Suplimentarea alimentară cu cisteină în timpul sarcinii salvează hipertensiunea indusă de boli renale cronice materne la descendenții de șobolani masculi: impactul metaboliților triptofani derivați de hidrogen sulfurat și microbiotă

Abstract

Boala renală cronică a mamei (IRC) este legată de hipertensiunea descendenților. Microbiomul intestinal și metaboliții săi de triptofan, oxidul nitric (NO) și sistemul renină-angiotensină (RAS) sunt strâns legate de dezvoltarea hipertensiunii arteriale. Hidrogenul sulfurat (H2S) a demonstrat un efect antihipertensiv. Obiectivul nostru a fost de a testa dacă suplimentarea cu L- sau D-cisteină în timpul sarcinii poate preveni hipertensiunea programată de CKD maternă la descendenții adulți și să exploreze mecanismele de protecție. CKD a fost indusă la șobolani Sprague Dawley gestante printr-o dietă cu 0,5% adenină timp de 3 săptămâni. L- sau D-cisteina a fost suplimentată cu 8 mmol/kg greutate corporală/zi în timpul sarcinii. Puii masculi au fost sacrificați la vârsta de 12 săptămâni (n=8 per grup). Hipertensiunea arterială indusă de CKD maternă a fost prevenită în mod similar prin suplimentarea cu L- sau D-cisteină. Efectele protectoare ale L- și D-cisteinei sunt legate de reducerea stresului oxidativ, reechilibrarea RAS și remodelarea microbiomului intestinal. Terapia cu L-cisteină a protejat descendenții adulți împotriva hipertensiunii arteriale și a fost asociată cu producția îmbunătățită de H2S, restabilirea biodisponibilității NO, îmbunătățirea genurilor benefice Oscillibacter și Butyricicoccus, epuizarea genurilor producătoare de indol Alitipes și Akkermansia și reducerea mai multor metaboliți indol. Tratamentul cu D-cisteină a crescut acidul chinurenic, 3-hidroxichinurenina și acidul xanturenic în calea chinureninei, a scăzut 5-hidroxitriptofanul și serotonina în calea serotoninei și a îmbogățit genurile Bacteroides și Odoribacter. În rezumat, aceste rezultate sugerează că L- și D-cisteina protejează împotriva hipertensiunii copiilor induse de CKD maternă, probabil prin creșterea producției de H2S, modularea microbiotei intestinale și metaboliții săi derivați și restabilirea NO și RAS.

Cuvinte cheie

boală cronică de rinichi; cisteină; hipertensiune; Originile dezvoltării sănătății și bolii (DOHaD); sistemul renină-angiotensină; microbiota intestinală; sulfat de hidrogen; indol.

Click aici pentru a afla care este efectul Cistanche

Introducere

Un număr tot mai mare de date evidențiază sarcina și alăptarea ca o perioadă critică în care insultele materne pot modela sănătatea și boala la urmașii rezultati, denumite acum Originile de dezvoltare a sănătății și bolii (DOHaD) [1]. Femeile cu boală cronică de rinichi (CKD) sunt expuse riscului nu numai pentru consecințe negative legate de sarcină, ci și pentru urmași [2]. Cercetările noastre anterioare au raportat că CKD indusă de adenină maternă induce creșterea tensiunii arteriale (TA) la descendenții adulți, care a coincis cu modificări ale compoziției microbiotei intestinale, modificări ale metaboliților derivați și creșteri ale toxinelor uremice [3].

În timpul sarcinii, aminoacidul esențial triptofan este important pentru dezvoltarea fătului și sinteza proteinelor placentare [4]. Metabolismul triptofanului trece prin trei căi majore în intestin, ducând la derivați de chinurenină, serotonină și indol [5]. Formarea indolului are loc prin acțiunea enzimei triptofanaze [6]. Metaboliții indol ai triptofanului (adică, sulfatul de indoxil și acidul indoleacetic) sunt un grup cheie de toxine uremice derivate din microbiota intestinală, care joacă un rol crucial în patogeneza CKD [6]. Toxinele uremice derivate din triptofan pot activa receptorii de hidrocarburi arii (AHR) pentru a induce stresul oxidativ prin activarea NADPH oxidazei și inhibarea mecanismelor de apărare antioxidantă [6,7]. Este bine cunoscut faptul că stresul oxidativ joacă un rol cheie în patogenia IRC și a hipertensiunii arteriale la originea dezvoltării [8]. Având în vedere complexitatea căilor metabolice ale triptofanului, diversele proprietăți ale metaboliților derivați din triptofan sunt asociate cu fiziopatologia mai multor boli [5,6,9]. Cu toate acestea, există puține informații despre dacă metaboliții derivați de triptofan sunt benefici sau dăunători pentru hipertensiunea indusă de CKD maternă la descendenții adulți.

