Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Protein tổng hợp thay đổi tăng cân và hình thái mô ruột của chuột nhờ điều chỉnh chuyển hóa axit arachidonic và tổng hợp acid mật thứ cấp do hệ vi sinh vật đường ruột gây ra
Tóm tắt
Tác động của các chất dinh dưỡng trong chế độ ăn uống đối với hiệu suất phát triển cơ thể và thành phần của vi sinh vật đường ruột cũng như các chuyển hóa được xác định rõ ràng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi nhằm xác định liệu protein trong chế độ ăn có thể điều chỉnh các chỉ số sinh lý và thay đổi hình thái mô ruột ở chuột, và nếu protein trong chế độ ăn là yếu tố điều chỉnh quan trọng đối với thành phần, chức năng và con đường chuyển hóa của hệ vi sinh vật đường ruột. Tổng cộng ba mươi con chuột đực Sprague Dawley (SD) (giống inbreeding, có trọng lượng 110 ± 10 g) được phân chia ngẫu nhiên để nhận chế độ ăn chứa protein động vật (protein whey, WP), protein thực vật (protein đậu nành, SP), hoặc protein pha trộn (protein đậu nành - whey, S-WP) trong thời gian 8 tuần. Để nghiên cứu tác động của các nguồn bổ sung protein khác nhau lên hệ vi sinh vật đường ruột và các chuyển hóa, chúng tôi đã thực hiện một nghiên cứu liên kết thông qua giải trình tự 16S rDNA quy mô lớn và phân tích chuyển hóa phân trên chuột SD. Ngoài ra, chúng tôi cũng thực hiện phân tích các chỉ số tăng trưởng, chỉ số sinh hóa huyết thanh và hình thái ruột. Những con chuột trong nhóm S-WP và WP cho thấy trọng lượng cơ thể và khả năng tiêu hóa protein trong chế độ ăn cao hơn đáng kể so với nhóm SP (P < 0.05). Hàm lượng protein toàn phần trong huyết thanh của chuột trong các nhóm WP và S-WP cao hơn đáng kể (P < 0.05) so với nhóm SP, và nhóm SP cho thấy mức độ glucose trong huyết thanh thấp hơn đáng kể (P < 0.05) so với hai nhóm còn lại. Dữ liệu hình thái cho thấy những con chuột trong nhóm S-WP có chiều cao nhung vilus dài hơn và độ sâu crypt nông hơn (P < 0.05) so với nhóm SP. Đa dạng vi sinh vật đường ruột của nhóm SP và S-WP cao hơn so với nhóm WP, và hệ vi sinh vật của nhóm WP và S-WP có sự tương đồng nhiều hơn so với nhóm SP. Con đường chuyển hóa axit arachidonic là con đường KEGG quan trọng nhất khi so sánh nhóm WP và nhóm SP, cũng như khi so sánh nhóm SP và nhóm S-WP. Loại protein trong chế độ ăn có tác động đáng kể đến các chỉ số sinh lý của chuột SD. Việc tiêu thụ chế độ ăn S-WP có thể tăng cường cung cấp năng lượng, cải thiện khả năng tiêu hóa và hấp thu chất dinh dưỡng của cơ thể, cũng như thúc đẩy hình thái mô ruột. Ngoài ra, protein trong chế độ ăn đóng vai trò thiết yếu trong việc điều chỉnh các chuyển hóa phân bằng cách điều chỉnh thành phần của hệ vi sinh vật đường ruột. Phân tích chuyển hóa cho thấy rằng sự thay đổi trong mức độ chuyển hóa axit arachidonic và chuyển hóa acid mật thứ cấp do Clostridium_sensu_stricto_1 và nhóm [Eubacterium]_coprostanoligenes có thể là nguyên nhân chính gây ra sự khác biệt về hình thái ruột.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Clemente JC, Ursell LK, Parfrey LW, Knight R (2012) The impact of the gut microbiota on human health: an integrative view. Cell 148(6):1258–1270. https://doi.org/10.1016/j.cell.2012.01.035
Ramakrishna BS (2013) Role of the gut microbiota in human nutrition and metabolism. J Gastroenterol Hepatol 28(Suppl 4):9–17. https://doi.org/10.1111/jgh.12294
Gomaa EZ (2020) Human gut microbiota/microbiome in health and diseases: a review. Antonie Van Leeuwenhoek 113(12):2019–2040. https://doi.org/10.1007/s10482-020-01474-7
Butteiger DN, Hibberd AA, McGraw NJ, Napawan N, Hall-Porter JM, Krul ES (2016) Soy protein compared with milk protein in a western diet increases gut microbial diversity and reduces serum lipids in Golden Syrian hamsters. J Nutr 146(4):697–705. https://doi.org/10.3945/jn.115.224196
David LA, Maurice CF, Carmody RN, Gootenberg DB, Button JE, Wolfe BE, Ling AV, Devlin AS, Varma Y, Fischbach MA, Biddinger SB, Dutton RJ, Turnbaugh PJ (2014) Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome. Nature 505(7484):559–563. https://doi.org/10.1038/nature12820
