השפעות של חומצה פרפלואורואוקטנואית על מיקרוביוטה במעיים ומטבוליטים מיקרוביאליים בעכברי C57BL/6JⅢ

3. תוצאות

3.1. PFOAשינה את הרכב המיקרוביוטה של ​​המעיים

סך של 78 סוגים של חיידקים זוהו במחקר שלנו, כפי שהתגלה על ידי 16S rRNAsequencing. הסוגים הנפוצים ביותר מוצגים באיור 1A. ניתוח LEfSe הראה שחמישה סוגים של חיידקים הועשרו בעכברים שטופלו ב-PFOA, כלומר Alistipes, LachnospiraceaeUCG 004, Clostridiales, Clostridium ASF356 ו-Incertae sedis (איור 1B). בינתיים, שישה סוגים של חיידקים צומצמו בקבוצה שטופלה ב-PFOA, כלומר Tyzzerella, Eubacteriumcoprostanoligenes, Intestinimonas, Clostridium septum, Roseburia ו-Turicibacter (איור 1B).

3.2. מתאם בין מיקרוביוטה של ​​המעי למטבוליטים צואה

ביצענו ניתוח אינטגרטיבי של מיקרוביוטת המעיים ומטבוליטים צואה באמצעות MixOmics. המתאם הכולל בין המיקרוביוטה של ​​המעי למטבוליטים בצואה היה 0.74 (איור 2A). הן עבור מטבוליטים צואתיים והן עבור סוגים חיידקיים, הקבוצה שטופלה ב-PFOA הופרדה מקבוצת הביקורת (איור 2B, איור משלים S1). ההסכמה בין המטבוליטים הצואה והסוגים החיידקיים מוצגת באיור 2C. סוגים שלושה חיידקים הראו מתאמים עם שמונה מטבוליטים צואתיים (איור 2D).

3.3. שינויים הנגרמות על ידי PFOA במטבוליטים צואתיים

לאחר חשיפה ל-PFOA, סך של 12 0 מטבוליטים הראו ערך p < 0.05, מתוכם חמישה מטבוליטים הראו שיעור גילוי שגוי (FDR) < 0.05 (איור 3A). התקבצות ההיררכית של המטבוליטים המשמעותיים מוצגת באיור 3B. ניתוח העשרת מסלולים גילה שחילוף החומרים של ציסטאין ומתיונין השתנה על ידי חשיפה ל-PFOA (איור 3C). יש לציין כי שלוש חומצות מרה צואתיות הופחתו באופן משמעותי על ידי חשיפה ל-PFOA, כלומר חומצה גליקודוקסיכולית, חומצה בטא-היודאוקסיכולית וחומצה גמא-מוריכולית (איור 3D).

3.4. PFOA הביא לשינויים במטבוליטים בסרום

הקבוצה שטופלה ב-PFOA וקבוצת הביקורת הופרדו היטב בחלקת PLS-DA (איור 4A). בסך הכל 59 מטבוליטים בסרום הראו ערך p < 0.05, ביניהם 10 מטבוליטים הראו FDR < 0.05 (איור 4B). ניתוח העשרה של הנתיב גילה שמטבוליזם של ניקוטין וניקוטינמיד ומטבוליזם היסטידין השתנו על ידי חשיפה לPFOA (איור 4C). שתי חומצות מרה, חומצה טאורכולית וחומצה דאוקסיכולית, ירדו באופן מובהק בקבוצה שטופלה ב-PFOA, בהתאם לירידה ב-TMAO והעלייה בכולין הנגרמת כתוצאה מחשיפה ל-PFOA (איור 4D).

לחץ לתרופות לעצירות

3.5. PFOA הביא לשינויים במטבוליטים בכבד

ניתוח PLS-DA של מטבוליטים בכבד הראה שהקבוצה שטופלה ב-PFOA הופרדה מקבוצת הביקורת (איור 5A). בסך הכל 94 מטבוליטים בכבד הראו ערכי p < 0.05 לאחר חשיפה ל-PFOA (איור 5B). ניתוח העשרה של נתיב הראה כי הביוסינתזה של ארגינין השתנתה באופן משמעותי (איור 5C). נמצאו שלושה מטבוליטים משמעותיים בכבד, בסרום ובצואה, כלומר 1-(1Z-hexadecyl)-sn-glycero-3-phosphocholine,decanoyl-L-carnitine ו-1- hexadecyl-sn-glycero-3-פוספוכולין (איור 5D). שתי חומצות מר, tauroursodeoxycholic acid וחומצה taurochenodeoxycholic, הופחתו על ידי חשיפה ל-PFOA, יחד עם ירידה בשני מטבוליטים של טריפטופן, 3-indoleacrylic acid ו-3-indoleacetic acid, ועלייה בטאורין (איור 5E).

