrokovano CKD-om, dok je imao mali učinak na enzime koji stvaraju H2S. U suprotnosti s prethodnom studijom koja je izvjestila da je bubrežni put D-cisteina 80-puta veći u aktivnosti stvaranja H2S od puta L-cisteina [23], naši su rezultati otkrili da oba uključuju različitu regulaciju stvaranja H2S ali su njihovi korisni učinci usporedivi.

Prednosti L- i D-cisteina mogu uključivati ​​njihovu sposobnost moduliranja crijevnog mikrobioma, uključujući povećanje broja određenih korisnih mikroba i posredovanje bakterija koje metaboliziraju triptofan. Pokazalo se da je veća raznolikost korisnija za hipertenziju [19]; međutim, primijetili smo da se -raznolikost ne razlikuje među četiri skupine. Iako je povećani omjer F/B uočen u skupini s kroničnom bubrežnom bolesti u skladu s prethodnim nalazima koji pokazuju da bi ovaj omjer mogao poslužiti kao mikrobni marker povezan s hipertenzijom [19], naši su podaci također pokazali povećani omjer u skupini s kroničnom bolesti srca bez hipertenzije.

Podaci u ovom radu otkrili su da suplementacija L- ili D-cisteinom povećava brojnost nekoliko korisnih bakterija kao što su Butyricicoccus, Bacteroides i Odoribacter spp. [24,25]. Ovaj rezultat nije iznenađujući s obzirom na prethodnu studiju koja je pokazala da je brojnost roda Odoribacter koji proizvodi butirat u obrnutoj korelaciji s BP [26]. Blagotvorni učinci L- ili D-cisteina na reprogramiranje hipertenzije, barem djelomično, povezani su s jačanjem korisnih mikroba.

Naši su podaci pokazali da su liječenje KBB-a majke i cisteina imalo različite učinke na metabolite triptofana potomaka koji potječu iz putova indola i serotonina. Značajno, naši su podaci pokazali da je CKD kod majke uzrokovala smanjenje plazmatskih razina IS, IAM i IAA, a sve su to derivati ​​indola. I IS i IAA dobro su poznati uremički toksini izvedeni iz triptofana, koji mogu vezati aril ugljikovodični receptor (AHR) čija je aktivacija povezana s povećanim rizikom od hipertenzije [27]. Aktivacija AHR signalizacije može potaknuti oksidativni stres i upalu [6,7,28-30], po čemu su uremijski toksini izvedeni iz triptofana usko povezani s razvojem kardiovaskularnih bolesti. Pokazalo se da izloženost AHR ligandima pojačava ekspresiju enzima koji stvaraju ROS, povećava proizvodnju ROS-a, pokreće proupalne osi T helper 17 i inducira proizvodnju proupalnih citokina [29,30]. Stoga su potrebna dodatna istraživanja kako bi se razjasnilo igra li međudjelovanje uremičkih toksina izvedenih iz triptofana i AHR ulogu u patogenezi programirane hipertenzije putem indukcije oksidativnog stresa i upale. Smanjenje IS, IAM i IAA primijećeno u potomaka rođenih od žena s kroničnom bubrežnom bolesti poklopilo se s hipertenzijom, što sugerira da bi smanjenje metabolita indola moglo biti kompenzacijski mehanizam, ali ne i uzrok hipertenzije izazvane kroničnom bubrežnom bolesti.

