Suplemen Pemakanan Dengan Cysteine ​​Semasa Mengandung Menyelamatkan Hipertensi Akibat Penyakit Ginjal Kronik Ibu pada Anak Tikus Lelaki: Kesan Hidrogen Sulfida Dan Metabolit Tryptophan yang Diperolehi oleh Mikrobiota

Abstrak

Penyakit buah pinggang kronik ibu (CKD) dikaitkan dengan hipertensi keturunan. Mikrobiom usus dan metabolit triptofannya, nitrik oksida (NO), dan sistem renin-angiotensin (RAS) berkait rapat dengan perkembangan hipertensi. Hidrogen sulfida (H2S) telah menunjukkan kesan anti-hipertensi. Objektif kami adalah untuk menguji sama ada suplemen L- atau D-cysteine ​​​​dalam kehamilan boleh mencegah hipertensi yang diprogramkan oleh CKD ibu dalam anak dewasa dan untuk meneroka mekanisme perlindungan. CKD telah diinduksi pada tikus Sprague Dawley yang hamil dengan 0.5 peratus diet adenine selama 3 minggu. L- atau D-cysteine ​​telah ditambah pada 8 mmol/kg berat badan/hari semasa kehamilan. Anak lelaki dikorbankan pada umur 12 minggu (n=8 setiap kumpulan). Hipertensi yang disebabkan oleh CKD ibu juga dicegah oleh suplemen L- atau D-cysteine. Kesan perlindungan L- dan D-cysteine ​​berkaitan dengan mengurangkan tekanan oksidatif, mengimbangi semula RAS, dan membentuk semula mikrobiom usus. Terapi L-cysteine ​​melindungi anak dewasa daripada hipertensi dan dikaitkan dengan peningkatan pengeluaran H2S, pemulihan bioavailabiliti NO, peningkatan genera bermanfaat Oscillibacter dan Butyricicoccus, pengurangan genera penghasil indole Alistipes dan Akkermansia, dan pengurangan beberapa metabolit indole. Rawatan D-cysteine ​​​​meningkatkan asid kynurenic, 3-hydroxykynurenine, dan xanthurenic acid dalam laluan kynurenine, mengurangkan 5-hydroxytryptophan dan serotonin dalam laluan serotonin, dan memperkayakan genera Bacteroides dan Odoribacter. Ringkasnya, keputusan ini menunjukkan bahawa L- dan D-cysteine ​​melindungi daripada hipertensi keturunan yang disebabkan oleh CKD ibu, mungkin dengan meningkatkan pengeluaran H2S, memodulasi mikrobiota usus dan metabolit yang diperolehi, dan pemulihan NO dan RAS.

Kata kunci

penyakit buah pinggang yang kronik; sistein; hipertensi; asal-usul perkembangan kesihatan dan penyakit (DOHaD); sistem renin-angiotensin; mikrobiota usus; hidrogen sulfida; indol.

Klik di sini untuk mengetahui apakah kesan Cistanche

pengenalan

Badan data yang semakin meningkat menyerlahkan kehamilan dan penyusuan sebagai tempoh kritikal di mana penghinaan ibu boleh membentuk kesihatan dan penyakit dalam zuriat yang terhasil, kini dirujuk sebagai Asal-usul Perkembangan Kesihatan dan Penyakit (DOHaD) [1]. Wanita dengan penyakit buah pinggang kronik (CKD) berisiko bukan sahaja untuk kehamilan yang berkaitan tetapi juga untuk anak-anak hasil yang buruk [2]. Penyelidikan terdahulu kami melaporkan bahawa CKD yang disebabkan oleh adenine ibu mendorong peningkatan tekanan darah (BP) pada anak dewasa, yang bertepatan dengan perubahan dalam komposisi mikrobiota usus, perubahan dalam metabolit yang diperolehi, dan peningkatan toksin uremik [3].

Semasa kehamilan, asid amino penting triptofan adalah penting untuk perkembangan janin dan sintesis protein plasenta [4]. Metabolisme triptofan melalui tiga laluan utama dalam usus, membawa kepada kynurenine, serotonin, dan derivatif indole [5]. Pembentukan indol berlaku melalui tindakan enzim tryptophanase [6]. Metabolit indol tryptophan (iaitu, indoxyl sulfate dan asid indoleacetic) adalah kumpulan utama toksin uremik yang berasal dari mikrobiota usus, yang memainkan peranan penting dalam patogenesis CKD [6]. Toksin uremik yang berasal dari triptofan boleh mengaktifkan reseptor aril hidrokarbon (AHR) untuk mendorong tekanan oksidatif melalui pengaktifan NADPH oksidase dan perencatan mekanisme pertahanan antioksidan [6,7]. Adalah diketahui bahawa tekanan oksidatif memainkan peranan penting dalam patogenesis CKD dan hipertensi dalam asal-usul perkembangan [8]. Memandangkan kerumitan laluan metabolik tryptophan, sifat pelbagai metabolit yang diperolehi tryptophan dikaitkan dengan patofisiologi beberapa penyakit [5,6,9]. Walau bagaimanapun, sedikit maklumat wujud sama ada metabolit yang berasal dari triptofan bermanfaat atau berbahaya kepada hipertensi yang disebabkan oleh CKD ibu pada anak dewasa.