4. דיון

קשר הפחמן-פלואור הופך את PFOA לעמיד בפני פוטוליזה והידרוליזה, מה שמוביל להתמדה של PFOA בסביבה. נמצא מתאם חיובי בין ריכוזי PFAS בפלזמה לבין הצריכה התזונתית של דגי מים מתוקים, דגים ימיים, סרטנים ושרימפס ב-933 נשים בגיל הפוריות בשנחאי, סין [32]. חשיפה מוקדמת לחיים ל-PFOA היא גורם מפתח בריכוזי הסרום בילדים [33]. במחקר שבדק את הקשר בין PFAS וסמני דלקת כרונית וסמני מתח חמצוני במסגרת סקר בחינת הבריאות והתזונה הלאומית (NHANES) משנת 2005 עד 2012 (n=6652), אחוז שינוי ב-PFOA היה קשור באופן מובהק לאחוז עלייה בלימפוציטים ספירות, ברזל בסרום ובילירובין הכולל בסרום [34]. הסיכון לסרטן הכליות והאשכים עולה לעלייה של 10 ng/mL בריכוז PFOA בסרום [35].

בנוסף, ריכוז PFOA בסרום היה קשור באופן חיובי עם סמן נזק הכבד תאי אלנין aminotransferase (ALT) ב-47,092 מבוגרים ב-C8 Health Project [36]. PFOA בנסיוב היה קשור באופן חיובי גם עם אימונוגלובולין, נוגדנים אנטי-מחזוריים לפפטידים אנטי-מחזוריים וגורמים שגרוניים [37]. כבעיה סביבתית רצינית ונפוצה, דווחו שינויים מטבוליים הנגרמות על ידי PFOA בלימפוציטים בדם היקפי אנושי [38] ו ילדים עם מחלת כבד שומני לא אלכוהולית שאובחנה על ידי רופא (NAFLD) [39].

עם זאת, ניתוח אינטגרטיבי של ההפרעה של חילוף החומרים והמיקרוביוטה של ​​המעי על ידי חשיפה לPFOA לא בוצע. במחקר זה, חשפנו לא רק את השינויים במטבוליטים בסרום אלא גם את השינויים המטבוליים בצואה ובכבד. בנוסף, ביצענו ניתוח אינטגרטיבי של מטבוליטים צואה ומיקרוביוטת המעיים וחשפנו את הקשר ביניהם בהשפעת חשיפה ל-PFOA. הפרופילים של שני המטבוליטים בצואה והן של מיקרוביוטת המעיים הופרו על ידי חשיפה ל-PFOA.

השפע היחסי של Roseburia, Tyzzerella, Eubacterium coprostanoligenes ו-Intestinimonas הופחת על ידי חשיפה ל-PFOA. רוזבוריה נחשבת לחיידק קומנסאלי בעל תכונות אנטי דלקתיות, שיכולות לשחזר מיקרואורגניזמים מועילים במעיים [40].

Roseburia intestinalis יכולה לשמור על הומאוסטזיס אנרגטי ולמנוע דלקת במעיים [41]. רמות נמוכות יותר של Tyzzerella נמצאו בחולים עם אוטם שריר הלב חריף ובמטופלים עם סרטן הוושט [42,43]. דווח כי מוצרלה קשורה לצריכה תזונתית של חומצות שומן [44]. צמיחתה של Tyzzerella עוכבה על ידי תוספת משולבת של הבראוניז ודיאטה עתירת סוכר [45]. E. coprostanoligenes נמצא בקורלציה עם רמת הדיאצילגליצרולים [46]. הפחתה ב-E. coprostanoligenes הייתה קשורה באופן הפוך לרמות אספרטאט טרנספראז בסרום (AST) ורמות ALT בעכברים עתירי שומן שניזונים בדיאטה [47].