Nekoliko vrsta crijevnih bakterija uključeno je u metabolizam triptofana [31-33], kao što su Alistipes, Akkermansia i Bacteroides. Otkrili smo da su rodovi Alistipes i Akkermansia koji proizvode indol bili relativno iscrpljeni kao odgovor na tretman L-cisteinom. Kako je L-cistein smanjio Alistipes i Akkermansia na razini roda, smanjenje metabolita triptofana, IAM i IAA vjerojatno je bilo zbog smanjene količine crijevnih mikroba koji proizvode indol. Uzimajući u obzir da H2S može regulirati aktivnost mikrobne triptofanaze kako bi utjecao na razgradnju triptofana u indol [11,16], naši rezultati pokazuju izvedivost mijenjanja proizvodnje metabolita indola kroz manipulaciju crijevne mikrobiote tretmanom L-cisteinom. Nadalje, primijetili smo da i L- i D-cistein na sličan način smanjuju razinu serotonina u plazmi. Jedna prethodna studija objavila je da mikrobiota vođena adaptiranom prehranom može pomaknuti metabolički put triptofana sa serotonina na triptamin, što se poklopilo s povećanjem roda Butrycimonas, ali je smanjilo Holdemania i Akkermansia [34]. Stoga su potrebna dodatna istraživanja kako bi se razjasnilo kako H2S posreduje kod određenih mikroba koji metaboliziraju triptofan da usmjere različite metaboličke putove triptofana.

Cistanche kapsule

Prethodna istraživanja su pokazala da bi korisni učinci H2S na hipertenziju mogli biti posljedica ponovnog uspostavljanja nove ravnoteže između vazokonstriktora (npr. RAS) i vazodilatatora (npr. NO) [12,13]. Naši podaci u ovom radu pokazali su da L-cistein ne samo da je poboljšao bioraspoloživost NO, već i povećao AT2R i MAS. Poznato je da su AT2R i MAS dio zaštitne strane RAS-a, koja može uravnotežiti štetne učinke posredovane angiotenzinom II (Ang II) [35]. S druge strane, D-cistein je smanjio bubrežnu mRNA ekspresiju renina, PRR i AT1R. S obzirom na to da os renin/PRR i osovina Ang II/AT1R potiču hipertenziju, moguće je da bi D-cistein mogao utjecati na RAS u korist snižavanja krvnog tlaka.

Drugi zaštitni mehanizam terapije L- i D-cisteinom na programiranu hipertenziju u ovom modelu može biti povezan sa smanjenjem oksidativnog stresa. Primijetili smo da su i L- i D-cisteinska terapija poboljšale oksidativni stres izazvan CKD-om u bubrezima potomaka, predstavljen kao 8-OHdG bojenje. Naši su podaci u skladu s prethodnim istraživanjima koja pokazuju da je oksidativni stres uključen u patogenezu programirane hipertenzije tijekom razvoja bubrega [8].

Treba priznati neka ograničenja ove studije. Prvo, uglavnom smo se fokusirali na bubrege. Stoga se vrlo malo znalo o tome kakvu ulogu drugi organi kontrolirani krvnim tlakom igraju u blagotvornom učinku L- ili D-cisteina protiv hipertenzije izazvane CKD-om kod majke. Drugo, nismo ispitali promjene mikrobiote u različitim fazama razvoja. Promjene crijevnih mikroba u odraslom potomstvu mogu odražavati postnatalnu plastičnost umjesto primarnog programiranog procesa u odgovoru na majčinu kroničnu bolest bolesti i suplementaciju cisteinom. Nadalje, prema našim saznanjima, nisu objavljena istraživanja za istovremeno određivanje svih metabolita triptofana. Iako naša razvijena metoda može kvantificirati 13 metabolita koji pripadaju trima različitim metaboličkim putovima triptofana, još uvijek postoje neki važni metaboliti, kao što su kinolinska kiselina i melatonin, koji su isključeni. Potrebne su dodatne studije kako bi se poboljšala metoda za praćenje većine metabolita triptofana i kako metabolizam triptofana varira između tri metabolička puta, što bi moglo dati uvid u KBB i srodne bolesti. Na kraju, s obzirom na složeni metabolizam triptofana u preslušavanju mikrobiote i domaćina, određivanje koji metaboliti triptofana uglavnom promiču blagotvoran učinak majčinog liječenja L- i D-cisteinom zaslužuje daljnje istraživanje.

