Ефекти на водния екстракт от Cistanche Tubulosa върху чревната микробиота на мишки с чревни разстройства

Xiaowei Bao, Dongwen Bai, Xiaolu Liu, Ying Wang, Lanjun Zeng, Chenye Wei и Weiquan Jin

Колеж по хранителни науки и фармация, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, Китай

Кореспонденцията трябва да бъде адресирана до Xiaowei Bao; xiaoweibao0723@xjau.edu.cn

Получено на 29 април 2021 г.; Приет на 30 юни 2021 г.; Публикувано на 14 юли 2021 г

Това е статия с отворен достъп, разпространявана под лиценза Creative Commons Attribution, който позволява неограничено използване, разпространение и възпроизвеждане във всеки носител, при условие че оригиналното произведение е правилно цитирано.

Контакт:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Резюме

Нарушенията на чревната микробиота са свързани с много заболявания. Водният извлек отЦистанчеtubulosa(CT), традиционна китайска билкова формула, се съобщава, че играе роля в защитата на човешките черва. Въпреки това, малко се знае за ефектите му върху чревната микробиота. Настоящото проучване беше проведено, за да се определи далиЦистанчеТубулозаводният екстракт може да модулира чревния микробиом при мишки с чревни разстройства. Установихме, че увредената чревна морфология в резултат на лечение с цефиксим може да бъде спасена с помощта наЦистанчеТубулозаводен екстракт. Сравнението на микробното разнообразие между мишки, третирани с екстракт от Cistanche Tubulosa и контролни мишки също показва, че разстройството в микробиомната общност на моделните групи може да бъде възстановено чрез третиране с високи и средни концентрации наЦистанчеТубулозаводен екстракт. Лечението с цефиксим води до значително намаляване на млечнокисели бактерии; обаче допълването наЦистанчеТубулозаводен екстракт възстанови растежа на тези млечнокисели бактерии. Освен това,ЦистанчеТубулозаводен екстракт успя да смекчи драматичните промени в метаболитните пътища на чревния микробиом, предизвикани от цефиксим. Тези констатации предоставиха представа за благоприятните ефекти на водния екстракт от Cistanche Tubulosa върху чревната микробиота и също така предоставиха важна справка за разработването на свързани лекарства в бъдеще.

Цистанчеtubulosaима много ефекти, щракнете тук, за да научите повече

1. Въведение

Чревните микроорганизми колонизират главно чревния лумен и мукозния слой и се взаимодействат с гостоприемника чрез обмен на материали и енергия, трансформация и други процеси [1]. *те са сигнални центрове, които интегрират съобщения от околната среда, като диета, с генетични и имунни сигнали, като впоследствие засягат метаболизма, имунитета, нервната система и отговора на инфекциите на гостоприемника [2]. Обикновено има динамичен баланс между чревната флора и гостоприемниците; чревната дисбиоза обаче може да доведе до промени в баланса здраве/болест, имунни нарушения и множество заболявания [3]. Умерените промени в чревната микробиота са приемливи за гостоприемника; това обаче все още може да предостави възможности за усилване на промените в други утежняващи фактори, като бактериофаги, бактериоцини и оксидативен стрес [4].

Предишни проучвания показват, че етаноловият екстракт от Cistanche tubulosa (CT), традиционна китайска билкова формула, може да регулира микробния състав на червата при плъхове [5], а общите гликозиди на Cistanche tubulosa коригират нарушената чревна микробиота [6]. Видовете Cistanche, които паразитират главно върху корените на видовете Tamarix, се наричат ​​също „женшен на пустинята“, а тоник, състоящ се от стъблата на Cistanche deserticola (CD) и Cistanche tubulosa (CT) се използва като билково лекарство [7 ]. Установено е, че основните химични компоненти на фенилетанол гликозидите (PHGs) на Cistanche Tubulosa, които са антиоксидантни вещества [8, 9], подобряват репродуктивната дисфункция [10], потискат активирането на чернодробните звездни клетки, блокират провеждането на сигнални пътища в TGF{{6 }}/SMAD [11] и предотвратява индуцирана от говежди серумен албумин чернодробна фиброза при плъхове [12]. Сред повече от 100 компонента в Cistanche Tubulosa, полизахаридът също е едно от важните вещества с изобилно съдържание [13, 14]. Предишни проучвания показват, че полизахаридите на C. deserticola индуцират меланогенеза в меланоцитите, намаляват оксидативния стрес [15], облекчават когнитивната дисфункция чрез регулиране на антиоксидантни и противовъзпалителни процеси при плъхове [16], защитават PC12 клетките срещу OGD/RP-индуцирано увреждане [17] , подобряват абсорбцията на ехинакозид in vivo и повлияват чревната микробиота [18].

Пробиотиците са живи непатогенни микроорганизми, които имат ползи за здравето и осигуряват микробен баланс в стомашно-чревния тракт, когато се прилагат в адекватни количества [19]. *те могат да подобрят неспецифичните клетъчни имунни отговори, характеризиращи се с активиране на макрофаги, естествени клетки убийци (NK) и антиген-специфичност към токсични Т-лимфоцити и освобождаване на различни цитокини по щам-специфичен и дозозависим начин [20] ]. Пробиотичните щамове подобряват свойствата на чревния епител чрез TJ модулация и е доказано, че специфични пробиотични щамове регулират експресията на муцин, като по този начин влияят върху свойствата на мукусния слой и индиректно регулират чревната имунна система [21]. Щамовете на млечнокисели бактерии (LAB) и Bifidobacterium са основни пробиотици, които се използват в много области [22–26]. Техните ползи за здравето са многобройни, като техният антиоксидантен капацитет е важен фактор за техните функции, свързани със здравето[27]. Пробиотиците могат да хелатират металните йони, за да им попречат да катализират окисляването [28, 29]; те могат също да увеличат експресията на антиоксидантни ензими [30, 31], да произвеждат различни метаболити с антиоксидантна активност [32, 33], да медиират антиоксидантните сигнални пътища [34–36] и да регулират ензимите, произвеждащи реактивни кислородни видове (ROS) и отговор на чревните микроорганизми към оксидативен стрес[37].