Penyelidikan terkini mencadangkan bahawa hidrogen sulfida (H2S) mungkin mempunyai beberapa manfaat kesihatan sebagai strategi pengaturcaraan semula, termasuk kesan anti-hipertensi [10,11]. Beberapa mekanisme telah dilaporkan mendasari kesan penurunan BP [12,13], termasuk meningkatkan bioavailabiliti nitrik oksida (NO), memodulasi sistem renin-angiotensin (RAS), dan mengurangkan tekanan oksidatif. Kami sebelum ini menunjukkan bahawa tikus hipertensi spontan (SHR) yang dirawat dengan garam tinggi ditambah dengan L- atau D-cysteine, prekursor H2S, antara umur 4 dan 6 minggu tidak mengalami hipertensi pada usia 12 minggu [14]. Sebagai tambahan kepada penjanaan H2S, L-cysteine ​​bertindak sebagai prekursor glutation terkurang (GSH); GSH adalah antioksidan yang terkenal [15]. Sehubungan itu, L- atau D-cysteine ​​mempunyai sifat antioksidan sebagai pengimbang kepada tekanan oksidatif. Oleh kerana H2S mempunyai sifat vasodilator dan H2S boleh mengawal aktiviti tryptophanase mikrob [10,16], kami berhasrat untuk memeriksa sama ada suplemen L- atau D-cysteine ​​​​ibu mampu memberi perlindungan untuk anak tikus terhadap hipertensi yang disebabkan oleh CKD ibu dan menjelaskan mekanisme asas dengan tumpuan. pada mikrobiota usus dan metabolit yang berasal dari triptofan.

Bahan dan Kaedah

1. Penjagaan Haiwan dan Reka Bentuk Eksperimen

Tikus Virgin Sprague Dawley (SD) telah digunakan pada permulaan kajian (berumur 8 minggu, dibeli daripada BioLASCO Taiwan Co., Ltd., Taipei, Taiwan). Semasa ketibaan, tikus telah ditempatkan di kemudahan haiwan akreditasi penuh AAALAC kami. Prosedur yang digunakan dalam kajian ini dijalankan mengikut peraturan Penjagaan dan Penggunaan Haiwan Makmal Institut Kesihatan Kebangsaan dan IACUC Hospital Memorial Chang Gung (Permit # 2020073102).

suplemen cistanche

Untuk mendorong model CKD, tikus SD betina menerima chow biasa (n {{0}}) atau chow ditambah dengan 0.5 peratus adenine selama 3 minggu dalam kerja kami sebelum ini [3]. Tikus betina dikurung bersama tikus jantan sehingga mengawan. Selepas pengesahan mengawan dengan kehadiran palam persetubuhan, empangan ditempatkan secara individu dan secara rawak ditugaskan kepada empat kumpulan: kawalan, CKD (tikus yang dirawat dengan adenine), LC (tikus yang dirawat adenin menerima L-cysteine ​​ditambah pada 8 mmol/kg berat badan/hari semasa mengandung), dan DC (tikus yang dirawat adenine menerima D-cysteine ​​ditambah pada 8 mmol/kg berat badan/hari semasa kehamilan). Dos L-cysteine ​​​​dan D-cysteine ​​​​yang digunakan di sini adalah berdasarkan kajian terdahulu kami yang dijalankan pada tikus [14]. Penyeragaman saiz sampah telah dijalankan dan sampah telah dimusnahkan kepada lapan anak. Oleh kerana lelaki didapati mempunyai hipertensi pada usia yang lebih muda daripada perempuan [17], hanya keturunan lelaki dipilih daripada setiap sampah untuk digunakan dalam eksperimen seterusnya. Keturunan lelaki telah ditugaskan kepada empat kumpulan eksperimen (n=8 setiap kumpulan): C, CKD, LC dan DC. Anak-anak anjing telah disapih pada 3 minggu kepada ayam biasa.

Tikus telah disesuaikan dengan sistem tekanan darah bukan invasif CODA (kaedah tail-cuff, Kent Scientific Corporation, Torrington, CT, Amerika Syarikat) untuk 20 kitaran setiap tikus selama satu minggu sebelum eksperimen, untuk memastikan ketepatan dan kebolehulangan. Menurut protokol kami [3], BP diukur dalam tikus sedar setiap empat minggu. Seramai 32 ekor telah dikorbankan pada umur 12 minggu. Sampel najis dikumpul pada waktu pagi sebelum dikorbankan dengan mengangkat ekor dan memusingkannya ke arah belakang untuk membuang air besar. Sampel najis kemudiannya disimpan pada suhu −80 ◦C di dalam peti sejuk sehingga pengekstrakan. Sampel darah dikumpulkan dalam tiub heparin. Buah pinggang telah dituai dan disimpan pada suhu -80 ◦C sehingga analisis. Buah pinggang dituai selepas perfusi dengan garam penampan fosfat. Satu buah pinggang telah dikeluarkan dan dibahagikan kepada korteks dan medula dan snap beku; buah pinggang yang satu lagi telah diperbaiki dan dikeluarkan untuk imunohistokimia.

2. Kromatografi Cecair Berprestasi Tinggi–Spektrometri Jisim (HPLC-MS/MS)

Kami menggunakan sistem kromatografi cecair (HPLC) berprestasi tinggi Agilent Technologies 1290 ditambah dengan spektrometri jisim tandem kromatografi cecair Agilent 6470 Triple Quadrupole (LC/MS, Wilmington, DE, USA) untuk menentukan tahap plasma H2S dan tiosulfat seperti yang diterangkan sebelum ini [18]. Terbitan H2S sulfida divine (SDB) dan derivatif tiosulfat pentafluorobenzyl (PFB)-S2O3H telah ditentukan. Pengesanan sebatian sasaran telah dijalankan dalam mod pemantauan tindak balas terpilih menggunakan peralihan m/z 415→223, m/z 292.99→81, dan m/z 212.99→93, masing-masing untuk SDB, PFB-S2O3H, dan PHB. Kami menggunakan fenil 4-hidroksibenzoat (PHB) sebagai standard dalaman.