Zaključci

Zaključno, rezultati ove studije pokazuju da dodatak prehrani s L- ili D-cisteinom štiti odraslo potomstvo od majčine hipertenzije izazvane CKD-om. Ovi korisni učinci dodavanja cisteina bili su povezani s povećanjem proizvodnje H2S, obogaćivanjem korisnih mikroba, promjenama bakterija koje metaboliziraju triptofan i metabolita triptofana, smanjenjem oksidativnog stresa, obnavljanjem bioraspoloživosti NO i rebalansom RAS. Metaboliti triptofana mogu djelovati kao posrednici u komunikaciji između crijeva i bubrega i postoji hitna potreba za studijama o regulaciji metabolizma triptofana putem mijenjanja crijevne mikrobiote kod KBB-a. Kretanje prema boljem razumijevanju mehanizama iza metabolizma H2S i triptofana koji su uključeni u programiranje hipertenzije ključno je za razvoj idealne intervencije reprogramiranja za zaustavljanje globalne epidemije hipertenzije.

Reference

1. Hanson, M.; Gluckman, P. Razvojno podrijetlo nezaraznih bolesti: Populacijske i javnozdravstvene implikacije. Am. J. Clin. Nutr. 2011, 94, 1754-1758. [CrossRef] [PubMed]

2. Piccoli, GB; Alrukhaimi, M.; Liu, ZH; Zakharova, E.; Levin, A.; Upravni odbor Svjetskog dana bubrega. Što radimo i ne znamo o ženama i bubrežnim bolestima; Pitanja bez odgovora i odgovori bez pitanja: osvrt na Svjetski dan bubrega i Međunarodni dan žena. Physiol. Int. 2018, 105, 1–18. [CrossRef]

3. Hsu, CN; Yang, HW; Hou, CY; Chang-Chien, GP; Lin, S.; Tain, YL Majčina kronična bubrežna bolest izazvana adeninom izaziva hipertenziju kod odraslih muških potomaka štakora: implikacije dušikovog oksida i metabolita koji potiču iz mikrobioma crijeva. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 7237. [CrossRef]

4. Badawy, A. Metabolizam triptofana, dispozicija i korištenje u trudnoći. Biosci. Rep. 2015, 35, e00261. [CrossRef] [PubMed]

5. Agus, A.; Planchais, J.; Sokol, H. Regulacija crijevne mikrobiote metabolizma triptofana u zdravlju i bolesti. Mikrob stanica domaćin 2018, 23, 716–724. [CrossRef]

6. Sallée, M.; Dou, L.; Cerini, C.; Poitevin, S.; Brunet, P.; Burtey, S. Učinak uremičkih toksina iz metabolizma triptofana na aktiviranje receptora aril ugljikovodika: Novi koncept za razumijevanje kardiovaskularnih komplikacija kronične bolesti bubrega. Toksini 2014, 6, 934–949. [CrossRef]

7. Brito, JS; Borges, NA; Esgalhado, M.; Magliano, DC; Soulage, CO; Mafra, D. Aktivacija receptora aril ugljikovodika u kroničnoj bubrežnoj bolesti: Uloga uremičkih toksina. Nefron 2017, 137, 1–7. [CrossRef] [PubMed]

8. Hsu, CN; Tain, YL Razvojno podrijetlo bolesti bubrega: Zašto je oksidativni stres važan? Antioksidansi 2021, 10, 33. [CrossRef] [PubMed]

9. Hsu, CN; Tain, YL Razvojno programiranje i reprogramiranje hipertenzije i bolesti bubrega: Utjecaj metabolizma triptofana. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 8705. [CrossRef] [PubMed]

10. Kimura, H. Fiziološka uloga sumporovodika i šire. Dušikov oksid 2014, 41, 4–10. [CrossRef] [PubMed]

11. Hsu, CN; Tain, YL Prevencija razvojnog podrijetla kardiovaskularnih bolesti: Sumporovodik kao potencijalna meta? Antioksidansi 2021, 10, 247. [CrossRef] [PubMed]