цвете цистанче

Скорошно проучване показа, че полизахаридите на Cistanche Deserticola могат да стимулират растежа на някои млечнокисели бактерии, което може да е от полза за човешкото здраве [38]. Съдържанието на полизахариди в Cistanche Deserticola обаче е различно от това в Cistanche Tubulosa [7, 39] и тази разлика може да доведе до различни ефекти върху чревните микроорганизми. Освен това, въпреки че полизахаридите на Cistanche Deserticola могат да намалят оксидативния стрес чрез активиране на пътя NRF2/HO-1 [15], ефектите на единичен полизахарид може да се различават от общия ефект на множество състави в Cistanche Tubulosa. Поради това е необходимо да се дефинират точно ефектите на водните екстракти от Cistanche Tubulosa върху чревните микроорганизми. В допълнение, PHG могат също така да устоят на оксидативния стрес [40] и да потиснат липополизахарид-медиираните възпалителни реакции чрез активиране на пътя Keap1/Nrf2/HO-1 [41]. Следователно определянето на ефекта на водния екстракт от Cistanche Tubulosa е от голяма стойност. В допълнение, ефектите на някои съставки на водния екстракт от Cistanche Deserticola върху оксидативния стрес и чревната флора предполагат, че резистентността към оксидативен стрес може да бъде свързана с промените в чревната флора.

За да запълним празнините в знанията по гореспоменатите теми, ние изследвахме ефектите на водния екстракт от Cistanche Tubulosa върху чревната микробиота на мишки с нарушения на чревната флора. Тези резултати ще предоставят ценна информация за възможните механизми, чрез които Cistanche Tubulosa променя чревната флора и придава устойчивост на червата към оксидативен стрес.

2. Материали и методи

2.1. Експериментални животни.

Общо 18 SPF-клас мъжки C57BL/6J мишки, тежащи 18–22 g, бяха закупени от Центъра за експериментални животни на Медицинския университет в Синдзян с номер на лиценз SCXK (нов) 2018-0003. Те бяха настанени в клетки при стандартизирани условия: 12 часа светъл/тъмен фотопериод, температура от 23 ± 2 градуса и влажност от 55 ± 5 процента. * животните са хранени с търговска диета (51 процента екстракт без азот, 25 процента суров протеин, 4,6 процента сурова мазнина, 6,5 процента сурова пепел, 4.0 процента сурови фибри и 8,9 процента влага) и чешмяна вода . *Животните са третирани съгласно препоръките, описани в Ръководството за грижа и използване на лабораторни животни на Националните здравни институти.

2.2. Екстракция на водния екстракт.

Изсушени резени от C. tubulosa, предоставени от Hotan Dichen PharmaceuticalBiotechnology Co., Ltd., бяха смлени на прах и бяха избрани гранули с размери на частиците между 20 и 40 меша. Условията на екстракция бяха както следва: съотношение твърдо вещество-течност 1:19, температура 80 градуса, микровълново време 6 минути, ултразвуково време 16 минути, микровълнова мощност 400 W и ултразвукова мощност 400 W. Съдържанието на основните компоненти на водния екстракт се измерва чрез HPLC (Agilent 1260 Infinity II, Калифорния, САЩ). Накратко, стандартните субстанции ехинакозид (0,2 mg/mL) и актеозид (0,2 mg/mL) се разтварят в 50 процента метанол, за да служат като разтвор на еталонно вещество. След това 1 g от CT водния екстракт се разтваря в 100 mL 50 процента метанол и се оставя да престои 30 минути. Разтворът на екстракта се третира с ултразвук при 250 W и 35 kHz за 10 минути и след това се центрофугира при 12,000 rpm/min. Супернатантата се инфилтрира от 0.45 μm микропореста филтърна мембрана. Разтворът на референтното вещество и филтратът след това се откриват чрез HPLC при следните условия: силикагел, свързан с октадецилсилан, като пълнител, метанол като подвижна фаза А и 0,1 процента мравчена киселина като подвижна фаза В. Температурата на колоната се настройва на 30°С. степен, дължината на вълната на откриване беше зададена като 330 nm, а инжекционният обем беше 10 μL.

2.3. Експерименти.

След една седмица адаптация, 18-те мишки бяха разделени на случаен принцип в шест групи: A (нормални с добавен воден екстракт от Cistanche Tubulosa в средна доза), B (нормални без воден екстракт от Cistanche Tubulosa), C (модел без воден екстракт), D (модел с добавена висока доза воден екстракт от Cistanche Tubulosa), E (модел с добавена средна доза воден екстракт от Cistanche Tubulosa) и F (модел с добавена ниска доза воден екстракт от Cistanche Tubulosa). Групите бяха третирани както следва: нормалната група беше напоена с нормален физиологичен разтвор, моделната група беше напоена с цефиксим (30 mg/kg, Shiyao Group OuyiPharmaceutical Co., Ltd., Shijiazhuang, Китай) и нормален физиологичен разтвор, високият -дозовата група беше напоена с цефиксим и 221,14 mg/kg воден екстракт от Cistanche Tubulosa, групата със средна доза беше напоена с цефиксим и 165,54 mg/kg воден екстракт, а групата с ниска доза беше напоена с цефиксим и 110,57 mg/kg от водния екстракт. Групата А се напоява с 165,54 mg/kg воден екстракт и не се добавя цефиксим. Цефиксим се прилага ежедневно в 12:{18}} h, а други вещества се прилагат ежедневно в 15:00 h. По време на експериментите групите C, D, E и F бяха поддържани в моделно състояние на чревни разстройства. * Изпражненията се събират на всеки седем дни върху стерилна операционна маса и се съхраняват при -20 градуса.

2.4. Хистопатологично наблюдение на дебелото черво на мишка.

В края на експеримента, мишките бяха убити чрез цервикална дислокация и тяхното съдържание на дебелото черво беше събрано върху стерилна операционна маса и съхранено при -80 градуса; в същото време проби от тъкани на дебелото черво се фиксират в 10 процента неутрален формалин. След това пробите се дехидратират с помощта на градиентна концентрация на етанол, хиалинизират се с помощта на ксилен, вграждат се в парафин, нарязват се на секции и се оцветяват с хематоксилин-еозин. Морфологичните промени в лигавицата на дебелото черво се наблюдават и сравняват с помощта на оптичен микроскоп. Измерени са дължината на вилуса и дълбочината на криптата в дебелото черво и е изчислено съотношението на дължината на вилуса към дълбочината на криптата (V/C стойност) (51).

