Исхрана, цревна флора и метаболизам на липидите во црниот дроб - мулти-омички пристап им овозможува на новите
Мулти-омички пристап овозможува нови согледувања во микробиомот и липидната синтеза на цицачите
Природата произведува огромна разновидност на липидни молекули, кои се синтетизираат преку различни метаболички патишта. Масните киселини се градежни блокови на разни липиди, вклучувајќи липиди на клеточната мембрана, како што се фосфолипидите и триацилглицеридите, кои се главните компоненти на липидните капки. Вишок на липиди и нарушувања на метаболизмот на липидите се поврзани со болести како метаболички синдром.
Сл. 1 Базен на ендогени масни киселини: Масните киселини (ФА) се добиваат или преку ендогена синтеза или од храна. Цревната флора е од клучно значење за формирање на масни киселини со краток ланец. Овие масни киселини можат дополнително да се метаболизираат во комплексни липиди, вклучувајќи ги фосфолипидите (PL) и триацилглицеридите (TAG).
Телото прима липиди или од егзогени извори (т.е. храна) или од ендогена биосинтеза (слика 1). Бројни клеточни процеси, како што се растот и диференцијацијата на клетките, бараат де-ново синтеза на масни киселини, главно затоа што треба да се формираат клеточни мембрани [1]. Ензимот синтаза на масни киселини го катализира формирањето на палмитат (C 16: 0) од ацетат. Палмитат е една од главните заситени масни киселини кои се наоѓаат во клетките на цицачите, ткивата и плазмата. Може понатаму да се метаболизира со елонгази и десатурази за да се формираат масни киселини со подолг ланец и мононезаситени. Клучен орган во хомиостазата на липидите е црниот дроб, кој игра клучна улога во многу метаболички болести, особено дијабетес тип 2.
Липидомика за проучување на метаболизмот на мастите
Најважниот метод за анализа на липидите е масена спектрометрија. Бидејќи липидомските пристапи можат да го опфатат скоро целиот липидом во денешно време, се појави вистински возбуда во оваа област, бидејќи се отвораат нови начини на проучување на липидната биологија за бројни истражувачки области. Сепак, се гледа повеќе и повеќе студии со слаби квалитетни податоци за липидомијата. Постојат многу причини за ова, вклучително и аналитички, биоинформативни и причини поврзани со квалификации. На пример, често има недостаток на соодветни контроли за ракување и обработка на примероците со кои се проверува стабилноста на аналитите. Слично на тоа, липидите честопати се неправилно коментирани и често не се користат соодветни внатрешни стандарди кои се неопходни за правилна квантификација и идентификација [2]. Со цел да се добие увид во синтезата, метаболизмот и флуксот на липиди, сега е најсовремено да се користат трагачи обележани со стабилни изотопи во комбинација со робусна масено-спектрометриска анализа [3].
Истражување на микробиомот
Цревата кај цицачите е дом на многу комплексни микробиолошки заедници. Овие се нарекуваат цревна флора или микробиом ако се вклучени нивните геноми и условите на животната средина. Претходните студии покажаа дека цревната флора придонесува за обработка на храна и исполнува важни имунолошки и метаболички функции за домаќинот. Исто како и липидомијата, истражувањето на микробиомите во моментов е многу актуелна тема во науката, што дури и дневните весници и радио медиуми ги зафаќаат [4]. Ова придонесе за погрешни концепти во оваа област, главно засновани на студии за асоцијација [5].
Цревна флора и метаболизам на липидите на домаќинот
Theивотот околу истражувањето на липидомијата и микробиомот доведе до голем број публикации со различен научен квалитет. Особено во последните неколку години, неколку студии ја покажаа важноста на цревната флора и липидите за основните биолошки процеси, физиологијата и патофизиологијата.
Сл. 2 Цревната флора промовира синтеза на масни киселини во црниот дроб: полисахаридите со влакна се распаѓаат од цревната флора и се ферментираат до ацетат во внатрешноста на цревата. Ацетатот се користи за синтеза на масни киселини со подолг ланец и фосфолипиди откако ќе стигне до црниот дроб преку порталната вена [6].
Неодамна откривме интеракција помеѓу исхраната, цревната флора и метаболизмот на липидите на организмот домаќин [6]. Мулти-омичките анализи покажаа дека глувците со цревна флора имаат значително повисоки концентрации на мононезаситени масни киселини и израз на транскрипти и протеини релевантни за де-ново синтезата на липиди отколку глувците без цревна флора. Мононезаситените масни киселини се крајниот производ на формирање на ендогени масни киселини. Користејќи стратегии за диетална интервенција и механистички испитувања, вклучително и примена на стабилни изотопи во комбинација со масена спектрометрија, покажавме дека синтезата на липиди во црниот дроб во голема мера зависи од цревната флора. Ацетите со кратки ланци на масни киселини, кои доаѓаат од микробиолошки распад на диетални полисахариди (т.е. влакна) по видови од видот на бактеридоетите, се користат од домаќинот како претходник за синтеза на масни киселини со долг ланец и фосфолипиди во црниот дроб (Слика 2).
Сл. 3 Стабилно обележување на изотопите на синтезата на хепатална масна киселина де ново: Откако глувците добиле ацетат од 13 C преку орална гајажа (n = 3/група), палмитатот на примероците на црниот дроб се утврди со гасна хроматографија со спој на масена спектрометрија (GC-MS) Истражено 13 збогатување на Ц. Палмитот може да се синтетизира и од обележаните и од неозначените (т.е. природни) ацетатни мономери. Неозначените мономери (сиви) не содржат ниту еден изотоп од 13 C, а обележаниот (темнозелен) е изотопот 13C. По четири часа обележување, беше пронајдена значителна акумулација од 13 C во палмитатот. Зголемената фракциона појава на изотополози на М2-М6 со 13 C покажува дека ацетатот од цревниот лумен е претходник на синтезата на липиди во црниот дроб.
Со цел да се докаже дека црниот дроб користи ацетат од интестиналниот ентериер за de novo синтеза на масни киселини, глувци со стабилен изотопски обележан (13 C) ацетат биле администрирани со орална гаража. Следната масена спектрометриска анализа ја потврди акумулацијата на 13 C во палмитатот од примероците на црниот дроб и плазмата (слика 3). За да се провери дали синтезата на липиди во црниот дроб, исто така, може да се пронајде во производителите на микробиолошки ацети во цревата и диеталните влакна, Бактеридоетите се модулирани со употреба на антибиотици. Покрај тоа, глувците биле хранети со специјални диети со неразградливи и ферментирани влакна или со различна содржина на влакна.
Заедно, нашата работа покажа нов липиден флукс и патека на синтеза долж оската на исхраната-цревната флора-домаќин.
Заклучок и изгледи
Со цел да се стават истражувачките области на сигурна основа, експертите мора да работат заедно преку границите за да постават стандарди за робусно истражување на микробиомите и анализа на липидите. Покрај тоа, научниците треба да размислат надвор од рамките и критички да ги оценат нивните резултати пред објавувањето, со цел да постигнат научен напредок во соодветните области. Нашето откривање на цревен микробиом кој влијае на синтезата на липидите во црниот дроб може да го отвори патот за превенција и третман на метаболички болести преку специјално модифицирана диета и цревна флора.
благодарноста
Истражувањето на Јозеф Екер е поддржано од Германската фондација за истражување (ДФГ) [EC453/1-1; Приоритетна програма (СПП) 1656, EC453/2-1; Соработка центар за истражување - проект број 395357507 - SFB 1371] и "ЗИЕЛ - Институт за храна и здравје"/Технички универзитет во Минхен (ТУМ).