Kosttilskudd med cystein under graviditet redder mors kronisk nyresykdom-indusert hypertensjon hos mannlige rotteavkom: virkningen av hydrogensulfid og mikrobiota-avledede tryptofanmetabolitter

Abstrakt

Mors kroniske nyresykdom (CKD) er knyttet til hypertensjon hos avkom. Tarmmikrobiomet og dets tryptofanmetabolitter, nitrogenoksid (NO) og renin-angiotensin-systemet (RAS) er nært knyttet til utviklingen av hypertensjon. Hydrogensulfid (H2S) har vist en antihypertensiv effekt. Målet vårt var å teste om L- eller D-cysteintilskudd i svangerskapet kan forhindre hypertensjon programmert av mors CKD hos voksne avkom og å utforske de beskyttende mekanismene. CKD ble indusert hos gravide Sprague Dawley-rotter av en 0,5 prosent adenin-diett i 3 uker. L- eller D-cystein ble tilsatt med 8 mmol/kg kroppsvekt/dag under graviditet. Mannlige avkom ble ofret i en alder av 12 uker (n=8 per gruppe). Maternell CKD-indusert hypertensjon ble på samme måte forhindret av L- eller D-cysteintilskudd. De beskyttende effektene av L- og D-cystein er relatert til å redusere oksidativt stress, rebalansere RAS og omforme tarmmikrobiomet. L-cysteinbehandling beskyttet voksent avkom mot hypertensjon og var assosiert med økt H2S-produksjon, gjenoppretting av NO-biotilgjengelighet, forbedring av fordelaktige slekter Oscillibacter og Butyricicoccus, uttømming av indolproduserende slekter Alistipes og Akkermansia, og reduksjon av flere indolmetabolitter. D-cysteinbehandling økte kynureninsyre, 3-hydroksykynurenin og xanthurensyre i kynureninbanen, reduserte 5-hydroksytryptofan og serotonin i serotoninbanen, og beriket slektene Bacteroides og Odoribacter. Oppsummert antyder disse resultatene at L- og D-cystein beskytter mot mors CKD-indusert hypertensjon hos avkom, sannsynligvis ved å øke H2S-produksjonen, modulere tarmmikrobiota og dens avledede metabolitter, og gjenoppretting av NO og RAS.

Nøkkelord

Kronisk nyre sykdom; cystein; hypertensjon; utviklingsmessig opprinnelse til helse og sykdom (DOHaD); renin-angiotensin-systemet; tarmmikrobiota; hydrogensulfid; indol.

Klikk her for å vite hva som er effekten av Cistanche

Introduksjon

En økende mengde data fremhever graviditet og amming som en kritisk periode der mødrefornærmelser kan forme helse og sykdom hos det resulterende avkommet, nå referert til som Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD) [1]. Kvinner med kronisk nyresykdom (CKD) er ikke bare utsatt for graviditetsrelaterte, men også for uønskede utfall av avkom [2]. Vår tidligere forskning rapporterte at mors adenin-indusert CKD induserer blodtrykksøkning (BP) hos voksne avkom, som falt sammen med endringer i tarmmikrobiotasammensetningen, endringer i avledede metabolitter og økninger i uremiske toksiner [3].

Under graviditet er den essensielle aminosyren tryptofan viktig for fosterutviklingen og morkakens proteinsyntese [4]. Tryptofan metabolisme gjennomgår tre hovedveier i tarmen, som fører til kynurenin, serotonin og indolderivater [5]. Indoldannelse skjer via virkningen av enzymet tryptofanase [6]. Indolmetabolitter av tryptofan (dvs. indoksylsulfat og indoleddiksyre) er en nøkkelgruppe av tarmmikrobiota-avledede uremiske toksiner, som spiller en avgjørende rolle i patogenesen av CKD [6]. Tryptofan-avledede uremiske toksiner kan aktivere arylhydrokarbonreseptorer (AHR) for å indusere oksidativt stress gjennom aktivering av NADPH-oksidase og hemming av antioksidantforsvarsmekanismer [6,7]. Det er velkjent at oksidativt stress spiller en nøkkelrolle i patogenesen av CKD og hypertensjon i utviklingsopprinnelse [8]. Tatt i betraktning kompleksiteten til tryptofan metabolske veier, er de forskjellige egenskapene til tryptofan-avledede metabolitter assosiert med patofysiologien til flere sykdommer [5,6,9]. Det finnes imidlertid lite informasjon om hvorvidt tryptofan-avledede metabolitter er gunstige eller skadelige for CKD-indusert hypertensjon hos mor hos voksne avkom.

