مکمل غذایی با سیستئین در دوران بارداری، فشار خون ناشی از بیماری مزمن کلیه مادر را در موش های صحرایی نر نجات می دهد: تاثیر سولفید هیدروژن و متابولیت های تریپتوفان مشتق از میکروبیوتا

خلاصه

بیماری مزمن کلیه مادر (CKD) با فشار خون بالا در فرزندان مرتبط است. میکروبیوم روده و متابولیت های تریپتوفان آن، اکسید نیتریک (NO) و سیستم رنین آنژیوتانسین (RAS) ارتباط نزدیکی با ایجاد فشار خون بالا دارند. سولفید هیدروژن (H2S) اثر ضد فشار خون نشان داده است. هدف ما آزمایش این بود که آیا مکمل L- یا D-سیستئین در بارداری می تواند از فشار خون بالا برنامه ریزی شده توسط CKD مادر در فرزندان بالغ جلوگیری کند و مکانیسم های محافظتی را بررسی کنیم. CKD در موش های باردار Sprague Dawley با رژیم غذایی آدنین 5/5 درصد به مدت 3 هفته القا شد. L- یا D-سیستئین با 8 میلی مول بر کیلوگرم وزن بدن در روز در طول بارداری تکمیل شد. فرزندان مذکر در سن 12 هفتگی (n=8 در هر گروه) قربانی شدند. فشار خون بالا ناشی از CKD مادر به طور مشابه با مکمل L- یا D-سیستئین جلوگیری شد. اثرات محافظتی L- و D-cysteine ​​مربوط به کاهش استرس اکسیداتیو، متعادل کردن مجدد RAS و تغییر شکل میکروبیوم روده است. درمان با ال سیستئین از فرزندان بالغ در برابر فشار خون محافظت می کند و با افزایش تولید H2S، بازیابی فراهمی زیستی NO، افزایش جنس های سودمند Oscillibacter و Butyricicoccus، کاهش جنس Alistipes و Akkermansia تولید کننده ایندول و کاهش چندین متابولیت ایندول همراه بود. تیمار دی سیستئین باعث افزایش اسید کینورنیک، 3-هیدروکسی کینورنین، و اسید زانتورنیک در مسیر کینورنین، کاهش 5-هیدروکسی تریپتوفان و سروتونین در مسیر سروتونین و غنی‌سازی جنس Bacteroides و Odoribacter شد. به طور خلاصه، این نتایج نشان می دهد که L- و D-سیستئین در برابر فشار خون بالای فرزندان ناشی از CKD مادر، احتمالاً با افزایش تولید H2S، تعدیل میکروبیوتای روده و متابولیت های مشتق شده از آن، و بازیابی NO و RAS محافظت می کنند.

کلید واژه ها

بیماری مزمن کلیوی؛ سیستئین؛ فشار خون؛ ریشه های رشدی سلامت و بیماری (DOHaD)؛ سیستم رنین-آنژیوتانسین؛ میکروبیوتای روده؛ سولفید هیدروژن؛ ایندول

اینجا را کلیک کنید تا بدانید اثر سیستانچ چیست

معرفی

حجم فزاینده ای از داده ها حاملگی و شیردهی را به عنوان یک دوره بحرانی برجسته می کند که در آن توهین های مادر ممکن است سلامت و بیماری را در فرزندان حاصل شکل دهد که اکنون به عنوان ریشه های رشدی سلامت و بیماری (DOHaD) نامیده می شود [1]. زنان مبتلا به بیماری مزمن کلیه (CKD) نه تنها در معرض خطر پیامدهای نامطلوب مربوط به بارداری هستند [2]. تحقیقات قبلی ما گزارش داد که CKD ناشی از آدنین مادر باعث افزایش فشار خون (BP) در فرزندان بالغ می شود که همزمان با تغییرات در ترکیب میکروبیوتای روده، تغییرات در متابولیت های مشتق شده و افزایش سموم اورمیک است [3].

در دوران بارداری، اسید آمینه ضروری تریپتوفان برای رشد جنین و سنتز پروتئین جفت مهم است [4]. متابولیسم تریپتوفان سه مسیر اصلی را در روده طی می کند که منجر به مشتقات کینورنین، سروتونین و ایندول می شود [5]. تشکیل ایندول از طریق عمل آنزیم تریپتوفاناز [6] رخ می دهد. متابولیت های ایندول تریپتوفان (یعنی ایندوکسیل سولفات و ایندول استیک اسید) یک گروه کلیدی از سموم اورمیک مشتق شده از میکروبیوتای روده هستند که نقش مهمی در پاتوژنز CKD دارند [6]. سموم اورمیک مشتق از تریپتوفان می توانند گیرنده های هیدروکربنی آریل (AHR) را برای القای استرس اکسیداتیو از طریق فعال شدن NADPH اکسیداز و مهار مکانیسم های دفاعی آنتی اکسیدانی فعال کنند [6،7]. به خوبی شناخته شده است که استرس اکسیداتیو نقش کلیدی در پاتوژنز CKD و فشار خون بالا در منشاء تکاملی دارد [8]. با توجه به پیچیدگی مسیرهای متابولیک تریپتوفان، خواص متنوع متابولیت های مشتق از تریپتوفان با پاتوفیزیولوژی چندین بیماری مرتبط است [5،6،9]. با این حال، اطلاعات کمی در مورد اینکه آیا متابولیت های مشتق شده از تریپتوفان برای فشار خون بالا ناشی از CKD مادر در فرزندان بالغ مفید یا مضر هستند وجود دارد.