Cercetări recente sugerează că hidrogenul sulfurat (H2S) poate avea unele beneficii pentru sănătate ca strategie de reprogramare, inclusiv un efect antihipertensiv [10,11]. Au fost raportate mai multe mecanisme care stau la baza efectelor sale de scădere a TA [12,13], inclusiv creșterea biodisponibilității oxidului nitric (NO), modularea sistemului renină-angiotensină (RAS) și reducerea stresului oxidativ. Am demonstrat anterior că șobolanii hipertensivi spontani (SHR) tratați cu multă sare și suplimentați cu L- sau D-cisteină, precursori ai H2S, între 4 și 6 săptămâni, nu au dezvoltat hipertensiune la 12 săptămâni [14]. Pe lângă generarea de H2S, L-cisteina acționează ca un precursor de glutation redus (GSH); GSH este un antioxidant bine-cunoscut [15]. În consecință, L- sau D-cisteina are proprietăți antioxidante ca contrabalansare la stresul oxidativ. Deoarece H2S are proprietăți vasodilatatoare și H2S poate regla activitatea triptofanazei microbiene [10,16], ne-am propus să examinăm dacă suplimentarea cu L- sau D-cisteină maternă poate oferi protecție pentru puii de șobolan împotriva hipertensiunii induse de CKD maternă și să elucidăm mecanismele subiacente cu un accent. asupra microbiotei intestinale și a metaboliților derivați din triptofan.

Materiale și metode

1. Îngrijirea animalelor și design experimental

La începutul studiului au fost utilizați șobolani Virgin Sprague Dawley (SD) (vârsta de 8 săptămâni, achiziționați de la BioLASCO Taiwan Co., Ltd., Taipei, Taiwan). La sosire, șobolanii au fost găzduiți în unitatea noastră de animale cu acreditare completă AAALAC. Procedurile utilizate în acest studiu au fost efectuate conform regulilor de îngrijire și utilizare a animalelor de laborator ale Institutului Național de Sănătate și IACUC din Spitalul Memorial Chang Gung (permis # 2020073102).

Supliment Cistanche

Pentru a induce un model CKD, șobolanii SD femele au primit mâncare obișnuită (n {{0}}) sau mâncare suplimentată cu 0,5% adenină timp de 3 săptămâni în munca noastră anterioară [3]. Femelele de șobolani au fost ținute în cușcă cu șobolani masculi până la împerechere. După confirmarea împerecherii prin prezența unui dop copulator, femelele au fost găzduite individual și repartizate aleatoriu în patru grupuri: martor, CKD (șobolani tratați cu adenină), LC (șobolani tratați cu adenină au primit L-cisteină suplimentată la 8 mmol/kg). greutatea corporală/zi în timpul sarcinii) și DC (șobolanii tratați cu adenină au primit D-cisteină suplimentată la 8 mmol/kg greutate corporală/zi în timpul sarcinii). Dozele de L-cisteină și D-cisteină utilizate aici se bazează pe studiul nostru anterior efectuat la șobolani [14]. S-a efectuat standardizarea dimensiunii așternutului și așternuturile au fost sacrificate la opt pui. Deoarece s-a descoperit că masculii au hipertensiune arterială la o vârstă mai tânără decât femelele [17], numai descendenții masculi au fost selectați din fiecare pui pentru a fi utilizați în experimentele ulterioare. Descendența masculină a fost repartizată la patru grupuri experimentale (n=8 per grup): C, CKD, LC și DC. Puii au fost înțărcați la 3 săptămâni pe mâncare normală.

Șobolanii au fost aclimatizați la sistemul neinvaziv de tensiune arterială CODA (o metodă de coadă, Kent Scientific Corporation, Torrington, CT, SUA) timp de 20 de cicluri per șobolan timp de o săptămână înainte de experiment, pentru a asigura acuratețea și reproductibilitatea. Conform protocolului nostru [3], TA a fost măsurată la șobolani conștienți la fiecare patru săptămâni. Un total de 32 de urmași au fost sacrificați la vârsta de 12 săptămâni. Probele de fecale au fost colectate dimineața înainte de sacrificiu prin ridicarea cozii și răsucirea ei spre spate pentru a induce defecarea. Probele de fecale ulterioare au fost depozitate la -80 ◦ C într-un congelator până la extracție. Probele de sânge au fost colectate în tuburi cu heparină. Rinichii au fost recoltați și păstrați la -80 ◦ C până la analiză. Rinichii au fost recoltați după perfuzie cu soluție salină tamponată cu fosfat. Un rinichi a fost îndepărtat și împărțit în cortex și medular și a fost congelat rapid; celălalt rinichi a fost fixat și îndepărtat pentru imunohistochimie.

2. Cromatografie lichidă de înaltă performanță – Spectrometrie de masă (HPLC-MS/MS)

Am folosit un sistem de cromatografie lichidă de înaltă performanță (HPLC) Agilent Technologies 1290 cuplat cu o cromatografie lichidă Agilent 6470 Triple Quadrupole-spectrometrie de masă în tandem (LC/MS, Wilmington, DE, SUA) pentru a determina nivelurile plasmatice de H2S și tiosulfat așa cum este descris anterior [18]. S-au determinat derivatul H2S sulfură divin (SDB) și derivatul tiosulfat pentafluorobenzil (PFB)-S2O3H. Detectarea compușilor țintă a fost efectuată în modul de monitorizare a reacției selectat folosind tranziții de m/z 415→223, m/z 292,99→81 și m/z 212,99→93, pentru SDB, PFB-S2O3H și, respectiv, PHB. Am folosit 4-hidroxibenzoat de fenil (PHB) ca standard intern.