2.5. Извличане на ДНК и изграждане на библиотека. ДНК се екстрахира от изпражненията с помощта на EZNA®Soil DNA Kit (Omega Bio-Tek, Norcross, GA, USA) съгласно протокола на производителя. Качеството на ДНК се определя с помощта на флуорометър (QuantiFluor™–ST, Promega Corporation, САЩ). Сдвоените праймери в областта V3-V4 на 16s rDNA са предназначени да амплифицират региона и да произведат 466 bp ДНК фрагменти. *предният праймер беше 341F (-5-CCTACGGGNGGCWGCAG-3-), а обратният праймер беше 806R (-5-GGACTACHVGGGTATCTAAT-3-). Всеки PCR обем беше 25 μL, съдържащ 2,5 μL 10 × PCR буфер, 2 μL dNTPs, 1 μL от всеки праймер и 20–30 ng матрична ДНК. *en, индексираните адаптери бяха прикрепени към края на ампликоните, за да генерират библиотеки за секвениране. Библиотеките бяха валидирани с помощта на флуорометър QuantiFluor™ и количествено определени до 10 nmol.

актеозидът в цистанче може да засили имунната система

2.6. 16s rRNA генно секвениране и анализ на микробната общност.

Платформата Illumina (Illumina MiSeq) беше използвана за получаване на 2 × 250 bp данни от сдвоен край. Оперативните таксономични единици (OTU) бяха получени с помощта на софтуера Uparse чрез стандартно групиране с 97 процента сходство. Наивният алгоритъм за присвояване на Bayesian на RDP класификатора беше използван за привеждане в съответствие на OTU с базата данни на Greengene Release 13.5 и за извършване на анотация на видове. Алфа разнообразието на чревната микробиота беше изчислено с помощта на индексите на Шанън и Симпсън и разликите между групите бяха анализирани чрез линеен дискриминантен анализ на размера на ефекта (LEfSe). Бета разнообразието беше анализирано чрез анализ на главните координати (PCoA) на разликите на Брейди-Къртис. PICRUSt2 беше използван за оценка на микробния метаболитен капацитет на микробиома на червата [42].

2.7. Анализ на статистически данни.

SPSS 20 беше използван за еднопосочна ANOVA и експерименталните данни бяха изразени като X ± S; X показва средната стойност, а S показва стандартното отклонение.

3. Резултати

3.1. Ефектът на водния екстракт от Cistanche Tubulosa върху морфологията на дебелото черво.

Представителните съединения (ехинакозид и актеозид) и техните концентрации в екстракта от Cistanche Tubulosa бяха валидирани чрез HPLC (Фигура S1). За да определим ефекта на водния екстракт върху червата, ние изследвахме дължината на влакната на дебелото черво и дълбочината на вдлъбнатините след третирането с воден екстракт от Cistanche Tubulosa. Власинките на дебелото черво в групите с нормална и висока доза (A, B и D) бяха по-дълги и подобни на пръсти, докато власинките на дебелото черво в модела и групите с ниска доза (C и F) бяха къси и върховете на дебелото черво вили бяха счупени (Фигура 1). Съответно, високата доза воден екстракт от Cistanche Tubulosa значително увеличава дължината на въси на дебелото черво и намалява дълбочината на вдлъбнатината при мишки с чревни разстройства в сравнение с мишките в моделната група (P < 0.01).="" за="" разлика="" от="" това,="" дълбочината="" на="" вдлъбнатината="" не="" се="" различава="" значително="" между="" групата="" с="" висока="" доза="" и="" нормалната="" група="" (p=""> 0,05) (Таблица S1). Тези резултати показват, че високата доза воден екстракт от Cistanche Tubulosa може да подобри морфологията в дебелото черво на мишки с чревни разстройства.

3.2. Ефектът на водния екстракт от Cistanche Tubulosa върху разнообразието на чревната микробиота.

Извършихме 16s rRNA генно секвениране, за да изследваме потенциалната причина за морфологичните промени в дебелото черво и да изследваме промените в чревната микробиота след лечение с CT воден екстракт. Средно 100 553 ефективни етикета, вариращи от 77 734 до 125 144, бяха получени от необработените данни (Таблица S2). Тези етикети бяха групирани в 4932 OTU (Таблица S3). След това анализирахме разнообразието на чревната микробиота въз основа на Тезей. Индексите на Шанън и Симпсън не показват разлика между група А (нормална с воден екстракт от Cistanche Tubulosa) и група В (нормална без воден екстракт от CT) (Фигура 2(a)). * е посочено, че при мишки без лечение с цефиксим водният екстракт от CT може да не е имал допълнителни полезни или вредни ефекти върху разнообразието на чревната микробиота. Въпреки това, разнообразието в моделната група (C) показва тенденция към намаляване в сравнение с това в нормалните групи. *e мишки, третирани с високи и средни дози CT водни екстракти, показват признаци на възстановяване на разнообразието, докато такова явление не е наблюдавано при мишки, третирани с ниска доза CT воден екстракт (Фигура 2(a)). Междувременно PCoA разкри, че нормалните групи (A и B) и групата с чревни разстройства, на които са прилагани високи дози (D) и средни дози (E) CTaqueous екстракти, имат тенденция да имат по-къси разстояния между пробите от тези в моделната група и в ниска доза CTaqueous екстракт добавка група (F) (Фигура 2(b)). Тези резултати показват, че CT водният екстракт може да помогне за подобряване на разнообразието на чревната микробиота при мишки с чревни разстройства.

3.3. Промени в състава на чревната микробиота, третирана с водния екстракт от Cistanche Tubulosa.

Профилите на състава на микробиотата бяха сравнени между различни групи. На ниво тип относителното изобилие на протеобактерии в моделната група е по-високо от това в другите групи (Фигура 3 (а)). Увеличаването на Proteobacteria предполага, че микробиомът на моделни мишки е променен от цефиксим и че водният екстракт от CT може да е от полза за чревната микробиота, тъй като увеличеното разпространение на Proteobacteria е основен маркер на нарушена чревна флора [43–45]. В допълнение, на ниво род, относителното изобилие на Lactobacillus в моделната група намалява в сравнение с това в групите с нормални и високи дози; въпреки това, той се е увеличил в сравнение с този в групата със средна и ниска доза (Фигура 3 (b)). Тези резултати показват, че високите дози CTaqueous екстракт могат да стимулират растежа на някои бактерии от рода Lactobacillus.