12. Wilcox, CS Oksidativni stres i nedostatak dušikovog oksida u bubrezima: kritična veza s hipertenzijom? Am. J. Physiol. Regul. Integrirati Comp. Physiol. 2005, 289, R913-R935. [CrossRef] [PubMed]

13. Hsu, CN; Tain, YL Gasotransmiteri za terapeutsku prevenciju hipertenzije i bolesti bubrega. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 7808. [CrossRef]

14. Hsu, CN; Lin, YJ; Lu, PC; Tain, YL. Rano uzimanje D-cisteina ili L-cisteina sprječava hipertenziju i oštećenje bubrega kod spontano hipertenzivnih štakora izloženih visokom unosu soli. Mol. Nutr. Food Res. 2018, 62, 2. [CrossRef] [PubMed]

15. Aldini, G.; Altomare, A.; Barun, G.; Vistoli, G.; Carini, M.; Borsani, L.; Sergio, F. N-acetilcistein kao antioksidans i sredstvo za razbijanje disulfida: razlozi zašto. Free Radic Res. 2018, 52, 751–762. [CrossRef]

16. Lobel, L.; Cao, YG; Fenn, K.; Glickman, JN; Garrett, WS Dijeta posttranslacijsko modificira mikrobni proteom crijeva miša za modulaciju bubrežne funkcije. Znanost 2020, 369, 1518–1524. [CrossRef] [PubMed]

17. Reckelhoff, JF Spolne razlike u regulaciji krvnog tlaka. Hipertenzija 2001, 37, 1199–1208. [CrossRef] [PubMed]

18. Hsu, CN; Hou, CY; Chang-Chien, GP; Lin, S.; Tain, YL Suplementacija uljem češnjaka kod majke sprječava hipertenziju izazvanu prehranom bogatom masnoćama kod odraslih štakorskih potomaka: implikacije puta stvaranja H2S u crijevima i bubrezima. Mol. Nutr. Food Res. 2021, 65, e2001116. [CrossRef] [PubMed]

20. Olson, KR; Deleon, ER; Gao, Y.; Hurley, K.; Sadauskas, V.; Batz, C.; Stoy, GF Tiosulfat: Lako dostupan izvor sumporovodika u senzoru kisika. Am. J. Physiol. Regul. Integrirati Comp. Physiol. 2013, 305, R592-R603. [CrossRef] [PubMed]

20. Yang, T.; Santisteban, MM; Rodriguez, V.; Laž.; Ahmari, N.; Carvajal, JM; Zadeh, M.; Gong, M.; Qi, Y.; Zubčević, J.; et al. Disbioza crijeva povezana je s hipertenzijom. Hipertenzija 2015, 65, 1331–1340. [CrossRef]

21. Hsu, CN; Tain, YL Aminokiseline i razvojno podrijetlo hipertenzije. Nutrients 2020, 12, 1763. [CrossRef]

22. Wen, YD; Wang, H.; Zhu, YZ Razvoj lijekova vodikovog sulfida na kardiovaskularne bolesti. Oksid. Med. Ćelija. Longev. 2018., 2018. [CrossRef] [PubMed]

23. Shibuya, N.; Kimura, H. Proizvodnja sumporovodika iz d-cisteina i njegov terapeutski potencijal. Ispred. 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. Proizvođači butirata kao potencijalni probiotici sljedeće generacije: Procjena sigurnosti primjene Butyricicoccus pullicaecorum zdravim dobrovoljcima. mSystems 2018, 3, e00094-18. [CrossRef] [PubMed]

25. Zafar, H.; Saier, MH, Jr. Gut Bacteroides vrste u zdravlju i bolesti. Gut Microbes 2021, 13, 1848158. [CrossRef] [PubMed]

26. Gomez-Arango, LF; Barrett, HL; McIntyre, HD; Callaway, LK; Morrison, M.; Dekker Nitert, M.; Probna grupa SPRING. Povišeni sistolički i dijastolički krvni tlak povezani su s promijenjenim sastavom crijevne mikrobiote i proizvodnjom butirata u ranoj trudnoći. Hipertenzija 2016, 68, 974–981. [CrossRef]

