Die Rolle von Polyphenolen bei der Regulierung von Hitzeschockproteinen und Darmmikrobiota bei Entwöhnungsstress Teil 1

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Darmmikrobiota sind die natürlichen Bewohner des Darmökosystems, die mehrere Funktionen aufweisen, die positive Auswirkungen auf die Physiologie des Wirts haben. Störungen der Darmmikrobiota bei Entwöhnungsstress werden durch das Immunsystem und durch oxidativen Stress bedingte Proteinwege reguliert. Absetzstress verändert auch die Reaktion der Darmmikrobiota, schränkt die Verdaulichkeit ein und beeinflusst die Produktivität der Tiere durch die Produktion von Entzündungsmolekülen. Hitzeschockproteine ​​sind die molekularen Chaperone, die eine Reihe von Funktionen aus physiologischer bis pathologischer Sicht erfüllen und die zelluläre Stressreaktion umgestalten. Da sie am Abwehrmechanismus beteiligt sind, gewährleisten Polyphenole die zelluläre Toleranz gegenüber enormen Reizen. Polyphenole sind von der Natur gesegnete Verbindungen, die ihre Existenz in großen Mengen zeigen. Aufgrund ihrer breiteren Verfügbarkeit und Popularität können sie starke immunmodulatorische, antioxidative und entzündungshemmende Aktivitäten ausüben. Ihre vielversprechenden gesundheitsfördernden Wirkungen wurden in verschiedenen Zell- und Tierstudien nachgewiesen. Ernährungsinterventionen mit Polyphenolen können die Reaktion des Darmmikrobioms verändern und den mit Entzündungen verbundenen Entwöhnungsstress abschwächen. Darüber hinaus rufen Polyphenole gesundheitsfördernde Wirkungen durch Verbesserung hervorentzündlichProzesse zur Verbesserung der Verdaulichkeit und wirken dadurch schützend auf die Tierproduktion. Hier, in diesem Artikel, werden wir die Rolle von diätetischen Polyphenol-Interventionsstrategien bei der Entwöhnung von Stress, der die Funktion der Darmmikrobiota stört, erweitern und auch den Schwerpunkt auf Hitzeschockproteine ​​​​für die Darmgesundheit legen. Dieser Übersichtsartikel gibt der Futtermittelindustrie eine neue Richtung für die Formulierung einer Ernährung, die Polyphenole enthält, die einen erheblichen Einfluss auf die Tiergesundheit haben würden.

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1. Einleitung

Die Darmmikrobiota ist der natürliche Bewohner derMagen-DarmTrakt, in einem Wirt mit gegenseitigem Verständnis über die Jahrzehnte residierend [1]. Es führt eine gut gepflegte Zusammensetzung und Balance innerhalb der Homöostase des Wirts durch [2]. Die Darmmikrobiota von Schweinen stellt eine lebendige Zusammensetzung und Vielfalt dar, die sich mit der Zeit und im gesamten Magen-Darm-Trakt verändert [3]. Die Initiierung der mikrobiellen Besiedelung beginnt sich bei der Geburt zu entwickeln und wird durch den Verzehr von Sauenmilch geprägt[4], und somit weist die Säugezeit auf mikrobielle Veränderungen im Darm hin. Die Absetzphase beginnt insbesondere 3 bis 4 Wochen nach der Aussaat, wenn den Ferkeln statt flüssiger Milch feste Nahrung angeboten wird. Abgesetzte Ferkel reagieren empfindlich auf ernährungsbedingte, physiologische und psychologische Stressoren, was zu einer gestörten Darmmorphologie, physiologischen Funktion und Veränderungen der Darmmikrobiota führt [5,6]. Die Veränderung der Darmmikrobiota wird als Hauptfaktor für Absetzdurchfall angesehen [7]. Die Hauptfunktion der Darmmikrobiota besteht darin, unverdauliche Nährstoffe zu verdauen, aber sie hilft auch bei der Nährstoffaufnahme, dem Metabolismus und der Speicherung aufgenommener Nährstoffe, was einen einflussreichen Einfluss auf die Wirtsphysiologie hat [8]. Eine Störung der Zusammensetzung der Darmmikrobiota kann zu mehreren pathogenen Störungen führen [9,10]. Daher erfordert eine Verbesserung der Wirtsgesundheit ein klares Verständnis des Darmökosystems, insbesondere der Darmmikrobiota [11].

