Арабиноксилан что это такое
Каннабиноиды что это такое?
Вопрос о том, что такое каннабиноиды неразрывно связан с проблемой лечения наркозависимости. Вещества и соединения могут быть растительного и синтетического происхождение. Их влияние на организм во многом определяется выбором сырья и расчетом дозировки. В некоторых случаях они помогают организму в борьбе с серьезными нарушениями и симптомами многих заболеваний.
Бесконтрольный прием нарко содержащих препаратов способен вызывать формирование зависимости, негативно влиять на работу организма и приводить к психическим расстройствам. Наркоманам, употребляющим каннабиноиды, требуется комплексное лечение, направленное на устранение не только физической тяги к наркотикам, но и эмоционально-психологических изменений. На базе клиники «Возвращение» используются современные методы терапии и восстановления, применение которых обеспечивает эффективное устранение зависимости. Профессиональный подход к проблеме предусматривает контроль пациентов на этапе лечения и реабилитации, что в итоге обеспечивает достижение устойчивых результатов терапии.
Виды каннабиноидов
Для наркотического опьянения используются синтетические и натуральные каннабиноиды, которые практические не имеют отличий по характеру воздействия на организм человека.
Синтетические каннабиноиды
Синтетические каннабиноиды – препараты, которые содержат в своём составе тетрагидроканнабинол и другие сложные алкалоиды (например, метиловый эфир 3,3-диметил-2-бутановой кислоты, N-бензил-1-бутил-1Н-индазол-3-карбоксамид), способные оказывать выраженное психотропное воздействие. На их основе производятся разнообразные курительные смеси, спайсы, порошки, жевательные пасты и таблетки, которые принимаются с целью получения наркотического опьянения. В число известных препаратов входят Spice Egypt, Pep Spice, Arctic Synergy, Diamond и целый ряд других.
Фито каннабиноиды
Фитоканнабиноиды – вещества природного происхождения, которые получают из конопли и некоторых других растений. В качестве сырья для производства наркотических и лекарственных препаратов используются:
Источниками фитоканнабиноидов являются и другие растения: шалфей, рододентрон китайский, розмарин, тмин, базилик, орегано, лаванда, какао, эхинацея, лен и еще восемь сотен растений, в составе которых можно встретить соединения, которые содержатся в конопле. Но уровень содержания этих опасных веществ крайне незначительный.
Зависимость от каннабиноидов
Научные исследования достоверно подтверждают наличие вероятных рисков формирования зависимости при длительном приеме препаратов с высоким содержанием каннабиноидов. Чаще всего это происходит при наличии индивидуальной склонности и восприимчивости рецепторов к психотропному воздействию наркотических веществ.
Даже при отсутствии ярко выраженных проявлений зависимости, люди, принимающие препараты из конопли, сталкиваются с выраженными психическими изменениями: апатией, появлением навязчивых мыслей и состояний, депрессией, тревожностью, раздражительностью. Среди характерных симптомов, развивающихся на фоне применения каннабиноидов, выделяются эмоциональная нестабильность, потеря аппетита, проблемы со сном и коммуникацией.
Бесплатная консультация нарколога
Соглашаюсь на обработку персональных данных
Физиологические эффекты каннабиноидов
К числу очевидных физиологических эффектов, которые вызывает прием каннабиноидов, следует относить появление отечности и покраснений слизистой оболочек глаз. На прием психотропных веществ реагируют кровеносные сосуды, которые заметно расширяются, вызывая симптоматическое изменение слизистых. Кроме того, происходит изменение реакции зрачков на воздействие света. Употребление наркотических препаратов может вызывать повышение давление, приступы тахикардии, провоцировать заторможенность реакций и речи. Прием высоких доз сопровождается нарушениями сна.
Психологические эффекты каннабиноидов
Употребление каннабиноидов вызывает психологические изменения в организме, которые проявляют себя появлением нарушений в различных сферах.
Поведенческие эффекты
Когнитивные эффекты
Употребление конопли или других каннабиноидов провоцирует когнитивные эффекты в виде таких проявлений:
Эмоциональные эффекты
Зачастую эмоциональные эффекты применения каннабиноидов характеризуют себя появлением положительных ощущений, таких как расслабленность, безмятежность, отсутствие переживаний, позитивное настроение, смешливость. Но может возникать и другая картина: появление маний, страхов, депрессии. Как правило, характер ощущений зависит от ожиданий, опыта приема, конкретной ситуации.
Арабиноксилан из рисовых отрубей (MGN-3) усиливает эффект интервенционной терапии злокачественной гепатомы: трехлетнее рандомизированное клиническое исследование.
Май Хон Ван, Тран Ван Рип, Нгуен Тиен Тин, Ли Ху Сонг, Трин Туан Дунг, Ли Ван Труонг, Ли Ван Дон, Тай Доан Ки, Дею Пан, Магда Шахин, Мамду Гонеум.
Отделы гепатогастроэнтерологии, томографической и функциональный диагностики, Молекулярной биологии, Патологии, Кардиоваскулярной ангиопластики и Иммунологии, 108 военный центральный госпиталь, Ханой, Вьетнам: Отделы внутренней медицины и Отоларингологии, Университет Медицины и Науки имени Чарльза Дрю, Лос-Анжелес, Калифорния, США.
Общее:
Предпосылки и цели: В процессе данного исследования изучалась эффективность арабиноксилана из рисовых отрубей (MGN-3) в комбинации с интервенционной терапией (IT) при лечении пациентов, больных злокачественной гепатомой.
Результаты: пациенты в группе IT+MGN-3 показали: (1)меньший процент рецидивов заболевания: (31,6% (12/38) в сравнении с 46,7% (14/30) в контрольной группе); (2) более высокую выживаемость на второй год после лечения: 35% в сравнении с 6,7% вконтрольной группе: (3)значительно более низкий уровень альфа-фетопротеина: 38% снижение ( p=0,0001) в сравнении с исходным значением, в то время как в контрольной группе не было выявлено значительных изменений этого показателя; и (4) значительное уменьшение объема опухоли в сравнении с контрольной группой, в которой не было выявлено сколь либо значимых изменений размеров опухоли. Когда результаты были проанализированы по каждой из схем IT лечения, пациенты из подгруппы MGN-3+IT показали большую положительную восприимчивость к лечению в каждом изученном аспекте, чем пациенты из подгруппы, которых лечили только IT. Однако пациенты в подгруппе MGN-3+ TOCE+PEIT показали меньшее снижение уровней AFP и большую продолжительность жизни после лечения, чем пациенты в подгруппе MGN-3+ TOCE.