Nyere forskning tyder på at hydrogensulfid (H2S) kan ha noen helsemessige fordeler som en omprogrammeringsstrategi, inkludert en antihypertensiv effekt [10,11]. Det er rapportert om flere mekanismer som ligger til grunn for dens BP-senkende effekter [12,13], inkludert forbedring av biotilgjengeligheten av nitrogenoksid (NO), modulering av renin-angiotensin-systemet (RAS) og reduksjon av oksidativt stress. Vi har tidligere vist at høysaltbehandlede spontant hypertensive rotter (SHR) supplert med L- eller D-cystein, forløpere til H2S, mellom 4 og 6 uker gamle ikke utviklet hypertensjon ved 12 uker gamle [14]. I tillegg til H2S-generering, fungerer L-cystein som en redusert glutation (GSH) forløper; GSH er en velkjent antioksidant [15]. Følgelig har L- eller D-cystein antioksidantegenskaper som en motvekt til oksidativt stress. Fordi H2S har vasodilaterende egenskaper og H2S kan regulere mikrobiell tryptofanaseaktivitet [10,16], tok vi sikte på å undersøke om maternell L- eller D-cysteintilskudd kan gi beskyttelse for avkom rotter mot hypertensjon indusert av maternal CKD og belyse underliggende mekanismer med fokus på tarmmikrobiota og tryptofan-avledede metabolitter.

Materialer og metoder

1. Dyrepleie og eksperimentell design

Virgin Sprague Dawley (SD) rotter ble brukt i begynnelsen av studien (8 uker gamle, kjøpt fra BioLASCO Taiwan Co., Ltd., Taipei, Taiwan). Ved ankomst ble rottene plassert i vårt AAALAC-dyreanlegg med full akkreditering. Prosedyrene som ble brukt i denne studien ble utført i henhold til reglene for omsorg og bruk av laboratoriedyr ved National Institutes of Health og IACUC ved Chang Gung Memorial Hospital (tillatelse # 2020073102).

Cistanche supplement

For å indusere en CKD-modell, fikk SD-hunnrotter vanlig chow (n {{0}}) eller chow supplert med 0,5 prosent adenin i 3 uker i vårt tidligere arbeid [3]. Hunnrotter ble buret med hannrotter inntil parring. Etter bekreftelse av parring ved tilstedeværelse av en kopulatorisk plugg, ble mørne plassert individuelt og tilfeldig fordelt i fire grupper: kontroll, CKD (adenin-behandlede rotter), LC (adenin-behandlede rotter fikk L-cystein tilsatt 8 mmol/kg kroppsvekt/dag under svangerskapet), og DC (adeninbehandlede rotter fikk D-cystein tilsatt med 8 mmol/kg kroppsvekt/dag under svangerskapet). Dosene av L-cystein og D-cystein brukt her er basert på vår tidligere studie utført på rotter [14]. Kullstørrelsesstandardisering ble utført og kull ble slaktet til åtte unger. Fordi menn har blitt funnet å ha hypertensjon i en yngre alder enn hunner [17], ble kun mannlige avkom valgt fra hvert kull for bruk i påfølgende eksperimenter. Mannlige avkom ble tildelt fire eksperimentelle grupper (n=8 per gruppe): C, CKD, LC og DC. Valpene ble avvent etter 3 uker til vanlig mat.

Rotter ble akklimatisert til CODA ikke-invasivt blodtrykkssystem (en hale-mansjett-metode, Kent Scientific Corporation, Torrington, CT, USA) i 20 sykluser per rotte i én uke før eksperimentet, for å sikre nøyaktighet og reproduserbarhet. I henhold til vår protokoll [3] ble BP målt i bevisste rotter hver fjerde uke. Totalt 32 avkom ble ofret ved 12 ukers alder. Avføringsprøver ble samlet om morgenen før avliving ved å løfte halen og vri den mot ryggen for å indusere avføring. Senere avføringsprøver ble lagret ved -80 ◦C i en fryser til ekstraksjon. Blodprøver ble tatt i heparinrør. Nyrene ble høstet og lagret ved -80 ◦C frem til analyse. Nyrer ble høstet etter perfusjon med fosfatbufret saltvann. Den ene nyren ble fjernet og delt i cortex og medulla og snapfrossen; den andre nyren ble fikset og fjernet for immunhistokjemi.

2. Høyytelses væskekromatografi – massespektrometri (HPLC-MS/MS)

Vi brukte et Agilent Technologies 1290 høyytelses væskekromatografi (HPLC) system kombinert med en Agilent 6470 Triple Quadrupole væskekromatografi-tandem massespektrometri (LC/MS, Wilmington, DE, USA) for å bestemme plasmanivåer av H2S og tiosulfat som beskrevet tidligere [18]. H2S-derivatet sulfide divine (SDB) og tiosulfatderivatet pentafluorobenzyl (PFB)-S2O3H ble bestemt. Påvisningen av målforbindelser ble utført i den valgte reaksjonsovervåkingsmodusen ved bruk av overganger på m/z 415→223, m/z 292,99→81 og m/z 212,99→93, for henholdsvis SDB, PFB-S2O3H og PHB. Vi brukte fenyl 4-hydroksybenzoat (PHB) som en intern standard.