3. Cromatograf lichid tandem-spectrometrie de masă (LC-MS/MS)

Nivelurile plasmatice ale triptofanului și metaboliților săi au fost analizate prin LC-MS/MS. Au fost determinați un total de 13 metaboliți ai triptofanului, inclusiv acid chinurenic, acid xanturenic, 3-hidroxichinurenină (3-HKN), 3-acid hidroxiantranilic (3-HAA), {{ 6}}hidroxitriptofan (5-HTP), serotonină, acid hidroxi indol acetic ({5-HIAA), N-acetilserotonină (N-AS), indoxil sulfat (IS), indol-3-acetamidă (IAM), acid indoleacetic (ILA), indol-3-carboxaldehidă (ICA) și acid indoleacetic (IAA). S-au adăugat probe de plasmă (200 uL) în tubul de centrifugă de 1,5 ml conţinând 400 uL soluţie de amestec standard intern, 200 uL acetonitril şi 400 uL metanol. Tuburile au fost plasate pe o centrifugă timp de 15 minute la 14,000 rpm la 4 ◦C. Supernatantul a fost luat și concentrat la 100 uL prin centrifugare. Mai târziu, s-au adăugat 100 ui de soluţie apoasă de acetat de amoniu 5 mM şi metanol (9:1, v/v) şi s-au amestecat bine. Proba a fost apoi injectată în LC-MS/MS la 2 uL. Separarea a fost efectuată pe cromatografie folosind un sistem HPLC Agilent 1200 Infinity II echipat cu o coloană Water Acquity UPLC HSS T3 (2,1 mm × 100 mm; 1,8 um; Agilent Technologies). Componentele au fost eluate printr-un gradient de solvent A (soluţie apoasă de acetat de amoniu 5 mM) şi solvent B (acetonitril). Sistemul HPLC Agilent 1200 Infinity II a fost cuplat cu un LC/MS triplu cvadrupol Agilent 6470A (Agilent Technologies). Eluatul a fost monitorizat pentru metaboliți de triptofan în moduri de detectare cu monitorizare a reacțiilor multiple (MRM) cu precursori caracteristici și ioni de produs.

Extract de Cistanche

4. RT-PCR cantitativ

Țesutul cortexului renal de șobolan a fost omogenizat în tampon de liză și ARN-ul total a fost extras folosind metoda TRIZOL (Invitrogen, Carlsbad, CA, SUA), așa cum a fost descris mai devreme [3]. PCR cantitativă în timp real în două etape a fost efectuată utilizând kitul QuantiTect SYBR Green PCR (Qiagen, Valencia, CA, SUA) pe un sistem de detecție PCR în timp real iCycler iQ (Bio-Rad, Hercules, CA, SUA) în duplicat. Au fost determinate un total de patru gene implicate în producția de H2S, inclusiv cistationin-sintaza (CBS), cistationin-lază (CSE), 3-mercapto piruvat sulfurtransferaza (3MST) și D-aminoacid oxidaza (DAO). De asemenea, am măsurat mai multe gene ale sistemului renină-angiotensină (RAS), inclusiv renina, receptorul (pro)renină (PRR), enzima de conversie a angiotensinei (ACE), enzima de conversie a angiotensinei-2 (ACE2), receptorul angiotensinei II de tip 1 (AT1R), receptorul angiotensinei II de tip 2 (AT2R) și receptorul angiotensină-(1–7)/Mas (MAS). Am folosit gena de referință ARN ribozomal 18S (R18S) ca control intern. Fiecare probă a fost rulată în duplicat. Primerii au fost proiectați folosind software-ul GeneTool (BioTools, Edmonton, AB, Canada) și sunt prezentați în Tabelul 1. Pentru a determina expresia relativă a genei, a fost utilizată metoda ciclului prag comparativ (Ct). Modificarea pliului pentru fiecare ARNm în raport cu controlul a fost calculată utilizând formula 2−∆∆Ct.

5. Analiza compoziției intestinului-microbiotei

După cum s-a descris anterior [3], ADN-ul bacterian din probele de scaun congelat a fost extras și analizat prin analiza metagenomică 16S rRNA la Biotools Co., Ltd. (Taipei, Taiwan) folosind o platformă Illumina Miseq (Illumina, San Diego, CA, SUA). Secvențele au fost procesate folosind QIIME versiunea 1.9.1. Secvențele cu o similaritate bazată pe distanță de 97 la sută sau mai mare au fost grupate în unități taxonomice operaționale (OTU) de către algoritmul USEARCH. Relațiile filogenetice au fost construite pe baza unei secvențe reprezentative de aliniere cu FastTree. Am comparat modele de - și - diversitate pentru comunitățile microbiene. Diversitatea alfa a fost măsurată prin indicele ACE. Am evaluat diversitatea microbiotei intestinale între grupuri utilizând Analiza asemănărilor (ANOSIM) și Analiza discriminantă a celor mai mici pătrate parțiale (PLS-DA). Mărimea efectului analizei discriminante liniară (LEfSe) a fost evaluată pentru a descoperi biomarkeri cu dimensiuni înalte.