Rackerby B, Kim HJ, Dallas DC, Park SH (2020) Understanding the effects of dietary components on the gut microbiome and human health. Food Sci Biotechnol 29(11):1463–1474. https://doi.org/10.1007/s10068-020-00811-w
Mittendorfer B, Klein S, Fontana L (2020) A word of caution against excessive protein intake. Nat Rev Endocrinol 16(1):59–66. https://doi.org/10.1038/s41574-019-0274-7
Apetrii M, Timofte D, Voroneanu L, Covic A (2021) Nutrition in chronic kidney disease-the role of proteins and specific diets. Nutrients 13(3):956. https://doi.org/10.3390/nu13030956
Pereira PM, Vicente AF (2013) Meat nutritional composition and nutritive role in the human diet. Meat Sci 93(3):586–592. https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2012.09.018
Pham NM, Mizoue T, Tanaka K, Tsuji I, Tamakoshi A, Matsuo K, Wakai K, Nagata C, Inoue M, Tsugane S, Sasazuki S (2014) Meat consumption and colorectal cancer risk: an evaluation based on a systematic review of epidemiologic evidence among the Japanese population. Jpn J Clin Oncol 44(7):641–650. https://doi.org/10.1093/jjco/hyu061
Samraj AN, Pearce OM, Läubli H, Crittenden AN, Bergfeld AK, Banda K, Gregg CJ, Bingman AE, Secrest P, Diaz SL, Varki NM, Varki A (2015) A red meat-derived glycan promotes inflammation and cancer progression. Proc Natl Acad Sci USA 112(2):542–547. https://doi.org/10.1073/pnas.1417508112
Ollberding NJ, Wilkens LR, Henderson BE, Kolonel LN, Le Marchand L (2012) Meat consumption, heterocyclic amines and colorectal cancer risk: the multiethnic cohort study. Int J Cancer 131(7):E1125–E1133. https://doi.org/10.1002/ijc.27546
Pasiakos SM, McLellan TM, Lieberman HR (2015) The effects of protein supplements on muscle mass, strength, and aerobic and anaerobic power in healthy adults: a systematic review. Sports Med 45(1):111–131. https://doi.org/10.1007/s40279-014-0242-2
Paschoalette T, Vasconcelos QDJS, Aragao G (2018) Whey protein: composition, uses, and benefits—a narrative review. Eur J Sport Sci 4(1):1–11
Moreno-Pérez D, Bressa C, Bailén M, Hamed-Bousdar S, Naclerio F, Carmona M, Pérez M, González-Soltero R, Montalvo-Lominchar MG, Carabaña C, Larrosa M (2018) Effect of a protein supplement on the gut microbiota of endurance athletes: a randomized, controlled, double-blind pilot study. Nutrients 10(3):337. https://doi.org/10.3390/nu10030337
Gürgen SG, Yücel AT, Karakuş A, Çeçen D, Özen G, Koçtürk S (2015) Usage of whey protein may cause liver damage via inflammatory and apoptotic responses. Hum Exp Toxicol 34(7):769–779. https://doi.org/10.1177/0960327114556787
Day L (2013) Proteins from land plants—potential resources for human nutrition and food security. Trends Food Sci Technol 32(1):25–42
Aiking H (2011) Future protein supply. Trends Food Sci Technol 22(2–3):112–120
Watanabe K, Igarashi M, Li X, Nakatani A, Miyamoto J, Inaba Y, Sutou A, Saito T, Sato T, Tachibana N, Inoue H, Kimura I (2018) Dietary soybean protein ameliorates high-fat diet-induced obesity by modifying the gut microbiota-dependent biotransformation of bile acids. PLoS ONE 13(8):e0202083. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0202083
Zhu C, Yang J, Wu Q, Chen J, Yang X, Wang L, Jiang Z (2022) Low protein diet improves meat quality and modulates the composition of gut microbiota in finishing pigs. Front Vet Sci 9:843957. https://doi.org/10.3389/fvets.2022.843957
Ren G, Zhang J, Li M, Yi S, Xie J, Zhang H, Wang J (2017) Protein blend ingestion before allogeneic stem cell transplantation improves protein-energy malnutrition in patients with leukemia. Nutr Res 46:68–77. https://doi.org/10.1016/j.nutres.2017.08.002
Ren G, Zhang J, Li M, Tang Z, Yang Z, Cheng G, Wang J (2021) Gut microbiota composition influences outcomes of skeletal muscle nutritional intervention via blended protein supplementation in posttransplant patients with hematological malignancies. Clin Nutr 40(1):94–102. https://doi.org/10.1016/j.clnu.2020.04.030