3. Væskekromatograf tandem-massespektrometri (LC-MS/MS)

Plasmanivåene av tryptofan og dets metabolitter ble analysert med LC-MS/MS. Totalt 13 tryptofanmetabolitter ble bestemt, inkludert kynureninsyre, xanthurensyre, 3-hydroksykynurenin (3-HKN), 3-hydroksyantranilsyre (3-HAA), {{ 6}}hydroksytryptofan (5-HTP), serotonin, hydroksyindoleddiksyre (5-HIAA), N-acetylserotonin (N-AS), indoksylsulfat (IS), indol-3-acetamid (IAM), indoleddiksyre (ILA), indol-3-karboksaldehyd (ICA) og indoleddiksyre (IAA). Plasmaprøver (200 µL) ble tilsatt i 1,5 mL sentrifugerøret som inneholdt 400 µL intern standard blandingsløsning, 200 µL acetonitril og 400 µL metanol. Rørene ble plassert på en sentrifuge i 15 minutter ved 14,000 rpm ved 4 ◦C. Supernatanten ble tatt og konsentrert til 100 ul ved sentrifugering. Senere ble 100 ul av 5 mM vandig ammoniumacetatløsning og metanol (9:1, v/v) tilsatt og blandet godt. Prøven ble deretter injisert i LC-MS/MS ved 2 µL. Separasjon ble utført på kromatografi ved bruk av et Agilent 1200 Infinity II HPLC-system utstyrt med en Water Acquity UPLC HSS T3-kolonne (2,1 mm × 100 mm; 1,8 um; Agilent Technologies). Komponentene ble eluert med en gradient av løsningsmiddel A (5 mM vandig ammoniumacetatløsning) og løsningsmiddel B (acetonitril). Agilent 1200 Infinity II HPLC-systemet ble koblet sammen med en Agilent 6470A Triple Quadrupole LC/MS (Agilent Technologies). Eluatet ble overvåket for tryptofanmetabolitter i multippel reaksjonsovervåking (MRM) deteksjonsmoduser med karakteristiske forløpere og produktioner.

Cistanche ekstrakt

4. Kvantitativ RT-PCR

Rottenyrebarkvev ble homogenisert i lyseringsbuffer og totalt RNA ble ekstrahert ved bruk av TRIZOL-metoden (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA), som beskrevet tidligere [3]. To-trinns kvantitativ sanntids PCR ble utført ved bruk av QuantiTect SYBR Green PCR Kit (Qiagen, Valencia, CA, USA) på et iCycler iQ Real-Time PCR Detection System (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) i duplikat. Totalt fire gener involvert i H2S-produksjon ble bestemt, inkludert cystationin-syntase (CBS), cystationin-lyase (CSE), 3-merkapto pyruvat svoveltransferase (3MST) og D-aminosyre oksidase (DAO). Vi målte også flere gener for renin-angiotensin-systemet (RAS), inkludert renin, (pro)reninreseptor (PRR), angiotensin-konverterende enzym (ACE), angiotensin-konverterende enzym-2 (ACE2), angiotensin II type 1-reseptor (AT1R), angiotensin II type 2-reseptor (AT2R), og angiotensin-(1–7)/Mas-reseptor (MAS). Vi brukte 18S ribosomalt RNA (R18S) referansegen som intern kontroll. Hver prøve ble kjørt i duplikat. Primerne ble designet ved bruk av GeneTool Software (BioTools, Edmonton, AB, Canada) og er vist i tabell 1. For å bestemme relativ genekspresjon ble den sammenlignende terskelsyklus-metoden (Ct) brukt. Foldeendringen for hvert mRNA i forhold til kontrollen ble beregnet ved å bruke formelen 2−∆∆Ct.

5. Analyse av tarm-mikrobiota-sammensetning

Som beskrevet tidligere [3], ble bakteriell DNA fra frosne avføringsprøver ekstrahert og analysert ved 16S rRNA metagenomics-analyse ved Biotools Co., Ltd. (Taipei, Taiwan) ved bruk av en Illumina Miseq-plattform (Illumina, San Diego, CA, USA). Sekvensene ble behandlet med QIIME versjon 1.9.1. Sekvenser med en avstandsbasert likhet på 97 prosent eller mer ble gruppert i operasjonelle taksonomiske enheter (OTUs) av USEARCH-algoritmen. De fylogenetiske forholdene ble konstruert basert på en representativ sekvensjustering med FastTree. Vi sammenlignet mønstre av – og – mangfold for mikrobielle samfunn. Alfa-diversitet ble målt ved ACE-indeksen. Vi vurderte mangfoldet av tarmmikrobiota på tvers av grupper ved å bruke analyse av likheter (ANOSIM) og partiell minste kvadraters diskrimineringsanalyse (PLS-DA). Den lineære diskriminantanalyseeffektstørrelsen (LEfSe) ble vurdert for å oppdage høydimensjonale biomarkører.

6. Analyse av nitrogenoksidparametre

Vi brukte HP Agilent 11{{10}}0 HPLC-systemet (Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA) med fluorescensdeteksjon av O-ftalaldehyd/3-merkaptopropionsyre (OPA/) 3-MPA)-derivater for å måle NO-relaterte parametere i plasma som tidligere beskrevet [3]. Disse parameterne inkluderte L-arginin og NO syntasehemmer asymmetrisk og symmetrisk dimetylarginin (ADMA og SDMA). Standardene inneholdt 1–100 mM L-arginin, 0,5–5 mM ADMA og 0,5–5 mM SDMA.