تحقیقات اخیر نشان می دهد که سولفید هیدروژن (H2S) ممکن است برخی از مزایای سلامتی را به عنوان یک استراتژی برنامه ریزی مجدد از جمله اثر ضد فشار خون داشته باشد [10،11]. چندین مکانیسم در زمینه اثرات کاهش فشار خون [12،13] گزارش شده است، از جمله افزایش فراهمی زیستی اکسید نیتریک (NO)، تعدیل سیستم رنین-آنژیوتانسین (RAS)، و کاهش استرس اکسیداتیو. ما قبلاً نشان دادیم که موش‌های پرفشار خون خود به خودی تحت درمان با نمک بالا (SHR) که مکمل L- یا D-سیستئین، پیش‌سازهای H2S هستند، بین 4 تا 6 هفتگی، در 12 هفتگی دچار فشار خون بالا نشدند [14]. علاوه بر تولید H2S، L-سیستئین به عنوان یک پیش ساز گلوتاتیون کاهش یافته (GSH) عمل می کند. GSH یک آنتی اکسیدان شناخته شده است [15]. بر این اساس، L- یا D-سیستئین دارای خواص آنتی اکسیدانی به عنوان متعادل کننده استرس اکسیداتیو است. از آنجایی که H2S دارای خواص گشادکننده عروق است و H2S می تواند فعالیت تریپتوفاناز میکروبی را تنظیم کند [10،16]، هدف ما این بود که بررسی کنیم آیا مکمل L- یا D-سیستئین مادر می تواند از موش های صحرایی در برابر فشار خون بالا ناشی از CKD مادر محافظت کند و مکانیسم های زمینه ای را با تمرکز مشخص کند. بر روی میکروبیوتای روده و متابولیت های مشتق از تریپتوفان

مواد و روش ها

1. مراقبت از حیوانات و طراحی آزمایشی

موش‌های ویرجین اسپراگ داولی (SD) در ابتدای مطالعه (سن 8 هفتگی، خریداری شده از BioLASCO Taiwan Co., Ltd., Taipei, Taiwan) مورد استفاده قرار گرفتند. در بدو ورود، موش‌ها در مرکز حیوانات دارای اعتبار کامل AAALAC ما قرار گرفتند. روش‌های مورد استفاده در این مطالعه بر اساس قوانین مراقبت و استفاده از حیوانات آزمایشگاهی مؤسسه ملی بهداشت و IACUC بیمارستان یادبود چانگ گونگ (مجوز شماره 2020073102) انجام شد.

مکمل سیستانچ

برای القای مدل CKD، موش‌های صحرایی ماده SD غذای معمولی (n {{0}}) یا غذای مکمل با 0.5 درصد آدنین را به مدت 3 هفته در کار قبلی ما دریافت کردند [3]. موش های ماده تا زمان جفت گیری با موش های نر در قفس قرار گرفتند. پس از تایید جفت گیری با حضور پلاگ کوپلاتوری، سدها به صورت جداگانه و به طور تصادفی در چهار گروه قرار گرفتند: کنترل، CKD (موش های تحت درمان با آدنین)، LC (موش های تحت درمان با آدنین، L-سیستئین مکمل با 8 میلی مول بر کیلوگرم دریافت کردند. وزن بدن در روز در دوران بارداری)، و DC (موش‌های تحت درمان با آدنین، D-سیستئین را با 8 میلی مول بر کیلوگرم وزن بدن در روز در طول بارداری دریافت کردند). دوزهای L-cysteine ​​و D-cysteine ​​مورد استفاده در اینجا بر اساس مطالعه قبلی ما انجام شده در موش است [14]. استانداردسازی اندازه بستر انجام شد و بسترها به هشت توله منتقل شدند. از آنجایی که مشخص شده است که مردان در سنین پایین‌تر از زنان [17] به فشار خون بالا مبتلا هستند، از هر بستر فقط فرزندان نر برای استفاده در آزمایش‌های بعدی انتخاب شدند. فرزندان نر به چهار گروه آزمایشی (n=8 در هر گروه) اختصاص داده شدند: C، CKD، LC و DC. توله ها در هفته 3 روی غذای عادی از شیر گرفته شدند.

برای اطمینان از دقت و تکرارپذیری، موش‌ها با سیستم فشار خون غیرتهاجمی CODA (روش دم کاف، شرکت علمی کنت، تورینگتون، CT، ایالات متحده آمریکا) برای 20 چرخه در هر موش عادت کردند تا از دقت و تکرارپذیری اطمینان حاصل شود. طبق پروتکل ما [3]، BP در موش‌های هوشیار هر چهار هفته یکبار اندازه‌گیری شد. در مجموع 32 فرزند در 12 هفتگی قربانی شدند. نمونه‌های مدفوع صبح قبل از قربانی کردن با بلند کردن دم و چرخاندن آن به سمت پشت برای القای مدفوع جمع‌آوری شد. نمونه های مدفوع بعدی تا زمان استخراج در دمای 80- درجه سانتیگراد در فریزر نگهداری شدند. نمونه خون در لوله های هپارین جمع آوری شد. کلیه ها برداشت و تا زمان تجزیه و تحلیل در دمای 80- درجه سانتیگراد نگهداری شدند. کلیه ها پس از پرفیوژن با سالین بافر فسفات برداشت شدند. یکی از کلیه ها برداشته شد و به قشر و مدولا تقسیم شد. کلیه دیگر برای ایمونوهیستوشیمی ثابت و خارج شد.

2. کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا - طیف سنجی جرمی (HPLC-MS/MS)

ما از یک سیستم کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) Agilent Technologies 1290 همراه با یک کروماتوگرافی مایع چهار قطبی سه قطبی Agilent 6470 با طیف سنجی جرمی پشت سر هم (LC/MS، Wilmington، DE، ایالات متحده) برای تعیین سطوح پلاسمایی H2S و thiosulte همانطور که قبلاً توضیح داده شد استفاده کردیم. [18]. مشتق H2S سولفید الهی (SDB) و مشتق thiosulfate pentafluorobenzyl (PFB) -S2O3H تعیین شد. تشخیص ترکیبات هدف در حالت نظارت بر واکنش انتخابی با استفاده از انتقال m/z 415→223، m/z 292.99→81، و m/z 212.99→93، به ترتیب برای SDB، PFB-S2O3H و PHB انجام شد. ما از فنیل 4-هیدروکسی بنزوات (PHB) به عنوان استاندارد داخلی استفاده کردیم.