27. Liu, JR; Miao, H.; Deng, DQ; Vaziri, ND; Li, P.; Zhao, YY. Metabolizam triptofana izveden iz crijevne mikrobiote posreduje u bubrežnoj fibrozi aktivacijom signala receptora aril ugljikovodika. Ćelija. Mol. Life Sci. 2021, 78, 909–922. [CrossRef]

28. Zhang, N. Uloga endogenog signaliziranja receptora aril ugljikovodika u kardiovaskularnoj fiziologiji. J. Cardiovasc. Dis. Res. 2011, 2, 91–95. [CrossRef]

29. Dalton, TP; Puga, A.; Shertzer, HG Indukcija staničnog oksidativnog stresa aktivacijom receptora aril ugljikovodika. Chem. Biol. Interakcija. 2002., 141, 77–95. [CrossRef]

30. Wilck, N.; Matuš, MG; Kearney, SM; Olesen, JZ; Forslund, K.; Bartolomaeus, H.; Haase, S.; Mähler, A.; Balogh, A.; Marko, L.; et al. Komenzal crijeva koji reagira na sol modulira os TH17 i bolest. Priroda 2017, 551, 585–589. [CrossRef] [PubMed]

31. Parker, BJ; Wearsch, PA; Veloo, ACM; Rodriguez-Palacios, A. Rod Alistipes: crijevne bakterije s novim implikacijama na upalu, rak i mentalno zdravlje. Ispred. Immunol. 2020, 11, 906. [CrossRef] [PubMed]

32. Yacoub, R.; Wyatt, CM Manipulacija crijevnim mikrobiomom za smanjenje uremijskih toksina. 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. Dodatak l-triptofanu u prehrani poboljšava funkciju barijere crijevne sluznice u odbijene prasadi: Implikacija mikrobiote koja metabolizira triptofan. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 20. [CrossRef] [PubMed]

35. Saraf, MK; Piccolo, BD; Bowlin, AK; Mercer, KE; LeRoith, T.; Chintapalli, SV; Shankar, K.; Jazavac, TM; Yeruva, L. Formula dijetalna mikrobiota pomiče metabolizam triptofana sa serotonina na triptamin u neonatalnom svinjskom debelom crijevu. Mikrobiom 2017, 5, 77. [CrossRef] [PubMed]

35. Forrester, SJ; Booz, GW; Sigmund, CD; Coffman, TM; Kawai, T.; Rizzo, V.; Scalia, R.; Eguchi, S. Transdukcija signala angiotenzina II: Ažuriranje mehanizama fiziologije i patofiziologije. 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 i You-Lin Tain 7,8,

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

2 Farmaceutski fakultet, Medicinsko sveučilište Kaohsiung, Kaohsiung 807, Tajvan

3 Odjel za znanost o plodovima mora, Nacionalno sveučilište znanosti i tehnologije Kaohsiung, Kaohsiung 811, Tajvan; chihyaohou@webmail.nkmu.edu.tw

4 Centar za istraživanje toksina u okolišu i novih zagađivača, Sveučilište Cheng Shiu, Kaohsiung 833, Tajvan; guoping@csu.edu.tw (G.-PC-C.); linsufan2003@csu.edu.tw (SL)

5 Centar za istraživanje i tehnologiju super mikro mase, Sveučilište Cheng Shiu, Kaohsiung 833, Tajvan

6 Institut za ekološke toksine i nove kontaminante, Sveučilište Cheng Shiu, Kaohsiung 833, Tajvan

7 Odjel za pedijatriju, Memorijalna bolnica Kaohsiung Chang Gung i Medicinski fakultet Sveučilišta Chang Gung, Kaohsiung 833, Tajvan

8 Institut za translacijska istraživanja u biomedicini, Memorijalna bolnica Kaohsiung Chang Gung i Medicinski fakultet Sveučilišta Chang Gung, Kaohsiung 833, Tajvan