Cistanche kann die Immunität verbessern

Es ist allgemein bekannt, dass überwältigende freie Radikale oxidativen Stress induzieren, das Abfangen freier Radikale beeinträchtigen und das Oxidantien/Antioxidantien-Gleichgewicht beeinflussen. Oxidativer Stress kommuniziert auch mit Signalmolekülen, um eine phytopathogene Reaktion auszuüben. Insgesamt hat es eine ausgeprägte Wirkung auf die Darmgesundheit bei Schweinen und Fleischkälbern, was letztendlich seine Produktion minimiert [12,13]. Die Erforschung der Darmmikrobiota bei Schweinen würde nicht nur zum Aufbau eines gesunden Darms des Tieres beitragen, sondern aufgrund der Ähnlichkeit anatomischer und physiologischer Merkmale auch für Studien am Menschen von Nutzen sein. Die Wirkung von Polyphenolen formt die Darmmikrobiota und verbessert den Entwöhnungsstress, der in den folgenden Abschnitten besprochen wird.

2. Der Metabolismus von Polyphenolen durch Darmmikrobiota

Nahrungspolyphenole sind naturbasierte bioaktive Verbindungen, die aus einer Vielzahl von Quellen stammen, darunter Pflanzen, Obst, Gemüse, Kakao, Schokolade, Tee, Kaffee und Wein [14]. Natürlich sind sie heterogene Verbindungen, die in hydroxylierte Phenyleinheiten kategorisiert sind. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Strukturmerkmale wurden sie in Flavonoide und Nichtflavonoide unterteilt [15]. Die Mehrzahl der Verbindungen fällt unter die Kategorie der Flavonoide; mehr als 9000 strukturell unterschiedliche Verbindungen wurden bisher in der Natur untersucht. Die einzigartige Identität der phenolischen Verbindungen besteht aus aDiphenylpropanSkelett(C6-C3-C6)Struktur mit gemeinsamen Attributen. Darüber hinaus werden Flavonoide gemäß ihrem unterschiedlichen Strukturverhalten weiter in sechs Untergruppen unterteilt [16,17]. Sobald diese Verbindungen verzehrt wurden, erkennt sie der menschliche Körper als Xenobiotika, daher ist die Bioverfügbarkeit der Verbindungen geringer als die von Mikro- und Makronährstoffen. In Anbetracht der Art der Verbindung passieren sie schnell den Dünndarm [18] oder bewegen sich nahezu unverändert in Richtung Dickdarm [19, 20]. Die Daten haben gezeigt, dass etwa 1/9 der gesamten Polyphenolabsorption im Dünndarm stattfindet, während der Rest in geringerer Konzentration durch das große Darmlumen geleitet wird, wo sie konjugiert und über das Darmlumen durch die Galle ausgeschieden und exponiert werden enzymatische Aktivitäten [21-23]. Größere Moleküle von Polyphenolen erreichen den Dickdarm in einer fast ursprünglichen Struktur und werden dann durch die Wirkung der Darmmikrobiota zusammen mit Konjugaten verstoffwechselt und im Darmlumen über die Galle ausgeschieden. Es gibt mehrere Faktoren, die ihre Bioverfügbarkeit beeinflussen, wie Polarität, Molekülmasse, Pflanzenmatrix, Verdaulichkeit und Resorption [24]. Sobald die Polyphenole aus dem Dünndarm absorbiert sind, passieren Aglykone die Biotransformation in Enterozyten und dann in Hepatozyten. Danach werden die produzierten Metaboliten in verschiedene Organe verteilt und schließlich mit dem Urin ausgeschieden. Und Wissenschaftler wiesen darauf hin, dass Bewertungen der Auswirkungen von polyphenolreichen Nahrungsmitteln auf die antioxidative Kapazität des menschlichen Blutes möglicherweise nicht die Nahrungsaufnahme der Freiwilligen berücksichtigen, die als Haupteinfluss bei der Beeinflussung der antioxidativen Kapazität des Blutes von Menschen dienen könnte[25]. Weiters wird umfassendes Wissen zur Bioverfügbarkeit von Polyphenolen von [26-30] diskutiert. Die Polyphenolstruktur, die gesundheitsschützende Wirkungen zeigt, ist in Abbildung 1 gut dargestellt.

3. Die Auswirkungen von Polyphenolen auf Mikroben

Zusammensetzung und Stoffwechsel

Der Magen-Darm-Trakt (GIT) wird von zahlreichen Bakterienarten im Dickdarm besiedelt. Die überwiegend vorkommende MikrobiotaStämmesind Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobakterien usw. [31]. Die spezifische Mikrobiota-Zusammensetzung kann unter bestimmten Bedingungen variieren, wie z. B. Durchfall und Antibiotikatherapie oder bei Ernährungseingriffen [32]. Die Ernährung wirkt sich auf die Darmmikrobiota aus und kann die Bedeutung des Wohlbefindens entweder mit positiven oder negativen Bedenken verändern. Prevotella ist als Hauptbakterium im Darmsystem für eine an Kohlenhydraten angereicherte Ernährung verantwortlich, während Bacteroides für die Aufnahme einer an tierischem Protein und gesättigten Fetten reichen Ernährung verantwortlich ist [33,34]. Wenige Bakterien, insbesondere Flavonifractor plauti, Slackia equolifaciens und Slackia isoflavoniconvertens, nehmen am Metabolismus vieler Polyphenole teil. Die Aufnahme von Polyphenolen mit der Nahrung wird grob auf mehr als 1 g berechnet, was 10-mal höher ist als die Aufnahme von Vitamin Cintake[35]. Die Assoziation zwischen Polyphenolen und Darmmikrobiom (GM) wurde an anderer Stelle von [36] beschrieben.