7. Nyre H2S-frigjørende aktivitet

Den H2S-frigjørende aktiviteten til nyrene ble målt ved bruk av metylenblåmetoden som beskrevet tidligere [12]. Konsentrasjonen ble beregnet mot en kalibreringskurve av NaHS (3,125–250 µM) og representert som µM/gram protein/min. Alle prøver ble kjørt i duplikat.

8. Immunhistokjemifarging for 8-OHdG

8-Hydroxydeoxyguanosin (8-OHdG) er et DNA-oksidasjonsprodukt som ble bestemt for å oppdage DNA-skade. Som vi beskrev tidligere [14], ble parafininnstøpt vev snittet i 4 µm tykkelse avparafinisert i xylen og rehydrert i en gradert etanolserie til fosfatbufret saltvann. Etter blokkering med immunoblot (BIOTnA Biotech., Kaohsiung, Taiwan), ble seksjonene inkubert i 2 timer ved romtemperatur med et anti-8-OHdG-antistoff (1:100, JaICA, Shizuoka, Japan). Immunhistokjemisk farging ble påvist ved å bruke merkingssettet for polymer-pepperrotperoksidase (HRP) (BIOTnA Biotech) og 3,30 -diaminobenzidin (DAB) som kromogen. En negativ kontroll av identisk farging uten inkubasjon med et primært antistoff ble brukt. Kvantitativ analyse av 8-OHdG-positive celler per mikroskopisk felt i nyreseksjonene ble utført som beskrevet tidligere [14].

9. Statistisk analyse

Alle data presenteres som gjennomsnitt ± standardfeilen for gjennomsnittet. Statistiske analyser ble utført ved bruk av enveis ANOVA eller toveis ANOVA der det var hensiktsmessig. Tukeys post hoc-test ble brukt der flere sammenligninger ble gjort. BP ble analysert ved toveis gjentatte målinger ANOVA og Tukeys post hoc test. Bioinformatikkanalyser av tarmmikrobiota ble utført ved bruk av R-programvare. Basert på den normaliserte OTU-overflodsprofilen, ble mikrobiell mangfold målt ved enveis ANOVA etterfulgt av feiloppdagelsesrate (FDR) korreksjon ved bruk av ACE-indeksen. Ulikhetene mellom de mikrobielle samfunnene mellom grupper ble evaluert av PLS-DA ved bruk av R-programvare. Prøveklynger i mangfoldsanalyse ble testet av ANOSIM ved å bruke den veganske pakken i R-programvaren. De viktigste bakterielle taxaene som er ansvarlige for diskriminering mellom forskjellige grupper ble identifisert ved hjelp av algoritmen for lineær diskriminantanalyseeffektstørrelse (LEfSe). Scoreterskelen for lineær diskriminantanalyse (LDA) > 3 og p < 0.05 indikerte signifikant berikede mikrobielle samfunn. Signifikansnivået ble satt til 5 prosent nivå. Statistiske analyser ble utført ved bruk av SPSS-programvare (SPSS Inc., Chicago, IL, USA).

Cistanche pulver

Diskusjon

Vår studie gir ny innsikt i de gunstige effektene av mors L- eller D-cysteinbehandling for å beskytte mot mors CKD-indusert hypertensjon av avkom med spesifikk vekt på H2S-signalveier og tryptofanmetabolitter avledet fra tarmmikrober. Våre hovedfunn er beskrevet som følger: (1 ) CKD-indusert hypertensjon hos mor ble på samme måte forhindret ved tilskudd av L- eller D-cystein under svangerskapet; (2) L-cysteinbehandling beskyttet voksent avkom mot hypertensjon og var relatert til en økning i plasma HS og tiosulfatnivåer; (3) sammenlignet med CKD, økte D-cystein-behandling tryptofanmetabolitter i kynureninbanen, men reduserte de i serotoninbanen (4) den beskyttende effekten av både L- og D-cystein var assosiert med reduksjon av nyreoksidativt stress, representert som 8-OHdG-farging; (5) mors CKD og L- og D-cysteinbehandlinger formet avkoms tarmmikrobiotaprofiler forskjellig, noe som resulterte i fire distinkte enterotyper; (6) de gunstige effektene av D-cystein var relevante for økningen av slektene Bacteroides og Odoribacter; (7) den gunstige effekten av L-cystein var assosiert med gjenoppretting av L-arginin-nivåer og L-arginin-til-ADMA-forholdet i plasma; og (8) både L- og D-cysteinbehandling beskyttet avkomshypertensjon programmert av mors CKD som falt sammen med rebalansering av RAS.