Диференциалната микробиота между изследваните групи беше допълнително определена съгласно LEfSe анализа. Този анализ показа, че след лечение с цефиксим, относителното количество на Turicibacter, Alphaproteobacteria, Acidobacteria, Betaproteobacteriales и Chloroflflexi значително се увеличава, докато относителното количество на lactobacillus, Eubacterium_nodatum_group, Pseudono cardiales и групата Christensenellaceae_R-7_ значително намалява в сравнение с тези в нормалната група (Фигура 4(a)). Поразително е, че когато моделната група беше допълнена с висока доза CT воден екстракт, относителните количества на Muribaculaceae, Lactobacillus, Kineosporiaceae, Eubacterium no data group и Pedobacter бяха значително увеличени в сравнение с тези в моделната група. Междувременно относителното изобилие на Rhodobacter, Ruminococcaceae UCG_013, Roseburia, Ruminiclostridium_9 и Candidatus Stoquefifichus намалява значително в сравнение с тези в моделната група (Фигура 4(b)).

3.4. Функции на чревната микробиота, свързани с лечението с воден екстракт от Cistanche Tubulosa.

Използвахме софтуера PICRUSt2, за да предвидим метаболитните пътища на чревната микробиота, а нормалната група беше използвана като референция за анализиране на промените в други групи. При лечението с цефиксим, относителното изобилие от разграждане на етилбензен, биосинтезата на нерибозомни пептиди от групата на сидерофорите и метаболизма на ксенобиотиците по пътищата на цитохром Р450 се увеличават; след третиране с високи и средни дози водни екстракти от Cistanche Tubulosa, тяхното относително изобилие се върна до нормалните нива. Междувременно относителното изобилие на пътя на метаболизма на циано аминокиселините намалява при лечението с цефиксим; но се увеличава след третирането с висока доза CT воден екстракт. Освен това, като цяло, промените в различните метаболитни пътища след лечението с цефиксим са значителни в сравнение с тези в нормалната група; въпреки това добавянето на воден екстракт от Cistanche Tubulosa успя да предотврати прекомерни промени (Фигура 5).

4. Обсъждане

Морфологията на дебелото черво може да бъде променена чрез растеж, храносмилане и усвояване, имунна регулация и възстановяване на чревни наранявания [46–50]. Съотношението V/C може цялостно да отразява храносмилателния статус на чревния тракт и е право пропорционално на храносмилателния и абсорбционния капацитет на чревния тракт [51, 52]. В настоящото проучване биопсията на вилите и рецесуса и статистическите данни показват, че високите дози воден екстракт могат частично да подобрят дефектната морфология в дебелото черво. За да проучим как водният екстракт променя морфологията на червата и засяга чревната микробиота, ние работихме назад от промените в чревната флора. Ние открихме, че относителното изобилие на Proteobacteria, основен маркер на нарушена чревна флора, се увеличава при лечение с цефиксим в сравнение с това без лечение с цефиксим.*e Относителното изобилие на други основни маркери, Bacteroidetes и Firmicutes, няма значителни промени, въпреки че тези антиоксидантни активности in vitro [56] и може да насърчи растежа на някои млечнокисели бактерии, което може да е от полза за здравето на гостоприемника [43]. Успоредно с това Muribaculaceae са пробиотични организми, свързани с дълголетието [57]. Те предполагат, че механизмът, чрез който водният екстракт от CT подобрява чревната микробиота, може да бъде насърчаването или защитата на растежа на пробиотичните организми. Друга бактерия, която заслужава внимание, беше бактерията YE57. Въпреки че екстрактът от висока доза CTaqueous насърчава относителното изобилие на бактерия YE57 в настоящото изследване (Фигура 4), предишни проучвания са установили, че нейното изобилие е по-високо в нормалните черва, отколкото в червата, третирани с остатък от билков чай ​​с висока концентрация [ 58] и че изобилието му е намалено след интервенцията с Bacillus licheniformis, комбинирана с XOS (ксилоолигозахариди) [59]. По този начин ролята на тази бактерия в чревната микробиота заслужава допълнително проучване. Освен това сравнително малкият брой проби в това изследване може да доведе до измерване на фалшиво положителни и фалшиво отрицателни резултати и се предлага бъдещо изследване на по-големи проби за валидиране на идентифицираните бактериални маркери.

Съставът на водния екстракт от Cistanche Tubulosa може да бъде важен за ефектите си върху състава и функционалните промени в чревната микробиота на мишки с чревни разстройства. PHG са често срещани активни компоненти, открити в Cistanche Deserticola и Cistacnche Tubulosa, а ехинакозидът е идентифициран като основният PNG в Cistache Tubulosa [60]. През последните десетилетия е доказано, че ехинакозидът притежава много фармакологични дейности, като антистареещи и невропротективни ефекти, подобряване на сърдечната функция, намаляване на хиперлипидемията и хипергликемията и превенция на предизвикания от затлъстяване диабет и метаболитен синдром [53, 61–65] . Всъщност ние открихме промени в метаболитните пътища на чревната микробиота.* Лечението с цефиксим доведе до обогатяване на бактерии, свързани с разграждането на етилбензен и биосинтезата на нерибозомни пептиди от групата на сидерофорите, докато леченията с висока и средна доза Cistanche Водният екстракт от Tubulosa може да облекчи тези промени, което показва, че този екстракт модерира бактериалната общност, свързана с тези функции. В допълнение, увеличеното бактериално обогатяване, свързано с пътя на метаболизма на цианоаминокиселината при лечение с воден екстракт с висока доза и намаленото му обогатяване при моделни мишки, показва, че водният екстракт от Cistanche Tubulosa може да стимулира метаболизма на цианоаминокиселината. *Промените в съответните метаболити могат да осигурят на този воден екстракт фармакологична активност.