Intestinimonas spp. זוהה בדילול צואה מועשרת בליזין, וחיידקים דמויי מעיים ידועים כיצרני בוטיראט, המנצלים ליזין ו-Nεfructosyllysine אצל תינוקות ומבוגרים שניזונים מפורמולה [48]. הפחתה במיקרואורגניזמים אלו עשויה להשפיע על התגובה החיסונית והפעילות המטבולית של המארח. השפע היחסי של Alistipes, Clostridium ASF 356, Clostridiales ו-LachnospiraceaeUCG 004 הועשר באופן משמעותי על ידי חשיפה ל-PFOA. אליסטיפס הוא חיידק פתוגני מותנה, והוא הוגבר על ידי דיאטות עתירות שומן ודיאטות עתירות סוכרוז [49].

אליסטיפס נחשב לסמן מיקרוביוטה במעיים שהיה משותף בין חולים שמנים עם הפרעות מטבוליות שונות [50]. שפע גבוה יותר של אליסטיפס נמצא בחולים עם מחלות שונות הקשורות למוח, כולל מחלת אלצהיימר, הפרעת קשב וריכוז, סכיזופרניה, הפרעה בספקטרום האוטיסטי, הפרעת דיכאון מג'ורי, מחלת פרקינסון והפרעה דו קוטבית [51]. בנוסף, אליסטיפס בודד מחולים עם אבצסים בבטן ופי הטבעת והיה קשור לדיכאון ולסרטן המעי הגס [52]. כמיקרואורגניזם סובלני מרה, השפע של אליסטיפס יכול להיות מוגבר על ידי תזונה מבוססת בעלי חיים [53].

ההעשרה של אליסטיפס נגרמה גם על ידי תוספת תזונתית של קסטלאגין, שהיא תרכובת פעילה בפוליפנול-richberry camu-camu [54]. מחקר במבחנה העלה כי Clostridium ASF 356 צרך איזולאוצין, ולין, אלנין, ת'רונין, לקטט ומטבוליטים אחרים, והוא היה מעורב גם בהאכלה צולבת. חלק מהמינים בקלוסטרידיום הם פתוגניים, כגון C. difficile.חילוף החומרים של חומצת מרה הופרע על ידי חשיפה ל-PFOA במחקר זה. חומצות מרה מסונתזות בכבד מכולסטרול ומאוחסנות בכיס המרה, והן משתחררות למעי בתגובה לארוחה ולאחר מכן עוברות דרך מחזור הדם האנטרוהפטי.

לפני ההפרשה, חומצות המרה הראשוניות מצומדות בדרך כלל לטאורין ולגליצין. חומצות מרה ראשוניות, חומצה כולית וחומצה כנודיאוקסיכולית ניתנות להמרה לחומצות מרה משניות באמצעות פירוק חומצות מרה ו7-אלפא הידרוקסילציה. המיקרוביוטקן במעיים מווסת את חילוף החומרים של חומצת מרה באמצעות הפחתת רמות חומצת הטאורו- -המורכולית, שהיא אנטגוניסט לקולטן גרעיני לקולטן X (FXR) [55]. הסינתזה של חומצות מרה נמצאת תחת בקרת משוב שלילי בכבד ובאילאום באמצעות הפעלת FXR [55]. נמצא קשר בין חומצות מרה בסרום והן PFOA בסרום ונקודות קצה של גדילת העובר בקבוצה של 313 נשים אפרו-אמריקאיות הרות [56].

חומצות מרה מוגברת עקב תערובת של חמישה PFAS, שהורכבה מ-PFOA, PFOS, PFNA, PFHxS ו-GenX, נצפו בעכברי C57BL/6J [57]. ניתן לשפר דלקת מעיים דולף הקשורה לגיל על ידי תוספת קוקטייל פרוביוטי על ידי הגברת הפעילות של הידרולאז של מלח מרה, מה שמוביל לעלייה בטאורין שעורר צמתים הדוקים [58]. המחסור בחומצות מרה משניות המושרה על ידי דיסביוזה עלול לקדם דלקת מעיים, שיכולה להיות דלקת מעיים. הקלה באמצעות תוספת של חומצות מרה משניות במודלים של עכברים [59].

פגיעה בביטוי הגנים המעורב במטבוליזם של חומצת מרה על ידי PFOA דווחה בתאי HepaRG הפטומה אנושיים. בפרט, CYP7A1, האנזים המרכזי המזרז את השלב המגביל את הקצב של סינתזת חומצות מרה, ירד [60].