3. Kromatografi Cecair Tandem–Spektrometri Jisim (LC-MS/MS)

Tahap plasma tryptophan dan metabolitnya dianalisis oleh LC-MS/MS. Sebanyak 13 metabolit triptofan telah ditentukan, termasuk asid kynurenic, asid xanthurenic, 3-hydroxykynurenine (3-HKN), 3-hydroxy anthranilic acid (3-HAA), {{ 6}}hydroxytryptophan (5-HTP), serotonin, asid asetik indole hidroksi (5-HIAA), N-acetylserotonin (N-AS), indoxyl sulfate (IS), indole-3-acetamide (IAM), asid indoleacetic (ILA), indole-3-carboxaldehyde (ICA) dan asid indoleacetic (IAA). Sampel plasma (200 µL) telah ditambah ke dalam tiub empar 1.5 mL yang mengandungi 400 µL larutan campuran standard dalaman, 200 µL asetonitril, dan 400 µL metanol. Tiub diletakkan di atas emparan selama 15 minit pada 14,000 rpm pada 4 ◦C. Supernatan diambil dan dipekatkan kepada 100 µL dengan sentrifugasi. Kemudian, 100 µL larutan akueus ammonium asetat 5 mM dan metanol (9:1, v/v) ditambah dan dicampur dengan baik. Sampel kemudian disuntik ke dalam LC-MS/MS pada 2 µL. Pengasingan dilakukan pada kromatografi menggunakan sistem HPLC Agilent 1200 Infinity II yang dilengkapi dengan lajur Water Acquity UPLC HSS T3 (2.1 mm × 100 mm; 1.8 um; Agilent Technologies). Komponen telah dicairkan oleh kecerunan pelarut A (larutan berair ammonium asetat 5 mM) dan pelarut B (asetonitril). Sistem HPLC Agilent 1200 Infinity II digandingkan dengan Agilent 6470A Triple Quadrupole LC/MS (Agilent Technologies). eluat dipantau untuk metabolit tryptophan dalam mod pengesanan pemantauan tindak balas berbilang (MRM) dengan prekursor ciri dan ion produk.

Ekstrak cistanche

4. RT-PCR Kuantitatif

Tisu korteks buah pinggang tikus dihomogenkan dalam penimbal lisis dan jumlah RNA diekstrak menggunakan kaedah TRIZOL (Invitrogen, Carlsbad, CA, Amerika Syarikat), seperti yang diterangkan sebelum ini [3]. PCR masa nyata kuantitatif dua langkah telah dilakukan menggunakan Kit PCR Hijau SYBR QuantiTect (Qiagen, Valencia, CA, Amerika Syarikat) pada Sistem Pengesanan PCR Masa Nyata iCycler iQ (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) dalam pendua. Sebanyak empat gen yang terlibat dalam pengeluaran H2S telah ditentukan, termasuk cystathionine-synthase (CBS), cystathionine-lyase (CSE), 3-mercapto pyruvate sulphurtransferase (3MST), dan D-amino acid oxidase (DAO). Kami juga mengukur beberapa gen sistem renin–angiotensin (RAS), termasuk renin, (pro)renin receptor (PRR), angiotensin-converting enzyme (ACE), angiotensin converting enzyme-2 (ACE2), angiotensin II type 1 receptor (AT1R), reseptor angiotensin II jenis 2 (AT2R), dan reseptor angiotensin-(1–7)/Mas (MAS). Kami menggunakan gen rujukan RNA ribosom 18S (R18S) sebagai kawalan dalaman. Setiap sampel dijalankan dalam pendua. Primer telah direka menggunakan Perisian GeneTool (BioTools, Edmonton, AB, Kanada) dan ditunjukkan dalam Jadual 1. Untuk menentukan ekspresi gen relatif, kaedah kitaran ambang perbandingan (Ct) telah digunakan. Perubahan lipatan untuk setiap mRNA berbanding dengan kawalan dikira menggunakan formula 2−∆∆Ct .

5. Analisis Komposisi Gut-Microbiota

Seperti yang diterangkan sebelum ini [3], DNA bakteria daripada spesimen najis beku telah diekstrak dan dianalisis oleh analisis metagenomik 16S rRNA di Biotools Co., Ltd. (Taipei, Taiwan) menggunakan platform Illumina Miseq (Illumina, San Diego, CA, Amerika Syarikat). Jujukan telah diproses menggunakan QIIME versi 1.9.1. Jujukan dengan persamaan berasaskan jarak 97 peratus atau lebih besar telah dikelompokkan ke dalam unit taksonomi operasi (OTU) oleh algoritma USEARCH. Hubungan filogenetik telah dibina berdasarkan penjajaran jujukan perwakilan dengan FastTree. Kami membandingkan corak - dan -kepelbagaian untuk komuniti mikrob. Kepelbagaian alfa diukur dengan indeks ACE. Kami menilai -kepelbagaian mikrobiota usus merentas kumpulan menggunakan Analisis persamaan (ANOSIM) dan Analisis Diskriminasi Kuasa Dua Separa Terkecil (PLS-DA). Saiz kesan analisis diskriminasi linear (LEfSe) dinilai untuk menemui penanda bio dimensi tinggi.

6. Analisis Parameter Nitrik Oksida

Kami menggunakan Sistem HPLC HP Agilent 11{{10}}0 (Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA) dengan pengesanan pendarfluor O-phthalaldehyde/3-asid mercaptopropionic (OPA/ 3-MPA) derivatif untuk mengukur parameter berkaitan NO dalam plasma seperti yang diterangkan sebelum ini [3]. Parameter ini termasuk L-Arginine dan NO synthase inhibitor asimetri dan dimethylarginine simetri (ADMA dan SDMA). Piawaian mengandungi 1–100 mM L-Arginine, 0.5–5 mM ADMA, dan 0.5–5 mM SDMA.

