Effekter av perfluoroktansyre på tarmmikrobiota og mikrobielle metabolitter i C57BL/6J-musⅢ

3. Resultater

3.1. PFOAEndret sammensetningen av tarmmikrobiotaen

Totalt 78 bakterieslekter ble oppdaget i vår studie, som avslørt ved 16S rRNA-sekvensering. De mest tallrike slektene er vist i figur 1A. LEfSe-analyse viste at fem bakterieslekter ble beriket i PFOA-behandlede mus, nemlig Alistipes, LachnospiraceaeUCG 004, Clostridiales, Clostridium ASF356 og Incertae sedis (Figur 1B). I mellomtiden ble seksbakterielle slekter redusert i den PFOA-behandlede gruppen, nemlig Tyzzerella, Eubacteriumcoprostanoligenes, Intestinimonas, Clostridium septum, Roseburia og Turicibacter (Figur 1B).

3.2. Korrelasjon mellom tarmmikrobiota og fekale metabolitter

Vi utførte en integrerende analyse av tarmmikrobiotaen og fekal metabolitt ved bruk av MixOmics. Den generelle korrelasjonen mellom tarmmikrobiota og fekale metabolitter var 0.74 (Figur 2A). For både fekale metabolitter og bakterieslekter ble den PFOA-behandlede gruppen skilt fra kontrollgruppen (figur 2B, tilleggsfigur S1). Avtalen mellom de fekale metabolittene og bakterieslektene er vist i figur 2C. Trebakterielle slekter viste korrelasjoner med åtte fekale metabolitter (figur 2D).

3.3. PFOA-induserte endringer i fekale metabolitter

Etter PFOA-eksponering viste totalt 12 0 metabolitter en p-verdi < 0.05, hvorav fem metabolitter viste en falsk oppdagelsesrate (FDR) < 0,05 (Figur 3A). Den hierarkiske grupperingen av de betydelige metabolittene er vist i figur 3B. Baneanrikningsanalyse viste at cystein- og metioninmetabolismen ble endret av PFOA-eksponering (figur 3C). Spesielt ble tre fekale gallesyrer betydelig redusert ved PFOA-eksponering, nemlig glykodeoksykolsyre, beta-hyodeoksykolsyre og gamma-muricholsyre (figur 3D).

3.4. PFOA-induserte endringer i serummetabolitter

Den PFOA-behandlede gruppen og kontrollgruppen var godt separert i PLS-DA-plotten (Figur 4A). Totalt 59 serummetabolitter viste en p-verdi < 0.05, hvorav 10 metabolitter viste en FDR < 0,05 (Figur 4B). Baneberikelsesanalyse viste at nikotin- og nikotinamidmetabolismen og histidinmetabolismen ble endret av PFOA-eksponering (figur 4C). To gallesyrer, taurocholsyre og deoksykolsyre, ble signifikant redusert i den PFOA-behandlede gruppen, i tråd med reduksjonen i TMAO og økningen i kolin forårsaket av PFOA-eksponering (figur 4D).

Klikk til forstoppelse rettsmidler

3.5. PFOA-induserte endringer i levermetabolitter

PLS-DA-analyse av levermetabolitter viste at den PFOA-behandlede gruppen ble separert fra kontrollgruppen (Figur 5A). Totalt 94 levermetabolitter viste p-verdier < 0.05 etter PFOA-eksponering (figur 5B). Baneanrikningsanalyse viste at argininbiosyntese ble betydelig endret (figur 5C). Tre metabolitter ble funnet å være signifikante i lever, serum og avføring, nemlig 1-(1Z-heksadecyl)-sn-glysero-3-fosfokolin, dekanoyl-L-karnitin og 1- heksadecyl-sn-glysero-3-fosfokolin (figur 5D). To gallesyrer, tauroursodeoxycholsyre og taurochenodeoxycholsyre, ble redusert av PFOA-eksponering, sammen med reduksjoner i to tryptofanmetabolitter, 3-indolakrylsyre og 3-indoleddiksyre, og en økning i taurin (Figur 5E).

4. Diskusjon

Karbon-fluorbindingen gjør PFOA motstandsdyktig mot fotolyse og hydrolyse, noe som fører til persistens av PFOA i miljøet. En positiv korrelasjon ble funnet mellom plasma PFAS-konsentrasjoner og kostinntaket av ferskvannsfisk, sjøfisk, krabbe og reker hos 933 kvinner i reproduktiv alderen i Shanghai, Kina [32]. Tidlig eksponering for PFOA er en nøkkelfaktor i serumkonsentrasjonen hos barn [33]. I en studie som undersøkte forholdet mellom PFAS og kronisk betennelse og oksidativ stressmarkører innenfor National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) fra 2005 til 2012 (n=6652), var en prosentvis endring i PFOA signifikant assosiert med prosentvis økning i lymfocytter. antall, serumjern og totalt serumbilirubin [34]. Risikoen for nyre- og testikkelkreft øker per 10 ng/ml økning i serum-PFOA-konsentrasjonen [35].