6. Analiza parametrilor oxidului nitric

Am folosit sistemul HPLC Agilent 11{{10}}0 (Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, SUA) cu detectarea prin fluorescență a O-ftalaldehidei/acidului 3-mercaptopropionic (OPA/ 3-MPA) derivați pentru măsurarea parametrilor legați de NO din plasmă, așa cum a fost descris anterior [3]. Acești parametri au inclus L-Arginina și inhibitorul de NO sintetază dimetilarginina asimetrică și simetrică (ADMA și SDMA). Standardele au conținut 1–100 mM L-Arginină, 0,5–5 mM ADMA și 0,5–5 mM SDMA.

7. Activitate renală de eliberare a H2S

Activitatea de eliberare a H2S a rinichiului a fost măsurată folosind metoda albastrului de metilen așa cum a fost descrisă mai devreme [12]. Concentrația a fost calculată față de o curbă de calibrare a NaHS (3,125–250 pM) și reprezentată ca pM/gram proteină/min. Toate probele au fost efectuate în duplicat.

8. Colorare imunohistochimică pentru 8-OHdG

8-Hidroxideoxiguanozina (8-OHdG) este un produs de oxidare a ADN-ului care a fost determinat pentru a detecta daunele ADN-ului. Așa cum am descris anterior [14], țesutul înglobat în parafină secționat la 4 µm grosime a fost deparafinat în xilen și rehidratat într-o serie de etanol gradat în soluție salină tamponată cu fosfat. După blocarea cu imunoblot (BIOTnA Biotech., Kaohsiung, Taiwan), secțiunile au fost incubate timp de 2 ore la temperatura camerei cu un anticorp anti-8-OHdG (1:100, JaICA, Shizuoka, Japonia). Colorarea imunohistochimică a fost detectată utilizând kitul de etichetare polimer-peroxidază de hrean (HRP) (BIOTnA Biotech) și 330 -diaminobenzidină (DAB) ca cromogen. A fost utilizat un control negativ al colorării identice, omițând incubarea cu un anticorp primar. Analiza cantitativă a celulelor 8-OHdG-pozitive pe câmp microscopic în secțiunile renale a fost efectuată așa cum am descris anterior [14].

9. Analiza Statistică

Toate datele sunt prezentate ca medie ± eroarea standard a mediei. Analizele statistice au fost efectuate folosind ANOVA unidirecțional sau ANOVA bidirecțional, acolo unde este cazul. Testul post-hoc al lui Tukey a fost aplicat în cazul în care s-au făcut comparații multiple. BP a fost analizată prin ANOVA cu măsuri repetate în două sensuri și testul post-hoc al lui Tukey. Analizele bioinformatice ale microbiotei intestinale au fost efectuate folosind software-ul R. Pe baza profilului de abundență OTU normalizat, diversitatea microbiană a fost măsurată prin ANOVA unidirecțională urmată de corecția ratei de descoperire falsă (FDR) folosind indicele ACE. Disimilaritatea comunităților microbiene dintre grupuri a fost evaluată de PLS-DA folosind software-ul R. Agruparea mostrelor în analiza diversității a fost testată de ANOSIM folosind pachetul vegan din software-ul R. Taxonii bacterieni cheie responsabili de discriminarea între diferite grupuri au fost identificați folosind algoritmul de mărime a efectului de analiză discriminantă liniară (LEfSe). Pragul de scor al analizei discriminante liniară (LDA) > 3 și p < 0.05 a indicat comunități microbiene semnificativ îmbogățite. Nivelul de semnificație a fost stabilit la un nivel de 5%. Analizele statistice au fost efectuate folosind software-ul SPSS (SPSS Inc., Chicago, IL, SUA).

Pudra de Cistanche

Discuţie

Studiul nostru oferă noi perspective asupra efectelor benefice ale terapiei materne cu L- sau D-cisteină pentru a proteja împotriva hipertensiunii descendenților induse de CKD maternă, cu accent specific pe căile de semnalizare H2S și metaboliții triptofan derivați din microbii intestinali Principalele noastre constatări sunt descrise după cum urmează: (1) ) hipertensiunea indusă de CKD maternă a fost prevenită în mod similar prin suplimentarea cu L- sau D-cisteină în timpul gestației; (2) Terapia cu L-cisteină a protejat descendenții adulți împotriva hipertensiunii arteriale și a fost legată de o creștere a nivelurilor plasmatice de HS și tiosulfat; (3) în comparație cu CKD, tratamentul cu D-cisteină a crescut metaboliții triptofanului în calea chinureninei, dar i-a scăzut pe cei din calea serotoninei (4) efectul protector atât al L- și D-cisteinei a fost asociat cu reducerea stresului oxidativ renal, reprezentată ca 8-colorare OHdG; (5) tratamentele cu CKD maternă și cu L- și D-cisteină au modelat profilurile microbiotei intestinale ale descendenților, rezultând patru enterotipuri distincte; (6) efectele benefice ale D-cisteinei au fost relevante pentru creșterea abundenței genurilor Bacteroides și Odoribacter; (7) efectul benefic al L-cisteinei a fost asociat cu restabilirea nivelurilor de L-Arginina și a raportului L-Arginina-ADMA în plasmă; și (8) atât terapia cu L- și D-cisteină a protejat descendenții cu hipertensiune programată de CKD maternă care coincide cu reechilibrarea RAS.