7. Aktiviti Melepaskan H2S Renal

Aktiviti pelepas H2S buah pinggang diukur menggunakan kaedah biru metilena seperti yang diterangkan sebelum ini [12]. Kepekatan dikira terhadap lengkung penentukuran NaHS (3.125–250 µM) dan diwakili sebagai µM/gram protein/min. Semua sampel dijalankan dalam pendua.

8. Pewarnaan Imunohistokimia untuk 8-OHdG

8-Hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG) ialah produk pengoksidaan DNA yang ditentukan untuk mengesan kerosakan DNA. Seperti yang telah diterangkan sebelum ini [14], tisu tertanam parafin yang dipotong pada ketebalan 4 µm telah dinyahparafinkan dalam xilena dan dihidratkan semula dalam siri etanol berperingkat kepada salin penampan fosfat. Selepas penyekatan dengan imunoblot (BIOTnA Biotech., Kaohsiung, Taiwan), bahagian tersebut diinkubasi selama 2 jam pada suhu bilik dengan anti-8-antibodi OHdG (1:100, JaICA, Shizuoka, Jepun). Pewarnaan imunohistokimia telah dikesan menggunakan kit pelabelan polymer-horseradish peroxidase (HRP) (BIOTnA Biotech) dan 3,30 -diaminobenzidine (DAB) sebagai kromogen. Kawalan negatif terhadap pewarnaan yang sama yang meninggalkan inkubasi dengan antibodi utama telah digunakan. Analisis kuantitatif 8-sel-sel positif OHdG bagi setiap medan mikroskopik dalam bahagian buah pinggang telah dilakukan seperti yang kami terangkan sebelum ini [14].

9. Analisis Statistik

Semua data dibentangkan sebagai min ± ralat piawai bagi min. Analisis statistik dilakukan menggunakan ANOVA sehala atau ANOVA dua hala jika sesuai. Ujian post hoc Tukey telah digunakan di mana pelbagai perbandingan dibuat. BP dianalisis dengan ANOVA berulang-ulang dua hala dan ujian post hoc Tukey. Analisis bioinformatik mikrobiota usus dilakukan menggunakan perisian R. Berdasarkan profil kelimpahan OTU yang dinormalkan, kepelbagaian mikrob diukur dengan ANOVA sehala diikuti dengan pembetulan kadar penemuan palsu (FDR) menggunakan indeks ACE. Ketidaksamaan komuniti mikrob di kalangan kumpulan dinilai oleh PLS-DA menggunakan perisian R. Analisis pengelompokan sampel dalam -kepelbagaian telah diuji oleh ANOSIM menggunakan pakej vegan dalam perisian R. Taksa bakteria utama yang bertanggungjawab untuk diskriminasi antara kumpulan yang berbeza telah dikenal pasti menggunakan algoritma saiz kesan analisis diskriminasi linear (LEfSe). Ambang skor analisis diskriminasi linear (LDA) > 3 dan p < 0.05 menunjukkan komuniti mikrob diperkaya dengan ketara. Tahap keertian telah ditetapkan pada tahap 5 peratus. Analisis statistik dilakukan menggunakan perisian SPSS (SPSS Inc., Chicago, IL, USA).

Serbuk cistanche

Perbincangan

Kajian kami memberikan pandangan baharu tentang kesan berfaedah terapi L- atau D-cysteine ​​ibu untuk melindungi daripada hipertensi keturunan yang disebabkan oleh CKD ibu dengan penekanan khusus pada laluan isyarat H2S dan metabolit triptofan yang diperoleh daripada mikrob usus Penemuan utama kami diterangkan seperti berikut: (1 ) Hipertensi yang disebabkan oleh CKD ibu juga dihalang oleh suplemen L- atau D-cysteine ​​​​dalam kehamilan; (2) Terapi L-sistein melindungi anak dewasa daripada hipertensi dan berkaitan dengan peningkatan dalam plasma HS dan paras tiosulfat; (3) berbanding dengan CKD, rawatan D-cysteine ​​​​meningkatkan metabolit tryptophan dalam laluan kynurenine, tetapi mengurangkan mereka dalam laluan serotonin (4) kesan perlindungan kedua-dua L- dan D-cysteine ​​dikaitkan dengan pengurangan tekanan oksidatif buah pinggang, diwakili sebagai 8-pewarnaan OHdG; (5) rawatan CKD dan L- dan D-cysteine ​​ibu secara berbeza profil mikrobiota usus anak, menghasilkan empat enterotip yang berbeza; (6) kesan berfaedah D-cysteine ​​adalah relevan dengan peningkatan genera Bacteroides dan kelimpahan Odoribacter; (7) kesan bermanfaat L-cysteine ​​dikaitkan dengan pemulihan tahap L-Arginine dan nisbah L-Arginine-to-ADMA dalam plasma; dan (8) kedua-dua terapi L- dan D-cysteine ​​​​melindungi hipertensi keturunan yang diprogramkan oleh CKD ibu bertepatan dengan mengimbangi semula RAS.

Sebagai menyokong kajian terdahulu kami dalam SHR [14], suplemen L- dan D-cysteine ​​mendedahkan kesan penurunan BP yang sama pada anak dewasa yang dilahirkan kepada ibu dengan CKD. Nota, suplemen L- atau D-cysteine ​​​​diberikan kepada ibu tikus semasa kehamilan, oleh itu pengurangan BP pada anak dewasa adalah disebabkan oleh pengaturcaraan semula, bukannya kesan akut. Kajian kami memberikan bukti lanjut bahawa suplemen awal hayat dengan asid amino tertentu boleh membalikkan proses pengaturcaraan dan memberi manfaat mengenai hipertensi [21].