Вывод: MGN-3 в комбинации с IT может быть полезным при лечении злокачественной гематомы, и его применение в этих целях является предметом для дальнейшего исследования в клинических испытаниях.
Злокачественная гепатома (гепатоцеллюлярная карцинома, HCC) – это шестой по распространенности рак во всем мире. Ежегодно регистрируется 626 000 случаев заболевания(1,2). Прогноз для данной формы рака неутешительный: средняя выживаемость менее 6 месяцев. Этиология HCC главным образом связана с тремя основными эпидемиологическими факторами: инфекциями гепатита В и гепатита С, действием афлатоксина и циррозом (1,3). Интервенционные способы лечения (IT) включают трансартериальную масляную химиоэмболизацию (TOCE) и терапию подкожными инъекциями этанола (PEIT), радиочастотную абляцию (RFA) и криоабляцию (4). Однако максимальная продолжительность жизни пациентов, которых лечат этими методами, все еще ограничена только двумя или тремя годами (5). Хотя предполагалось, что TOCE окажется эффективным лечением для неоперабельной HCC, увеличение выживаемости до сих пор не было подтверждено в рандомизированных исследованиях. Тем не менее, этот метод остается паллиативным лечением для HCC случаев, которые не поддаются резекции либо аблативной терапии. Несколько нерандомизированных исследований продемонстрировали полезный эфект трансартериальной химиоэмболизации (TACE), хотя это не было подтверждено в рандомизированных исследованиях (6). Кроме того, при лечении TACE возникают серьезные побочные эффекты и осложнения (7). PEIT достаточно известен в качестве метода лечения HCC, однако он применяется в редких случаях.
Неутешительный прогноз для HCC пациентов вместе с низкой эффективностью доступных видов лечения подчеркивает необходимость поиска новых либо модифицирования нынешних методов интервенционной терапии.
В данном исследовании изучалось, может ли IT (главным образом, TOCE, PEIT и RFA с MGN-3) в комбинации с арабиноксиланом из рисовых отрубей увеличить уровень выживаемости HCC пациентов. Было продемонстрировано, что MGN-3 является потенциальным модификатором биологических реакций (BRM) (8-11) и химиосенсибилизатором, который повышает чувствительность раковых клеток к действию даунорубицина (13) и активизирует «рецепторы смерти» раковых клеток, способствуя CD95-индуцированному апоптозу (12). По результатам исследований процент выживаемости у пациентов с HCC пациенты, которых лечили IT+MGN-3, оказался более высоким, чем выживаемость пациентов, которых лечили только с помощью IT.
Пациенты и Методы
MGN-3. MGN-3 – это денатурированная гемицеллюлоза, которая получается в результате реакции гемицеллюлозы рисовых отрубей с энзимами грибов Шиитаке. Она представляет собой арабиноксилан с ксилозой в основной цепи и полимером арабинозы в боковой цепи (8). Пациентов лечили MGN-3 в дозе около 1г в день, который виде порошка принимался внутрь вместе с обедом в течение 12 месяцев одновременно с интервенционной терапией (см.ниже). MGN-3, общеизвестный, как Biobran или Lentin Plus 1000, был предоставлен компанией Daiwa Pharmaceuticals Co. Ltd, Токио, Япония.
Пациенты. В исследовании приняли участие 68 пациентов с HCC (54 больных мужского пола и 14 женского) в возрасте от 30 до 68 лет. Пациентов приняли в 108 центральный военный госпиталь в Ханое, Вьетнам, и произвольно разделили по автоматически сгенерированному компьютерной программой рандомизированному списку на 2 группы: группу IT и группу IT+MGN-3. Обе группы и исследователи принимали участие в исследовании «вслепую». Группу IT (30 пациентов в возрасте от 17 до 51 года, из них 24 – мужчины и 6 – женщины) лечили только интервенционной терапией, в то время как группу IT+MGN-3 (38 пациентов в возрасте от 19 до 49 лет, 30 мужчин и 8 женщин), лечили интервенционной терапией в комбинации с MGN-3. Исследование продолжалось в течение 3 лет (средняя продолжительность ± стандартное отклонение).
Добровольное согласие было получено ото всех участников. Протокол исследования соответствовал этическим рекомендациям Хельсинской Декларации 1975 года, что отражено в предварительном одобрении исследования Генеральным секретарем 108-огом Военного Центрального госпиталя VASLD Ханой, Вьетнам и экспертным советом организации в университете медицины и науки имени Чарльза Дрю, Лос-Анжелес. Калифорния, США.
Перед лечением клинические характеристики, характеристики опухоли и тактики лечения интервенционной терапией были определены для пациентов в каждой группе. Клинические характеристики HCC пациентов были изучены перед лечением в соответствии с типом инфекции гепатита и уровнем альфа-фетопротеина (AFP). В группе IT было 26 человек, инфицированных вирусом гепатита В или С, в группе IT+MGN-3 – 35 человек. Количество пациентов с уровнями AFP трех категорий (>20, 20-500, и 0.05).