3. کروماتوگراف مایع پشت سر هم طیف سنجی جرمی (LC-MS/MS)

سطوح پلاسمایی تریپتوفان و متابولیت های آن توسط LC-MS/MS آنالیز شد. در مجموع 13 متابولیت تریپتوفان، از جمله اسید کینورنیک، اسید گزانتورنیک، 3-هیدروکسی کینورنین (3-HKN)، 3-هیدروکسی آنترانیلیک اسید (3-HAA)، {{ 6}}هیدروکسی تریپتوفان (5-HTP)، سروتونین، هیدروکسی ایندول استیک اسید (5-HIAA)، N-استیل سروتونین (N-AS)، ایندوکسیل سولفات (IS)، ایندول{11}}استامید (IAM)، ایندول استیک اسید (ILA)، ایندول{12}}کربوکسالدئید (ICA) و ایندول استیک اسید (IAA). نمونه های پلاسما (200 میکرولیتر) به لوله سانتریفیوژ 1.5 میلی لیتری حاوی 400 میکرولیتر محلول مخلوط استاندارد داخلی، 200 میکرولیتر استونیتریل و 400 میکرولیتر متانول اضافه شدند. لوله ها به مدت 15 دقیقه روی سانتریفیوژ با سرعت 14، {21}} دور در دقیقه در دمای 4 ◦C قرار داده شدند. مایع رویی گرفته شد و با سانتریفیوژ تا 100 میکرولیتر تغلیظ شد. بعداً 100 میکرولیتر از محلول آبی استات آمونیوم 5 میلی مولار و متانول (9:1، v/v) اضافه و به خوبی مخلوط شدند. سپس نمونه با حجم 2 میکرولیتر به LC-MS/MS تزریق شد. جداسازی بر روی کروماتوگرافی با استفاده از یک سیستم HPLC Agilent 1200 Infinity II مجهز به ستون Water Acquity UPLC HSS T3 (2.1 mm × 100 mm؛ 1.8 um؛ Agilent Technologies) انجام شد. اجزاء توسط یک گرادیان حلال A (محلول آبی 5 میلی مولار استات آمونیوم) و حلال B (استونیتریل) شسته شدند. سیستم HPLC Agilent 1200 Infinity II با Agilent 6470A Triple Quadrupole LC/MS (تکنولوژی های Agilent) همراه شد. محلول شستشو برای متابولیت های تریپتوفان در حالت های تشخیص مانیتورینگ واکنش چندگانه (MRM) با پیش سازهای مشخصه و یون های محصول بررسی شد.

عصاره سیستانچ

4. RT-PCR کمی

بافت قشر کلیه موش صحرایی در بافر لیز همگن شد و RNA کل با استفاده از روش TRIZOL (Invitrogen، Carlsbad، CA، USA) استخراج شد، همانطور که قبلاً توضیح داده شد [3]. PCR کمی دو مرحله‌ای با استفاده از کیت PCR سبز QuantiTect SYBR (Qiagen، Valencia، CA، USA) روی یک سیستم تشخیص PCR Real-Time iQ iCycler (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) در دو نسخه انجام شد. در مجموع چهار ژن درگیر در تولید H2S، از جمله سیستاتیونین-سینتاز (CBS)، سیستاتیونین-لیاز (CSE)، 3-مرکاپتو پیروات سولفورترانسفراز (3MST) و D-آمینه اسید اکسیداز (DAO) تعیین شد. ما همچنین چندین ژن سیستم رنین-آنژیوتانسین (RAS) را اندازه‌گیری کردیم، از جمله رنین، گیرنده (پر)رنین (PRR)، آنزیم مبدل آنژیوتانسین (ACE)، آنزیم مبدل آنژیوتانسین{12}} (ACE2)، گیرنده آنژیوتانسین II نوع 1 (AT1R)، گیرنده آنژیوتانسین II نوع 2 (AT2R) و گیرنده آنژیوتانسین-(1-7)/Mas (MAS). ما از ژن مرجع RNA ریبوزومی 18S (R18S) به عنوان کنترل داخلی استفاده کردیم. هر نمونه در دو نسخه اجرا شد. پرایمرها با استفاده از نرم افزار GeneTool (BioTools, Edmonton, AB, Canada) طراحی شدند و در جدول 1 نشان داده شده اند. برای تعیین بیان نسبی ژن از روش سیکل آستانه مقایسه ای (Ct) استفاده شد. تغییر برابری برای هر mRNA نسبت به شاهد با استفاده از فرمول 2-∆∆Ct محاسبه شد.

5. تجزیه و تحلیل ترکیب روده میکروبیوتا

همانطور که قبلا توضیح داده شد [3]، DNA باکتری از نمونه های مدفوع منجمد استخراج و با استفاده از آنالیز متاژنومیکس 16S rRNA در شرکت Biotools Co., Ltd. (تایپه، تایوان) با استفاده از پلت فرم Illumina Miseq (Illumina، San Diego، CA، USA) تجزیه و تحلیل شد. توالی ها با استفاده از QIIME نسخه 1.9.1 پردازش شدند. توالی هایی با شباهت مبتنی بر فاصله 97 درصد یا بیشتر در واحدهای طبقه بندی عملیاتی (OTUs) توسط الگوریتم USEARCH خوشه بندی شدند. روابط فیلوژنتیکی بر اساس یک تراز توالی نماینده با FastTree ساخته شد. ما الگوهای - و - تنوع را برای جوامع میکروبی مقایسه کردیم. تنوع آلفا با شاخص ACE اندازه گیری شد. ما تنوع میکروبیوتای روده را در بین گروه‌ها با استفاده از تجزیه و تحلیل شباهت‌ها (ANOSIM) و تجزیه و تحلیل متمایز حداقل مربعات جزئی (PLS-DA) ارزیابی کردیم. اندازه اثر تجزیه و تحلیل متمایز خطی (LEfSe) برای کشف نشانگرهای زیستی با ابعاد بالا ارزیابی شد.