În sprijinul studiului nostru anterior în SHR [14], suplimentarea cu L- și D-cisteină a evidențiat efecte similare de scădere a TA la descendenții adulți născuți din mame cu CKD. De remarcat, suplimentarea cu L- sau D-cisteină a fost administrată șobolanilor mame în timpul sarcinii, prin urmare reducerea TA la descendenții adulți s-a datorat reprogramării, în loc de un efect acut. Studiul nostru oferă dovezi suplimentare că suplimentarea timpurie cu aminoacizi specifici ar putea inversa procesele de programare și ar oferi beneficii în ceea ce privește hipertensiunea [21].

Reducerea TA observată în acest studiu este în concordanță cu descoperirile anterioare care demonstrează proprietățile vasorelaxante ale H2S [10,11,22]. H2S poate fi produs endogen folosind substratul L- sau D-cisteină [10,11,22]. Din datele noastre, tratamentul cu L-cisteină a crescut expresia CBS și CSE a enzimei generatoare de H2S renale, activitatea renală de eliberare a H2S, precum și nivelurile plasmatice de H2S și tiosulfat. D-cisteina a restabilit reducerea indusă de CKD a nivelurilor de tiosulfat plasmatic, în timp ce a avut un efect redus asupra enzimelor renale generatoare de H2S. În contradicție cu un studiu anterior care raporta că calea renală a D-cisteinei este de 80-ori mai mare la activitatea producătoare de H2S decât calea L-cisteinei [23], rezultatele noastre au arătat că ambele implică o reglare diferențială a generatoare de H2S. dar efectele lor benefice sunt comparabile.

Beneficiile L- și D-cisteinei pot implica capacitatea lor de a modula microbiomul intestinal, inclusiv creșterea abundenței anumitor microbi benefici și medierea bacteriilor care metabolizează triptofanul. O diversitate mai mare s-a dovedit mai benefică pentru hipertensiune arterială [19]; cu toate acestea, am observat că -diversitatea nu diferă între cele patru grupuri. Deși un raport F/B crescut observat în grupul CKD este în concordanță cu constatările anterioare care arată că acest raport ar putea servi ca un marker microbian asociat cu hipertensiunea [19], datele noastre au arătat, de asemenea, un raport crescut în grupul LC fără hipertensiune arterială.

Datele din această lucrare au arătat că suplimentarea cu L- sau D-cisteină a sporit abundența mai multor bacterii benefice precum Butyricicoccus, Bacteroides și Odoribacter spp. [24,25]. Acest rezultat nu a fost surprinzător, având în vedere un studiu anterior care arăta că abundența genului Odoribacter care produce butirat a fost invers corelată cu BP [26]. Efectele benefice ale L- sau D-cisteinei asupra reprogramării hipertensiunii arteriale, cel puțin parțial, sunt asociate cu îmbunătățirea microbilor benefici.

Datele noastre au demonstrat că tratamentul cu CKD matern și cu cisteină au efecte diferențiate asupra metaboliților de triptofan ai descendenților derivați din căile indolului și serotoninei. În special, datele noastre au arătat că CKD maternă a provocat o reducere a nivelurilor plasmatice de IS, IAM și IAA, toate acestea fiind derivați de indol. Atât IS, cât și IAA sunt toxine uremice bine cunoscute derivate din triptofan, care se pot lega de receptorul de hidrocarburi aril (AHR) a cărui activare este legată de un risc crescut de hipertensiune arterială [27]. Activarea semnalizării AHR poate declanșa stres oxidativ și inflamație [6,7,28-30], prin care toxinele uremice derivate din triptofan sunt strâns asociate cu dezvoltarea bolilor cardiovasculare. S-a demonstrat că expunerea la liganzii AHR îmbunătățește expresia enzimelor generatoare de ROS, crește producția de ROS, declanșează axele T helper proinflamatorii 17 și induce producția de citokine proinflamatorii [29,30]. Prin urmare, sunt necesare studii suplimentare pentru a clarifica dacă interacțiunea dintre toxinele uremice derivate din triptofan și AHR joacă un rol în patogeneza hipertensiunii programate prin inducerea stresului oxidativ și a inflamației. Scăderile IS, IAM și IAA observate la descendenții născuți din femele CKD au coincis cu hipertensiunea arterială, sugerând că scăderea metaboliților indolului ar putea fi un mecanism de compensare, dar nu o cauză a hipertensiunii induse de CKD.

Mai multe tipuri de bacterii intestinale au fost implicate în metabolismul triptofanului [31–33], cum ar fi Alistipes, Akkermansia și Bacteroides. Am descoperit că genurile producătoare de indol Alistipes și Akkermansia au fost relativ epuizate ca răspuns la tratamentul cu L-cisteină. Deoarece L-cisteina a redus Alistipes și Akkermansia la nivel de gen, scăderea metaboliților triptofanului, IAM și IAA s-a datorat probabil scăderii abundenței microbilor intestinali care produc indol. Având în vedere că H2S poate regla activitatea triptofanazei microbiene pentru a afecta degradarea triptofanului în indol [11,16], rezultatele noastre demonstrează fezabilitatea modificării producției de metaboliți indolului prin manipularea microbiotei intestinale prin tratamentul cu L-cisteină. În plus, am observat că atât L- și D-cisteină au redus în mod similar nivelurile plasmatice de serotonina. Un studiu anterior a raportat că microbiota alimentată de formule ar putea schimba calea metabolică a triptofanului de la serotonină la triptamină, care a coincis cu creșterea genului Butrycimonas, dar a scăzut Holdemania și Akkermansia [34]. Prin urmare, sunt necesare studii suplimentare pentru a elucida modul în care H2S mediază anumiți microbi care metabolizează triptofanul pentru a direcționa diferite căi metabolice ale triptofanului.