Wang Y, Zhou J, Wang G, Cai S, Zeng X, Qiao S (2018) Advances in low-protein diets for swine. J Anim Sci Biotechnol 9:60. https://doi.org/10.1186/s40104-018-0276-7
Shi Q, Zhu Y, Wang J, Yang H, Wang J, Zhu W (2019) Protein restriction and succedent realimentation affecting ileal morphology, ileal microbial composition and metabolites in weaned piglets. Animal 13(11):2463–2472. https://doi.org/10.1017/s1751731119000776
Wang K, Cao G, Zhang H, Li Q, Yang C (2019) Effects of Clostridium butyricum and Enterococcus faecalis on growth performance, immune function, intestinal morphology, volatile fatty acids, and intestinal flora in a piglet model. Food Funct 10(12):7844–7854. https://doi.org/10.1039/c9fo01650c
Chen R, Wang J, Zhan R, Zhang L, Wang X (2019) Fecal metabonomics combined with 16S rRNA gene sequencing to analyze the changes of gut microbiota in rats with kidney-yang deficiency syndrome and the intervention effect of You-gui pill. J Ethnopharmacol 244:112139. https://doi.org/10.1016/j.jep.2019.112139
Wirtz A, Carter CG, Codabaccus MB, Fitzgibbon QP, Townsend AT, Smith GG (2022) Protein sources influence both apparent digestibility and gastrointestinal evacuation rate in juvenile slipper lobster (Thenus australiensis). Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol 265:111121. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2021.111121
Nakatani A, Li X, Miyamoto J, Igarashi M, Watanabe H, Sutou A, Watanabe K, Motoyama T, Tachibana N, Kohno M, Inoue H, Kimura I (2018) Dietary mung bean protein reduces high-fat diet-induced weight gain by modulating host bile acid metabolism in a gut microbiota-dependent manner. Biochem Biophys Res Commun 501(4):955–961. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2018.05.090
Wu Y, Jiang Z, Zheng C, Wang L, Zhu C, Yang X, Wen X, Ma X (2015) Effects of protein sources and levels in antibiotic-free diets on diarrhea, intestinal morphology, and expression of tight junctions in weaned piglets. Animal Nutrition 1(03):170–176
Gilbert JA, Bendsen NT, Tremblay A, Astrup A (2011) Effect of proteins from different sources on body composition. Nutr Metab Cardiovasc Dis 21(Suppl 2):B16–B31. https://doi.org/10.1016/j.numecd.2010.12.008
Liu H, Ji HF, Zhang DY, Wang SX, Wang J, Shan DC, Wang YM (2015) Effects of Lactobacillus brevis preparation on growth performance, fecal microflora and serum profile in weaned pigs. Livest Sci 178:251–254
Kohn RA, Dinneen MM, Russek-Cohen E (2005) Using blood urea nitrogen to predict nitrogen excretion and efficiency of nitrogen utilization in cattle, sheep, goats, horses, pigs, and rats. J Anim Sci 83(4):879–889. https://doi.org/10.2527/2005.834879x
Lv J, Xiao Q, Chen Y, Fan X, Liu X, Liu F, Luo G, Zhang B, Wang S (2017) Effects of magnesium isoglycyrrhizinate on AST, ALT, and serum levels of Th1 cytokines in patients with allo-HSCT. Int Immunopharmacol 46:56–61. https://doi.org/10.1016/j.intimp.2017.02.022
Wu F, Tian J, Yu L, Wen H, Jiang M, Lu X (2021) Effects of dietary rapeseed meal levels on growth performance, biochemical indices and flesh quality of juvenile genetically improved farmed tilapia. Aquac Rep 20:100679. https://doi.org/10.1016/j.aqrep.2021.100679
Chamorro S, Romero C, Brenes A, Sánchez-Patán F, Bartolomé B, Viveros A, Arija I (2019) Impact of a sustained consumption of grape extract on digestion, gut microbial metabolism and intestinal barrier in broiler chickens. Food Funct 10(3):1444–1454. https://doi.org/10.1039/c8fo02465k
Casas GA, Blavi L, Cross TL, Lee AH, Swanson KS, Stein HH (2020) Inclusion of the direct-fed microbial Clostridium butyricum in diets for weanling pigs increases growth performance and tends to increase villus height and crypt depth, but does not change intestinal microbial abundance. J Anim Sci 98(1):skz372. https://doi.org/10.1093/jas/skz372
Usuda H, Okamoto T, Wada K (2021) Leaky Gut: effect of dietary fiber and fats on microbiome and intestinal barrier. Int J Mol Sci 22(14):7613. https://doi.org/10.3390/ijms22147613