I tillegg var serum-PFOA-konsentrasjonen positivt assosiert med hepatocellulær skademarkør alaninaminotransferase (ALT) hos 47 092 voksne i C8 Health Project [36]. Serum PFOA var også positivt assosiert med immunglobulinG, antisykliske citrullinerte peptidantistoffer og revmatoidfaktorer [37]. Som et alvorlig og utbredt miljøproblem har PFOA-induserte metabolske endringer blitt rapportert i lymfocyttene i humant perifert blod [38] og barn med legediagnostisert ikke-alkoholisk fettleversykdom (NAFLD) [39].

En integrativ analyse av forstyrrelsen av metabolomet og tarmmikrobiota ved eksponering for PFOA er imidlertid ikke utført. I denne studien avslørte vi ikke bare endringene i metabolitter i serum, men også metabolske endringer i avføring og lever. I tillegg utførte vi en integrerende analyse av fekale metabolitter og tarmmikrobiotaen og avslørte assosiasjonen mellom dem under påvirkning av PFOA-eksponering. Profilene til både fekale metabolitter og tarmmikrobiotaen ble forstyrret av PFOA-eksponering.

Den relative overfloden av Roseburia, Tyzzerella, Eubacterium coprostanoligenes og Intestinimonas ble redusert ved eksponering for PFOA. Roseburia regnes som en kommensal bakterie med anti-inflammatoriske egenskaper, som kan gjenopprette gunstige tarmmikroorganismer [40].

Roseburia intestinalis kan opprettholde energihomeostase og forhindre tarmbetennelse [41]. Lavere nivåer av Tyzzerella ble funnet hos pasienter med akutt hjerteinfarkt og innlagte pasienter med esophageal cancer [42,43]. Mozzarella har blitt rapportert å være assosiert med diettinntak av fettsyrer [44]. Veksten av Tyzzerella ble hemmet av det kombinatoriske tilskuddet av brownien og en diett med høyt sukkerinnhold [45]. E. coprostanoligenes var korrelert med nivået av diacylglyceroler [46]. En reduksjon i E. coprostanoligenes var omvendt assosiert med serumaspartattransferase (AST) og ALAT-nivåer hos mus med høyt fettinnhold [47].

Intestinimonas spp. har blitt påvist i lysin-anriket avføring fortynninger, og intestinimonas-lignende bakterier er kjent som butyratprodusenter, som bruker lysin og Nεfructosyllysine hos spedbarn og voksne som får morsmelkerstatning [48]. En reduksjon i disse mikroorganismene kan påvirke immunresponsen og metabolske aktiviteten til verten. Den relative mengden av Alistipes, Clostridium ASF 356, Clostridiales og LachnospiraceaeUCG 004 ble betydelig beriket av PFOA-eksponering. Alistipes er en betinget patogen bakterie, og den ble økt ved dietter med høyt fettinnhold og høyt sukrosekosthold [49].

Alistipes ble ansett som en tarmmikrobiotamarkør som ble delt blant overvektige pasienter med ulike metabolske forstyrrelser [50]. En høyere overflod av Alistipes ble funnet hos pasienter med forskjellige hjernerelaterte sykdommer, inkludert Alzheimers sykdom, oppmerksomhetsunderskudd hyperaktivitetsforstyrrelse, schizofreni, autismespekterforstyrrelse, alvorlig depressiv lidelse, Parkinsons sykdom og bipolar lidelse [51]. I tillegg ble Alistipes isolert fra pasienter med abdominale og rektale abscesser og var assosiert med depresjon og kolorektal kreft [52]. Som en galletolerant mikroorganisme kan forekomsten av Alistipes økes ved et dyrebasert kosthold [53].

Anrikningen av Alistipes ble også indusert av kosttilskuddet av castalagin, som er en aktiv forbindelse i polyfenol-rikbær camu-camu [54]. En in vitro-studie antydet at Clostridium ASF 356 konsumerte isoleucin, valin, alanin, treonin, laktat og andre metabolitter, og det var også involvert i kryssfôring. Noen arter i Clostridium er sykdomsfremkallende, for eksempel C. difficile.Gallesyremetabolismen ble forstyrret av PFOA-eksponering i denne studien. Gallesyrer syntetiseres i leveren fra kolesterol og lagres i galleblæren, og de frigjøres i tarmen som svar på et måltid og passerer deretter gjennom den enterohepatiske sirkulasjonen.