Pengurangan BP yang diperhatikan dalam kajian ini adalah konsisten dengan penemuan sebelumnya yang menunjukkan sifat vasorelaxant H2S [10,11,22]. H2S boleh dihasilkan secara endogen menggunakan substrat L- atau D-cysteine ​​[10,11,22]. Daripada data kami, rawatan L-cysteine ​​​​meningkatkan enzim penjanaan H2S buah pinggang CBS dan ekspresi CSE, aktiviti pelepas H2S buah pinggang, serta tahap plasma H2S dan tiosulfat. D-cysteine ​​memulihkan pengurangan tahap tiosulfat plasma akibat CKD, sementara ia mempunyai sedikit kesan ke atas enzim penjana H2S buah pinggang. Bercanggah dengan kajian terdahulu yang melaporkan bahawa laluan D-sistein buah pinggang adalah 80-kali ganda lebih besar pada aktiviti menghasilkan H2S berbanding laluan L-sistein [23], keputusan kami mendedahkan bahawa kedua-duanya melibatkan peraturan pembezaan penjanaan H2S. laluan tetapi kesan berfaedahnya adalah setanding.

Faedah L- dan D-cysteine ​​mungkin melibatkan keupayaan mereka untuk memodulasi mikrobiom usus, termasuk meningkatkan kelimpahan mikrob berfaedah tertentu dan pengantaraan bakteria metabolisme tryptophan. Kepelbagaian yang lebih tinggi telah ditunjukkan lebih bermanfaat untuk hipertensi [19]; namun, kami memerhatikan bahawa -kepelbagaian tidak berbeza antara empat kumpulan. Walaupun peningkatan nisbah F / B yang diperhatikan dalam kumpulan CKD adalah konsisten dengan penemuan sebelumnya yang memaparkan bahawa nisbah ini boleh berfungsi sebagai penanda mikrob yang dikaitkan dengan hipertensi [19], data kami juga menunjukkan nisbah peningkatan dalam kumpulan LC tanpa hipertensi.

Data dalam kerja ini mendedahkan bahawa suplemen L- atau D-cysteine ​​​​meningkatkan kelimpahan beberapa bakteria bermanfaat seperti Butyricicoccus, Bacteroides, dan Odoribacter spp. [24,25]. Keputusan ini tidak mengejutkan memandangkan kajian terdahulu menunjukkan banyaknya genus penghasil butirat Odoribacter dikaitkan secara songsang dengan BP [26]. Kesan berfaedah L- atau D-cysteine ​​pada pengaturcaraan semula hipertensi, sekurang-kurangnya sebahagiannya, dikaitkan dengan peningkatan mikrob berfaedah.

Data kami menunjukkan bahawa rawatan CKD dan sistein ibu mempunyai kesan berbeza pada metabolit tryptophan anak yang diperoleh daripada laluan indole dan serotonin. Terutama, data kami menunjukkan bahawa CKD ibu menyebabkan pengurangan tahap plasma IS, IAM, dan IAA, yang semuanya adalah derivatif indole. Kedua-dua IS dan IAA adalah toksin uremik terkenal yang berasal daripada triptofan, yang boleh mengikat reseptor aril hidrokarbon (AHR) yang pengaktifannya berkaitan dengan peningkatan risiko hipertensi [27]. Pengaktifan isyarat AHR boleh mencetuskan tekanan oksidatif dan keradangan [6,7,28-30], yang mana toksin uremik yang berasal dari triptofan berkait rapat dengan perkembangan penyakit kardiovaskular. Pendedahan kepada ligan AHR telah ditunjukkan untuk meningkatkan ekspresi enzim penjana ROS, meningkatkan pengeluaran ROS, mencetuskan paksi T helper 17 pro-radang, dan mendorong pengeluaran sitokin pro-radang [29,30]. Oleh itu, kajian tambahan diperlukan untuk menjelaskan sama ada interaksi antara toksin uremik yang berasal dari tryptophan dan AHR memainkan peranan dalam patogenesis hipertensi yang diprogramkan melalui induksi tekanan oksidatif dan keradangan. Pengurangan IS, IAM, dan IAA yang diperhatikan pada anak yang dilahirkan di empangan CKD bertepatan dengan hipertensi, menunjukkan bahawa penurunan dalam metabolit indole mungkin merupakan mekanisme mengimbangi tetapi bukan penyebab hipertensi yang disebabkan oleh CKD.

Beberapa jenis bakteria usus telah terlibat dalam metabolisme tryptophan [31-33], seperti Alistipes, Akkermansia, dan Bacteroides. Kami mendapati genera penghasil indole Alistipes dan Akkermansia agak berkurangan sebagai tindak balas kepada rawatan L-cysteine. Oleh kerana L-cysteine ​​​​mengurangkan Alistipes dan Akkermansia pada peringkat genus, penurunan metabolit tryptophan, IAM, dan IAA mungkin disebabkan oleh penurunan banyak mikrob usus penghasil indole. Memandangkan H2S boleh mengawal aktiviti tryptophanase mikrob untuk menjejaskan degradasi tryptophan kepada indole [11,16], keputusan kami menunjukkan kemungkinan mengubah pengeluaran metabolit indole melalui manipulasi mikrobiota usus oleh rawatan L-cysteine. Tambahan pula, kami mendapati bahawa kedua-dua L- dan D-cysteine ​​​​sama-sama mengurangkan tahap serotonin plasma. Satu kajian terdahulu melaporkan bahawa mikrobiota yang didorong oleh diet formula boleh mengalihkan laluan metabolik tryptophan daripada serotonin kepada tryptamine, yang bertepatan dengan peningkatan genus Butrycimonas tetapi menurunkan Holdemania dan Akkermansia [34]. Oleh itu, kajian tambahan diperlukan untuk menjelaskan bagaimana H2S mengantara mikrob metabolisme tryptophan tertentu untuk mengarahkan laluan metabolik tryptophan yang berbeza.