Cistanche capsule

Cercetările anterioare au arătat că efectele benefice ale H2S asupra hipertensiunii s-ar putea datora unei restabiliri a unui nou echilibru între vasoconstrictori (de exemplu, RAS) și vasodilatatoare (de exemplu, NO) [12,13]. Datele noastre din această lucrare au demonstrat că L-cisteina nu numai că a îmbunătățit biodisponibilitatea NO, ci și a crescut AT2R și MAS. Se știe că AT2R și MAS fac parte din brațul protector al RAS, care poate contrabalansa efectele nocive mediate de angiotensina II (Ang II) [35]. Pe de altă parte, D-cisteina a redus expresia ARNm renală a reninei, PRR și AT1R. Având în vedere că axa renină/PRR și axa Ang II/AT1R promovează ambele hipertensiunea arterială, este posibil ca D-cisteina să influențeze RAS spre beneficiul său de scădere a TA.

Un alt mecanism de protecție al terapiei cu L- și D-cisteină asupra hipertensiunii programate în acest model poate fi asociat cu reducerea stresului oxidativ. Am observat că atât terapia cu L- și D-cisteină a îmbunătățit stresul oxidativ indus de CKD în rinichii descendenților, reprezentat ca colorare 8-OHdG. Datele noastre sunt în concordanță cu cercetările anterioare care demonstrează că stresul oxidativ este implicat în patogeneza hipertensiunii programate în timpul dezvoltării rinichilor [8].

Unele limitări ale acestui studiu trebuie recunoscute. În primul rând, ne-am concentrat în principal pe rinichi. Prin urmare, se știa foarte puțin despre rolul pe care îl joacă alte organe controlate de BP în efectul benefic al L- sau D-cisteinei împotriva hipertensiunii induse de CKD maternă. În al doilea rând, nu am examinat modificările microbiotei în diferite stadii de dezvoltare. Modificările microbiene intestinale la descendența adulților pot reflecta plasticitatea postnatală în loc de un proces primar programat de răspuns la CKD maternă și suplimentarea cu cisteină. Mai mult, din cunoștințele noastre, nu au fost raportate studii pentru determinarea simultană a tuturor metaboliților triptofanului. Deși metoda dezvoltată de noi poate cuantifica 13 metaboliți care aparțin la trei căi metabolice diferite ale triptofanului, există totuși câțiva metaboliți importanți, cum ar fi acidul chinolinic și melatonina, care sunt excluși. Sunt necesare studii suplimentare pentru a îmbunătăți metoda de monitorizare a majorității metaboliților triptofanului și modul în care metabolismul triptofanului variază între cele trei căi metabolice, ceea ce ar putea oferi o perspectivă asupra CKD și a bolilor asociate. În cele din urmă, având în vedere metabolismul complex al triptofanului în diafonia microbiotă-gazdă, determinarea care metaboliți ai triptofanului promovează în principal efectul benefic al tratamentului matern cu L- și D-cisteină merită investigații suplimentare.

Concluzii

În concluzie, rezultatele studiului de față indică faptul că suplimentarea alimentară cu L- sau D-cisteină protejează descendenții adulți împotriva hipertensiunii arteriale induse de CKD maternă. Aceste efecte benefice ale suplimentării cu cisteină au fost asociate cu creșterea producției de H2S, îmbogățirea microbilor benefici, modificări ale bacteriilor care metabolizează triptofanul și ale metaboliților triptofanului, reducerea stresului oxidativ, restabilirea biodisponibilității NO și reechilibrarea RAS. Metaboliții triptofanului pot acționa ca mediatori ai comunicării intestin-rinichi și există o nevoie urgentă de studii privind reglarea metabolismului triptofanului prin modificarea microbiotei intestinale în CKD. Trecerea către o mai bună înțelegere a mecanismelor din spatele H2S și metabolismul triptofanului implicate în programarea hipertensiunii arteriale este esențială pentru dezvoltarea unei intervenții de reprogramare ideală pentru a opri epidemia globală de hipertensiune arterială.