билка цистанче

Въпреки че механизмът, чрез който водният екстракт от Cistanche Tubulosa променя състава и функцията на чревната микробиота, е сложен, има някои улики, за да се спекулира относно потенциалния механизъм. Съобщава се, че както млечнокиселите бактерии, така и водните екстракти от Cistanche Tubulosa могат да антагонизират оксидативния стрес. Оксидативният стрес, възникващ по време на възпаление, е често срещан фактор, който изостря чревните разстройства чрез силно намаляване на чревното микробно разнообразие и насърчаване на нарастването на специфични бактерии (4). Напротив, реактивните кислородни видове също насърчават селективния растеж на бактериални групи чрез нитратно и тетратионатно дишане [66–68]; например бактериите от семейство Enterobacteriaceae могат да растат бързо в резултат на промени в състава на чревната флора при окислителни условия по време на възпаление [69, 70]. Повечето живи организми развиват ензимна защита, неензимна антиоксидантна защита и възстановителни механизми за отстраняване на кислородни радикали [71]. Въпреки това, тези естествени антиоксидантни системи обикновено не са достатъчни, за да предотвратят окислително увреждане в живите организми. Няколко допълнителни синтетични антиоксиданта, включително бутилиран хидроксианизол и бутилиран хидрокситолуен, са широко използвани за намаляване на окисляването, но тяхната безопасност е поставена под въпрос [72, 73]. Ето защо изследователите са се насочили към намирането на по-безопасни и по-естествени антиоксиданти, получени от естествено срещащи се вещества. Поради способността както на полизахаридите, така и на млечнокиселите бактерии да елиминират оксидативния стрес, определянето на точния антиоксидантен механизъм на водните екстракти от Cistanche Tubulosa върху чревната микробиота изисква по-нататъшно изследване в бъдеще.

В заключение открихме, че водният екстракт от Cistanche Tubulosa е в състояние да подобри чревната чревна микробиота при мишки с чревни разстройства чрез насърчаване на разнообразието, модериране на метаболитните промени и ремоделиране на структурата на чревната микробиота и тези резултати могат да осигурят отправна точка за развитието на свързани лекарства в бъдеще.

Наличност на данни

Статистиката на оперативните таксономични единици сред всяка примерна информация, използвана в подкрепа на констатациите от това проучване, е включена в файловете с допълнителна информация и данните за секвениране на 16s rRNA, използвани в подкрепа на констатациите от това проучване, ще бъдат публикувани при публикуване.

Конфликт на интереси

Авторите декларират, че нямат конфликт на интереси.

Благодарности

Това проучване беше финансово подкрепено от грантове от Националната природонаучна фондация на Китай (81860766).

Допълнителни материали

Фигура S1: HPLC откриване на воден екстракт от Cistanche tubulosa. (a) Пикът на ехинакозид и актеозид в референтния материал се появява на 5,066 min и 9,988 min поотделно. (b) *e пик на ехинакозид и актеозид във водния екстракт се появява на 5,097 min и 10,076 min поотделно, а концентрациите са 236 mg/g и 12,7 mg/g поотделно. Таблица S1: дължината на влакната на дебелото черво и дълбочината на вдлъбнатините. Таблица S2: Статистическа информация за данните за секвениране на 16S rRNA. Таблица S3: статистика на оперативните таксономични единици сред всяка проба. (допълнителен материал).

Препратки

[1] A. Heintz-Butchart и P. Wilmes, „Чревен микробиом на човека: функцията има значение“, Тенденции в микробиологията, том. 26, бр. 7, стр. 563–574, 2018 г.

[2] CA Thaiss, N. Zmora, M. Levy и E. Elinav, "Микробиомът и вродения имунитет", Nature, vol. 535, бр. 7610, стр. 65–74, 2016 г.

[3] G. Quaranta, M. Sanguinetti и L. Masucci, "Трансплантация на фекална микробиота: потенциален инструмент за лечение на заболявания на човешкия женски репродуктивен тракт", Frontiers in Immunology, vol. 10, стр. 2653, 2019 г.

[4] GA Weiss и T. Hennet, "Механизми и последствия от чревна дисбиоза", Cellular and Molecular Life Sciences, vol. 74, бр. 16, стр. 2959–2977, 2017 г.

[5] Y. Li, Y. Peng, P. Ma et al., „Подобни на антидепресанти ефекти на екстракт от Cistanche tubulosa върху плъхове с хроничен непредсказуем стрес чрез възстановяване на хомеостазата на чревната микробиота, Frontiers in Pharmacology, vol. 9, стр. 967, 2018 г.

[6] L. Fan, Y. Peng, J. Wang, P. Ma, L. Zhao и X. Li, „Тоталгликозидите от стъбла на Cistanche tubulosa облекчават подобно на депресия поведение: двупосочно взаимодействие на фитохимикалите и чревната микробиота, „ Фитомедицина, кн. 83, ИД на артикул 153471, 2021 г.

[7] Y. Li, Y. Peng, M. Wang, P. Tu и X. Li, „Човешки стомашно-чревен метаболизъм на водния екстракт от Cistanche herba invitro: изясняване на метаболитния профил въз основа на цялостна идентификация на метаболита в стомашния сок, чревен сок, човешки чревни бактерии и чревни микрозоми," Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 65, бр. 34, стр. 7447–7456, 2017 г.

[8] H. Wang, Y. Sun, W.-C. Ye et al., "Антиоксидативни фенилетаноиди и фенолни гликозиди от флората на Picrorhiza Scrophularia", Chemical and Pharmaceutical Bulletin, vol. 52, бр. 5, стр. 615–617, 2004.

[9] S.-L. Джи, К.-К. Цао, X.-X. Zhao et al., "Антиоксидантна активност на фенилетаноидни гликозиди върху индуцирана от глутамат невротоксичност", Bioscience, Biotechnology и Biochemistry, vol. 83, бр. 11, стр. 2016–2026, 2019.

[10] Q. Wang, J. Dong, W. Lu et al., „Фенилетанол гликозидите от Cistanche tubulosa подобряват репродуктивната дисфункция чрез регулиране на тестикуларните стероиди чрез CYP450-3 -HSDpathway,“ Journal of Ethnopharmacology, vol. 251, член ID112500, 2020 г.

