Ролята на полифенолите в регулирането на протеините от топлинен шок и чревната микробиота при стрес при отбиване Част 1

Моля свържете сеoscar.xiao@wecistanche.comза повече информация

Чревната микробиота е естествените жители на чревната екосистема, която показва множество функции, които осигуряват благоприятни ефекти върху физиологията на гостоприемника. Нарушенията в чревната микробиота при стрес при отбиване се регулират от имунната система и протеиновите пътища, свързани с оксидативния стрес. Стресът при отбиване също променя реакцията на чревната микробиота, ограничава смилаемостта и влияе върху продуктивните резултати на животните чрез производството на възпалителни молекули. Протеините на топлинния шок са молекулярните шаперони, които изпълняват набор от функции от физиологична до патологична гледна точка и ремоделиране на клетъчния стрес отговор. Тъй като участват в защитния механизъм, полифенолите осигуряват клетъчна толерантност срещу огромни стимули. Полифенолите са благословени от природата съединения, които показват съществуването си в много количества. Поради по-широката си достъпност и популярност, те могат да упражняват силни имуномодулиращи, антиоксидантни и противовъзпалителни действия. Техните обещаващи ефекти върху здравето са доказани в различни клетъчни и животински проучвания. Диетичните интервенции с полифеноли могат да променят реакцията на чревния микробиом и да намалят стреса при отбиване, свързан с възпалението. Освен това, полифенолите предизвикват благоприятни за здравето ефекти чрез подобряваневъзпалителенпроцеси за подобряване на смилаемостта и по този начин упражняване на защитен ефект върху животинската продукция. Тук, в тази статия, ние ще разширим ролята на диетичните стратегии за интервенция с полифеноли при отбиване на стреса, който смущава функцията на чревната микробиота, а също така ще акцентираме върху протеините на топлинния шок в здравето на червата. Тази обзорна статия дава нова насока на фуражната индустрия за формулиране на диета, съдържаща полифеноли, която би имала значително въздействие върху здравето на животните.

Моля, щракнете тук, за да научите повече

1. Въведение

Чревната микробиота е естественият обитател настомашно-чревнитракт, пребиваващ в домакин с взаимно разбирателство през десетилетията [1]. Той изпълнява добре поддържан състав и баланс в рамките на хомеостазата на гостоприемника [2]. Чревната микробиота на прасетата представлява жизнен състав и разнообразие, които се променят с времето и в целия стомашно-чревен тракт [3]. Инициирането на микробна колонизация започва да се развива при раждането и се оформя от консумацията на мляко от свине майки [4] и по този начин периодът на кърмене показва микробни промени в червата. Периодът на отбиване започва особено от 3 до 4 седмици след засяването, когато на прасенцата е предложена солидна диета вместо течно мляко. Отбитите прасенца са чувствителни към хранителни, физиологични и психологически стресови фактори, което води до нарушена чревна морфология, физиологична функция и промени в чревната микробиота [5,6]. Промяната в чревната микробиота се счита за основен фактор за диария след отбиване [7]. Основната функция на чревната микробиота е да усвоява несмилаеми хранителни вещества, но също така помага за усвояването на хранителни вещества, метаболизма и съхранението на погълнатите хранителни вещества, което оказва влияние върху физиологията на гостоприемника [8]. Нарушаването на промяната в състава на чревната микробиота може да доведе до няколко патогенни разстройства [9,10]. Следователно подобряването на здравето на гостоприемника изисква ясно разбиране на чревната екосистема, особено чревната микробиота [11].

Cistanche може да подобри имунитета

Добре е известно, че преобладаващите свободни радикали предизвикват оксидативен стрес, компрометират улавянето на свободните радикали и влияят на баланса оксидант/антиоксидант. Оксидативният стрес също комуникира със сигнални молекули, за да упражни фитопатогенна реакция. Като цяло има изразен ефект върху здравето на червата при прасета и говежди телета, което в крайна сметка минимизира производството му [12,13]. Изследванията върху чревната микробиота при прасетата не само биха помогнали за изграждането на здрави черва на животното, но също така биха били от полза за изследванията при хора поради сходството на анатомичните и физиологичните характеристики. Влиянието на полифенолите оформя чревната микробиота, облекчавайки стреса при отбиване, който се обсъжда в следващите раздели.

