A bél mikrobiális metabolitjai a szívizominfarktus súlyosságához kapcsolódnak patkányokban

Cardiothoracicus Sebészeti Részleg, Wisconsini Orvosi Főiskola, Milwaukee, WI, Amerikai Egyesült Államok

Cardiothoracicus sebészet tagozati osztálya, Medical College of Wisconsin, Milwaukee, WI, Amerikai Egyesült Államok

Farmakológiai és Toxikológiai Tanszék, Wisconsini Orvosi Főiskola, Milwaukee, WI, Amerikai Egyesült Államok

Gyermekgasztroenterológiai tagsági osztály, Wisconsini Orvosi Főiskola, Milwaukee, WI, Amerikai Egyesült Államok

Cardiothoracic Surgery, Division of Cardiothoracic Surgery, Medical College of Wisconsin, Milwaukee, WI, Amerikai Egyesült Államok, Farmakológiai és Toxikológiai Tanszék, Wisconsini Orvosi Főiskola, Milwaukee, WI, Amerikai Egyesült Államok, Biokémiai Tanszék, Wisconsini Orvosi Főiskola, Milwaukee, WI, Amerikai Egyesült Államok, The Cardiovascular Center, Medical College of Wisconsin, Milwaukee, WI, Amerikai Egyesült Államok

Vy Lam,
Jidong Su,
Anna Hsu,
Garrett J. Gross,
Nita H. Salzman,
John E. Baker

Ábrák

Absztrakt

Idézet: Lam V, Su J, Hsu A, Gross GJ, Salzman NH, Baker JE (2016) Az intesztinális mikrobiális metabolitok a szívizominfarktus súlyosságához kapcsolódnak patkányokban. PLoS ONE 11 (8): e0160840. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0160840

Szerkesztő: John Calvert, Emory University, AMERIKAI EGYESÜLT ÁLLAMOK

Fogadott: 2016. január 5 .; Elfogadott: 2016. július 26 .; Közzétett: 2016. augusztus 9

Adatok elérhetősége: Minden releváns adat megtalálható a dokumentumban és a kiegészítő információkat tartalmazó fájlokban.

Finanszírozás: Ezt a munkát az NIH támogatta [HL54075 és AI080363 - J.E.B .; AI057757 - N.H.S., és HL074317 - G.J.G.]. A finanszírozóknak nem volt szerepük a tanulmányok tervezésében, adatgyűjtésben és elemzésben, a közzétételre vonatkozó döntésben vagy a kézirat elkészítésében.

Versenyző érdeklődési körök: A tanulmány szellemi tulajdonjogait a Microbiota Diagnostics, LLC kapta meg, amelyben J.E.B. tulajdonosi érdekeltséggel rendelkezik. Ez nem változtatja meg a szerzőknek az adatok és anyagok megosztására vonatkozó PLOS ONE irányelvek betartását.

Bevezetés

Az embereket és más állatokat a mikrobák összetett ökoszisztémái gyarmatosítják. Ezeknek a mikrobáknak a többsége (tízezer billió), amelyeket együttesen mikrobiomnak neveznek, a gyomor-bél traktusunkban élnek. Az emberi belekben 500–1000 baktériumfaj él, és az emberi bélben található mikrobák géntartalma százszorosan meghaladja a gazdaét [2]. A bél mikrobiája elengedhetetlen az emberi és állati egészség szempontjából. A bél mikrobiota megzavarása elősegítheti olyan összetett anyagcsere-betegségek kialakulását, mint az elhízás [3] és az érelmeszesedés [4].

Közvetlen kapcsolatról számoltak be a bél mikrobiota és a patkányok okozta szívizominfarktus okozta sérülés súlyossága között [5]. Ebben a tanulmányban a széles spektrumú vankomicin antibiotikum megváltoztatta a bél mikrobiota egyes csoportjainak bőségét és csökkentette a keringő leptin szintet, ami kisebb szívizominfarktusokat eredményezett, és javította a poszt ischaemiás mechanikus funkció helyreállítását. Ezenkívül a belekben élő leptint elnyomó probiotikus baktérium, a Lactobacillus plantarum 299v (a gazdájának hasznos élő mikroorganizmus) szintén csökkent leptinszintet, kisebb szívizominfarktusokat és a poszt-ischaemiás mechanikus funkció nagyobb mértékű helyreállítását eredményezte. Úgy tűnik, hogy ezek az antibiotikus és probiotikus kezelések elmozdulást okoznak a bél mikrobiális populációjában a kardioprotektív fenotípus felé. Ez a tanulmány bebizonyítja, hogy az antibiotikus és probiotikus kezelések a bél mikrobiota pozitív hatásait túlmutatva pusztán a helyi hatásokon is pozitív, jelentős hatásokat teremthetnek a távoli szervekre, például a szívre.