Интервенционные методы терапии (IT). IT–способы лечения HCC пациентов включали PEIT, TOCE и RFA. Количество пациентов в двух группах (IT и IT+MGN-3) для каждого типа IT-терапии было следующим: TOCE (11 и 13 соответственно), TOCE+ PEIT (14 и 20 соответственно), PEIT (3 и 3), TOCE+ RFA (2 и 2 соответственно). Количество пациентов в каждой подгруппе не было достоверно различным между двумя группами (p 200
Пропионат как микробный метаболит для здоровья
Пропионат как способствующий здоровью микробный метаболит в кишечнике человека
СОДЕРЖАНИЕ:
Примечание редактора
Информация, представленная в данном разделе, может быть полезна для разработки функциональных пищевых стратегий, направленных на продвижение связанных с пропионатом преимуществ для здоровья, некоторые из которых установлены в исследованиях:
Резюме. Пропионат (пропионовая кислота) является основным метаболитом микробной ферментации в кишечнике человека с предполагаемым воздействием на здоровье, которое выходит за пределы кишечного эпителия. Считается, что пропионат снижает липогенез, уровень холестерина в сыворотке крови и канцерогенез в других тканях. Таким образом, управление производством микробного пропионата через диету может быть мощной стратегией для увеличения воздействия на здоровье микробной ферментации углеводов. В настоящем обзоре сначала обсуждаются два основных пути производства пропионата и приводится расширенный генный список микроорганизмов, обладающих потенциалом для производства пропионата. Во-вторых, он оценивает перспективный потенциал арабиноксилана, полидекстрозы и L-рамнозы действовать в качестве субстратов для увеличения микробного пропионата. В-третьих, учитывая сложность микробиоты кишечника, производство пропионата рассматривается с микробно-экологической точки зрения, которая включает в себя процессы взаимодействия, такие как механизмы перекрестного питания. Наконец, он (обзор) вводит разработку функциональных аналитических инструментов на основе генов для обнаружения и характеристики продуцирующих пропионат микроорганизмов в сложном сообществе. Информация в этом обзоре может быть полезна для разработки функциональных пищевых стратегий, направленных на продвижение связанных с пропионатом преимуществ для здоровья.
ВСТУПЛЕНИЕ
Микробное сообщество в желудочно-кишечном тракте человека играет существенную роль в здоровье и болезнях. 1 эта кишечная микробиота устанавливает благоприятные отношения с человеком-хозяином, модулируя иммунологические функции 2 и влияя на рост и функционирование клеток-хозяев. 1 с другой стороны, микробиота кишечника может негативно влиять на хозяина через повышенное ожирение, 3 воспалительные заболевания кишечника, 1 и колоректальный рак. 4
Короткоцепочечные жирные кислоты ( SCFAs ) являются основными продуктами бактериальной ферментации пищевых углеводов в толстой кишке. Основными соединениями являются уксусная, пропионовая и n-масляная кислоты, встречающиеся примерно в молярном соотношении 60:20:20 в толстой кишке. 5 Эти анионы играют решающую роль как в морфологии кишечника, так и в его функционировании. Бутират 6 получил много внимания как источник энергии для колоноцитов. 7 Кроме того, он был описан как антиканцерогенный агент, предотвращающий рост 8,9 и стимулирующий дифференцировку 10 эпителиальных клеток толстой кишки. Ацетат используется в качестве субстрата для синтеза холестерина и жирных кислот в печени, 11,12 увеличивает кровоток в толстой кишке и поглощение кислорода, и усиливает моторику подвздошной кишки, влияя на сокращения подвздошной кишки. 6
Настоящий обзор фокусируется на потенциальных последствиях для здоровья только одной SCFA – пропионовой кислоты (пропионата). Хотя пропионат менее часто изучается по сравнению с другими микробными метаболитами, такими как бутират, он обладает некоторыми отличными оздоровительными свойствами. Таким образом, Цель настоящего обзора состоит в том, чтобы сосредоточиться на потенциальном воздействии пропионата на здоровье и дать больше информации о механизме производства пропионата в кишечнике и о том, как можно модулировать производство пропионата с помощью пищевых субстратов. Обсуждаются возможные микробные взаимодействия между продуцентами пропионата и другими кишечными микроорганизмами, а также некоторые современные и новые стратегии обнаружения и идентификации продуцентов пропионата.
ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЗДОРОВЬЕ
Таблица 1. Воздействие на здоровье, связанное с пропионатом.
Пропионат влияет на синтез липидов гепатоцитами
Синтез липидов печенью включает превращение полученных из пищи жирных кислот и глицерина в холестерин и триглицериды с различным составом жирных кислот. Эти печеночные липидные молекулы затем включаются в липопротеины, чтобы обеспечить распределение в различные ткани через кровообращение. Интересно, что синтез липидов в гепатоцитах сильно зависит от количества и типов SCFAs, вырабатываемых в результате ферментации клетчатки в кишечнике. 12,13 Было определено, что пропионат, в частности, играет существенную роль в некоторых из этих процессов; однако до сих пор ведутся споры о точном механизме его антилипогенного и холестеринового действия.