2. Метаболизмът на полифенолите от чревната микробиота

Диетичните полифеноли са естествени биоактивни съединения, получени от различни източници, включващи растения, плодове, зеленчуци, какао, шоколад, чай, кафе и вино [14]. Естествено, те са хетерогенни съединения, категоризирани в хидроксилирани фенилови остатъци. Поради различните им структурни характеристики те са разделени на флавоноиди и нефлавоноиди [15]. По-голямата част от съединенията попадат в категорията на флавоноидите; повече от 9000 структурно различни съединения са изследвани досега в природата. Уникалната идентичност на фенолните съединения се състои от aдифенилпропанskeleton(C6-C3-C6)структура с общи атрибути. Освен това, флавоноидите са допълнително подкласифицирани в шест подгрупи според тяхното разнообразно структурно поведение [16,17]. След като тези съединения бъдат консумирани, човешкото тяло ги разпознава като ксенобиотици; следователно бионаличността на съединенията е по-ниска от микро- и макроелементите. Като се има предвид естеството на съединението, те бързо преминават през тънките черва [18] или се придвижват към дебелото черво почти непроменени [19, 20]. Данните разкриват, че около 1/9 от общата абсорбция на полифеноли се извършва в тънките черва, докато останалата част се прехвърля през лумена на дебелото черво при по-ниска концентрация, където се конюгират и екскретират през чревния лумен чрез жлъчката и се излагат на ензимни активности [21-23]. По-големите молекули полифеноли достигат дебелото черво в почти оригинална структура и след това се метаболизират чрез действието на чревната микробиота заедно с конюгатите и се елиминират в чревния лумен чрез жлъчката. Има няколко фактора, които влияят върху тяхната бионаличност, като полярност, молекулна маса, растителна матрица, смилаемост и абсорбция [24]. След като полифенолите се абсорбират от тънките черва, агликоните преминават биотрансформация в ентероцитите и след това в хепатоцитите. След това произведените метаболити се разпространяват в различни органи и накрая се елиминират чрез урината. И учените посочиха, че оценките на ефектите на богатите на полифеноли храни върху антиоксидантния капацитет на човешката кръв може да не отчитат приема на храна на доброволците, което може да окаже основно влияние върху антиоксидантния капацитет на кръвта на хората [25]. Освен това, изчерпателните познания за бионаличността на полифенолите се обсъждат от [26-30]. Полифенолната структура, показваща здравни защитни ефекти, е добре илюстрирана на фигура 1.

3. Ефектите на полифенолите върху микробите

Състав и метаболизъм

Стомашно-чревният тракт (GIT) е обитаван от множество видове бактерии в дебелото черво. Преобладаващата микробиотавидса Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria и др. [31]. Специфичният състав на микробиотата може да варира при някои състояния, като диария и антибиотична терапия, или при хранителна интервенция [32]. Диетата оказва влияние върху чревната микробиота и може да промени значението на благосъстоянието с благоприятни или вредни опасения. Prevotella, като основна бактерия в чревната система, е отговорна за диета, обогатена с въглехидрати, докато Bacteroides е отговорна за усвояването на диета, богата на животински протеини и наситени мазнини [33,34]. Малко бактерии, по-специално Flavonifractor plauti, Slackia equolifaciens и Slackia isoflavoniconvertens, участват в метаболизма на много полифеноли. Диетичният прием на полифенол се изчислява грубо като повече от 1 g, което е 10 пъти повече от витамин Cintake [35]. Връзката между полифенолите и чревния микробиом (GM) е описана някъде другаде от [36].

Полифенолният механизъм по отношение на модификацията на чревната микробиота трябва да бъде коригиран и да служи на функцията си по директен или индиректен начин. Те участват или в активиране, или в потискане на бактериалния растеж. Потиснатият бактериален растеж определя бактериостатичния или бактерициден ефект на полифенолите, който предотвратява развитието на активни патогенни бактерии. Следователно е от основно значение да се обмислят нивото и характеристиките на тези съединения. Индиректният ефект на полифенолните метаболити може да предизвика развитието на една група бактерии чрез насърчаване на растежа на друга група бактерии [37,38]. Регулирането на полифенола

приемът върху изобилието и разнообразието на чревната микробиота може да бъде свързан с разнообразието от субстратни предпочитания и метаболитни способности на чревната микробна общност [39]. Полифенолът може да повлияе на съотношението Firmicutes/Bacteroidetes (F/B) чрез потискане на определени бактериални видове [40]. Рандомизирано, двойно-сляпо, плацебо-контролирано проучване при хора показва, че пероралната консумация на епигалокатехин-3-галат и ресвератрол съответно 282 и 80 mg/ден за 12 седмици положително намалява фекалното изобилие на Bacteroidetes и Feca-bacterium prausnitzi при индивиди със затлъстяване в отговор на pla-cebo [41]. Плъхове, изложени на диетичен прием на кверцетин при 30 mg/kg/ден, потискат увреждането на чревната микробиота, предизвикано от диета с високо съдържание на мазнини, чрез намаляване на съотношението F/B и намаляване на изобилието от бактерии, свързани със затлъстяването, например Erysipelotri-chaceae, Bacillus, и Eubacterium cylindroides [42]. Индукцията на богати на полифеноли храни/екстракти също модифицира състава на чревната микробиота. Кучето, предлагано на полифенолни екстракти от зелен чай в продължение на 18 седмици, потиска изобилието от Bacteroidetes и Fusobacteria и подобрява Firmicutes [43]. Мишките, третирани с диетични антоцианини при 5 процента и 10 процента лиофилизирана прах от черна малина и заразени с азоксиметан/DSS в продължение на 12 седмици, насърчават фекално изобилие от полезни бактерии, например Faecalibacterium prausnitzi, Lactobacillus и Eubacterium rectale, и намаляват абун -танц на патогени, като Desulfovibrio sp. и Enterococcus spp. [44]. Най-новото откритие показа, че излагането на полифенолен екстракт от дива боровинка и изолирана фракция от боровинки на диета с високо съдържание на захароза увеличава растежа на разграждащите полифенол бактерии Adlercreutzia equolifaciens при затлъстели мишки, което показва, че добавянето на тези бактерии в метаболизма на полифенолите може да участва в смекчаване на метаболитни нарушения при затлъстяване и диабет чрез използване на биоактивни молекули [45]. Като цяло структурата на полифенолите, оптимизирането на дозите и щамовете на микроорганизмите могат да повлияят на ефекта на полифенола върху бактериалния растеж и метаболизма. Полифенолите могат да увеличат обогатяването на полезни бактерии, например Bifidobacterium и Lactobacillus, които защитават функцията на чревната бариера, Faecalibacterium prausnitzii, който показва противовъзпалителен ефект чрез потискане на стимулацията на ядрен фактор-капа B (NF-xB) и Roseburia spp. които са производители на маслена киселина [46]. Това проучване показа, че Грам-положителните бактерии са уязвими към полифеноли срещу Грам-отрицателни бактерии. Тези промени може да се дължат на разликата в състава на клетъчната стена на бактериите [47].