[11] С.-П. Вие, Л. Ма, Дж. Джао, С.-Л. Zhang и T. Liu, "Фенилетанол гликозидите от Cistanche tubulosa потискат активирането на чернодробните звездовидни клетки и блокират провеждането на сигнални пътища в TGF- 1/smad като потенциални агенти против чернодробна фиброза," Molecules, vol. 21, бр. 1, стр. 102, 2016 г.

[12] С.-П. Вие, J. Zhao, L. Ma, M. Tudimat, S.-L. Zhang и T. Liu, "Превантивни ефекти на фенилетаноидни гликозиди от Cistanche tubulosa върху индуцирана от говежди серумен албумин чернодробна фиброза при плъхове," DARU Journal of Pharmaceutical Sciences, vol. 23, бр. 1, стр. 52, 2015 г.

[13] T. Morikawa, H. Xie, Y. Pan, et al., "Преглед на биологично активни натурални продукти от пустинно растение Cistanche tubulosa," Chemical and Pharmaceutical Bulletin, vol. 67, бр. 7, стр. 675–689, 2019 г.

[14] J. Li, J. Li, A. Aspire и др., „Фенилетаноидните гликозиди от Cistanche tubulosa инхибират растежа на B16-F10 клетки както in vitro, така и in vivo чрез индуциране на апоптоза чрез митохондриалните зависим път," Journal of Cancer, vol. 7, бр. 13, стр. 1877–1887, 2016.

[15] Y. Hu, J. Huang, Y. Li et al., „Cistanche deserticola polysaccharide индуцира меланогенеза в меланоцитите и намалява оксидативния стрес чрез активиране на NRF2/HO-1 пътя,“ Journal of Cellular and Molecular Medicine, об. 24, бр. 7, стр. 4023–4035, 2020 г.

[16] S. Peng, P. Li, P. Liu, et al., "Cistanches облекчава индуцираната от севофлуран когнитивна дисфункция чрез регулиране на PPAR-c-зависим антиоксидант и противовъзпалително действие при плъхове," Journal of Cellular and Molecular Medicine, об. 24, бр. 2, стр. 1345–1359, 2020 г.

[17] Y. Liu, H. Wang, M. Yang, et al., „Полизахаридите на Cistanche deserticola защитават PC12 клетките срещу OGD/RP-индуцирано увреждане,“ Biomedicine & Pharmacotherapy, vol. 99, стр. 671–680, 2018 г.

[18] Z. Fu, L. Han, P. Zhang, et al., "Полизахаридите Cistanche подобряват абсорбцията на ехинакозид in vivo и влияят на чревната микробиота," International Journal of Biological Macromolecules, том. 149, стр. 732–740, 2020 г.

[19] NT Williams, "Probiotics," American Journal of Health-System Pharmacy, vol. 67, бр. 6, стр. 449–458, 2010 г.

[20] R. Ashraf и NP Shah, „Стимулиране на имунната система от пробиотични микроорганизми,“ Критични прегледи в науката за храните и храненето, том. 54, бр. 7, стр. 938–956, 2014 г.

[21] G. La Fata, P. Weber и MH Mohajeri, „Пробиотиците и чревната имунна система: индиректна регулация“, Probiotics and antimicrobial Proteins, vol. 10, бр. 1, стр. 11–21, 2018 г.

[22] MA Zocco, LZ dal Verme, F. Cremonini, et al., "Ефикасност на lactobacillus GG при поддържане на ремисия на улцерозен колит", Хранителна фармакология и терапевтика, том. 23, бр. 11, стр. 1567–1574, 2006.

[23] MJ Saez-Lara, C. Gomez-Llorente, J. Plaza-Diaz и A. Gil, "*e ролята на пробиотичните млечнокисели бактерии и бифидобактериите в превенцията и лечението на възпалителни заболявания на червата и други свързани заболявания: систематичен преглед на рандомизирани клинични изпитвания върху хора," BioMed Research International, vol. 2015 г., номер на артикул 505878, 15 страници, 2015 г.

[24] MAO Dawood, S. Koshio, M. Ishikawa и др., „Ефекти от хранителните добавки на Lactobacillus rhamnosus или/и lactococcus lactis върху растежа, чревната микробиота и имунните отговори на червена морска ципура, Pagrus major,“ Риба & ShellfishImmunology, том. 49, стр. 275–285, 2016.

[25] A. Sivan, L. Corrales, N. Hubert, et al., „Commensal bifidobacterium насърчава антитуморния имунитет и улеснява анти-PD-L1 ефикасността,“ Science, vol. 350, бр. 6264, стр. 1084–1089, 2015 г.

[26] PJ Whorwell, L. Altringer, J. Morel, et al., „Ефикасността на капсулиран пробиотик Bifidobacterium за кърмачета е 35624 при жени със синдром на раздразнените черва,“ 8e American Journal of Gastroenterology, vol. 101, бр. 7, стр. 1581–1590, 2006.

[27] Y. Wang, Y. Wu, Y. Wang et al., "Антиоксидантни свойства на пробиотичните бактерии", Nutrients, vol. 9, бр. 5, стр. 521, 2017 г.

[28] JMC Gutteridge, R. Richmond и B. Halliwell, "Инхибиране на катализираното от желязо образуване на хидроксилни радикали от супероксид и на липидна пероксидация от десфериоксамин," Biochemical Journal, vol. 184, бр. 2, стр. 469–472, 1979.

[29] E. Deriu, JZ Liu, M. Pezeshki, et al., „Пробиотичните бактерии намаляват чревната колонизация на Salmonella Typhimurium чрез конкуренция за желязо,“ Cell Host & Microbe, vol. 14, бр. 1, стр. 26–37, 2013 г.

[30] T. Kullisaar, M. Zilmer, M. Mikelsaar, et al., "Два антиоксидантни щама на лактобацили като обещаващи пробиотици", International Journal of Food Microbiology, vol. 72, бр. 3, стр. 215–224, 2002.

[31] JG LeBlanc, S. del Carmen, A. Miyoshi, et al., "Използване на супероксид дисмутаза и каталаза, произвеждащи млечнокисели бактерии в TNBS, индуцирана от болест на Crohn при мишки," Journal of Biotechnology, vol. 151, бр. 3, стр. 287–293, 2011.