Før sekresjon er de primære gallesyrene vanligvis konjugert til taurin og glycin. Primære gallesyrer, kolsyre og chenodeoksykolsyre kan omdannes til sekundære gallesyrer gjennom gallesyredekonjugering og 7-alfahydroksylering. Tarmmikrobiotakan regulerer gallesyremetabolismen gjennom reduksjon av tauro- -muricholsyrenivåer, som er en nukleær reseptor farnesoid X-reseptor (FXR)-antagonist [55]. Syntesen av gallesyrer er under negativ tilbakemeldingskontroll i leveren og ileum gjennom FXR-aktivering [55]. En assosiasjon mellom serum gallesyrer og både serum PFOA og fostervekstendepunkter ble funnet i en kohort av 313 gravide afroamerikanske kvinner [56].

Økte sirkulerende gallesyrer på grunn av en blanding av fem PFAS, som besto av PFOA, PFOS, PFNA, PFHxS og GenX, ble observert i C57BL/6J mus [57]. Aldersrelatert lekk tarmbetennelse kan lindres av probiotisk cocktailtilskudd ved å øke aktiviteten til gallesalthydrolase, noe som fører til en økning i taurin som stimulerte tight junctions [58]. Mangelen på sekundære gallesyrer indusert av dysbiose kan fremme tarmbetennelse, som kan være lindret gjennom tilskudd av sekundære gallesyrer i musemodeller [59].

Forringelse av genuttrykket involvert i gallesyremetabolisme av PFOA ble rapportert i humane HepaRG-hepatomceller. Spesielt ble CYP7A1, nøkkelenzymet som katalyserer det hastighetsbegrensende trinnet i gallesyresyntese, redusert [60].

I tillegg til enzymer involvert i gallesyrebiosyntese, ble ekspresjonsnivåene til gener relatert til bilesyretransport, Bsep og Mrp2, også redusert av PFOA i en 3D primær museleversfæroidmodell [61]. Videre er det rapportert at PFOA interagerer med det humane gallesyretransportøren Na+/taurocholat-kotransporterende polypeptid [62]. PFOA reduserte dem RNA og proteinekspresjon av organiske aniontransporterende polypeptider1a1, 1a4 og1b2 i en musemodell gjennom aktivering av peroxisomproliferatoraktivert reseptor(PPAR) alfa; disse er de viktigste transportørene som er ansvarlige for opptak av gallesyrer i leveren [63].

Endringer i tryptofanmetabolismen var den mest rapporterte PFAS-assosierte metabolske signaturen i studier på mennesker [64]. Tarmmikrobene kan forvandle tryptofan til indol og dets derivater, slik som 3-indolakrylsyre og 3-indoleddiksyre, hvor nivået ble redusert ved PFOA-eksponering i denne studien. Spesielt har 3-indoleddiksyre blitt rapportert å fremme intestinal epitelbarrierefunksjon og undertrykke inflammatoriske responser [65]. Den genetiske kapasiteten til tarmmikroorganismer som utnytter muciner og metaboliserer tryptofan er redusert hos pasienter med inflammatorisk tarmsykdom [65].

Som en cytoplastisk reseptor er AhR en viktig faktor i vevshomeostase og immunitet, som tillater tilpasning av immunceller til miljøforhold [66]. Dessuten ble 3-indoleddiksyre rapportert som en av de dominerende aktivatorene av AhR i cecalinnholdet i muse- og avføringsprøver fra menneskelige deltakere [67]. I tillegg kunne 3-indoleddiksyre fremme integritet av tarmbarrieren og undertrykke inflammatoriske responser gjennom aktivering av AhR-transkripsjonsfaktoren, som ytterligere fremmet AhR-avhengig IL-22-transkripsjon [68]; 3-indoleddiksyre er også aktivatoren til pregnan X-reseptoren (PXR), som induserer IL-35+ B-cellegenerering sammen med lipopolysakkarid gjennom PXRand Toll-lignende reseptor 4 [69]. Videre har 3-indoleddiksyre gunstige effekter som å lindre ankyloserende spondylitt [70]; 3-indoleddiksyre ble betydelig redusert hos mus som fikk en diett med høyt fettinnhold [71].

Tilskudd av 3-indoleddiksyre kan lindre alkoholisk fettleversykdom gjennom demping av inflammatorisk respons, oksidativt stress og leverlipogenese [72]. Dessuten påvirket 3-indoleddiksyre effekten av kjemoterapi hos pasienter med kreft i bukspyttkjertelen i to uavhengige kohorter av pankreasduktal adenokarsinom [73]. I en bukspyttkjertelduktal adenokarsinom-musemodell kunne fekal mikrobiotatransplantasjon og tilskudd av 3-indoleddiksyre også forbedre den kjemoterapeutiske effekten hos humaniserte gnotobiotiske mus [73]. Sammen medreduksjon av 3-indolakrylsyre og 3-indoleddiksyre med PFOA, kan disse gunstige effektene bli kompromittert.