Kapsul cistanche

Kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa kesan bermanfaat H2S pada hipertensi mungkin disebabkan oleh penetapan semula keseimbangan baru antara vasoconstrictors (cth, RAS) dan vasodilators (cth, NO) [12,13]. Data kami dalam kerja ini menunjukkan bahawa L-cysteine ​​bukan sahaja meningkatkan NO bioavailabiliti tetapi juga meningkatkan AT2R dan MAS. Adalah diketahui bahawa AT2R dan MAS adalah sebahagian daripada lengan pelindung RAS, yang boleh mengimbangi kesan buruk yang dimediasi oleh Angiotensin II (Ang II) [35]. Sebaliknya, D-cysteine ​​​​mengurangkan ekspresi mRNA buah pinggang renin, PRR, dan AT1R. Memandangkan paksi renin/PRR dan paksi Ang II/AT1R kedua-duanya menggalakkan hipertensi, ada kemungkinan D-cysteine ​​boleh mempengaruhi RAS ke arah manfaat penurun BP.

Satu lagi mekanisme perlindungan terapi L- dan D-cysteine ​​pada hipertensi terprogram dalam model ini mungkin dikaitkan dengan pengurangan tekanan oksidatif. Kami mendapati bahawa terapi L- dan D-cysteine ​​​​meningkatkan tekanan oksidatif yang disebabkan oleh CKD dalam buah pinggang anak, diwakili sebagai 8-pewarnaan OHdG. Data kami konsisten dengan penyelidikan terdahulu yang menunjukkan bahawa tekanan oksidatif terlibat dalam patogenesis hipertensi yang diprogramkan semasa pembangunan buah pinggang [8].

Beberapa batasan kajian ini harus diakui. Pertama, kami memberi tumpuan terutamanya kepada buah pinggang. Oleh itu, sangat sedikit yang diketahui tentang peranan organ terkawal BP yang lain dalam kesan bermanfaat L- atau D-cysteine ​​terhadap hipertensi yang disebabkan oleh CKD ibu. Kedua, kami tidak mengkaji perubahan mikrobiota pada pelbagai peringkat pembangunan. Perubahan mikrob usus dalam keturunan dewasa mungkin mencerminkan keplastikan selepas bersalin dan bukannya proses terprogram utama dalam bertindak balas kepada CKD ibu dan suplemen sistein. Tambahan pula, untuk pengetahuan kami, tiada kajian telah dilaporkan untuk penentuan serentak semua metabolit tryptophan. Walaupun kaedah kami yang dibangunkan boleh mengukur 13 metabolit yang dimiliki oleh tiga laluan metabolik tryptophan yang berbeza, masih terdapat beberapa metabolit penting, seperti asid quinolinic dan melatonin, yang dikecualikan. Kajian tambahan diperlukan untuk menambah baik kaedah untuk memantau kebanyakan metabolit tryptophan dan bagaimana metabolisme tryptophan berbeza-beza antara tiga laluan metabolik, yang boleh memberikan gambaran tentang CKD dan penyakit berkaitan. Akhir sekali, memandangkan metabolisme triptofan yang kompleks dalam crosstalk hos mikrobiota, menentukan metabolit tryptophan yang terutamanya menggalakkan kesan bermanfaat rawatan L- dan D-cysteine ​​ibu patut disiasat lebih lanjut.

Kesimpulan

Kesimpulannya, keputusan kajian ini menunjukkan bahawa suplemen makanan dengan L- atau D-cysteine ​​melindungi anak dewasa daripada hipertensi yang disebabkan oleh CKD ibu. Kesan berfaedah suplemen sistein ini dikaitkan dengan peningkatan pengeluaran H2S, pengayaan mikrob berfaedah, perubahan bakteria memetabolisme tryptophan dan metabolit triptofan, pengurangan tekanan oksidatif, pemulihan bioavailabiliti NO, dan pengimbangan semula RAS. Metabolit tryptophan boleh bertindak sebagai mediator komunikasi usus-ginjal, dan terdapat keperluan mendesak untuk kajian tentang peraturan metabolisme triptofan melalui mengubah mikrobiota usus dalam CKD. Bergerak ke arah pemahaman yang lebih mendalam tentang mekanisme di sebalik H2S dan metabolisme triptofan yang terlibat dalam pengaturcaraan hipertensi adalah penting untuk membangunkan campur tangan pengaturcaraan semula yang ideal untuk menghentikan wabak global hipertensi.