Ранние наблюдения диетической модуляции синтеза липидов в печени выявили сильную корреляцию с потреблением пищевых волокон. Существует обширная информация in vivo о корреляции между потреблением растительных волокон, синтезом холестерина и триглицеридов у экспериментальных животных, а также у человека. Эти исследования показали, что пероральное введение растворимых волокон, таких как пектин или гуаровая камедь, значительно снижает концентрацию холестерина в сыворотке крови. Этот эффект частично объяснялся следующим: 1) повышением экскреции холестерина и желчных кислот из кишечника с калом; 2) более высокой печеночной скоростью преобразования холестерина в желчные кислоты; и 3) оптимизированным периферическим метаболизм липопротеинов путем уменьшения размера хиломикронов и снижения инкорпорации холестерина в хиломикроны. 21
Дальнейший анализ экспериментов с пищевыми волокнами указал на специфическую роль SCFAs, как конечных продуктов микробной ферментации углеводов, в синтезе липидов печени. 12,13 Тем не менее, влияние SCFAs на синтез жира и уровень холестерина следует рассматривать с точки зрения типа производимых SCFAs. Более конкретно, было показано, что пропионат как продукт кишечной ферментации волокон снижает уровень холестерина в сыворотке крови при скармливании крысам. 23 Исследования In vitro с изолированными гепатоцитами крыс показали ингибирующее действие пропионата на синтез жирных кислот, но не на синтез холестерина, хотя пропионат уменьшал включение [1-14С] ацетата в стерины на 90%. 13 Кроме того, пропионат был идентифицирован как молекула, которая уменьшает липогенез печени у крыс, получавших инулин. 14 Другие эксперименты на крысах показали, что включение цельнозерновой диеты снижает уровень холестерина как в печени, так и в плазме, а также уровень холестерина в триглицеридах плазмы, в то время как на печеночные триглицериды это не влияет. Помимо нескольких механизмов, предложенных в этом исследовании, авторы также упомянули о влиянии повышенной концентрации пропионата в воротной вене, связанной с диетой из цельных волокон, на синтез холестерина и жирных кислот. 24
Пропионат как молекула, влияющая на сытость
Среди SCFAs пропионат, в частности, был исследован как индуцирующий насыщение агент с сильным влиянием на потребление энергии и поведение при кормлении. Испытания на людях и животных показали, что введение пропионата (в диапазоне 130-930 ммоль/л in vivo и 0,01–10 ммоль / л in vitro) приводит к значительно большему чувству сытости и более низкому желанию есть. 15–17,24
Одним из сигналов насыщения, вызываемых пропионатом, в частности, является лептин, мощный анорексигенный гормон, который подавляет прием пищи через рецепторы, экспрессируемые в центральной нервной системе. Xiong et al. 20 показано, что введение пропионата натрия в дозе 500 ммоль/сут почти вдвое увеличивает концентрацию лептина в плазме крови мышей. Кроме того, SCFAs, и пропионат в частности, стимулировали экспрессию лептина как в клеточной линии мышиных адипоцитов, так и в жировой ткани мыши в первичной культуре. 20 В другом исследовании пропионат в концентрации 3 ммоль / л индуцировал выработку лептина в висцеральной жировой ткани человека как на уровне мРНК, так и на уровне белка. 33 Эти данные свидетельствуют о том, что модулирующий эффект кишечной микробиоты в отношении ожирения может быть частично опосредован SCFAs, в частности пропионовой кислотой, которая образуется в результате микробной ферментации углеводов.
Потенциальная роль пропионата в развитии рака
Влияние SCFAs на рак, а точнее на рак толстой кишки, было тщательно исследовано. 10,18,34 Бутират способен модулировать экспрессию генов и влияет на ключевые регуляторы апоптоза и клеточного цикла. Несколько механизмов способствуют регулирующему влиянию бутирата на экспрессию генов. Они включают в себя гиперацетилирование гистонов и негистоновых белков, а также изменение метилирования ДНК, что приводит к повышению доступности транскрипционных факторов к нуклеосомной ДНК. 35 В другом исследовании Jan et al., 18 пропионат и ацетат (на уровне 26-40 и 9–16 ммоль / л соответственно) вызывали типичные признаки апоптоза в клеточных линиях колоректальной карциномы человека. Этот эффект включал в себя потерю митохондриального трансмембранного потенциала, образование активных форм кислорода, обработку каспазой-3 и конденсацию ядерного хроматина.
SCFAs оказывают парадоксальное влияние на пролиферацию эпителиальных клеток толстой кишки. В то время как эти анионы стимулируют пролиферацию нормальных криптовых клеток, n-бутират и пропионат, они ингибируют рост в клеточных линиях рака толстой кишки. 34 Бутират и пропионат также являются наиболее сильными жирными кислотами, индуцирующими дифференцировку и апоптоз. 37 Таким образом, они защищают от развития рака в целом 10,36 и от колоректального рака в частности. 18,37 Хотя считается, что бутират более эффективен, чем пропионат, 38 он в основном поглощается колоноцитами в качестве источника энергии. 8 Напротив, пропионат и ацетат достигают циркуляции в гораздо более высокой концентрации, чем бутират, и они значительно поглощаются печенью (около 60%). 19 Из-за высокой концентрации этих анионов в печени, весьма вероятно, что они влияют на раковые клетки печени, а также на другие типичные раковые клетки, которые, как известно, вызывают метастазирование в печени, такие как рак молочной железы и толстой кишки. 39 Дальнейшее поглощение SCFAs происходит в периферических тканях, в результате 47% снижения SCFAs в периферической венозной крови. Тем не менее, исследование жертв внезапной смерти показало, что количество SCFAs в периферической крови все еще поддается количественной оценке. 19 Таким образом, антиканцерогенное действие этого циркулирующего пропионата, наряду с ацетатом и бутиратом, представляло бы интерес для изучения; например, в какой степени этот эффект может распространяться за пределы тонкой или толстой кишки и печени и, таким образом, влиять на различные ткани?
СУБСТРАТЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОИЗВОДСТВО ПРОПИОНАТА
Неперевариваемые углеводы, устойчивые к ферментативному перевариванию в тонком кишечнике, далее расщепляются кишечными бактериями. Пребиотики определяются как неперевариваемые углеводы, которые благотворно влияют на здоровье хозяина, избирательно стимулируя рост и/или активность одной или ограниченного числа бактерий в толстой кишке. 40 Хотя влияние субстратов на продукцию SCFAs в дистальном отделе кишечника отрицалось в некоторых исследованиях, 41,42 многие исследования продемонстрировали их SCFA-повышающие свойства. Некоторые фактические и потенциальные пробиотические соединения, влияющие на выработку пропионата, подробно описаны в следующем разделе. Из-за различий в экспериментальной установке, структуре и концентрации соединений, а также в исследованиях кишечного микробного сообщества вариабельность модулирующих эффектов пропионата этих соединений высока, и проведение сравнений между различными субстратами затруднено. Важно отметить, что прямая связь между производством пропионата и концентрацией люминального пропионата может быть установлена только в контексте in vitro при отсутствии кишечной абсорбции. Краткое описание основных субстратов, индуцирующих выработку пропионата, приведено в таблице 2.
Таблица 2. Субстраты, влияющие на выработку пропионата.