Referințe

1. Hanson, M.; Gluckman, P. Originile de dezvoltare ale bolilor netransmisibile: Implicațiile populației și sănătății publice. A.m. J. Clin. Nutr. 2011, 94, 1754S–1758S. [CrossRef] [PubMed]

2. Piccoli, GB; Alrukhaimi, M.; Liu, ZH; Zakharova, E.; Levin, A.; Comitetul Director al Zilei Mondiale a Rinichiului. Ce facem și nu știm despre femei și boli de rinichi; Întrebări fără răspuns și răspunsuri fără întrebări: Reflecție asupra Zilei Mondiale a Rinichiului și a Zilei Internaționale a Femeii. Physiol. Int. 2018, 105, 1–18. [CrossRef]

3. Hsu, CN; Yang, HW; Hou, CY; Chang-Chien, medic generalist; Lin, S.; Tain, YL Boala renală cronică indusă de adenină maternă programează hipertensiunea la descendenții de șobolani masculi adulți: Implicațiile oxidului nitric și metaboliților derivați din microbiom intestinal. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 7237. [CrossRef]

4. Badawy, A. Metabolismul, dispunerea și utilizarea triptofanului în sarcină. Biosci. Rep. 2015, 35, e00261. [CrossRef] [PubMed]

5. Agus, A.; Planchais, J.; Sokol, H. Reglarea microbiotei intestinale a metabolismului triptofanului în sănătate și boală. Cell Host Microbe 2018, 23, 716–724. [CrossRef]

6. Sallée, M.; Dou, L.; Cerini, C.; Poitevin, S.; Brunet, P.; Burtey, S. Efectul de activare a receptorului de hidrocarburi aril al toxinelor uremice din metabolismul triptofanului: un nou concept pentru a înțelege complicațiile cardiovasculare ale bolii cronice de rinichi. Toxinele 2014, 6, 934–949. [CrossRef]

7. Brito, JS; Borges, NA; Esgalhado, M.; Magliano, DC; Soulage, CO; Mafra, D. Activarea receptorului de hidrocarburi arii în boala cronică de rinichi: Rolul toxinelor uremice. Nephron 2017, 137, 1–7. [CrossRef] [PubMed]

8. Hsu, CN; Tain, YL Originile dezvoltării bolii de rinichi: de ce contează stresul oxidativ? Antioxidanți 2021, 10, 33. [CrossRef] [PubMed]

9. Hsu, CN; Tain, YL Programarea dezvoltării și reprogramarea hipertensiunii arteriale și a bolilor renale: impactul metabolismului triptofanului. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 8705. [CrossRef] [PubMed]

10. Kimura, H. Rolul fiziologic al hidrogenului sulfurat și nu numai. Oxid nitric 2014, 41, 4–10. [CrossRef] [PubMed]

11. Hsu, CN; Tain, YL Prevenirea originilor de dezvoltare ale bolilor cardiovasculare: hidrogenul sulfurat ca o țintă potențială? Antioxidanți 2021, 10, 247. [CrossRef] [PubMed]

12. Wilcox, CS Stresul oxidativ și deficitul de oxid nitric în rinichi: o legătură critică cu hipertensiunea arterială? A.m. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2005, 289, R913–R935. [CrossRef] [PubMed]

13. Hsu, CN; Tain, gazotransmițători YL pentru prevenirea terapeutică a hipertensiunii arteriale și a bolilor renale. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 7808. [CrossRef]

14. Hsu, CN; Lin, YJ; Lu, PC; Tain, YL Suplimentarea timpurie cu D-cisteină sau L-cisteină previne hipertensiunea arterială și afectarea rinichilor la șobolanii hipertensivi spontan expuși la un aport ridicat de sare. Mol. Nutr. Alimentare Res. 2018, 62, 2. [CrossRef] [PubMed]

15. Aldini, G.; Altomare, A.; Baron, G.; Vistoli, G.; Carini, M.; Borsani, L.; Sergio, F. N-acetilcisteină ca agent de rupere antioxidant și disulfură: motivele pentru care. Radic liber Res. 2018, 52, 751–762. [CrossRef]

16. Lobel, L.; Cao, YG; Fenn, K.; Glickman, JN; Dieta Garrett, WS modifică posttranslațional proteomul microbian intestinal de șoarece pentru a modula funcția renală. Science 2020, 369, 1518–1524. [CrossRef] [PubMed]

17. Reckelhoff, JF Diferențele de gen în reglarea tensiunii arteriale. Hipertensiune arterială 2001, 37, 1199–1208. [CrossRef] [PubMed]

18. Hsu, CN; Hou, CY; Chang-Chien, medic generalist; Lin, S.; Suplimentarea cu ulei de usturoi matern Tain, YL previne hipertensiunea indusă de dieta bogată în grăsimi la puii de șobolani adulți: implicații ale căii de generare a H2S în intestin și rinichi. Mol. Nutr. Alimentare Res. 2021, 65, e2001116. [CrossRef] [PubMed]

19. Olson, KR; Deleon, ER; Gao, Y.; Hurley, K.; Sadauskas, V.; Batz, C.; Stoy, GF Tiosulfat: O sursă ușor accesibilă de hidrogen sulfurat în detectarea oxigenului. A.m. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2013, 305, R592–R603. [CrossRef] [PubMed]

20. Yang, T.; Santisteban, MM; Rodriguez, V.; Minciună.; Ahmari, N.; Carvajal, JM; Zadeh, M.; Gong, M.; Qi, Y.; Zubcevic, J.; et al. Disbioza intestinală este legată de hipertensiune arterială. Hipertensiune arterială 2015, 65, 1331–1340. [CrossRef]

21. Hsu, CN; Tain, YL Aminoacizi și originile de dezvoltare ale hipertensiunii arteriale. Nutrienți 2020, 12, 1763. [CrossRef]