Le Chatelier E, Nielsen T, Qin J, Prifti E, Hildebrand F, Falony G, Almeida M, Arumugam M, Batto JM, Kennedy S, Leonard P, Li J, Burgdorf K, Grarup N, Jørgensen T, Brandslund I, Nielsen HB, Juncker AS, Bertalan M, Levenez F, Pons N, Rasmussen S, Sunagawa S, Tap J, Tims S, Zoetendal EG, Brunak S, Clément K, Doré J, Kleerebezem M, Kristiansen K, Renault P, Sicheritz-Ponten T, de Vos WM, Zucker JD, Raes J, Hansen T, Bork P, Wang J, Ehrlich SD, Pedersen O (2013) Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers. Nature 500(7464):541–546. https://doi.org/10.1038/nature12506
Jandhyala SM, Talukdar R, Subramanyam C, Vuyyuru H, Sasikala M, Nageshwar Reddy D (2015) Role of the normal gut microbiota. World J Gastroenterol 21(29):8787–8803. https://doi.org/10.3748/wjg.v21.i29.8787
Zhu Y, Lin X, Zhao F, Shi X, Li H, Li Y, Zhu W, Xu X, Li C, Zhou G (2015) Erratum: meat, dairy and plant proteins alter bacterial composition of rat gut bacteria. Sci Rep 5:16546. https://doi.org/10.1038/srep16546
Hollister EB, Gao C, Versalovic J (2014) Compositional and functional features of the gastrointestinal microbiome and their effects on human health. Gastroenterology 146(6):1449–1458. https://doi.org/10.1053/j.gastro.2014.01.052
Zhang C, Li S, Yang L, Huang P, Li W, Wang S, Zhao G, Zhang M, Pang X, Yan Z, Liu Y, Zhao L (2013) Structural modulation of gut microbiota in life-long calorie-restricted mice. Nat Commun 4:2163. https://doi.org/10.1038/ncomms3163
Arora T, Anastasovska J, Gibson G, Tuohy K, Sharma RK, Bell J, Frost G (2012) Effect of Lactobacillus acidophilus NCDC 13 supplementation on the progression of obesity in diet-induced obese mice. Br J Nutr 108(8):1382–1389. https://doi.org/10.1017/s0007114511006957
Ridlon JM, Alves JM, Hylemon PB, Bajaj JS (2013) Cirrhosis, bile acids and gut microbiota: unraveling a complex relationship. Gut Microbes 4(5):382–387. https://doi.org/10.4161/gmic.25723
Funabashi M, Grove TL, Wang M, Varma Y, McFadden ME, Brown LC, Guo C, Higginbottom S, Almo SC, Fischbach MA (2020) A metabolic pathway for bile acid dehydroxylation by the gut microbiome. Nature 582(7813):566–570. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2396-4
Jonathan C (2002) The immunopathogenesis of sepsis. Nature 420(6917):885–891
Cani PD, Amar J, Iglesias MA, Poggi M, Knauf C, Bastelica D, Neyrinck AM, Fava F, Tuohy KM, Chabo C, Waget A, Delmée E, Cousin B, Sulpice T, Chamontin B, Ferrières J, Tanti JF, Gibson GR, Casteilla L, Delzenne NM, Alessi MC, Burcelin R (2007) Metabolic endotoxemia initiates obesity and insulin resistance. Diabetes 56(7):1761–1772. https://doi.org/10.2337/db06-1491
He Z, Tao D, Xiong J, Lou F, Zhang J, Chen J, Dai W, Sun J, Wang Y (2020) Phosphorylation of 5-LOX: the potential set-point of inflammation. Neurochem Res 45(10):2245–2257. https://doi.org/10.1007/s11064-020-03090-3
Bitsanis D, Ghebremeskel K, Moodley T, Crawford MA, Djahanbakhch O (2006) Gestational diabetes mellitus enhances arachidonic and docosahexaenoic acids in placental phospholipids. Lipids 41(4):341–346
Qiu J, Shi Z, Jiang J (2017) Cyclooxygenase-2 in glioblastoma multiforme. Drug Discov Today 22(1):148–156. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2016.09.017
Thomas JP, Modos D, Rushbrook SM, Powell N, Korcsmaros T (2022) The emerging role of bile acids in the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Front Immunol 13:829525. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.829525
Stenman LK, Holma R, Eggert A, Korpela R (2013) A novel mechanism for gut barrier dysfunction by dietary fat: epithelial disruption by hydrophobic bile acids. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 304(3):G227–G234. https://doi.org/10.1152/ajpgi.00267.2012
Liu L, Dong W, Wang S, Zhang Y, Liu T, Xie R, Wang B, Cao H (2018) Deoxycholic acid disrupts the intestinal mucosal barrier and promotes intestinal tumorigenesis. Food Funct 9(11):5588–5597. https://doi.org/10.1039/c8fo01143e