Исследование In vitro с человеческими фекалиями
Избирательное увеличение производства пропионата
Fernandes et al. (2000) 43
In vivo человеческое исследование
Избирательное увеличение сывороточного пропионата по сравнению с контролем
Vogt et al. (2004) 44
In vivo исследование свиней
Пропорциональное увеличение пропионата в разных сегментах толстой кишки
Laerke and Jensen (1999) 47
Исследование на крысах in vivo
Избирательное повышение уровней пропионата в сыворотке, связанное со снижением уровня триглицеридов и холестерина в печени
Cheng and Lai (2000) 49
Исследование in vitro со симулятором кишечника человека
Увеличение производства SCFA, особенно пропионата и бутирата
Van De Wiele et al. (2004) 50
Исследование на крысах in vivo
Пропорциональное увеличение просветной концентрации пропионата, снижение уровня триглицеридов в плазме
Brouns et 48 al. (2002) Levrat at al. (1991) 52
Исследование in vitro с 4-этапным симулятором толстой кишки
Увеличение производства SCFA, особенно пропионата
Makelainen et al. (2007) 53
Исследование на крысах in vivo
Пониженный рН слепой кишки, накопление SCFA (особенно пропионата), снижение абсорбции холестерина
Переменная между субъектами
Lopez et al. (1999) 54
Арабино-ксилановые олигосахариды (AXOS)
Исследование in vitro со симулятором кишечника человека
Более высокая выработка SCFA, особенно пропионата в поперечном отделе ободочной кишки, сопровождается снижением выработки лактата в том же отделе, что указывает на вероятное производство пропионата через акрилатный путь
Grootaert et al. (2009) 56
Исследование на крысах in vivo
Более высокая продукция SCFA, особенно пропионата в слепой кишке, проксимальном и дистальном отделах толстой кишки и кале
Edwards and Eastwood (1992) 58
Исследование in vitro с человеческими фекалиями
Избирательное увеличение производства пропионата
Asano et al. (2003) 60
Исследование на крысах in vivo
SCFA с высоким содержанием в слепой кишке, особенно пропионата
Asano et al. (2004) 61
Исследование in vitro с человеческими фекалиями
Повышенная выработка пропионата, антиканцерогенное действие на некоторые линии раковых клеток
Michel et al. (1999) 62
L-рамноза
L-рамноза или 6-дезокси-L-манноза представляет собой природный дезокси-сахар. Он содержится в нескольких животных, растительных и бактериальных полисахаридах. Коммерчески доступную рамнозу получают путем химического гидролиза гуммиарабика и камеди карайи или из рутина или цитрусовых, которые содержат по массе 10–30% рамнозы. В краткосрочных экспериментах in vitro было показано, что L-рамноза увеличивает выработку пропионата в четыре раза по сравнению с количеством, продуцируемым лактулозой. 43 Подобные результаты были получены в исследовании in vivo на человеке, в котором субъектам давали 25 г L-рамнозы, лактулозы, или D-глюкозы в трех разных случаях. Пропионовая кислота в сыворотке крови измерялась через 24 ч после приема внутрь и была значительно выше после L-рамнозы, чем после лактулозы или D-глюкозы. 44 Пропионат-индуцирующий эффект L-рамнозы также был подтвержден в одном более длительном исследовании, в котором прием внутрь 25 г сахара значительно повышал содержание пропионата в сыворотке у людей в течение 28 дней по сравнению с приемом D-глюкозы в качестве контроля.
D-тагатоза
D-тагатоза является стереоизомером D-фруктозы, которая обычно используется в качестве альтернативы сахарозе из-за ее низкого содержания энергии.46 Неперевариваемость этого углевода в тонкой кишке и его высокая ферментируемость в толстой кишке свиней была изучена Laerke и Jensen.47 Помимо некоторых других метаболических эффектов, таких как более низкие уровни pH и более высокие концентрации АТФ в слепой кишке и проксимальном отделе толстой кишки, наблюдалось значительное увеличение содержания пропионата до 34,5 ммоль / л в слепой кишке и в некоторых сегментах толстого кишечника свиней, которым скармливали D-тагатозу (рацион 100 г/кг), по сравнению с контрольной группой, получавшей сахарозу.
Устойчивый (резистентный) крахмал
Резистентный крахмал состоит из большого количества единиц глюкозы, связанных между собой а-(1,4) или а-(1,6) гликозидными связями, и устойчив к деградации амилазой. В зависимости от происхождения крахмала его ферментируют до бутирата 48 или пропионата. 49 В частности, устойчивый крахмал из риса связан с увеличением производства пропионата. Ферментацию этого соединения в различных пропорциях исследовали на крысах Cheng и Lai. Установлено, что концентрация печеночных триглицеридов и общего холестерина у крыс, получавших рисовый крахмал (630 г/кг корма), была значительно ниже (в 1,5 раза), чем в контрольной группе без крахмала. Это происходило параллельно со значительным увеличением концентрации пропионата в сыворотке крови.
Инулин
Этот олигосахарид принадлежит к семейству фруктанов и в основном состоит из b-(2,1)-связанной фруктозил-фруктозы. Он естественным образом встречается в цветущих растениях, таких как цикорий и топинамбур, в качестве запасного углевода. В качестве пребиотика было показано, что инулин очень эффективен для увеличения выработки как бутирата, так и пропионата. Пропионат-увеличивающий эффект инулина был исследован in vitro с использованием симулятора кишечной микробной экосистемы человека ( SHIME ). Метаболический сдвиг для продукции SCFAs наблюдался после 1 недели приема инулина (5 г/сут). Более высокая концентрация SCFAs обусловлена увеличением производства пропионата и бутирата. 50 При введении в один и тот же реактор SHIME олигофруктозы и инулина с различной степенью полимеризации ( DP ) (2–20 и 3–60 для олигофруктозы и инулина соответственно), привело к увеличению выработки пропионата для инулина в 2 раза по сравнению с начальным периодом. 51 Исследование in vivo на крысах, получавших инулин (10%), также привело к значительному увеличению выработки пропионата до 58,4 ммоль / л. 52
Полидекстроза
Полидекстроза представляет собой разветвленный, случайно полимеризованный полисахарид (DP, 6–32), который синтезируется главным образом из декстрозы и не переваривается в верхней части желудочно-кишечного тракта. Модуляция микробного состава толстой кишки и метаболической активности этим субстратом была исследована с использованием четырехэтапного симулятора толстой кишки. 53 Наблюдалось значительное увеличение продукции SCFA, особенно для пропионата (22,9 ммоль / л) по сравнению с контрольным ксилитом сахара (8,3 ммоль / л).
