Efecte preventive și mecanisme ale usturoiului asupra dislipidemiei și disbiozei microbiomului intestinal

Keyu Chen

Kun Xie

Zhuying Liu

Yasushi Nakasone

Kozue Sakao

Md. Amzad Hossain

3 Facultatea de Agricultură, Universitatea Ryukyus, Okinawa 903-0213, Japonia

De-Xing Hou

4 Facultatea de Agricultură, Universitatea Kagoshima, Kagoshima 890-0065, Japonia

Abstract

1. Introducere

Usturoiul (Allium sativum L.) a fost folosit de mult timp în scopuri culinare și medicinale de multe culturi. Pe baza greutății proaspete, usturoiul conține apă (62-68%), carbohidrați (26-30%), proteine (1,5-2,1%), aminoacizi (1,0-0,5%), compuși organosulfurici (1,1-3,5%) și fibre (1,5%). Glucidele sunt cea mai abundentă clasă de compuși prezenți în bulbii de usturoi și reprezintă aproximativ 77% din greutatea uscată. Majoritatea materialului carbohidrat din usturoi este format din polimeri de fructoză solubili în apă numiți fructani [1], reprezentând aproximativ 65% din greutatea uscată [2]. Fructanii din usturoi sunt polizaharide polimerizate cu greutate moleculară mare variind de la l-cisteine (G-SAC), care sunt hidrolizate și oxidate pentru a produce sulfoxizi de S-alil-l-cisteină (alin) în timpul depozitării [11]. Zdrobirea sau tocarea sau mestecarea usturoiului eliberează aliinază, care catalizează alina în alicină și alți tiosulfați [12]. Alicina este considerată a fi responsabilă pentru cea mai mare parte a activității farmacologice a căței de usturoi crude zdrobite [13]. Se consideră că aceste OSC sunt principiile bioactive pentru numeroase beneficii pentru sănătate [14], în special pentru componentele de apărare cu activitate antimicrobiană largă.

Microbii intestinali joacă un rol important în menținerea unui corp sănătos [15]. S-a demonstrat că suplimentarea dietetică cu tărâțe de orez și fasole bleumarin [16], polifenoli dendrobium [17] și propolis [18] influențează compoziția și activitățile microbiotei intestinale [19]. Hrana cu diete bogate în grăsimi (HFD) modulează compoziția microbiomului intestinal prin scăderea prevalenței bacteriilor specifice care protejează bariera intestinului și creșterea prevalenței agenților patogeni oportunisti care pot elibera antigeni liberi, cum ar fi lipopolizaharidele. Acest dezechilibru poate fi asociat cu o permeabilitate intestinală mai mare, ducând la niveluri plasmatice mai ridicate de factori de endotoxină și inflamație și, în cele din urmă, la dezvoltarea tulburărilor metabolice [20,21].

Ingredientele complexe ale usturoiului par să aibă rezultate paradoxale asupra microbiomului intestinal. Experimentele cu compuși separați au arătat că fructanii funcționează ca prebiotice pentru microbiomul intestinal [22] în timp ce OSC-urile usturoiului, cum ar fi alicina, tiosulfinatele și ajoena, acționează ca agenți antibacterieni [23,24]. Prin urmare, este necesar să se clarifice influența aportului întreg de usturoi în viața de zi cu zi asupra microbiomului intestinal. În acest studiu, am folosit un model de șoarece cu dietă normală (ND) și HFD pentru a investiga influența și mecanismele usturoiului întreg asupra microbiomului intestinal. Dextrina a fost utilizată ca un control pozitiv, deoarece dextrina este o polizaharidă [25], similară cu fructanul, și poate stimula creșterea tulpinilor probiotice, cum ar fi Actinobacteria și Bacteroidetes [26], și un număr redus de bacterii patogene [27].

2. Materiale și metode

2.1. Produse chimice și reactivi

Usturoiul a fost recoltat dintr-un câmp de sol din prefectura Aomori, Japonia. După uscare cu aer fierbinte (conținut de umiditate 60%), usturoiul a fost depozitat la -2 ° C timp de 10 luni și apoi pulverizat sub formă de pulbere brută de usturoi (conținut de umiditate 4,8%). Cantitățile de OSC și fructan din pudra de usturoi au fost determinate prin HPLC sau set de testare a fructanului (Biocon Ltd., Nagoya, Japonia), respectiv (Anexa A, Tabelul A1).

Dextrina indigestibilă a fost obținută din amidon natural de porumb cu 95% dextrină și 5% apă. Uleiul de untură a fost obținut de la Sigma-Aldrich Japonia (Tokyo, Japonia). Compoziția nutritivă a dietelor este prezentată în apendicele A, tabelul A2. ND conținea 21% proteine, 6% grăsimi, 54% carbohidrați, 4% celuloză și aproximativ 370 kcal/100 g calorii totale. HFD conținea 21% proteine, 40% grăsimi, 10% carbohidrați, 4% celuloză și aproximativ 570 kcal/100 g calorii totale.