[32] M. Rossi, A. Amaretti и S. Raimondi, "Производство на фолиева киселина от пробиотични бактерии", Nutrients, vol. 3, бр. 1, стр. 118–134,2011.

[33] A. Pompei, L. Cordisco, A. Amaretti, et al., „Прилагането на бифидобактерии, произвеждащи фолиева киселина, подобрява фолатния статус при плъхове Wistar,“ 8e Journal of Nutrition, vol. 137, бр. 12, стр. 2742–2746, 2007 г.

[34] Л.-Х. Wang, K. Liu, DW Gao и JK Hao, "Защитни ефекти на два щама на Lactobacillus Plantarum при хиперлипидемични мишки," Световен журнал по гастроентерология, том. 19, бр. 20, стр. 3150–3156, 2013 г.

[35] EO Petrof, K. Kojima, MJ Ropeleski и др., „Пробиотиците инхибират ядрен фактор-κB и индуцират протеини на топлинен шок в епителните клетки на дебелото черво чрез инхибиране на протеазома,“ Gastroenterology, vol. 127, бр. 5, стр. 1474–1487, 2004 г.

[36] A. Seth, F. Yan, DB Polk и RK Rao, „Пробиотиците подобряват разрушаването на епителната бариера, предизвикано от водороден пероксид, чрез механизъм, зависим от PKC и MAP киназата“, American Journal of Physiology-Gastrointestinal and liver Physiology , кн. 294, бр. 4, стр. G1060–G1069, 2008.

[37] M. G´omezGuzm´an, M. Toral, M. Romero, et al., "Антихипертензивни ефекти на пробиотици Lactobacillus щамове при спонтанно хипертензивни плъхове," Molecular Nutrition & FoodResearch, vol. 59, бр. 11, стр. 2326–2336, 2015 г.

[38] H. Zeng, L. Huang, L. Zhou, P. Wang, X. Chen и K. Ding, "Галактоглюкан, изолиран от Cistanchedeserticola YC Ma. и неговата биоактивност върху щамове на чревни бактерии", Carbohydrate Polymers, vol. 223, ИД на статия 115038, 2019 г.

[39] S. Zheng, X. Jiang, L. Wu, Z. Wang и L. Huang, „Химическа и генетична дискриминация на цистанче билка въз основа на UPC-QTOF/MS и ДНК баркодиране,“ PLoS One, vol. 9, бр. 5, номер на статия e98061, 2014 г.

[40] M. Li, T. Xu, F. Zhou, et al., „Невропротективни ефекти на четири фенилетаноидни гликозида върху индуцирана от H2O2- апоптоза на PC12 клетки чрез пътя Nrf2/ARE, International Journal of Molecular Sciences , кн. 19, бр. 4, стр. 1135, 2018 г.

[41] A. Wu, Z. Yang, Y. Huang, et al., „Естествените фенилетаноидни гликозиди, изолирани от Callicarpa kwangtungensis, потискат липополизахарид-медиирания възпалителен отговор чрез активиране на пътя Keap1/Nrf2/HO-1 в RAW 264.7 клетка на макрофагите," Journal of Ethnopharmacology, vol. 258, ИД на артикул 112857, 2020 г.

[42] GM Douglas, VJ Maffffei, JR Zaneveld, et al., "PICRUSt2 за предсказване на метагеномни функции," Nature Biotechnology, vol. 38, бр. 6, стр. 685–688, 2020 г.

[43] Х.-Л. Ли, Л. Лу, X.-S. Wang et al., „Промяна на чревната микробиота и профилите на възпалителни цитокини/хемокини при индуциран от 5-флуороурацил чревен мукозит,“ Frontiers in Cellular and infection Microbiology, vol. 7, стр. 455, 2017 г.

[44] M. Pammi, J. Cope, PI Tarr, et al., „Чревна дисбиоза при недоносени бебета, предхождаща некротизиращ ентероколит: систематичен преглед и мета-анализ,“ Microbiome, vol. 5, бр. 1,стр. 31, 2017 г.

[45] Н.-Р. Shin, TW When и J.-W. Bae, "Proteobacteria: микробен подпис на дисбиоза в чревната микробиота," Тенденции в биотехнологиите, том. 33, бр. 9, стр. 496–503, 2015 г.

[46] M. de Oliveira Bel´em, CP Cirilo, AP de Santi-Rampazzoet al., „Корекциите на чревната морфология, причинени от диетични ограничения, подобряват хранителния статус по време на процеса на стареене на плъхове,“ Експериментална геронтология, том. 69, стр. 85–93, 2015 г.

[47] B. Potsic, N. Holliday, P. Lewis, D. Samuelson, V. DeMarco и J. Neu, „Добавяне на глутамин и лишаване: ефект върху морфологията на тънките черва на изкуствено отглеждани плъхове,“ Педиатрични изследвания, том. 52, бр. 3, стр. 430–436, 2002.

[48] ​​JL Daniels, RJ Bloomer, M. van der Merwe, SL Davis, KK Buddington и RK Buddington, „Чревни адаптации към комбинация от различни диети със и без упражнения за издръжливост“, Journal of the International Society of Sports Nutrition, об. 13, бр. 1, стр. 35, 2016 г.

[49] L. Muñoz, MJ Borrero, M. ´Ubeda et al., "Чревната имунна дисрегулация, предизвикана от дисбиоза, насърчава разрушаването на бариерата и бактериалната транслокация при плъхове с цироза," Хепатология, том. 70, бр. 3, стр. 925–938, 2019 г.

[50] X. Li, Y. Wu, Z. Xu et al., „Ефекти на отвара от hetiao Jianping върху чревно увреждане и възстановяване при плъхове с диария, свързана с антибиотици,“ Medical Science Monitor, vol. 26, член IDe921745, 2020 г.

[51] Y. Xie, F. Ding, W. Di et al., „Въздействие на диета с високо съдържание на мазнини върху чревните стволови клетки и функцията на епителната бариера при женски мишки на средна възраст,“ Molecular Medicine Reports, vol. 21, бр. 3, стр. 1133–1144, 2020 г.

[52] Б. Л. Биволарски и Е. Г. Вачкова, "Морфологични и функционални събития, свързани с отбиването при зайци", Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, vol. 98, бр. 1, стр. 9–18, 2014 г.