A bél lumenéből a leptin mellett folyamatosan felszívódnak a bél mikrobiotája által termelt és metabolizált kis molekulatömegű metabolitok. A felszívódást követően a metabolitokat a májba szállítják feldolgozás céljából, majd felszabadítják a szisztémás keringésbe. Odaérve előnyöket és/vagy kárt okozhatnak a gazda számára, például a szív- és érrendszeri betegségek elősegítése vagy csökkentése terén [4]. A bél mikrobiotája által szabályozott metabolitok és a szívinfarktus súlyossága közötti mechanisztikus kapcsolatról még nem számoltak be. A bél mikrobiota, a keringésben jelen lévő mikrobiális metabolitok és a szívinfarktus súlyossága közötti kapcsolat felfedezése azt jelentené, hogy először a nem konvencionális kockázati tényezők kezelésével képesek vagyunk felismerni egy személy szívroham valószínűségét. A bél mikrobiota és a szívrohamok súlyossága közötti kapcsolat új lehetőségeket teremthet a szívrohamok megelőzésére.

A tömegspektrometria a metabolomikus vizsgálatok hatékony eszközévé vált széles dinamikatartománya, reprodukálható kvantitatív képességei és jelentős molekuláris komplexitású minták elemzésének képessége miatt [6]. Az adatelemzés magában foglalja a biofolyadékokból - például a vérplazmából - előállított nagy sűrűségű spektrális adatok bányászatát, összehasonlító biokémiai aláírások halmazával összehasonlítva, számítógépes mintázatfelismerő algoritmusokkal. Tömegspektrometriát használtak a hagyományos és csíra nélküli egerek vérplazma metabolitjainak különbségeinek összehasonlítására és szembeállítására [7], valamint a gyomor-bélrendszeri baktériumok működésének jellemzésére [8]. Ezek a vizsgálatok széles, céltalan tömegspektrometriás megközelítést alkalmaztak több metabolit azonosságának feltárására. Ezek a vizsgálatok azonban nem kapcsolták össze a mikrobiota által kiváltott metabolikus változásokat a gazdaszervezet fiziológiai funkciójával.

Tömegspektrometriát alkalmaztunk egy hipotézisvizsgálati tanulmányban annak megállapítására, hogy a bél mikrobiota metabolikus fenotípusai kapcsolódnak-e a szívinfarktus súlyosságához, és átfogóan meghatározzuk a metabolikus fenotípusok jelenlétét a gazda keringésében, amelyet nem felszívódó antibiotikumok indukálnak. A plazma elemzését választottuk a mikrobiális anyagcsere és a szisztémás út közötti kölcsönhatás mértékének felmérésére.

A szív mikrobiális metabolitjai által megcélzott helyek azonosítása és a megfelelő intracelluláris utak, amelyek csökkentik a miokardiális infarktus súlyosságát, nem ismertek. Az intracelluláris túlélési utak aktiválódását a receptor megkötése indíthatja el, és a sejtek felszínén vagy belsejében elhelyezkedő ioncsatornákkal lehet végrehajtani [9]. A megalapozott kardioprotektív mechanizmus meghatározásához meg kell érteni, hogy a mikrobiális metabolitok miként kommunikálnak a szívvel, valamint a myocardialis infarctus súlyosságának csökkenéséért felelős celluláris mediátorok azonosságáról.

Teszteltük azt a hipotézist, hogy a bél mikrobiota által termelt és a szisztémás keringésbe kerülő alacsony molekulatömegű metabolitok közvetlen szerepet játszanak a miokardiális infarktus súlyosságának meghatározásában. A fő célkitűzések a következők voltak: (i) a plazma metabolitok azonosítása és az antibiotikum-kezelésekre való reagálásuk, (ii) a szívizom ischaemia/reperfúzió következtében bekövetkezett sérülés későbbi súlyosságának meghatározása, (iii) annak értékelése, hogy a bél mikrobiota metabolitjai fiziológiai szerepet játszanak-e a szívizom súlyosságának meghatározásában infarktus és (iv) meghatározza a kardioprotekció mediátorait. Vizsgálatunk mechanisztikusan összekapcsolja a bél mikrobiom metabolikus fenotípusait a miokardiális infarktus súlyosságával patkányokban.

Mód

A vizsgálat kísérleti tervét az 1. ábra mutatja.