בנוסף לאנזימים המעורבים בביוסינתזה של חומצות מרה, רמות הביטוי של גנים הקשורים להובלת חומצה מרה, Bsep ו-Mrp2, הופחתו גם על ידי PFOA במודל תלת-ממדי ראשוני של עכבר כבדי כבד [61]. יתר על כן, דווח כי PFOA יוצר אינטראקציה עם הפוליפפטיד המעביר שיתוף חומצת מרה אנושית Na+/taurocholate [62]. PFOA הפחית את ביטוי ה-RNA והחלבון של אניון אורגני המעביר פוליפפטידים1a1, 1a4, ו-1b2 במודל של עכבר באמצעות הפעלה של קולטן מופעל פרוקסיזום (PPAR) אלפא; אלו הם הטרנספורטרים העיקריים האחראים לקליטת חומצות מרה לכבד [63].

שינויים במטבוליזם של טריפטופן היו החתימה המטבולית המדווחת ביותר הקשורה ל-PFAS במחקרים בבני אדם [64]. חיידקי המעי יכולים להפוך טריפטופן לאינדול ולנגזרותיו, כגון 3-חומצה אקרילית 3- וחומצה אינדולאצטית, שרמתם הופחתה על ידי חשיפה ל-PFOA במחקר זה. בפרט, חומצה אינדולאצטית 3- דווחה כמעודדת תפקוד מחסום אפיתל מעיים ומדכאת תגובות דלקתיות [65]. היכולת הגנטית של מיקרואורגניזמים במעיים המנצלים מוצינים ומטבוליזם של טריפטופן מופחתת בחולים עם מחלת מעי דלקתית [65].

כקולטן ציטופלסטי, AhR הוא גורם חשוב בהומאוסטזיס ובחסינות של רקמות, המאפשר הסתגלות של תאי מערכת החיסון לתנאי הסביבה [66]. יתר על כן, 3-indoleaceticacid דווח כאחד המפעילים הדומיננטיים של AhR בתכולת ה-cecal של דגימות עכברים וצואה ממשתתפים אנושיים [67]. בנוסף, 3-חומצה אינדולאצטית יכולה לקדם את שלמות מחסום המעי ולדכא תגובות דלקתיות באמצעות ההפעלה של גורם השעתוק AhR, אשר קידם עוד יותר את שעתוק IL-22 תלוי AhR [68]; 3-חומצה אינדולאצטית היא גם המפעיל של קולטן X Pregnane (PXR), אשר גורם ליצירת תאי IL-35+ B יחד עם ליפופוליסכריד דרך קולטן PXRand Toll-like 4 [69]. יתר על כן, ל-3-חומצה אינדולאצטית יש השפעות מועילות כגון הקלה על אנקילוזינג ספונדיליטיס [70]; 3-חומצה אינדולאצטית הופחתה באופן משמעותי בעכברים שניזונו מתזונה עתירת שומן [71].

תוספת של 3-חומצה אינדולאצטית יכולה להקל על מחלת כבד שומני אלכוהולי באמצעות הפחתה של התגובה הדלקתית, מתח חמצוני וליפוגנזה בכבד [72]. יתרה מכך, חומצה אינדולאצטית 3-השפיעה על יעילות הכימותרפיה בחולים עם סרטן הלבלב בשתי קבוצות אדנוקרצינומה עצמאיות של הלבלב [73]. במודל של עכבר אדנוקרצינומה צינורית בלבלב, השתלת מיקרוביוטה צואתית ותוסף של חומצה אינדולאצטית עשויה גם לשפר את היעילות הכימותרפית בעכברים גנוטוביוטים מואנשים [73]. ביחד איתיהפחתה של 3-חומצה אקרילית אינדולית ו-3-חומצה אינדולאצטית על ידי PFOA, השפעות מועילות אלו עלולות להיפגע.

למחקר זה היו מספר מגבלות. ראשית, מחקר זה כלל רק עכברים זכרים, בעוד עכברים נקבות לא נכללו. עיצוב מחקר מאוזן בין המינים הכולל גם עכברים זכרים וגם עכברים נקבות יכול לשפר את תחום המחקר הזה. שנית, רמת ה-PFOA במי השתייה שקיבלו עכברי הביקורת לא זוהתה. בהתחשב בתפוצה הרחבה של PFOA, הייתה סבירות שמי השתייה שהבקרה קיבלה מכילים רמות נמוכות של PFOA. דווח כי רמת ה-PFOA במי השתייה הייתה בין 20 ל-70 ננוגרם לליטר בג'ורג'יה, ארה"ב [74]. כדי לבדוק את ההשפעה הרעילה של מטבוליטים הקשורים ל-PFOAon במעיים-מיקרוביוטה, רמת החשיפה במחקר זה נקבעה ל-1 ppm, שהוא גבוה מהרמה הרלוונטית לסביבה. יש להוריד את המינון במחקרים עתידיים כדי לחקור את ההשפעות הבריאותיות של PFOA ברמות רלוונטיות לסביבה.