Der Polyphenolmechanismus in Bezug auf die Modifikation der Darmmikrobiota muss korrigiert werden und seine Funktion auf direktem oder indirektem Weg erfüllen. Sie sind entweder an der Aktivierung oder Unterdrückung des Bakterienwachstums beteiligt. Unterdrücktes Bakterienwachstum definiert die bakteriostatische oder bakterizide Wirkung von Polyphenolen, die die Entwicklung aktiver pathogener Bakterien verhindert. Daher ist es entscheidend, das Niveau und die Eigenschaften dieser Verbindungen zu berücksichtigen. Die indirekte Wirkung von Polyphenolmetaboliten kann die Entwicklung einer Bakteriengruppe auslösen, indem sie das Wachstum einer anderen Bakteriengruppe fördert [37,38]. Die Regulierung von Polyphenol

Die Aufnahme auf die Fülle und Vielfalt der Darmmikrobiota kann mit der Vielfalt der Substratpräferenzen und metabolischen Fähigkeiten der Darmmikrobengemeinschaft in Verbindung gebracht werden [39]. Polyphenol kann das Verhältnis von Firmicutes/Bacteroides (F/B) durch Unterdrückung bestimmter Bakterien beeinflussen Arten [40]. Eine randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte Studie am Menschen zeigte, dass die orale Einnahme von Epigallocatechin-3-gallat und Resveratrol in einer Dosierung von 282 bzw. 80 mg/Tag über 12 Wochen die fäkale Häufigkeit von Bacteroidetes und Bacteroidetes positiv reduzierte Faeca-Bakterium prausnitzi bei übergewichtigen Personen als Reaktion auf Pla-Cebo [41]. Ratten, die einer Nahrungsaufnahme von 30 mg/kg/Tag Quercetin ausgesetzt waren, hemmten die Beeinträchtigung der Darmmikrobiota, die durch eine fettreiche Ernährung ausgelöst wurde, indem sie das F/B-Verhältnis reduzierten und die Häufigkeit von mit Fettleibigkeit in Verbindung stehenden Bakterien, z. B. Erysipelotri-chaceae, Bacillus, und Eubacterium cylindroides [42]. Die Induktion von polyphenolreichen Nahrungsmitteln/Extrakten veränderte auch die Zusammensetzung der Darmmikrobiota. Der Hund, der Grüntee-Polyphenolextrakte für 18 Wochen anbot, unterdrückte die Häufigkeit von Bacteroidetes und Fusobakterien und verstärkte die Firmicutes [43]. Die Mäuse, die mit Anthocyanen aus der Nahrung zu 5 Prozent und 10 Prozent gefriergetrocknetem schwarzen Himbeerpulver behandelt und 12 Wochen lang mit Azoxymethan/DSS herausgefordert wurden, förderten die fäkale Fülle nützlicher Bakterien, zum Beispiel Faecalibacterium prausnitzi, Lactobacillus und Eubacterium rectale, und lehnten den Abun ab -Tanz von Krankheitserregern wie Desulfovibrio sp. und Enterococcus spp. [44]. Der jüngste Befund zeigte, dass die Exposition von polyphenolischem Extrakt aus wilden Blaubeeren und isolierter Fraktion von Blaubeeren einer fettreichen Saccharose-Diät das Wachstum von Polyphenol-abbauenden Bakterien Adlercreutzia equolifaciens bei fettleibigen Mäusen verstärkte, was darauf hindeutet, dass die Zugabe dieser Bakterien in den Polyphenol-Stoffwechsel beteiligt sein könnte Linderung von Stoffwechselstörungen bei Adipositas und Diabetes durch Verwendung bioaktiver Moleküle [45]. Im Allgemeinen können die Struktur von Polyphenolen, die Optimierung von Dosen und der Stamm von Mikroorganismen die Wirkung von Polyphenolen auf das Bakterienwachstum und den Stoffwechsel beeinflussen. Polyphenole können die Anreicherung hilfreicher Bakterien erhöhen, z. B. Bifidobacterium und Lactobacillus, die die Darmbarrierefunktion schützen, Faecalibacterium prausnitzii, das durch Unterdrückung der Stimulation des Kernfaktors Kappa B (NF-xB) auf eine entzündungshemmende Wirkung hinweist, und Roseburia spp. das sind Buttersäureproduzenten [46]. Diese Studie zeigte, dass grampositive Bakterien gegenüber gramnegativen Bakterien anfällig für Polyphenole sind. Diese Veränderungen könnten auf die unterschiedliche Zellwandzusammensetzung der Bakterien zurückzuführen sein [47].