6. تجزیه و تحلیل پارامترهای اکسید نیتریک

ما از سیستم HPLC HP Agilent 11{{10}}0 (Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA) با تشخیص فلورسانس O-phthalaldehyde/3-مرکاپتوپروپیونیک اسید (OPA/) استفاده کردیم 3-MPA) مشتقات برای اندازه‌گیری پارامترهای مرتبط با NO در پلاسما همانطور که قبلاً توضیح داده شد [3]. این پارامترها شامل ال-آرژنین و دی متیل آرژینین نامتقارن و متقارن مهارکننده NO سنتاز (ADMA و SDMA) بود. استانداردها شامل 1-100 میلی‌مولار ال-آرژنین، 0.5-5 میلی‌مولار ADMA، و 0.5-5 میلی‌مولار SDMA بودند.

7. فعالیت آزادسازی H2S کلیه

فعالیت آزادسازی H2S کلیه با استفاده از روش متیلن بلو همانطور که قبلا توضیح داده شد اندازه گیری شد [12]. غلظت در برابر منحنی کالیبراسیون NaHS (3.125-250 میکرومولار) محاسبه شد و به صورت میکرومولار بر گرم پروتئین در دقیقه نشان داده شد. تمام نمونه ها در دو نسخه اجرا شد.

8. رنگ آمیزی ایمونوهیستوشیمی برای 8-OHdG

8-هیدروکسی دئوکسی گوانوزین ({{1}OHdG) یک محصول اکسیداسیون DNA است که برای تشخیص آسیب DNA تعیین شده است. همانطور که قبلاً توضیح دادیم [14]، بافت تعبیه شده در پارافین برش داده شده با ضخامت 4 میکرومتر در زایلن پارافین زدایی شد و در یک سری اتانول درجه بندی شده به سالین بافر فسفات هیدراته شد. پس از مسدود شدن با ایمونوبلات (BIOTnA Biotech.، Kaohsiung، تایوان)، مقاطع به مدت 2 ساعت در دمای اتاق با آنتی بادی ضد OHdG (1:100، JaICA، Shizuoka، ژاپن) انکوبه شدند. رنگ‌آمیزی ایمونوهیستوشیمی با استفاده از کیت برچسب‌گذاری پلیمر-ترب‌اکسیداز پراکسیداز (HRP) (BIOTnA Biotech) و 3،30 -دیامین‌بنزیدین (DAB) به‌عنوان کروموژن شناسایی شد. یک کنترل منفی از رنگ‌آمیزی یکسان با حذف انکوباسیون با آنتی‌بادی اولیه استفاده شد. آنالیز کمی 8-سلول‌های OHdG مثبت در هر میدان میکروسکوپی در بخش‌های کلیوی همانطور که قبلاً توضیح دادیم انجام شد [14].

9. تجزیه و تحلیل آماری

همه داده ها به صورت میانگین ± خطای استاندارد میانگین ارائه می شوند. آنالیزهای آماری با استفاده از آنالیز واریانس یک طرفه یا آنالیز واریانس دو طرفه در صورت لزوم انجام شد. آزمون تعقیبی توکی که در آن مقایسه‌های چندگانه انجام شد، استفاده شد. فشار خون با استفاده از آنالیز واریانس دو طرفه و آزمون تعقیبی توکی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیک میکروبیوتای روده با استفاده از نرم افزار R انجام شد. بر اساس پروفایل فراوانی OTU نرمال شده، تنوع میکروبی توسط ANOVA یک طرفه و به دنبال آن اصلاح نرخ کشف نادرست (FDR) با استفاده از شاخص ACE اندازه‌گیری شد. عدم تشابه جوامع میکروبی در بین گروه ها توسط PLS-DA با استفاده از نرم افزار R مورد ارزیابی قرار گرفت. خوشه‌بندی نمونه در تجزیه و تحلیل تنوع توسط ANOSIM با استفاده از بسته گیاهی در نرم‌افزار R مورد آزمایش قرار گرفت. گونه‌های باکتریایی کلیدی مسئول تمایز بین گروه‌های مختلف با استفاده از الگوریتم اندازه اثر تجزیه و تحلیل خطی (LEfSe) شناسایی شدند. آستانه امتیاز تجزیه و تحلیل تشخیص خطی (LDA) > 3 و p < 0.05 نشان دهنده جوامع میکروبی به طور قابل توجهی غنی شده است. سطح معنی داری در سطح 5 درصد تعیین شد. تجزیه و تحلیل های آماری با استفاده از نرم افزار SPSS (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) انجام شد.

پودر سیستانچ

بحث

مطالعه ما بینش جدیدی در مورد اثرات مفید درمان با L- یا D-سیستئین مادر برای محافظت در برابر فشار خون بالای فرزندان ناشی از CKD با تاکید خاص بر مسیرهای سیگنال دهی H2S و متابولیت های تریپتوفان به دست آمده از میکروب های روده ارائه می دهد. یافته های اصلی ما به شرح زیر است: فشار خون بالا ناشی از CKD مادر به طور مشابه با مکمل L- یا D-سیستئین در دوران بارداری جلوگیری شد. (2) درمان L-سیستئین از فرزندان بالغ در برابر فشار خون بالا محافظت کرد و با افزایش سطح HS و تیوسولفات پلاسما مرتبط بود. (3) در مقایسه با CKD، درمان D-سیستئین باعث افزایش متابولیت های تریپتوفان در مسیر کینورنین شد، اما آنها را در مسیر سروتونین کاهش داد (4) اثر محافظتی L- و D-سیستئین با کاهش استرس اکسیداتیو کلیه مرتبط بود. به عنوان رنگ‌آمیزی 8-OHdG نشان داده می‌شود. (5) درمان‌های CKD و L- و D-سیستئین مادر، پروفایل‌های میکروبیوتای روده فرزندان را به‌طور متفاوتی شکل می‌دهند که منجر به چهار انتروتیپ مجزا می‌شود. (6) اثرات مفید D-سیستئین مربوط به افزایش جنس Bacteroides و فراوانی Odoribacter بود. (7) اثر مفید L-سیستئین با بازیابی سطوح L-Arginine و نسبت L-Arginine-به-ADMA در پلاسما همراه بود. و (8) هر دو درمان L- و D-سیستئین از پرفشاری خون فرزندان برنامه ریزی شده توسط CKD مادر همزمان با متعادل کردن مجدد RAS محافظت می کند.