Арабиноксиланы и арабиноксилановые олигосахариды
Арабиноксиланы являются основными некрахмальными полисахаридами, содержащимися во многих злаках, и входят в состав пищевых волокон.Арабиноксиланы состоят из b-(1,4)-связанных D-ксилопиранозильных остатков, к которым в виде боковых цепей присоединены L-арабинофуранозные звенья. Некоторые арабинозы можно заменить феруловой кислотой. В исследовании in vivo, проведенном Lopez et al. сравнивали 54 крысы, получавших контрольную диету (содержащую 710 г/кг пшеницы), арабиноксилансодержащую диету (610 г/кг пшеничного крахмала плюс 100 г/кг кукурузного арабиноксилана) и дополненную холестерином диету (без или с 2 г/кг холестерина). Уровень рН в слепой кишке снизился с 7 до 6 из-за накопления SCFAs, особенно пропионовой кислоты (>45% в молярном проценте). Однако производство бутирата не пострадало.
Псиллиум или исфагула является источником растворимой клетчатки, обеспечивающей полисахариды, сравнимые с арабиноксиланами отрубей пшеницы, но с более высокой вариабельностью в составе боковых цепей и сцеплении. 57 В исследовании на крысах in vivo влияние исфагулы (5%) на ферментацию в слепой кишке и толстой кишке сравнивали с пшеничными отрубями (10%). Было замечено, что ферментация исфагулы приводит к более высокой продукции SCFAs, особенно к увеличению количества пропионовой кислоты в слепой кишке и во всех фрагментах толстой кишки. 58
Манноолигосахариды
Другие субстраты
Ламинараны представляют собой группу водорастворимых полисахаридов b-(1,3)-D-глюкана с низкой молекулярной массой, выделенных из морских водорослей. Michel et al. 62 исследовали биологическую активность и ферментационные характеристики олигосахаридов, полученных из ламинаранов. Олиголаминараны (как потенциальный пребиотик) индуцировали продукцию пропионата и демонстрировали антипролиферативное действие на колоректальный рак (Caco-2), моноцитарные (THP1) и лимфоцитарные Т-клеточные линии (Jurkat). 62
МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОПИОНАТА
Пропионат, полученный в результате микробной ферментации неперевариваемых углеводов в кишечнике, является основным источником пропионата, доступного в организме. Многочисленные исследования были сосредоточены на этом метаболите как продукте кишечного брожения, 7,45,49,52,54,63,64 а не от диетического приема пищи. 16,25 Поэтому следующий раздел этого обзора включает подробное обсуждение двух основных путей производства пропионата в кишечнике и основных видов микроорганизмов, участвующих в этих специфических путях. Также проиллюстрированы взаимодействия между бактериями в пропионатных путях и современные стратегии обнаружения и идентификации пропионат-продуцирующих бактерий.
Сукцинат или рандомизирующий путь
Рисунок 1. Образование пропионата через сукцинат или рандомизирующий путь, основанный на Macyetal. 66 Ферменты, участвующие в вышеуказанных реакциях: 1) пируваткарбоксилаза, 2) малатдегидрогеназа, 3) фумаратгидратаза, 4) сукцинатдегидрогеназа, 5) сукцинил-КоА-синтетаза, 6) метилмалонил-КоА-мутаза, 7) метилмалонил-КоА-эпимераза, 8) метилмалонил-КоА-декарбоксилаза, 9) пропионат-КоА-трансфераза.
Пути производства сукцината и пропионата были тщательно изучены в Bacteroides fragilis, важном анаэробе в кишечнике человека. Как правило, от 1010 до 1011 клеток этого вида обнаруживается на грамм кала. 65 Для Bacteroides fragilis, Macy et al. 66 был предложен CO2-зависимый механизм выработки пропионата. Ферментативные анализы, проведенные с Bacteroides fragilis, показали, что образование оксалоацетата катализируется фосфоенолпируваткарбоксикиназой (PEP carboxykinase) и является энергетически независимым. Поэтому высокая энергия фосфатной связи в PEP сохраняется в виде АТФ при СО2-зависимом образовании оксалоацетата. Это в отличие от других видов, таких как Propionibacterium shermanii и Veillonella spp. в которой образование оксалоацетата катализируется транскарбоксилазой и пируваткиназой (оба АТФ-зависимых фермента) соответственно. В культуре активность сукцинатдегидрогеназы (Рис.1, фермент 4) зависела от присутствия гемина, железосодержащего соединения, необходимого для роста Bacteroides spp. 64
Propionibacterium spp. является еще одним распространенным производителем пропионата, который использует сукцинатный путь. Декарбоксилирование сукцината является основным методом получения пропионата у пропионибактерий, поскольку количество образующейся пропионовой кислоты зависит от концентрации CO2 в среде. Более высокие соотношения пропионат:ацетат из-за повышенной концентрации CO2 объясняются бактериальной секрецией янтарной кислоты при значениях рН выше 6,5, но пока pH не упадет ниже этого уровня, клеточное поглощение невозможно. В случае увеличения концентрации СО2 образуется больше янтарной кислоты, причем избыток высвобождается в среду и декарбоксилируется только при снижении рН с глюкозой в качестве субстрата, что приводит к более высокому соотношению пропионат:ацетат. 67
Механизм образования пропионата в Propionibacterium pentosaecum был исследован Delwiche. 68 В этом исследовании продукция пропионата из сукцината была выше, чем из пирувата, и образовывались эквимолярные количества CO2 и пропионата. В том же исследовании, в присутствии 0,3 моль/л малоната, продукция пропионата была ингибирована на 90%. Учитывая эти наблюдения, становится очевидным, что Propionibacterium pentosaecum обладает сукцинатдекарбоксилазной системой, достаточно эффективной, чтобы считаться основным фактором для производства пропионата.