5. מסקנות

PFOA הפך לדאגה רצינית לבריאות הציבור לאחרונה. במחקר הנוכחי, PFOA הפרעה הן את הרכב המיקרוביוטה של ​​המעי והן את הפרופילים המטבוליים של הצואה, הסרום והכבד בעכברים. נמצא מתאם בין המיקרוביוטה של ​​המעי לבין מטבוליטים צואתיים שונים. חשיפה ל-PFOA גרמה לשינויים משמעותיים במטבוליטים הקשורים למעי-מיקרוביוטה, כולל חומצות מרה ומטבוליטים של טריפטופן, כגון חומצה אינדולאקרילית ו-3-חומצה אינדולאצטית. הממצאים שלנו יכולים לשפר את ההבנה של ההשפעות הבריאותיות של PFOA המתווך דרך המיקרוביוטה של ​​המעי.

צמחי מרפא טבעיים להקלה על עצירות-Cistanche

Cistanche הוא סוג של צמחים טפילים השייך למשפחת ה- Orobanchaceae. צמחים אלו ידועים בסגולותיהם הרפואיות ושימשו ברפואה סינית מסורתית (TCM) במשך מאות שנים. מיני Cistanche נמצאים בעיקר באזורים צחיחים ומדבריים של סין, מונגוליה וחלקים אחרים של מרכז אסיה. צמחי ה- Cistanche מאופיינים בגבעולים הבשרניים והצהבהבים שלהם ומוערכים מאוד בשל היתרונות הבריאותיים הפוטנציאליים שלהם. ב-TCM, מאמינים כי ל-Cistanche יש תכונות טוניקות והוא משמש בדרך כלל להזנת הכליה, לשיפור החיוניות ולתמיכה בתפקוד המיני. הוא משמש גם לטיפול בבעיות הקשורות להזדקנות, עייפות ורווחה כללית. בעוד ל-Cistanche יש היסטוריה ארוכה של שימוש ברפואה מסורתית, המחקר המדעי על יעילותו ובטיחותו מתמשך ומוגבל. עם זאת, ידוע שהוא מכיל תרכובות ביו-אקטיביות שונות כגון פנילתנואידים גליקוזידים, אירידואידים, ליגנאנים ופוליסכרידים, אשר עשויים לתרום להשפעותיו הרפואיות.

של Wecistancheאבקת cistanche, טבליות cistanche, כמוסות cistanche, ומוצרים אחרים מפותחים באמצעותמִדבָּרcistancheכחומרי גלם, שלכולם השפעה טובה על הקלה על עצירות. המנגנון הספציפי הוא כדלקמן: ל- Cistanche מאמינים שיש יתרונות פוטנציאליים להקלה על עצירות בהתבסס על השימוש המסורתי שלו ותרכובות מסוימות שהוא מכיל. בעוד שמחקרים מדעיים ספציפיים על ההשפעה של Cistanche על עצירות מוגבלים, מניחים שיש לו מספר מנגנונים שעשויים לתרום לפוטנציאל שלו להקל על עצירות. אפקט משלשל:Cistancheזה זמן רב בשימוש ברפואה הסינית המסורתית כתרופה לעצירות. מאמינים שיש לו השפעה משלשלת קלה, שיכולה לעזור לקדם תנועות מעיים ולגרום לעצירות. ניתן לייחס השפעה זו לתרכובות שונות ב- Cistanche, כגון פנילתנואידים גליקוזידים ופוליסכרידים. לחות המעיים: בהתבסס על שימוש מסורתי, Cistanche נחשבת לבעלת תכונות לחות, המכוונות במיוחד למעיים. קידום הידרציה ושימון המעיים עשוי לעזור לרכך כלים ולהקל על מעבר קל יותר, ובכך להקל על עצירות. השפעה אנטי דלקתית: עצירות יכולה לפעמים להיות קשורה לדלקת במערכת העיכול. Cistanche מכיל תרכובות מסוימות, כולל phenylethanoid גליקוזידים וליגננים, אשר מאמינים כי יש תכונות אנטי דלקתיות. על ידי הפחתת דלקת במעיים, זה עשוי לעזור לשפר את סדירות תנועת המעיים ולהקל על עצירות.