در حمایت از مطالعه قبلی ما در SHRs [14]، مکمل L- و D-سیستئین اثرات مشابهی در کاهش فشار خون در فرزندان بالغ متولد شده از مادران مبتلا به CKD نشان داد. نکته قابل توجه، مکمل L- یا D-سیستئین در طول بارداری به موش های مادر داده شد، بنابراین کاهش BP در فرزندان بالغ به جای یک اثر حاد، به دلیل برنامه ریزی مجدد بود. مطالعه ما شواهد بیشتری ارائه می‌کند که مکمل‌های اولیه با اسیدهای آمینه خاص می‌تواند فرآیندهای برنامه‌ریزی را معکوس کند و مزایایی را در مورد فشار خون بالا ارائه دهد [21].

کاهش فشار خون مشاهده شده در این مطالعه با یافته های قبلی که خواص شل کننده عروق H2S را نشان می دهد مطابقت دارد [10،11،22]. H2S می تواند به صورت درون زا با استفاده از سوبسترای L- یا D-cysteine ​​تولید شود [10،11،22]. از داده‌های ما، درمان L-سیستئین باعث افزایش بیان آنزیم CBS و CSE مولد H2S کلیه، فعالیت آزادسازی H2S کلیه و همچنین سطوح H2S و تیوسولفات پلاسما شد. D-سیستئین کاهش سطح تیوسولفات پلاسما ناشی از CKD را ترمیم کرد، در حالی که تأثیر کمی بر آنزیم های مولد H2S کلیه داشت. در تضاد با مطالعه قبلی که گزارش داده بود مسیر D-سیستئین کلیوی در فعالیت تولید H2S نسبت به مسیر L-سیستئین 80- برابر بیشتر است [23]، نتایج ما نشان داد که هر دو شامل تنظیم افتراقی مولد H2S هستند. مسیر اما اثرات مفید آنها قابل مقایسه است.

مزایای L- و D-سیستئین ممکن است شامل توانایی آنها در تعدیل میکروبیوم روده، از جمله افزایش فراوانی برخی از میکروب های مفید و میانجیگری باکتری های متابولیزه کننده تریپتوفان باشد. نشان داده شده است که تنوع بالاتر برای فشار خون بالا مفیدتر است [19]. با این حال، مشاهده کردیم که تنوع در بین چهار گروه تفاوتی نداشت. اگرچه افزایش نسبت F/B مشاهده شده در گروه CKD با یافته های قبلی که نشان می داد این نسبت می تواند به عنوان یک نشانگر میکروبی مرتبط با فشار خون بالا عمل کند مطابقت دارد، داده های ما همچنین افزایش نسبت را در گروه LC بدون فشار خون بالا نشان داد.

داده های این کار نشان داد که مکمل L- یا D-cysteine ​​فراوانی چندین باکتری مفید مانند Butyricicoccus، Bacteroides، و Odoribacter spp را افزایش می دهد. [24،25]. با توجه به مطالعه قبلی که نشان می داد فراوانی جنس Odoribacter تولید کننده بوتیرات با BP همبستگی معکوس دارد، این نتیجه تعجب آور نبود [26]. اثرات مفید L- یا D-سیستئین بر برنامه ریزی مجدد فشار خون، حداقل تا حدی، با افزایش میکروب های مفید مرتبط است.

داده‌های ما نشان داد که درمان CKD و سیستئین مادر اثرات متفاوتی بر متابولیت‌های تریپتوفان فرزندان حاصل از مسیرهای ایندول و سروتونین دارند. قابل‌توجه، داده‌های ما نشان داد که CKD مادر باعث کاهش سطوح IS، IAM و IAA پلاسما می‌شود که همگی از مشتقات ایندول هستند. هر دو IS و IAA سموم اورمیک شناخته شده ای هستند که از تریپتوفان به دست می آیند، که می توانند گیرنده هیدروکربنی آریل (AHR) را که فعال شدن آن با افزایش خطر فشار خون بالا مرتبط است، متصل کند [27]. فعال‌سازی سیگنال‌دهی AHR می‌تواند باعث استرس اکسیداتیو و التهاب شود [6،7،28-30]، که توسط آن سموم اورمیک مشتق از تریپتوفان ارتباط نزدیکی با ایجاد بیماری‌های قلبی عروقی دارد. نشان داده شده است که قرار گرفتن در معرض لیگاندهای AHR بیان آنزیم‌های تولیدکننده ROS را افزایش می‌دهد، تولید ROS را افزایش می‌دهد، محورهای T helper 17 را تحریک می‌کند و باعث تولید سیتوکین‌های پیش‌التهابی می‌شود [29،30]. بنابراین، مطالعات بیشتری برای روشن شدن اینکه آیا تعامل بین سموم اورمیک مشتق از تریپتوفان و AHR نقشی در پاتوژنز فشار خون برنامه ریزی شده از طریق القای استرس اکسیداتیو و التهاب ایفا می کند، مورد نیاز است. کاهش IS، IAM، و IAA مشاهده شده در فرزندان متولد شده در سدهای CKD با فشار خون بالا مصادف شد، که نشان می‌دهد کاهش متابولیت‌های ایندول ممکن است یک مکانیسم جبران‌کننده باشد اما دلیل فشار خون بالا ناشی از CKD نیست.

انواع مختلفی از باکتری های روده در متابولیسم تریپتوفان نقش دارند [31-33]، مانند Alistipes، Akkermansia و Bacteroides. ما دریافتیم که جنس آلیستیپس و آکرمانسیا تولید کننده ایندول در پاسخ به درمان ال سیستئین نسبتاً کاهش یافته است. از آنجایی که ال سیستئین آلیستیپس و آکرمانسیا را در سطح جنس کاهش می دهد، کاهش متابولیت های تریپتوفان، IAM و IAA احتمالاً به دلیل کاهش فراوانی میکروب های روده تولید کننده ایندول بوده است. با توجه به اینکه H2S می تواند فعالیت تریپتوفاناز میکروبی را تنظیم کند تا بر تجزیه تریپتوفان به ایندول تأثیر بگذارد [11،16]، نتایج ما امکان تغییر تولید متابولیت های ایندول را از طریق دستکاری میکروبیوتای روده با درمان L-سیستئین نشان می دهد. علاوه بر این، ما مشاهده کردیم که هر دو L- و D-سیستئین به طور مشابه سطح سروتونین پلاسما را کاهش می دهند. یک مطالعه قبلی گزارش داد که میکروبیوتای مبتنی بر رژیم غذایی می تواند مسیر متابولیک تریپتوفان را از سروتونین به تریپتامین تغییر دهد، که همزمان با افزایش جنس Butrycimonas اما کاهش Holdemania و Akkermansia [34] بود. بنابراین، مطالعات بیشتری برای روشن کردن چگونگی واسطه‌گری H2S در برخی از میکروب‌های متابولیزه کننده تریپتوفان برای هدایت مسیرهای متابولیک مختلف تریپتوفان مورد نیاز است.