Denne studien hadde flere begrensninger. For det første inkluderte denne studien bare hannmus, mens hunnmus ikke var inkludert. Et kjønnsbalansert studiedesign som inkluderer både hannmus og hunnmus kan forbedre dette studieområdet. For det andre ble PFOA-nivået i drikkevannet som kontrollmusene mottok ikke påvist. Tatt i betraktning den brede distribusjonen av PFOA, var det en sannsynlighet for at drikkevannet som kontrollen mikro fikk, inneholdt lave nivåer av PFOA. PFOA-nivået i drikkevann ble rapportert å være mellom 20 og 70 ng/L i Georgia, USA [74]. For å teste den toksiske effekten av PFOAon tarm-mikrobiota-relaterte metabolitter, ble eksponeringsnivået i denne studien satt til 1 ppm, som er høyere enn det miljømessig relevante nivået. Dosen må senkes i fremtidige studier for å utforske helseeffektene av PFOA på miljørelevante nivåer.

5. Konklusjoner

PFOA har blitt et alvorlig folkehelseproblem nylig. I denne studien forstyrret PFOA både tarmmikrobiotasammensetningen og de metabolske profilene til avføring, serum og lever hos mus. Det ble funnet en korrelasjon mellom tarmmikrobiota og forskjellige fekale metabolitter. PFOA-eksponering induserte betydelige endringer av tarm-mikrobiota-relaterte metabolitter, inkludert gallesyrer og tryptofanmetabolitter, slik som 3-indolakrylsyre og 3-indoleddiksyre. Våre funn kan forbedre forståelsen av helseeffektene av PFOA mediert gjennom tarmmikrobiotaen.

Naturlig urtemedisin for å lindre forstoppelse-Cistanche

Cistanche er en slekt av parasittiske planter som tilhører familien Orobanchaceae. Disse plantene er kjent for sine medisinske egenskaper og har blitt brukt i tradisjonell kinesisk medisin (TCM) i århundrer. Cistanche-arter finnes hovedsakelig i tørre og ørkenområder i Kina, Mongolia og andre deler av Sentral-Asia. Cistanche-planter er preget av deres kjøttfulle, gulaktige stilker og er høyt verdsatt for deres potensielle helsemessige fordeler. I TCM antas Cistanche å ha styrkende egenskaper og brukes ofte til å gi næring til nyrene, øke vitaliteten og støtte seksuell funksjon. Det brukes også til å løse problemer knyttet til aldring, tretthet og generell velvære. Mens Cistanche har en lang historie med bruk i tradisjonell medisin, er vitenskapelig forskning på dens effekt og sikkerhet pågående og begrenset. Imidlertid er det kjent å inneholde forskjellige bioaktive forbindelser som fenyletanoidglykosider, iridoider, lignaner og polysakkarider, som kan bidra til dens medisinske effekter.

Wecistanche sincistanche pulver, cistanche tabletter, cistanche kapsler, og andre produkter er utviklet ved hjelp avørkencistanchesom råvarer, som alle har god effekt på å lindre forstoppelse. Den spesifikke mekanismen er som følger: Cistanche antas å ha potensielle fordeler for å lindre forstoppelse basert på tradisjonell bruk og visse forbindelser den inneholder. Mens vitenskapelig forskning spesifikt på Cistanches effekt på forstoppelse er begrenset, antas det å ha flere mekanismer som kan bidra til potensialet til å lindre forstoppelse. Avføringseffekt:Cistanchehar lenge vært brukt i tradisjonell kinesisk medisin som et middel mot forstoppelse. Det antas å ha en mild avføringseffekt, som kan bidra til å fremme avføring og indusere forstoppelse. Denne effekten kan tilskrives forskjellige forbindelser i Cistanche, for eksempel fenyletanoidglykosider og polysakkarider. Fukting av tarmene: Basert på tradisjonell bruk anses Cistanche å ha fuktighetsgivende egenskaper, spesielt rettet mot tarmen. Å fremme hydrering og smøring av tarmene kan bidra til å myke verktøy og lette passasjen, og dermed lindre forstoppelse. Anti-inflammatorisk effekt: Forstoppelse kan noen ganger være assosiert med betennelse i fordøyelseskanalen. Cistanche inneholder visse forbindelser, inkludert fenyletanoidglykosider og lignaner, som antas å ha anti-inflammatoriske egenskaper. Ved å redusere betennelse i tarmen, kan det bidra til å forbedre regelmessig tarmbevegelse og lindre forstoppelse.