Акрилатный путь
Хотя сукцинатный путь хорошо описан для некоторых из наиболее распространенных бактерий в кишечнике, было высказано предположение, что различия, наблюдаемые в паттернах распределения Меченого углерода, являются результатом другого механизма ферментации, отличного от сукцинатного пути. 70 Этот путь определяется как акрилатный путь и представлен на Рис.2. В отличие от пути образования пропионата у Propionibacterium shermanii и Veillonella spp., где фумарат и сукцинат являются симметричными промежуточными звеньями, ни одно из промежуточных звеньев акрилатного пути не является симметричным. 71 В акрилатном пути пируват восстанавливается до лактата лактатдегидрогеназой. Лактат превращается в лактил-КоА, который затем дегидратируется в акрилил-КоА с помощью 1-КоА-дегидратазы. Акрилил-КоА восстанавливается до пропионил-КоА с помощью ацил-КоА-дегидрогеназы. Фосфорилирование пропионил-КоА фосфат-ацетилтрансферазой приводит к пропионилфосфату, который в конечном итоге превращается в пропионат пропионат-киназой.
Рисунок 2. Акрилатный путь в Clostridium neopropionicum X4 на основе Tholozan et al. 71 Ферменты, участвующие в вышеуказанных реакциях: 1) L-лактатдегидрогеназа, 2) пропионат-КоА-трансфераза, 3) лактоил-КоА-дегидратаза, 4) ацил-КоА-дегидрогеназа, 5) фосфат-ацетилтрансфераза, 6) пропионат-киназа.
Этот же путь был использован Megasphaera elsdenii (кластер IX клостридий). Последняя является важной обязательной анаэробной бактерией рубца крупного рогатого скота и овец, на долю которой приходится 21% потребления лактата бактериями рубца; она также обнаружена в кишечнике человека. 73 Megasphaera elsdenii использовала лактат в предпочтении к глюкозе, когда эти два субстрата присутствовали для производства пропионата. 74
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
В сложном смешанном микробном сообществе сотрудничество между различными микроорганизмами для получения определенного конечного продукта не является редкостью. Например, Falony et al. 75 показали, что существует существенное сотрудничество между Bifidobacteria и видами Roseburia для ферментации инулина в бутират. Это сотрудничество осуществляется посредством перекрестного питания, при котором один вид усваивает продукты другого вида. Следующие примеры предполагают, что подобное сотрудничество между рубцовыми бактериями приводит к производству пропионата. В рубце обнаружено, что некоторые виды бактерий способны выполнять все стадии в путях пропионата, используя углеводы в качестве субстрата для образования пропионата. Примеры включают Megasphaera elsdenii и Selenomonas ruminantium, которые производят пропионат из углеводов и лактата через акрилатный и сукцинатный пути, соответственно. 74,76 С другой стороны, некоторые виды бактерий рубца, такие как Ruminococcus flavefaciens и Bacteroides succinogenes, производят сукцинат только в качестве основного конечного продукта ферментации при культивировании в чистой культуре. У таких видов было замечено, что сукцинат не накапливается в рубце, а декарбоксилируется до пропионата. Поэтому было высказано предположение, что сукцинат, производимый таким видом, как Bacteroides succinogenes, превращается в пропионат видами, потребляющими сукцинат, такими как Selenomonas ruminantium. 64
Сульфатредуцирующие бактерии используют Н2 для уменьшения содержания серы в неабсорбированных аминокислотах и пищевых сульфатах. Сульфид главным образом детоксифицируется в толстой кишке и эритроцитах путем метилирования тиолметилтрансферазой. 80 Тем не менее, была обнаружена важная роль сульфида толстой кишки в патогенезе язвенного колита (ЯК). У пациентов с ЯК отмечается более высокая продукция сероводорода и ростовые характеристики сульфатредуцирующих бактерий по сравнению с контрольными группами. 80 Это связано с избирательно нарушенным окислением бутирата, который играет существенную роль в поддержании здоровья эпителиального барьера толстой кишки. До сих пор стратегии снижения содержания сероводорода включали антибиотики против сульфатредуцирующих бактерий, доноров метила, диетическое сокращение потребления сульфидов и стимулирование метаногенеза толстой кишки. 80 Помимо этих стратегий, потенциальное влияние пропионата на смягчение сероводорода посредством диетического регулирования представляло бы интерес для изучения.
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ МОНИТОРИНГ БАКТЕРИЙ, ПРОДУЦИРУЮЩИХ ПРОПИОНАТ
Более 90% бактерий, обитающих в кишечнике человека, не поддаются культивированию. 81 Молекулярные методы с использованием 16S-рибосомных РНК-зондов 82 или праймеров для полимеразной цепной реакции 83 были использованы в качестве мощных независящих от культуры методов для выявления преобладающих бактериальных групп, присутствующих в кишечнике человека. Для продуцентов пропионата, а также других бактериальных групп ген рибосомальной РНК 16S в основном использовался для разработки генетически ориентированных видоспецифичных праймеров. Обзор праймеров, которые подходят для обнаружения нескольких известных продуцентов пропионата, перечислены в таблице 3. Совсем недавно гены, участвующие в метаболических путях, таких как производство SCFAs бактериями, стали новыми мишенями в молекулярном анализе. Чтобы проиллюстрировать этот момент, приведем исследование Louis et al. 84 сообщившем о разработке праймеров полимеразной цепной реакции с использованием генов, кодирующих конечные ферменты синтеза бутирата в толстом кишечнике человека. Гены, кодирующие бутираткиназу, фосфотрансбутирилазу и бутирил-КоА: ацетат КоА-трансферазу, использовали для оценки способности бактерий продуцировать ферменты, участвующие в производстве бутирата. Кроме того, можно изучить преобладающий путь образования бутирата в кишечнике.
Таблица 3. ПЦР-праймеры для обнаружения пропионат-продуцирующих бактерий.