22. Wen, YD; Wang, H.; Zhu, YZ Dezvoltarea de droguri de hidrogen sulfurat asupra bolilor cardiovasculare. Oxid. Med. Celulă. Longev. 2018, 2018. [CrossRef] [PubMed]

23. Shibuya, N.; Kimura, H. Producția de hidrogen sulfurat din d-cisteină și potențialul său terapeutic. Față. Endocrinol. 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. Producătorii de butirat ca potențiali probiotice de generație următoare: evaluarea siguranței administrării Butyricicoccus pullicaecorum la voluntari sănătoși. mSystems 2018, 3, e00094-18. [CrossRef] [PubMed]

25. Zafar, H.; Saier, MH, Jr. Speciile Gut Bacteroides în sănătate și boală. Gut Microbes 2021, 13, 1848158. [CrossRef] [PubMed]

26. Gomez-Arango, LF; Barrett, HL; McIntyre, HD; Callaway, LK; Morrison, M.; Dekker Nitert, M.; PRIMAVARA Trial Group. Creșterea tensiunii arteriale sistolice și diastolice este asociată cu modificarea compoziției microbiotei intestinale și producția de butirat la începutul sarcinii. Hipertensiune arterială 2016, 68, 974–981. [CrossRef]

27. Liu, JR; Miao, H.; Deng, DQ; Vaziri, ND; Li, P.; Zhao, YY Metabolismul triptofanului derivat din microbiota intestinală mediază fibroza renală prin activarea semnalizării receptorului de hidrocarburi arii. Celulă. Mol. Life Sci. 2021, 78, 909–922. [CrossRef]

28. Zhang, N. Rolul semnalizării receptorului de hidrocarburi aril endogen în fiziologia cardiovasculară. J. Cardiovasc. Dis. Res. 2011, 2, 91–95. [CrossRef]

29. Dalton, TP; Puga, A.; Shertzer, HG Inducerea stresului oxidativ celular prin activarea receptorului de hidrocarburi arii. Chim. Biol. Interacționa. 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. Comensalul intestinal sensibil la sare modulează axa TH17 și boala. Natura 2017, 551, 585–589. [CrossRef] [PubMed]

31. Parker, BJ; Wearsch, PA; Veloo, ACM; Rodriguez-Palacios, A. Genul Alistipes: bacterii intestinale cu implicații emergente asupra inflamației, cancerului și sănătății mintale. Față. Imunol. 2020, 11, 906. [CrossRef] [PubMed]

32. Yacoub, R.; Wyatt, CM Manipulează microbiomul intestinal pentru a reduce toxinele uremice. Rinichi Int. 2017, 91, 521–523. [CrossRef] [PubMed]

33. Liang, H.; Dai, Z.; Kou, J.; Soare, K.; Chen, J.; Yang, Y.; Wu, G.; Wu, Z. Suplimentarea dietetică cu l-triptofan îmbunătățește funcția de barieră a mucoasei intestinale la purceii înțărcați: Implicația microbiotei de metabolizare a triptofanului. Int. J. Mol. Sci. 20, 20, 2019. [CrossRef] [PubMed]

34. Saraf, MK; Piccolo, BD; Bowlin, Alaska; Mercer, KE; LeRoith, T.; Chintapalli, SV; Shankar, K.; Bursucul, TM; Yeruva, L. Microbiota determinată de dietă cu formulă schimbă metabolismul triptofanului de la serotonină la triptamina în colonul porcin neonatal. Microbiome 2017, 5, 77. [CrossRef] [PubMed]

35. Forrester, SJ; Booz, GW; Sigmund, CD; Coffman, TM; Kawai, T.; Rizzo, V.; Scalia, R.; Eguchi, S. Transducția semnalului angiotensinei II: o actualizare asupra mecanismelor de fiziologie și fiziopatologie. 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 și You-Lin Tain 7,8,

1 Departamentul de Farmacie, Spitalul Memorial Kaohsiung Chang Gung, Kaohsiung 833, Taiwan; cnhsu@cgmh.org.tw

2 Școala de Farmacie, Universitatea Medicală Kaohsiung, Kaohsiung 807, Taiwan

3 Departamentul de Știință a Fructelor de Mare, Universitatea Națională de Știință și Tehnologie Kaohsiung, Kaohsiung 811, Taiwan; chihyaohou@webmail.nkmu.edu.tw

4 Centrul pentru cercetarea toxinelor de mediu și a contaminanților emergenti, Universitatea Cheng Shiu, Kaohsiung 833, Taiwan; guoping@csu.edu.tw (G.-PC-C.); linsufan2003@csu.edu.tw (SL)

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

6 Institutul de toxină de mediu și contaminanți emergenti, Universitatea Cheng Shiu, Kaohsiung 833, Taiwan

7 Departamentul de Pediatrie, Spitalul Memorial Kaohsiung Chang Gung și Colegiul de Medicină al Universității Chang Gung, Kaohsiung 833, Taiwan

8 Institutul de Cercetare Translațională în Biomedicină, Spitalul Memorial Kaohsiung Chang Gung și Colegiul de Medicină al Universității Chang Gung, Kaohsiung 833, Taiwan