Til støtte for vår tidligere studie i SHR-er [14], avslørte L- og D-cystein-tilskudd lignende BP-senkende effekter hos voksne avkom født av mødre med CKD. Det er verdt å merke seg at L- eller D-cysteintilskudd ble gitt til morrotter under svangerskapet, derfor skyldtes reduksjonen av BP hos voksne avkom omprogrammering, i stedet for en akutt effekt. Vår studie gir ytterligere bevis på at tilskudd av spesifikke aminosyrer tidlig i livet kan reversere programmeringsprosessene og gi fordeler angående hypertensjon [21].

Reduksjonen av BP observert i denne studien er i samsvar med tidligere funn som viser de vasorelakserende egenskapene til H2S [10,11,22]. H2S kan produseres endogent ved å bruke substrat L- eller D-cystein [10,11,22]. Fra våre data økte L-cysteinbehandling renal H2S-genererende enzym CBS og CSE-ekspresjon, nyre H2S-frigjørende aktivitet, samt plasmanivåer av H2S og tiosulfat. D-cystein gjenopprettet CKD-indusert reduksjon av plasmatiosulfatnivåer, mens det hadde liten effekt på nyre H2S-genererende enzymer. I strid med en tidligere studie som rapporterte at den renale D-cysteinbanen er 80- ganger større ved H2S-produserende aktivitet enn L-cysteinbanen [23], viste resultatene våre at de begge involverer differensiell regulering av den H2S-genererende vei, men deres gunstige effekter er sammenlignbare.

Fordelene med L- og D-cystein kan innebære deres evne til å modulere tarmmikrobiomet, inkludert å øke mengden av visse gunstige mikrober og mediering av tryptofan-metaboliserende bakterier. Et høyere mangfold har vist seg mer fordelaktig for hypertensjon [19]; imidlertid observerte vi at -mangfoldet ikke var forskjellig mellom de fire gruppene. Selv om et økt F/B-forhold observert i CKD-gruppen er i samsvar med tidligere funn som viser at dette forholdet kan tjene som en mikrobiell markør assosiert med hypertensjon [19], viste dataene våre også et økt forhold i LC-gruppen uten hypertensjon.

Dataene i dette arbeidet avslørte at L- eller D-cysteintilskudd økte mengden av flere gunstige bakterier som Butyricicoccus, Bacteroides og Odoribacter spp. [24,25]. Dette resultatet var ikke overraskende gitt en tidligere studie som viste at overfloden av den butyratproduserende slekten Odoribacter var omvendt korrelert med BP [26]. De gunstige effektene av L- eller D-cystein på omprogrammering av hypertensjon, i det minste delvis, er assosiert med forbedring av gunstige mikrober.

Våre data viste at mors CKD og cysteinbehandling hadde differensielle effekter på avkoms tryptofanmetabolitter avledet fra indol- og serotoninveiene. Spesielt viste våre data at mors CKD forårsaket en reduksjon av plasma IS-, IAM- og IAA-nivåer, som alle er indolderivater. Både IS og IAA er velkjente uremiske toksiner avledet fra tryptofan, som kan binde arylhydrokarbonreseptoren (AHR) hvis aktivering er relatert til økt risiko for hypertensjon [27]. Aktivering av AHR-signalering kan utløse oksidativt stress og betennelse [6,7,28–30], hvor tryptofan-avledede uremiske toksiner er nært forbundet med utviklingen av hjerte- og karsykdommer. Eksponering for AHR-ligander har vist seg å øke uttrykket av ROS-genererende enzymer, øke ROS-produksjonen, utløse pro-inflammatorisk T-hjelper 17-akser og indusere pro-inflammatorisk cytokinproduksjon [29,30]. Derfor kreves det ytterligere studier for å avklare om samspillet mellom tryptofan-avledede uremiske toksiner og AHR spiller en rolle i patogenesen av programmert hypertensjon via induksjon av oksidativt stress og betennelse. Nedgangen i IS, IAM og IAA observert hos avkom født av CKD-mødre falt sammen med hypertensjon, noe som tyder på at reduksjoner i indolmetabolitter kan være en utligningsmekanisme, men ikke en årsak til CKD-indusert hypertensjon.

Flere typer tarmbakterier har vært involvert i tryptofanmetabolismen [31–33], som Alistipes, Akkermansia og Bacteroides. Vi fant at de indolproduserende slektene Alistipes og Akkermansia var relativt utarmet som respons på L-cysteinbehandling. Ettersom L-cystein reduserte Alistipes og Akkermansia på slektsnivå, var reduksjonen av tryptofanmetabolitter, IAM og IAA sannsynligvis på grunn av den reduserte mengden av indolproduserende tarmmikrober. Med tanke på at H2S kan regulere mikrobiell tryptofanaseaktivitet for å påvirke nedbrytningen av tryptofan til indol [11,16], viser resultatene våre muligheten for å endre produksjonen av indolmetabolitter gjennom manipulering av tarmmikrobiotaen ved L-cysteinbehandling. Videre observerte vi at både L- og D-cystein reduserte plasmaserotoninnivåer på samme måte. En tidligere studie rapporterte at formel-diett-drevet mikrobiota kunne skifte tryptofan metabolske vei fra serotonin til tryptamin, som falt sammen med økt slekt Butrycimonas, men redusert Holdemania og Akkermansia [34]. Derfor er ytterligere studier nødvendig for å belyse hvordan H2S medierer visse tryptofan-metaboliserende mikrober for å dirigere forskjellige metabolske veier for tryptofan.