4. Hitzeschockproteine ​​und Darmgesundheit Hitzeschockproteine ​​(HSPs) sind eine riesige Familie von molekularen Chaperonen, die die Faltung, Entfaltung und Rückfaltung von Stress-denaturierten Proteinen bestätigen könnten [48].

Die HSPs werden in Abhängigkeit von ihrem Molekulargewicht in sieben Familien eingeteilt [49]. Die meisten Mitglieder fungieren als Begleiter, stabilisieren Proteine ​​oder unterstützen die Neufaltung von Proteinen, die durch die Reaktion der Stresszellen geschädigt wurden [50]. HSPs erfüllen wesentliche Funktionen bei Immunantworten und neigen dazu, die Integrität der Schleimhautbarriere und die Homöostase des Darms aufrechtzuerhalten. Es zeigt sich, dass enterische Mikrobiota als Hauptinduktoren der Hitzeschockproteinproduktion in Darmepithelzellen angesehen werden [51]. Sie regulieren die Funktion der Darmbarriere, indem sie Tight Junction Proteins (TJs) regulieren. Der Interzellularraum der Darmepithelzellen (IEC) ist auf natürliche Weise durch TJ-Proteine ​​geschützt, die für die Aufrechterhaltung der Darmpermeabilität verantwortlich sind. Diese Proteine ​​werden kontinuierlich gegen äußere Reize, bestehend aus Mikroben und Antigenen, umgebaut [52].

Das HSP27 aktiviert die Zellproliferation durch die Nutzung von Kernfaktor-xB (NF-xB)-Signalen, die das Überleben, die Proliferation und die Differenzierung der Zellen regulieren und NF-xB-abhängige apoptotische Signalwege unterdrücken [53-56]. HSP27 unterstützt sowohl den Ubiquitin-abhängigen als auch den Ubiquitin-unabhängigen Abbau ungefalteter Proteine ​​nach zellulärem Stress. Sie zeigen ihre Wirkung auf mehrere apoptotische Wege stromaufwärts und stromabwärts der Mitochondrien, wie die Unterdrückung früher Stadien der Stresszellsignalisierung, die Hemmung der Produktion reaktiver Sauerstoffspezies durch die Verwendung proapoptotischer Proteine ​​und/oder die Stimulierung überlebensfördernder Proteine ​​wie Kinasen, die wiederum die Freisetzung von proapoptotischen Signalen ausMitochondrien[53-56]. Darüber hinaus besitzen HSPs auch antioxidative Aktivitäten und können überwältigende reaktive Sauerstoffspezies unterdrücken, indem sie antioxidative Enzyme stimulieren [53-56]. Zum Beispiel kann iHSP27 die mitochondriale Freisetzung von Cytochrom-c hemmen und bestimmte Kinasen wie c-Jun N-terminale Kinase oder Caspase-Aktivität unterdrücken Signalwege in verschiedenen Zelllinien.

Hitzeschockproteine ​​und Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) sind die Moleküle, die sich bei der Peptidantigenpräsentation entwickelt haben [57-59]. Extrazelluläre HSPs ermöglichen den Kontakt mit direkten Antigen-präsentierenden Zellen, indem sie verschiedene Rezeptoren stimulieren, wie z. B. Toll-like-Rezeptoren 2 und 4; CD91 üben Gefahrensignale aus und zeigen dadurch angeborene Immunantworten [57]. Es wurde gezeigt, dass extrazelluläres HSP27 (eHSP27) abhängig vom Typ der Immunzellen eine entzündungshemmende Reaktion hat -23. Darüber hinaus aktiviert eHSP27 entzündungshemmende Zytokine wie Interleukin (IL-10) durch Monozyten und unterdrückt die Differenzierung in reife dendritische Zellen und Makrophagen. Darm-iHSPs beeinflussen den durch Zytokine modulierten proinflammatorischen NF-xB-Weg. Die iHSPs unterdrücken NF-xB-Signale und werden in Darmepithelzellen berichtet [60,61]. Die Mechanismen könnten die Stimulation von IxBa und die Unterdrückung von Phosphorylierung und Abbau von IxB-Protein zuschreiben.

Dieser Artikel ist ein Auszug aus Hindawi Oxidative Medicine and Cellular Longevity Volume 2021, Artikel-ID 6676444, 13 Seiten https://doi.org/10.1155/2021/6676444