4. Протеини от топлинен шок и здраве на червата Протеините от топлинен шок (HSPs) са огромно семейство от молекулярни шаперони, които биха могли да потвърдят сгъването, разгъването и повторното нагъване на денатурираните от стрес протеини [48].

HSPs са класифицирани в седем семейства в зависимост от тяхното молекулно тегло [49]. Повечето от членовете действат като шаперон, стабилизирайки за коригиране на протеини или поддържайки повторно нагъване на протеини, които са увредени от реакцията на стресова клетка [50]. HSP изпълняват основни функции в имунните отговори и са склонни да поддържат целостта на мукозната бариера и чревната хомеостаза. Става свидетелство, че чревната микробиота се счита за главния индуктор на производството на протеин от топлинен шок в чревните епителни клетки [51]. Те регулират функцията на чревната бариера чрез регулиране на протеини с плътна връзка (TJs). Междуклетъчното пространство на чревните епителни клетки (IEC) е естествено защитено с TJ протеини, които са отговорни за поддържането на чревната пропускливост. Тези протеини непрекъснато се ремоделират срещу външни стимули, състоящи се от микроби и антигени [52].

HSP27 активира клетъчната пролиферация чрез използване на сигнали на ядрен фактор-xB (NF-xB), които регулират оцеляването, пролиферацията и диференциацията на клетките и потискат NF-xB-зависимите апоптотични пътища [53-56]. HSP27 подкрепя както зависимо от убиквитин, така и независимо от убиквитин разграждане на разгънати протеини след клетъчни стресове. Те проявяват своя ефект върху няколко апоптотични пътя нагоре и надолу по веригата на митохондриите, като потискане на ранните етапи на сигнализиране на стресова клетка, инхибиране на производството на реактивни кислородни видове чрез използване на проапоптотични протеини и/или стимулиране на протеини за оцеляване като кинази, които на свой ред потискат освобождаване на проапоптотични сигнали отмитохондриите[53-56]. Нещо повече, HSP също така притежават антиоксидантна активност и могат да потиснат преобладаващите реактивни кислородни видове чрез стимулиране на антиоксидантни ензими [53-56]. Например, iHSP27 може да инхибира митохондриалното освобождаване на цитохром-с и да потисне определени кинази като c-Jun N-терминална киназа или каспазна активност. Накратко, за iHSP27 и iHSP70 се съобщава, че повишават клетъчното оцеляване и устойчивостта срещу стрес чрез предполагане на множество пътища в различни клетъчни линии.

Протеините на топлинния шок и основният комплекс за хистосъвместимост (MHC) са молекулите, които са се развили в представянето на пептиден антиген [57-59]. Извънклетъчните HSP позволяват контакт с директни антиген-представящи клетки чрез стимулиране на различни рецептори, като подобни на такса рецептори 2 и 4; CD91 упражнява сигнали за опасност, като по този начин показва вродени имунни отговори [57]. Доказано е, че извънклетъчният HSP27 (eHSP27) има противовъзпалителен отговор в зависимост от типа на имунните клетки-23. Освен това, eHSP27 активира противовъзпалителни цитокини като интерлевкин (IL-10) от моноцитите и потиска диференциацията в зрели дендритни клетки и макрофаги. Чревните iHSP влияят на проинфламаторния NF-xB път, модулиран от цитокини. iHSPs потискат NF-xB сигналите и се съобщават в епителните клетки на червата [60,61]. Механизмите могат да припишат стимулирането на IxBa и потискането на фосфорилирането и разграждането на IxB протеина.

Тази статия е извлечена от Hindawi Oxidative Medicine and Cellular Longevity Volume 2021, номер на статия 6676444, 13 страници https://doi.org/10.1155/2021/6676444