Cistanche kapsler

Tidligere forskning har vist at de gunstige effektene av H2S på hypertensjon kan skyldes en tilbakestilling av en ny balanse mellom vasokonstriktorer (f.eks. RAS) og vasodilatorer (f.eks. NO) [12,13]. Våre data i dette arbeidet viste at L-cystein ikke bare forbedret NO-biotilgjengeligheten, men også økte AT2R og MAS. Det er kjent at AT2R og MAS er en del av den beskyttende armen til RAS, som kan motvirke de skadelige effektene mediert av Angiotensin II (Ang II) [35]. På den annen side reduserte D-cystein nyre-mRNA-ekspresjon av renin, PRR og AT1R. Med tanke på at renin/PRR-aksen og Ang II/AT1R-aksen begge fremmer hypertensjon, er det mulig at D-cystein kan påvirke RAS mot dens BP-senkende fordel.

En annen beskyttelsesmekanisme for L- og D-cysteinbehandling på programmert hypertensjon i denne modellen kan være assosiert med reduksjon av oksidativt stress. Vi observerte at både L- og D-cysteinbehandling forbedret CKD-indusert oksidativt stress i avkommets nyrer, representert som 8-OHdG-farging. Våre data er i samsvar med tidligere forskning som viser at oksidativt stress er involvert i patogenesen av programmert hypertensjon under nyreutvikling [8].

Noen begrensninger ved denne studien bør erkjennes. For det første fokuserte vi hovedsakelig på nyrene. Derfor var svært lite kjent om hvilken rolle andre BP-kontrollerte organer spiller i den gunstige effekten av L- eller D-cystein mot CKD-indusert hypertensjon hos mor. For det andre undersøkte vi ikke mikrobiotaendringer på ulike utviklingsstadier. Tarmmikrobielle endringer i voksent avkom kan reflektere postnatal plastisitet i stedet for en primær programmert prosess for å reagere på mors CKD og cysteintilskudd. Videre, så vidt vi vet, er ingen studier rapportert for samtidig bestemmelse av alle tryptofanmetabolitter. Selv om vår utviklede metode kan kvantifisere 13 metabolitter som tilhører tre forskjellige tryptofan metabolske veier, er det fortsatt noen viktige metabolitter, som kinolinsyre og melatonin, som er ekskludert. Ytterligere studier er nødvendig for å forbedre metoden for å overvåke de fleste tryptofanmetabolitter og hvordan metabolismen av tryptofan varierer mellom de tre metabolske veiene, noe som kan gi innsikt i CKD og relaterte sykdommer. Til slutt, med tanke på den komplekse tryptofanmetabolismen i mikrobiota-vert-krysstale, fortjener å avgjøre hvilke tryptofanmetabolitter som hovedsakelig fremmer den gunstige effekten av mors L- og D-cysteinbehandling.

Konklusjoner

Som konklusjon indikerer resultatene av denne studien at kosttilskudd med L- eller D-cystein beskytter voksent avkom mot CKD-indusert hypertensjon hos mor. Disse gunstige effektene av cysteintilskudd var assosiert med forbedring av H2S-produksjon, berikelse av gunstige mikrober, endringer av tryptofanmetaboliserende bakterier og tryptofanmetabolitter, reduksjon av oksidativt stress, gjenoppretting av NO-biotilgjengelighet og rebalansering av RAS. Tryptofanmetabolitter kan fungere som mediatorer av tarm-nyre-kommunikasjon, og det er et presserende behov for studier på regulering av tryptofanmetabolisme via endring av tarmmikrobiota ved CKD. Å bevege seg mot en større forståelse av mekanismene bak H2S og tryptofanmetabolisme involvert i programmeringen av hypertensjon er avgjørende for å utvikle en ideell omprogrammeringsintervensjon for å stoppe den globale epidemien av hypertensjon.

Referanser

1. Hanson, M.; Gluckman, P. Utviklingsmessig opprinnelse til ikke-smittsom sykdom: Befolknings- og folkehelseimplikasjoner. Er. J. Clin. Nutr. 2011, 94, 1754S–1758S. [CrossRef] [PubMed]

2. Piccoli, GB; Alrukhaimi, M.; Liu, ZH; Zakharova, E.; Levin, A.; Styringskomiteen for Verdens nyredag. Hva vi gjør og ikke vet om kvinner og nyresykdommer; Spørsmål ubesvarte og svar ubestridte: Refleksjon over Verdens nyredag ​​og internasjonale kvinnedagen. Physiol. Int. 2018, 105, 1–18. [CrossRef]