کپسول سیستانچ

تحقیقات قبلی نشان داده است که اثرات مفید H2S بر فشار خون ممکن است به دلیل تنظیم مجدد تعادل جدید بین منقبض کننده های عروقی (مانند RAS) و گشادکننده عروق (مثلاً NO) باشد [12،13]. داده های ما در این کار نشان داد که ال سیستئین نه تنها فراهمی زیستی NO را بهبود بخشید، بلکه AT2R و MAS را نیز افزایش داد. مشخص است که AT2R و MAS بخشی از بازوی محافظ RAS هستند که می توانند اثرات مضر ناشی از آنژیوتانسین II (Ang II) را متعادل کنند [35]. از سوی دیگر، D-سیستئین بیان mRNA کلیوی رنین، PRR و AT1R را کاهش داد. با توجه به محور رنین / PRR و محور Ang II / AT1R هر دو باعث افزایش فشار خون می شوند، ممکن است D-سیستئین بتواند RAS را به سمت مزایای کاهش فشار خون تحت تاثیر قرار دهد.

یکی دیگر از مکانیسم های محافظتی درمان L- و D-سیستئین بر فشار خون برنامه ریزی شده در این مدل ممکن است با کاهش استرس اکسیداتیو مرتبط باشد. ما مشاهده کردیم که هر دو درمان L- و D-سیستئین استرس اکسیداتیو ناشی از CKD را در کلیه فرزندان بهبود می بخشد که به عنوان رنگ آمیزی 8-OHdG نشان داده می شود. داده های ما با تحقیقات قبلی که نشان می دهد استرس اکسیداتیو در پاتوژنز فشار خون برنامه ریزی شده در طول رشد کلیه دخیل است، مطابقت دارد [8].

برخی از محدودیت های این مطالعه را باید تصدیق کرد. در مرحله اول، ما عمدتاً روی کلیه ها تمرکز کردیم. از این رو، اطلاعات بسیار کمی در مورد نقش سایر اندام‌های کنترل‌شده با BP در تأثیر مفید L- یا D-cysteine ​​در برابر فشار خون بالا ناشی از CKD مادر، شناخته شده بود. ثانیاً، ما تغییرات میکروبیوتا را در مراحل مختلف رشد بررسی نکردیم. تغییرات میکروبی روده در نتاج بالغ ممکن است منعکس کننده انعطاف پذیری پس از تولد به جای یک فرآیند برنامه ریزی شده اولیه در پاسخ به CKD مادر و مکمل سیستئین باشد. علاوه بر این، بر اساس دانش ما، هیچ مطالعه ای برای تعیین همزمان تمام متابولیت های تریپتوفان گزارش نشده است. اگرچه روش توسعه‌یافته ما می‌تواند 13 متابولیت متعلق به سه مسیر متابولیک متفاوت تریپتوفان را تعیین کند، اما هنوز برخی از متابولیت‌های مهم مانند اسید کینولینیک و ملاتونین وجود دارند که از مطالعه خارج می‌شوند. مطالعات بیشتری برای بهبود روش نظارت بر بیشتر متابولیت‌های تریپتوفان و چگونگی تغییر متابولیسم تریپتوفان بین سه مسیر متابولیک مورد نیاز است، که می‌تواند بینشی در مورد CKD و بیماری‌های مرتبط ارائه دهد. در نهایت، با توجه به متابولیسم پیچیده تریپتوفان در تداخل میکروبیوتا-میزبان، تعیین اینکه کدام متابولیت های تریپتوفان عمدتاً اثر مفید درمان L- و D-سیستئین مادر را ترویج می کنند، مستحق بررسی بیشتر است.

نتیجه گیری

در نتیجه، نتایج مطالعه حاضر نشان می دهد که مکمل های غذایی با L- یا D-cysteine ​​از فرزندان بالغ در برابر فشار خون بالا ناشی از CKD محافظت می کند. این اثرات مفید مکمل سیستئین با افزایش تولید H2S، غنی‌سازی میکروب‌های مفید، تغییرات باکتری‌های متابولیزه کننده تریپتوفان و متابولیت‌های تریپتوفان، کاهش استرس اکسیداتیو، بازیابی فراهمی زیستی NO و متعادل کردن مجدد RAS مرتبط بود. متابولیت های تریپتوفان ممکن است به عنوان واسطه های ارتباط روده-کلیه عمل کنند، و نیاز فوری به مطالعات در مورد تنظیم متابولیسم تریپتوفان از طریق تغییر میکروبیوتای روده در CKD وجود دارد. حرکت به سمت درک بیشتر مکانیسم های پشت سر H2S و متابولیسم تریپتوفان دخیل در برنامه ریزی فشار خون بالا برای ایجاد یک مداخله برنامه ریزی مجدد ایده آل برای توقف اپیدمی جهانی فشار خون بسیار مهم است.