Используя аналогичный подход, Asanuma и Hino 85 выяснили механизм регуляции продукции пропионата в Selenomonas ruminantium путем нацеливания на гены фосфоенолпируваткарбоксикиназы и пируваткиназы, которые оба участвуют в ранних стадиях синтеза пропионата. Такая стратегия исследования может также применяться к обнаружению других пропионат-продуцирующих бактерий. Кроме того, конечные ферменты в путях образования пропионата (рисунки 1 и 2) могут быть использованы для 1) скрининга более широкого диапазона филогенетически разнообразных продуцирующих пропионат бактерий из толстой кишки человека и 2) определения степени, в которой пути производства пропионата используются в этой экосистеме.
Необходимы дальнейшие исследования для расширения набора праймеров для обнаружения генов, кодирующих ферменты, участвующие в путях производства пропионата, а также для определения и количественной оценки микроорганизмов, продуцирующих пропионат. Чтобы помочь в разработке такой молекулярно-аналитической стратегии, здесь представлен обзор ферментов, участвующих либо в сукцинатном, либо в акрилатном путях производства пропионата. Можно запросить эти ферменты в базе данных последовательности ДНК Банка генов из Национального центра биотехнологической информации ( NCBI ), чтобы найти кодирующие гены. Для иллюстрации был проведен поиск на основе номера комиссии по ферментам ( EC number ) и с исключением архей. За исключением одного фермента, который участвует в акрилатном пути, лактоил-КоА-дегидратазы, запрос на различные ферменты привел к большому количеству видов, обладающих генами, включая предполагаемые гены, экспрессирующие эти ферменты (таблица 4). Интересно отметить, что число видов бактерий, обладающих специфическими ферментами, сильно варьировало. Для ферментов, участвующих в сукцинатном пути, наблюдалось увеличение числа видов, которые обладают ферментами, вовлеченными в цепь транспорта электронов (Таблица 4; Рисунок 1, ферменты 1, 2, 3, 4 и 5). Далее вниз по течению, уменьшающееся число видов будет обладать способностью производить ферменты, участвующие в последних стадиях образования пропионата (Таблица 4; Рисунок 1, ферменты 6, 7, 8 и 9). Одним из возможных объяснений этой тенденции является пробел в информации о видах бактерий, участвующих в начальной или конечной стадиях производства пропионата. Альтернативно, вероятно, что только ограниченное число бактериальных видов способны выполнять заключительные метаболические шаги в пути производства пропионата. Напротив, такой тенденции не наблюдалось для ферментов, вовлеченных в акрилатный путь. Что касается сукцинатного пути, информация о количестве видов, обладающих соответствующими ферментами, может быть неполной.
Таблица 4. Результаты NCBI поиска ферментов, участвующих в путях производства пропионата.
В дополнение к выполнению поиска, бактериальные роды были ранжированы на основе общего количества ферментов, которые могут быть связаны либо с сукцинатным, либо с акрилатным путем. Это обеспечивает лучшее представление о конкретных бактериальных родах, которые имеют более высокую вероятность производства пропионата. Все бактериальные роды, обладающие ферментами для сукцинатного и акрилатного путей, представлены в виде дополнительных таблиц S1 и S2 в качестве вспомогательной информации. (Таблица S1. Ранжирование бактерий основано на общем количестве генов, кодирующих ферменты, участвующие в сукцинатном пути. Приведено кол-во видов, обладающих ферментами для каждого рода. Таблица 2. Ранжирование бактерий основано на общем количестве ферментов, участвующих в акрилатном пути. Приведено кол-во видов, обладающих ферментами для каждого рода. – ред.) В этих таблицах можно ознакомиться со всем категорированным списком бактериальных родов с общим количеством ферментов. Кроме того, в вспомогательных таблицах представлено количество видов для каждого конкретного фермента. Повторения одного и того же бактериального рода и вида происходят из-за наличия нескольких штаммов одного и того же вида или из-за наличия различной номенклатуры для одного и того же гена в пределах одного вида. Хорошо известно, что некоторые из этих родов присутствуют в кишечнике человека, такие как Veilonella, Lactobacillus, Bacteroides и Propionibacterium. Однако существует много других родов, для которых определяются функциональные гены, но необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить, можно ли обнаружить эти виды в кишечнике человека.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Известно, что пропионат кишечного микробного происхождения обладает биологической активностью на уровне кишечника и кишечного эпителия. Тем не менее, благодаря его эффективному переносу через эпителий кишечника, он может влиять на другие органы и ткани в дополнение к кишечному эпителию. Это открывает потенциал для модуляции воздействия этого метаболита на здоровье через кишечник. Селективные изменения концентрации пропионата в сыворотке крови достигаются путем подачи специфических ферментируемых субстратов. Эти изменения отражают различия в продукции толстой кишки и микробном составе. Таким образом, селективное изменение схемы ферментации толстой кишки с использованием функциональных продуктов питания может привести к новой стратегии модуляции эффектов пропионата на здоровье. Хотя сообщалось, что многие пребиотические соединения стимулируют выработку пропионата кишечными микроорганизмами, механизмы, лежащие в основе производства пропионата, нуждаются в дальнейшем разъяснении. Из-за больших межиндивидуальных различий в составе и связанном метаболизме микробного сообщества кишечника знание структуры углеводов недостаточно для того, чтобы предсказать, будет ли пропионат основным метаболитом ферментации после потребления пребиотиков. Поэтому предлагается, чтобы исследования были направлены на изучение микробных метаболических путей, которые приводят к производству пропионата. Перекрестные реакции питания между кишечными микроорганизмами должны быть полностью раскрыты, и необходимо оценить важность сукцинатного пути и/или акрилатного пути для производства пропионата в микробном консорциуме. Эти цели могут быть достигнуты путем применения новых молекулярных инструментов, основанных на видоспецифичных праймерах. Кроме того, функциональный генный подход к выявлению и количественному определению продуцирующей пропионат микробиоты в сложных условиях кишечной среды является сложным, но многообещающим шагом при проверке потенциала новых функциональных пищевых продуктов (пробиотиков и пребиотиков) для увеличения производства пропионата в кишечнике.
Дополнительная информация
Литература
Будьте здоровы!
ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