3. Hsu, CN; Yang, HW; Hou, CY; Chang-Chien, fastlege; Lin, S.; Tain, YL Maternal adenin-indusert kronisk nyresykdom programmerer hypertensjon hos voksne mannlige rotteavkom: Implikasjoner av nitrogenoksid og tarmmikrobiom-avledede metabolitter. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 7237. [CrossRef]

4. Badawy, A. Tryptofan metabolisme, disposisjon og bruk i svangerskapet. Biosci. Rep. 2015, 35, e00261. [CrossRef] [PubMed]

5. Agus, A.; Planchais, J.; Sokol, H. Gut Microbiota Regulering av tryptofanmetabolisme i helse og sykdommer. Cell Host Microbe 2018, 23, 716–724. [CrossRef]

6. Sallée, M.; Dou, L.; Cerini, C.; Poitevin, S.; Brunet, P.; Burtey, S. Den arylhydrokarbonreseptoraktiverende effekten av uremiske toksiner fra tryptofanmetabolisme: Et nytt konsept for å forstå kardiovaskulære komplikasjoner av kronisk nyresykdom. Toxins 2014, 6, 934–949. [CrossRef]

7. Brito, JS; Borges, NA; Esgalhado, M.; Magliano, DC; Soulage, CO; Mafra, D. Aryl hydrokarbonreseptoraktivering ved kronisk nyresykdom: Rolle til uremiske toksiner. Nephron 2017, 137, 1–7. [CrossRef] [PubMed]

8. Hsu, CN; Tain, YL Utviklingsmessig opprinnelse til nyresykdom: Hvorfor er oksidativt stress viktig? Antioksidanter 2021, 10, 33. [CrossRef] [PubMed]

9. Hsu, CN; Tain, YL Utviklingsprogrammering og omprogrammering av hypertensjon og nyresykdom: Påvirkning av tryptofanmetabolisme. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 8705. [CrossRef] [PubMed]

10. Kimura, H. Den fysiologiske rollen til hydrogensulfid og utover. Nitrogenoksid 2014, 41, 4–10. [CrossRef] [PubMed]

11. Hsu, CN; Tain, YL Forebygging av utviklingsårsaker til hjerte- og karsykdommer: Hydrogensulfid som et potensielt mål? Antioksidanter 2021, 10, 247. [CrossRef] [PubMed]

12. Wilcox, CS Oksidativt stress og nitrogenoksidmangel i nyrene: En kritisk kobling til hypertensjon? Er. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2005, 289, R913–R935. [CrossRef] [PubMed]

13. Hsu, CN; Tain, YL Gasotransmittere for terapeutisk forebygging av hypertensjon og nyresykdom. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 7808. [CrossRef]

14. Hsu, CN; Lin, YJ; Lu, PC; Tain, YL Tidlig tilskudd av D-cystein eller L-cystein forhindrer hypertensjon og nyreskade hos spontant hypertensive rotter utsatt for høyt saltinntak. Mol. Nutr. Mat Res. 2018, 62, 2. [CrossRef] [PubMed]

15. Aldini, G.; Altomare, A.; Baron, G.; Vistoli, G.; Carini, M.; Borsani, L.; Sergio, F. N-Acetylcystein som en antioksidant og disulfidbrytende middel: grunnene. Free Radic Res. 2018, 52, 751–762. [CrossRef]

16. Lobel, L.; Cao, YG; Fenn, K.; Glickman, JN; Garrett, WS Diett posttranslasjonelt modifiserer det mikrobielle proteomet i musens tarm for å modulere nyrefunksjonen. Science 2020, 369, 1518–1524. [CrossRef] [PubMed]

17. Reckelhoff, JF Kjønnsforskjeller i regulering av blodtrykk. Hypertensjon 2001, 37, 1199–1208. [CrossRef] [PubMed]

18. Hsu, CN; Hou, CY; Chang-Chien, fastlege; Lin, S.; Tain, YL Maternal Hvitløksolje-supplement Forhindrer høy-fett diett-indusert hypertensjon hos voksne rotteavkom: Implikasjoner av H2S-genererende vei i tarmen og nyrene. Mol. Nutr. Mat Res. 2021, 65, e2001116. [CrossRef] [PubMed]

19. Olson, KR; Deleon, ER; Gao, Y.; Hurley, K.; Sadauskas, V.; Batz, C.; Stoy, GF Thiosulfate: En lett tilgjengelig kilde til hydrogensulfid i oksygenregistrering. Er. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2013, 305, R592–R603. [CrossRef] [PubMed]

20. Yang, T.; Santisteban, MM; Rodriguez, V.; Å ligge.; Ahmari, N.; Carvajal, JM; Zadeh, M.; Gong, M.; Qi, Y.; Zubcevic, J.; et al. Tarmdysbiose er knyttet til hypertensjon. Hypertensjon 2015, 65, 1331–1340. [CrossRef]

21. Hsu, CN; Tain, YL Aminosyrer og utviklingsmessig opprinnelse til hypertensjon. Næringsstoffer 2020, 12, 1763. [CrossRef]