[53] H. Shimoda, J. Tanaka, Y. Takahara, K. Takemoto, S.-J. Шан и М.-Х. Su, "*e хипохолестеролемични ефекти на екстракт от Cistanchetubulosa, китайско традиционно сурово лекарство, при мишки," 8e American Journal of Chinese Medicine, vol. 37, бр. 6, стр. 1125–1138, 2009 г.

[54] RE Ley, PJ Turnbaugh, S. Klein и JI Gordon, „Чревни микроби, свързани със затлъстяването“, Nature, vol. 444, бр. 7122, стр. 1022-1023, 2006.

[55] J.-Y. Ким, Ю. М. Куон, И.-С. Kim et al., „Ефекти от добавянето на кафяви морски водорасли laminaria japonica върху серумните концентрации на IgG, триглицериди и холестерол и състава на чревната микробиота при плъхове“, Frontiers in Nutrition, vol. 5, стр. 23, 2018 г.

[56] W. Zhang, J. Huang, W. Wang, et al., "Екстракция, пречистване, характеризиране и антиоксидантни активности на полизахариди от Cistanche tubulosa," International Journal of BiologicalMacromolecules, vol. 93, стр. 448–458, 2016.

[57] M. Sibai, E. Altuntas¸, B. Yıldırım, G. ¨Ozt¨urk, S. Yıldırım и T. Demircan, „Микробиома и дълголетие: голямо изобилие от свързани с дълголетието Muribaculaceae в червата на дълголетния гризач Spalax leucodon, OMICS: Журнал за интегративна биология, том. 24, бр. 10, стр. 592–601, 2020 г.

[58] Y. Xie, Z. Chen, D. Wang и др., „Ефекти от ферментирали остатъци от билков чай ​​върху характеристиките на чревната микробиота на холщайнските юници при топлинен стрес,“ Frontiers in Microbiology, vol. 11, стр. 1014, 2020 г.

[59] Y. Li, M. Liu, H. Liu и др., „Оралните добавки от комбинирани Bacillus licheniformis zhengchangsheng и ксилоолигозахариди подобряват предизвиканото от диета с високо съдържание на мазнини затлъстяване и модулират чревната микробиота при плъхове,“ BioMed Research International, том . 2020 г., номер на артикул 9067821, 17 страници, 2020 г.

[60] Y. Jiang и P.-F. Tu, "Анализ на химичните съставки в видовете цистанхи", Journal of Chromatography A, vol. 1216, бр. 11, стр. 1970–1979, 2009.

[61] F. Li, Y. Yang, P. Zhu, et al., „Echinacoside насърчава костната регенерация чрез увеличаване на съотношението OPG/RANKL в MC3T3-E1 клетки,“ Fitoterapia, vol. 83, бр. 8, стр. 1443–1450, 2012 г.

[62] F. Tang, Y. Hao, X. Zhang и J. Qin, „Ефект на ехинакозид върху бъбречна фиброза чрез инхибиране на TGF- 1/Smads сигнален път в DB/DB мишки модел на диабетна нефропатия "Дизайн, развитие и терапия на лекарства, том. 11, стр. 2813–2826, 2017 г.

[63] W.-T. Xiong, L. Gu, C. Wang, H.-X. Sun, и X. Liu, "Антихипергликемични и хиполипидемични ефекти на Cistanche tubulosa при диабет тип 2 DB/DB мишки," Journal of Ethnopharmacology, vol. 150, бр. 3, стр. 935–945, 2013 г.

[64] X.-x. Бао, Х.-х. Ма, Х. Динг, В.-в. Li и M. Zhu, „Предварително оптимизиране на формула за китайска билкова медицина, базирана на невропротективните ефекти в модел на плъх на индуцирана от ротенон болест на Паркинсон, Journal of IntegrativeMedicine, vol. 16, бр. 4, стр. 290–296, 2018 г.

[65] Y. Chen, Y.-Q. Li, J.-Y. Fang, P. Li и F. Li, "Създаване на паралелен експериментален модел на остеопороза, комбинирана с болестта на Алцхаймер при плъхове и двойните ефекти на ехинакозид и актеозид от Cistanche tubulosa," Journal of Ethnopharmacology, vol. 257, номер на статия 112834, 2020 г.

[66] M. Hensel, AP Hinsley, T. Nikolaus, G. Sawers и B. C. Berks, "*e генетична основа на тетратионатното дишане в Salmonella Typhimurium," Molecular Microbiology, vol. 32, бр. 2, стр. 275–287, 1999.

[67] SE Winter, P. Thiennimitr, MG Winter, et al., „Възпалението на червата осигурява респираторен акцептор на електрони за салмонела,“ Nature, vol. 467, бр. 7314, стр. 426–429, 2010 г.

[68] SE Winter, MG Winter, MN Xavier, et al., „Нитратът, получен от гостоприемника, стимулира растежа на E. coli във възпалените черва,“ Science, vol. 339, бр. 6120, стр. 708–711, 2013 г.

[69] C. Lupp, ML Robertson, ME Wickham, et al., „Медиираното от гостоприемника възпаление разрушава чревната микробиота и насърчава свръхрастежа на Enterobacteriaceae,“ Cell Host & Microbe, vol. 2, бр. 2, стр. 119–129, 2007 г.

[70] B. Stecher, R. Robbiani, AW Walker, et al., "Salmonellaenterica serovar Typhimurium използва възпалението, за да се конкурира с чревната микробиота," PLoS Biology, vol. 5, бр. 10, стр. e244–2189, 2007.

[71] В. Мишра, К. Шах, Н. Мокаше, Р. Чаван, Х. Ядав и Дж. Prajapati, "Пробиотиците като потенциални антиоксиданти: систематичен преглед", Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 63, бр. 14, стр. 3615–3626, 2015 г.

[72] JMP Mart´ın, PF Freire, L. Daimiel, et al., "Антиоксидантът бутилиран хидроксианизол потенцира токсичните ефекти на пропилпарабен в култивирани клетки на бозайници", Food and Chemical Toxicology, vol. 72, стр. 195–203, 2014 г.

[73] RS Lanigan и TA Yamarik, "Окончателен доклад за оценката на безопасността на BHT", International Journal of Toxicology, vol. 21, бр. 2, стр. 19–94, 2002.