منابع

1. هانسون، م. گلوکمن، پی. ریشه های رشدی بیماری های غیرواگیر: پیامدهای جمعیت و سلامت عمومی. صبح. جی. کلین. Nutr. 2011، 94، 1754S–1758S. [CrossRef] [PubMed]

2. پیکولی، GB; الروخیمی، م. لیو، ژ. زاخارووا، ای. لوین، ا. کمیته راهبری روز جهانی کلیه آنچه در مورد زنان و بیماری های کلیوی انجام می دهیم و نمی دانیم. پرسش‌های بی‌پاسخ و پاسخ‌های بدون پرسش: تأملی در روز جهانی کلیه و روز جهانی زن. فیزیول. بین المللی 2018، 105، 1-18. [CrossRef]

3. Hsu، CN; یانگ، HW; Hou، CY; Chang-Chien، GP; لین، اس. Tain، YL بیماری مزمن کلیه ناشی از آدنین مادر، فشار خون را در فرزندان موش صحرایی نر بالغ برنامه ریزی می کند: پیامدهای اکسید نیتریک و متابولیت های مشتق از میکروبیوم روده. بین المللی جی. مول. علمی 2020, 21, 7237. [CrossRef]

4. Badawy, A. متابولیسم تریپتوفان، وضعیت و استفاده در بارداری. Biosci. Rep. 2015, 35, e00261. [CrossRef] [PubMed]

5. آگوس، ا. پلانچایز، جی. Sokol، H. تنظیم میکروبیوتای روده متابولیسم تریپتوفان در سلامت و بیماری. سلول میزبان میکروب 2018، 23، 716-724. [CrossRef]

6. سالی، م. دو، ال. سرینی، سی. پویتوین، اس. برونت، پی. Burtey، S. اثر فعال کننده گیرنده هیدروکربن آریل سموم اورمیک ناشی از متابولیسم تریپتوفان: یک مفهوم جدید برای درک عوارض قلبی عروقی بیماری مزمن کلیه. Toxins 2014, 6, 934-949. [CrossRef]

7. بریتو، جی اس; بورخس، NA; اسگلهادو، م. ماگلیانو، دی سی؛ Soulage، CO; فعال شدن گیرنده هیدروکربنی مافرا، دی آریل در بیماری مزمن کلیه: نقش سموم اورمیک. نفرون 2017، 137، 1-7. [CrossRef] [PubMed]

8. Hsu، CN; Tain, YL ریشه های رشدی بیماری کلیوی: چرا استرس اکسیداتیو مهم است؟ آنتی اکسیدان ها 2021، 10، 33. [CrossRef] [PubMed]

9. Hsu، CN; Tain، YL برنامه ریزی رشد و برنامه ریزی مجدد فشار خون و بیماری کلیوی: تأثیر متابولیسم تریپتوفان. بین المللی جی. مول. علمی 2020، 21، 8705. [CrossRef] [PubMed]

10. Kimura, H. نقش فیزیولوژیکی سولفید هیدروژن و فراتر از آن. نیتریک اکسید 2014، 41، 4-10. [CrossRef] [PubMed]

11. Hsu، CN; Tain، YL جلوگیری از منشأ رشد بیماری های قلبی عروقی: سولفید هیدروژن به عنوان یک هدف بالقوه؟ آنتی اکسیدان ها 2021، 10، 247. [CrossRef] [PubMed]

12. Wilcox، CS استرس اکسیداتیو و کمبود اکسید نیتریک در کلیه: ارتباط مهمی با فشار خون بالا؟ صبح. جی. فیزیول. منظم. یکپارچه سازی Comp. فیزیول. 2005، 289، R913–R935. [CrossRef] [PubMed]

13. Hsu، CN; Tain, YL Gasotransmitters برای پیشگیری درمانی از فشار خون بالا و بیماری کلیوی. بین المللی جی. مول. علمی 2021, 22, 7808. [CrossRef]

14. Hsu، CN; لین، وای جی؛ لو، رایانه شخصی؛ Tain، YL مکمل‌های اولیه D-cysteine ​​یا L-cysteine ​​از فشار خون بالا و آسیب کلیوی در موش‌های با فشار خون بالا که خود به خود در معرض مصرف نمک زیاد قرار دارند، جلوگیری می‌کند. مول. Nutr. مواد غذایی Res. 2018, 62, 2. [CrossRef] [PubMed]

15. الدینی، جی. آلتومار، ا. بارون، جی. ویستولی، جی. کارینی، م. برسانی، ل. سرجیو، F. N-استیل سیستئین به عنوان یک آنتی اکسیدان و عامل شکستن دی سولفید: دلایل. Free Radic Res. 2018، 52، 751–762. [CrossRef]

16. لوبل، ال. کائو، YG; فن، ک. گلیکمن، JN; Garrett, WS Diet پس از ترجمه پروتئوم میکروبی روده موش را برای تعدیل عملکرد کلیه اصلاح می کند. Science 2020, 369, 1518-1524. [CrossRef] [PubMed]

17. Reckelhoff، JF تفاوت های جنسیتی در تنظیم فشار خون. Hypertension 2001، 37، 1199-1208. [CrossRef] [PubMed]

18. Hsu، CN; Hou، CY; Chang-Chien، GP; لین، اس. مکمل روغن سیر مادر Tain، YL از فشار خون بالا ناشی از رژیم غذایی پرچرب در فرزندان موش بالغ جلوگیری می کند: پیامدهای مسیر تولید H2S در روده و کلیه ها. مول. Nutr. مواد غذایی Res. 2021, 65, e2001116. [CrossRef] [PubMed]

19. اولسون، KR; دلئون، ای آر. گائو، ی. هرلی، ک. ساداوسکاس، وی. باتز، سی. Stoy، GF Thiosulfate: منبعی از سولفید هیدروژن که به راحتی قابل دسترسی است در سنجش اکسیژن. صبح. جی. فیزیول. منظم. یکپارچه سازی Comp. فیزیول. 2013، 305، R592–R603. [CrossRef] [PubMed]

20. یانگ، تی. Santisteban، MM; رودریگز، وی. دروغ.؛ احمری، ن. کارواخال، جی.ام. زاده، م. گونگ، ام. چی، ی. زوبچویچ، جی. و همکاران دیس بیوز روده با فشار خون بالا مرتبط است. فشار خون بالا 2015، 65، 1331-1340. [CrossRef]

21. Hsu، CN; اسیدهای آمینه Tain، YL و ریشه های رشدی فشار خون بالا. مواد مغذی 2020، 12، 1763. [CrossRef]

22. Wen, YD; وانگ، اچ. Zhu, YZ توسعه دارویی سولفید هیدروژن در بیماری های قلبی عروقی. اکسید. پزشکی سلول. لانگف. 2018، 2018. [CrossRef] [PubMed]