Rujukan

1. Hanson, M.; Gluckman, P. Asal-usul perkembangan penyakit tidak berjangkit: Populasi dan implikasi kesihatan awam. Am. J. Clin. Nutr. 2011, 94, 1754S–1758S. [CrossRef] [PubMed]

2. Piccoli, GB; Alrukhaimi, M.; Liu, ZH; Zakharova, E.; Levin, A.; Jawatankuasa Pemandu Hari Buah Pinggang Sedunia. Apa yang kita lakukan dan tidak tahu tentang wanita dan penyakit buah pinggang; Soalan tidak dijawab dan jawapan tidak dipersoalkan: Refleksi Hari Buah Pinggang Sedunia dan Hari Wanita Antarabangsa. Fisiol. Int. 2018, 105, 1–18. [CrossRef]

3. Hsu, CN; Yang, HW; Hou, CY; Chang-Chien, GP; Lin, S.; Tain, YL Program penyakit buah pinggang kronik yang disebabkan oleh adenine ibu hipertensi dalam keturunan tikus jantan dewasa: Implikasi nitrik oksida dan metabolit yang berasal dari mikrobiom usus. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 7237. [CrossRef]

4. Badawy, A. Triptofan metabolisme, pelupusan dan penggunaan dalam kehamilan. Biosci. Rep. 2015, 35, e00261. [CrossRef] [PubMed]

5. Agus, A.; Planchais, J.; Sokol, H. Gut Microbiota Regulation of Tryptophan Metabolism in Health and Disease. Mikrob Hos Sel 2018, 23, 716–724. [CrossRef]

6. Sallée, M.; Dou, L.; Cerini, C.; Poitevin, S.; Brunet, P.; Burtey, S. Kesan pengaktifan reseptor hidrokarbon aril toksin uremik daripada metabolisme tryptophan: Konsep baru untuk memahami komplikasi kardiovaskular penyakit buah pinggang kronik. Toksin 2014, 6, 934–949. [CrossRef]

7. Brito, JS; Borges, NA; Esgalhado, M.; Magliano, DC; Soulage, CO; Mafra, D. Aryl pengaktifan reseptor hidrokarbon dalam penyakit buah pinggang kronik: Peranan toksin uremik. Nephron 2017, 137, 1–7. [CrossRef] [PubMed]

8. Hsu, CN; Tain, YL Asal-usul Perkembangan Penyakit Buah Pinggang: Mengapa Tekanan Oksidatif Penting? Antioksidan 2021, 10, 33. [CrossRef] [PubMed]

9. Hsu, CN; Tain, YL Pengaturcaraan pembangunan dan pengaturcaraan semula hipertensi dan penyakit buah pinggang: Kesan metabolisme triptofan. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 8705. [CrossRef] [PubMed]

10. Kimura, H. Peranan fisiologi hidrogen sulfida dan seterusnya. Nitric Oxide 2014, 41, 4–10. [CrossRef] [PubMed]

11. Hsu, CN; Tain, YL Mencegah asal-usul perkembangan penyakit kardiovaskular: Hidrogen sulfida sebagai sasaran yang berpotensi? Antioksidan 2021, 10, 247. [CrossRef] [PubMed]

12. Wilcox, CS Tekanan oksidatif dan kekurangan nitrik oksida dalam buah pinggang: Pautan kritikal kepada hipertensi? Am. J. Physiol. Regul. Integr. Komp. Fisiol. 2005, 289, R913–R935. [CrossRef] [PubMed]

13. Hsu, CN; Tain, YL Gasotransmitters untuk pencegahan terapeutik hipertensi dan penyakit buah pinggang. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 7808. [CrossRef]

14. Hsu, CN; Lin, YJ; Lu, PC; Tain, YL Suplemen awal D-cysteine ​​atau L-cysteine ​​menghalang hipertensi dan kerosakan buah pinggang pada tikus hipertensi secara spontan yang terdedah kepada pengambilan garam tinggi. Mol. Nutr. Makanan Re. 2018, 62, 2. [CrossRef] [PubMed]

15. Aldini, G.; Altomare, A.; Baron, G.; Vistoli, G.; Carini, M.; Borsani, L.; Sergio, F. N-Acetylcysteine ​​sebagai agen pemecah antioksidan dan disulfida: Sebab mengapa. Percuma Radic Res. 2018, 52, 751–762. [CrossRef]

16. Lobel, L.; Cao, YG; Fenn, K.; Glickman, JN; Garrett, WS Diet posttranslationally mengubah suai proteom mikrob usus tikus untuk memodulasi fungsi buah pinggang. Sains 2020, 369, 1518–1524. [CrossRef] [PubMed]

17. Reckelhoff, JF Perbezaan jantina dalam pengawalan tekanan darah. Hipertensi 2001, 37, 1199–1208. [CrossRef] [PubMed]

18. Hsu, CN; Hou, CY; Chang-Chien, GP; Lin, S.; Tain, YL Suplemen Minyak Bawang Putih Ibu Mencegah Hipertensi Berpunca daripada Diet Tinggi Lemak dalam Anak Tikus Dewasa: Implikasi Laluan Penjanaan H2S dalam Usus dan Buah Pinggang. Mol. Nutr. Makanan Re. 2021, 65, e2001116. [CrossRef] [PubMed]

19. Olson, KR; Deleon, ER; Gao, Y.; Hurley, K.; Sadauskas, V.; Batz, C.; Stoy, GF Thiosulfate: Sumber hidrogen sulfida yang mudah diakses dalam penderiaan oksigen. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Komp. Fisiol. 2013, 305, R592–R603. [CrossRef] [PubMed]

20. Yang, T.; Santisteban, MM; Rodriguez, V.; Li, E.; Ahmari, N.; Carvajal, JM; Zadeh, M.; Gong, M.; Qi, Y.; Zubcevic, J.; et al. Dysbiosis usus dikaitkan dengan hipertensi. Hipertensi 2015, 65, 1331–1340. [CrossRef]

21. Hsu, CN; Tain, YL Asid amino dan asal-usul perkembangan hipertensi. Nutrien 2020, 12, 1763. [CrossRef]

22. Wen, YD; Wang, H.; Zhu, YZ Perkembangan Ubat hidrogen sulfida pada penyakit kardiovaskular. Oksida. Med. sel. Longev. 2018, 2018. [CrossRef] [PubMed]