2.2. Modelul mouse-ului

Protocolul experimental animal a fost elaborat în conformitate cu liniile directoare ale Comitetului de îngrijire și utilizare a animalelor de la Universitatea Kagoshima (permisiunea nr. A12005). Șoareci masculi C57BL/6N (cu vârsta de 5 săptămâni) de la Japan SLC Inc. (Shizuoka, Japonia) au fost adăpostite separat în cuști cu așchii de lemn așternute sub lumină controlată (12 ore lumină/zile) și temperatură (25 ° C) și acces gratuit la apă și furaje. Greutatea corporală a șoarecilor a fost cântărită o dată pe săptămână. După aclimatizare timp de 7 zile (vârsta de 6 săptămâni), șoarecii au fost împărțiți aleatoriu în șase grupuri (n = 5) și hrăniți cu ND, NDG (5% usturoi în ND), NDD (4% dextrină în ND), HFD, HFDG (5% usturoi în HFD) sau HFDD (4% dextrină în HFD). După 12 săptămâni de hrănire (vârsta de 18 săptămâni), șoarecii au fost sacrificați după post peste noapte. Fecalele proaspete au fost colectate la începutul (6 săptămâni) și la sfârșitul experimentului (18 săptămâni) pentru investigarea microbiomului intestinal asociat cu diferite vârste sau diete.

2.3. Măsurarea indicatorilor biochimici serici

Serurile de sânge au fost obținute din globii oculari de șoareci și colectate într-un tub cu coagulant (microtuburi separate, FUCHIGAMI, 170720, Kyoto, Japonia) timp de 30 de minute la temperatura camerei pentru a se coagula corespunzător și au fost achiziționate prin centrifugare la 3000 rpm timp de 5 minute și depozitate la - 80 ° C până la utilizare. Nivelurile serice de transaminază glutamic-oxaloacetică (GOT), transaminază glutamică-piruvică (GPT), gamma-glutamil transferază (GGT), colesterol total (T-Cho), triacilglicerol total (TG), colesterol lipoproteic de înaltă densitate (HDL-c )) și glucoza au fost măsurate cu un analizor automat pentru chimie clinică (SPOTCHEM EZ SP-4430, Arkray, Kyoto, Japonia). Nivelul LDL (lipoproteine cu densitate mică) a fost calculat utilizând ecuația Friedewald (LDL = T-Cho - HDL-c - TG/5) [28]. Concentrația de insulină în ser a fost măsurată cu un kit ELISA (Thermo Fisher Scientific Inc., Rockford, IL, SUA) conform instrucțiunilor producătorului. Indicele de evaluare a modelului homeostatic pentru rezistența la insulină (HOMA-IR) a fost calculat cu funcția de glucoză de post × insulină de post/405 [29].

2.4. Histomorfologie

Țesutul ileon de șoareci a fost feliat cu un sistem de microtome înghețat (Yamato, Saitama, Japonia) conform instrucțiunilor producătorului. Felia (7 μm) obținută a fost apoi colorată cu colorare hematoxilin-eozină (H&E) și observată la microscopul cu fluorescență (Keyence, Tokyo, Japonia).

2.5. Analize ale acidului organic Cecal

Conținutul de Cecum și Cecum a fost izolat și cântărit. Fiecare probă de 0,3 g de conținut de cecum a fost transferată în 0,6 ml apă distilată și a stat pe gheață timp de 10 minute după adăugarea a 0,09 ml acid peroxidic 12%. Supernatantul a fost filtrat după centrifugare cu 15.000 × g la 4 ° C timp de 10 minute și apoi utilizat pentru analiza acidului organic folosind cromatografie lichidă de înaltă performanță cu excludere de ioni cu pompă LC-10AD (Shimadzu, Kyoto, Japonia) și conductivitate electrică (Waters431, Kyoto, Japonia). Identificarea componentelor a fost realizată de modulul de date CBM-20A (Shimadzu, Kyoto, Japonia) [30].

2.6. Caracterizarea microbiomului intestinal prin secvențierea genei ARNr 16S

Fecalele șoarecilor au fost colectate de la șoareci adăpostiți în cuști diferite la vârsta de 6 și 18 săptămâni și depozitate la -80 ° C până la utilizare. ADN-ul genomic fecal a fost extras cu kitul de rotire ADN rapid pentru fecale (MP BIOMEDICALS) conform instrucțiunilor producătorului și utilizat pentru a analiza compoziția comunităților bacteriene intestinale prin secvențierea genelor 16S rARN, așa cum este descris în lucrarea noastră anterioară [31].