23. شیبویا، ن. Kimura, H. تولید سولفید هیدروژن از دی سیستئین و پتانسیل درمانی آن. جلو. اندوکرینول. 2013، 4، 87. [CrossRef] [PubMed]

24. Boesmans, L. Valles-Colomer، M. وانگ، جی. ایکهوت، وی. فالونی، جی. دوکاتل، آر. ون ایمرسیل، اف. Raes, J.; تولیدکنندگان Verbeke، K. Butyrate به عنوان پروبیوتیک‌های بالقوه نسل بعدی: ارزیابی ایمنی تجویز Butyricicoccus pullicaecorum به داوطلبان سالم. mSystems 2018, 3, e00094-18. [CrossRef] [PubMed]

25. ظفر، ح. Saier, MH, Jr. روده گونه Bacteroides در سلامت و بیماری. میکروب روده 2021، 13، 1848158. [CrossRef] [PubMed]

26. گومز-آرانگو، LF; بارت، اچ ال. مک اینتایر، HD; Callaway، LK; موریسون، ام. دکر نیترت، ام. گروه آزمایشی SPRING. افزایش فشار خون سیستولیک و دیاستولیک با تغییر ترکیب میکروبیوتای روده و تولید بوتیرات در اوایل بارداری مرتبط است. فشار خون بالا 2016، 68، 974-981. [CrossRef]

27. لیو، جی آر. میائو، اچ. دنگ، دی کیو; وزیری، ND; لی، پی. متابولیسم تریپتوفان مشتق از میکروبیوتای روده Zhao، YY، فیبروز کلیه را با فعال‌سازی سیگنال‌دهی گیرنده هیدروکربن آریل واسطه می‌کند. سلول. مول. زندگی علمی. 2021، 78، 909-922. [CrossRef]

28. Zhang، N. نقش سیگنال دهی گیرنده هیدروکربنی آریل درون زا در فیزیولوژی قلب و عروق. J. قلب و عروق. دیس Res. 2011، 2، 91-95. [CrossRef]

29. دالتون، تی پی; پوگا، ا. شرتزر، HG القای استرس اکسیداتیو سلولی با فعال سازی گیرنده هیدروکربنی آریل. شیمی. Biol. تعامل داشتن. 2002، 141، 77-95. [CrossRef]

30. ویلک، ن. Matus، MG; کرنی، اس ام؛ اولسن، سوئد. فورسلوند، ک. بارتولومائوس، اچ. هاس، اس. ماهلر، ا. بلوغ، ع. مارکو، ال. و همکاران روده کامنسال پاسخگو به نمک محور و بیماری TH17 را تعدیل می کند. طبیعت 2017، 551، 585-589. [CrossRef] [PubMed]

31. پارکر، بی جی; Wearsch، PA; Veloo، ACM; رودریگز-پالاسیوس، A. جنس Alistipes: باکتری های روده با پیامدهای در حال ظهور برای التهاب، سرطان و سلامت روان. جلو. ایمونول. 2020، 11، 906. [CrossRef] [PubMed]

32. یعقوب، ر. Wyatt، CM دستکاری میکروبیوم روده برای کاهش سموم اورمیک. کلیه بین المللی 2017، 91، 521-523. [CrossRef] [PubMed]

33. لیانگ، اچ. دای، ز. کو، ج. سان، ک. چن، جی. یانگ، ی. وو، جی. Wu, Z. مکمل غذایی ال-تریپتوفان عملکرد سد مخاطی روده را در خوکچه های از شیر گرفته افزایش می دهد: مفهوم میکروبیوتای متابولیزه کننده تریپتوفان. بین المللی جی. مول. علمی 2019، 20، 20. [CrossRef] [PubMed]

34. صراف، م.ک. پیکولو، بی دی؛ بولین، AK; مرسر، KE; لورویت، تی. چینتاپالی، اس وی؛ شانکار، ک. Badger, TM; میکروبیوتای مبتنی بر رژیم غذایی Yeruva، L. متابولیسم تریپتوفان را از سروتونین به تریپتامین در روده بزرگ خوک نوزادی تغییر می دهد. Microbiome 2017, 5, 77. [CrossRef] [PubMed]

35. Forrester, SJ; Booz، GW; زیگموند، سی دی; Coffman, TM; کاوایی، ت. ریزو، وی. اسکالیا، آر. Eguchi، S. آنژیوتانسین II انتقال سیگنال: به روز رسانی در مکانیسم های فیزیولوژی و پاتوفیزیولوژی. فیزیول. 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 و You-Lin Tain 7,8,

1 بخش داروسازی، بیمارستان یادبود کائوسیونگ چانگ گونگ، کائوسیونگ 833، تایوان؛ cnhsu@cgmh.org.tw

2 دانشکده داروسازی، دانشگاه پزشکی Kaohsiung، Kaohsiung 807، تایوان

3 گروه علوم غذاهای دریایی، دانشگاه ملی علم و فناوری Kaohsiung، Kaohsiung 811، تایوان. chihyaohou@webmail.nkmu.edu.tw

4 مرکز تحقیقات سموم محیطی و آلاینده های نوظهور، دانشگاه چنگ شیو، کائوسیونگ 833، تایوان. guoping@csu.edu.tw (G.-PC-C.); linsufan2003@csu.edu.tw (SL)

5 مرکز تحقیقات و فناوری Super Micro Mass، دانشگاه چنگ شیو، Kaohsiung 833، تایوان

6 موسسه سموم محیطی و آلاینده های نوظهور، دانشگاه چنگ شیو، کائوسیونگ 833، تایوان

7 گروه اطفال، بیمارستان یادبود کائوسیونگ چانگ گونگ و کالج پزشکی دانشگاه چانگ گونگ، کائوسیونگ 833، تایوان

8 موسسه تحقیقات ترجمه در زیست پزشکی، بیمارستان یادبود کائوسیونگ چانگ گونگ و کالج پزشکی دانشگاه چانگ گونگ، کائوسیونگ 833، تایوان