22. Wen, YD; Wang, H.; Zhu, YZ Medikamentutviklingen av hydrogensulfid på hjerte- og karsykdommer. Oksyd. Med. Celle. Longev. 2018, 2018. [CrossRef] [PubMed]

23. Shibuya, N.; Kimura, H. Produksjon av hydrogensulfid fra d-cystein og dets terapeutiske potensial. Front. Endokrinol. 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. Butyratprodusenter som potensielle neste generasjons probiotika: Sikkerhetsvurdering av administrering av Butyricicoccus pullicaecorum til friske frivillige. mSystems 2018, 3, e00094-18. [CrossRef] [PubMed]

25. Zafar, H.; Saier, MH, Jr. Gut Bacteroides arter i helse og sykdom. Gut Microbes 2021, 13, 1848158. [CrossRef] [PubMed]

26. Gomez-Arango, LF; Barrett, HL; McIntyre, HD; Callaway, LK; Morrison, M.; Dekker Nitert, M.; VÅR Prøvegruppe. Økt systolisk og diastolisk blodtrykk er assosiert med endret sammensetning av tarmmikrobiota og butyratproduksjon tidlig i svangerskapet. Hypertensjon 2016, 68, 974–981. [CrossRef]

27. Liu, JR; Miao, H.; Deng, DQ; Vaziri, ND; Li, P.; Zhao, YY Tarmmikrobiota-avledet tryptofanmetabolisme medierer nyrefibrose ved arylhydrokarbonreseptorsignalaktivering. Celle. Mol. Life Sci. 2021, 78, 909–922. [CrossRef]

28. Zhang, N. Rollen til endogen arylhydrokarbonreseptorsignalering i kardiovaskulær fysiologi. J. Cardiovasc. Dis. Res. 2011, 2, 91–95. [CrossRef]

29. Dalton, TP; Puga, A.; Shetzer, HG Induksjon av cellulært oksidativt stress ved aktivering av arylhydrokarbonreseptor. Chem. Biol. Samhandle. 2002, 141, 77–95. [CrossRef]

30. Wilck, N.; Matus, MG; Kearney, SM; Olesen, SW; Forslund, K.; Bartolomaeus, H.; Haase, S.; Mähler, A.; Balogh, A.; Markó, L.; et al. Saltresponsiv tarmkommensal modulerer TH17-aksen og sykdom. Natur 2017, 551, 585–589. [CrossRef] [PubMed]

31. Parker, BJ; Wearsch, PA; Veloo, ACM; Rodriguez-Palacios, A. Slekten Alistipes: Tarmbakterier med nye implikasjoner for betennelse, kreft og mental helse. Front. Immunol. 2020, 11, 906. [CrossRef] [PubMed]

32. Yacoub, R.; Wyatt, CM Manipulere tarmmikrobiomet for å redusere uremiske toksiner. Nyre Int. 2017, 91, 521–523. [CrossRef] [PubMed]

33. Liang, H.; Dai, Z.; Kou, J.; Sun, K.; Chen, J.; Yang, Y.; Wu, G.; Wu, Z. Kosttilskudd til l-tryptofan forbedrer tarmslimhinnebarrierefunksjonen hos avvente grisunger: Implikasjon av tryptofan-metaboliserende mikrobiota. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 20. [CrossRef] [PubMed]

34. Saraf, MK; Piccolo, BD; Bowlin, AK; Mercer, KE; LeRoith, T.; Chintapalli, SV; Shankar, K.; Grevling, TM; Yeruva, L. Formeldiettdrevet mikrobiota skifter tryptofanmetabolismen fra serotonin til tryptamin i neonatal svinetarm. Microbiome 2017, 5, 77. [CrossRef] [PubMed]

35. Forrester, SJ; Booz, GW; Sigmund, CD; Coffman, TM; Kawai, T.; Rizzo, V.; Scalia, R.; Eguchi, S. Angiotensin II-signaltransduksjon: En oppdatering om mekanismer for fysiologi og patofysiologi. 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 og You-Lin Tain 7,8,

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

2 School of Pharmacy, Kaohsiung Medical University, Kaohsiung 807, Taiwan

3 Institutt for sjømatvitenskap, National Kaohsiung University of Science and Technology, Kaohsiung 811, Taiwan; chihyaohou@webmail.nkmu.edu.tw

4 Center for Environmental Toxin and Emerging-Contaminant Research, Cheng Shiu University, Kaohsiung 833, Taiwan; guoping@csu.edu.tw (G.-PC-C.); linsufan2003@csu.edu.tw (SL)

5 Super Micro Mass Research and Technology Center, Cheng Shiu University, Kaohsiung 833, Taiwan

6 Institute of Environmental Toxin and Emerging-Contaminant, Cheng Shiu University, Kaohsiung 833, Taiwan

7 Department of Pediatrics, Kaohsiung Chang Gung Memorial Hospital og Chang Gung University College of Medicine, Kaohsiung 833, Taiwan

8 Institute for Translational Research in Biomedicine, Kaohsiung Chang Gung Memorial Hospital og Chang Gung University College of Medicine, Kaohsiung 833, Taiwan