23. Shibuya, N.; Kimura, H. Pengeluaran hidrogen sulfida daripada d-cysteine ​​dan potensi terapeutiknya. Depan. Endokrinol. 2013, 4, 87. [CrossRef] [PubMed]

24. Boesmans, L.; Valles-Colomer, M.; Wang, J.; Eeckhaut, V.; Falony, G.; Ducatelle, R.; Van Immerseel, F.; Raes, J.; Verbeke, K. Butyrate Producers sebagai Probiotik Generasi Seterusnya Berpotensi: Penilaian Keselamatan Pentadbiran Butyricicoccus pullicaecorum kepada Sukarelawan Sihat. mSystems 2018, 3, e00094-18. [CrossRef] [PubMed]

25. Zafar, H.; Saier, MH, Jr. Gut Bacteroides spesies dalam kesihatan dan penyakit. Mikrob Usus 2021, 13, 1848158. [CrossRef] [PubMed]

26. Gomez-Arango, LF; Barrett, HL; McIntyre, HD; Callaway, LK; Morrison, M.; Dekker Nitert, M.; Kumpulan Percubaan SPRING. Peningkatan Tekanan Darah Sistolik dan Diastolik Dikaitkan dengan Komposisi Mikrobiota Usus Berubah dan Pengeluaran Butyrate pada Kehamilan Awal. Hipertensi 2016, 68, 974–981. [CrossRef]

27. Liu, JR; Miao, H.; Deng, DQ; Vaziri, ND; Bibir.; Zhao, YY Metabolisme tryptophan yang berasal dari mikrobiota usus mengantara fibrosis buah pinggang dengan pengaktifan isyarat reseptor hidrokarbon aril. sel. Mol. Life Sci. 2021, 78, 909–922. [CrossRef]

28. Zhang, N. Peranan isyarat reseptor hidrokarbon aril endogen dalam fisiologi kardiovaskular. J. Cardiovasc. Dis. Res. 2011, 2, 91–95. [CrossRef]

29. Dalton, TP; Puga, A.; Shertzer, HG Induksi tekanan oksidatif selular oleh pengaktifan reseptor hidrokarbon aril. Kimia. biol. Berinteraksi. 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. Komensal usus yang responsif garam memodulasi paksi dan penyakit TH17. Alam 2017, 551, 585–589. [CrossRef] [PubMed]

31. Parker, BJ; Wearsch, PA; Veloo, ACM; Rodriguez-Palacios, A. Genus Alistipes: Bakteria Usus dengan Implikasi Muncul kepada Keradangan, Kanser dan Kesihatan Mental. Depan. Immunol. 2020, 11, 906. [CrossRef] [PubMed]

32. Yacoub, R.; Wyatt, CM Memanipulasi mikrobiom usus untuk mengurangkan toksin uremik. Buah Pinggang Int. 2017, 91, 521–523. [CrossRef] [PubMed]

33. Liang, H.; Dai, Z.; Kou, J.; Matahari, K.; Chen, J.; Yang, Y.; Wu, G.; Wu, Z. Pemakanan tambahan l-Tryptophan meningkatkan fungsi penghalang mukosa usus dalam anak babi yang diputuskan susu: Implikasi mikrobiota yang memetabolisme Tryptophan. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 20. [CrossRef] [PubMed]

34. Saraf, MK; Piccolo, BD; Bowlin, AK; Mercer, KE; LeRoith, T.; Chintapalli, SV; Shankar, K.; Badger, TM; Yeruva, L. Mikrobiota yang didorong oleh diet formula mengalihkan metabolisme tryptophan daripada serotonin kepada tryptamine dalam kolon babi neonatal. Microbiome 2017, 5, 77. [CrossRef] [PubMed]

35. Forrester, SJ; Booz, GW; Sigmund, CD; Coffman, TM; Kawai, T.; Rizzo, V.; Scalia, R.; Eguchi, S. Angiotensin II Transduksi Isyarat: Kemas Kini Mekanisme Fisiologi dan Patofisiologi. Fisiol. Wahyu 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 dan You-Lin Tain 7,8,

1 Jabatan Farmasi, Hospital Memorial Kaohsiung Chang Gung, Kaohsiung 833, Taiwan; cnhsu@cgmh.org.tw

2 Pusat Pengajian Farmasi, Universiti Perubatan Kaohsiung, Kaohsiung 807, Taiwan

3 Jabatan Sains Makanan Laut, Universiti Sains dan Teknologi Kaohsiung Kebangsaan, Kaohsiung 811, Taiwan; chihyaohou@webmail.nkmu.edu.tw

4 Pusat Penyelidikan Toksin Alam Sekitar dan Pencemaran Muncul, Universiti Cheng Shiu, Kaohsiung 833, Taiwan; guoping@csu.edu.tw (G.-PC-C.); linsufan2003@csu.edu.tw (SL)

5 Pusat Penyelidikan dan Teknologi Jisim Super Mikro, Universiti Cheng Shiu, Kaohsiung 833, Taiwan

6 Institut Toksin Alam Sekitar dan Pencemaran Muncul, Universiti Cheng Shiu, Kaohsiung 833, Taiwan

7 Jabatan Pediatrik, Hospital Memorial Kaohsiung Chang Gung dan Kolej Perubatan Universiti Chang Gung, Kaohsiung 833, Taiwan

8 Institut Penyelidikan Terjemahan dalam Bioperubatan, Hospital Memorial Chang Gung Kaohsiung dan Kolej Perubatan Universiti Chang Gung, Kaohsiung 833, Taiwan