DOI: https://doi.org/10.1038/s41522-024-00626-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39794320
تاريخ النشر: 2025-01-10
المؤلف: Kazuyuki Kasahara وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيوم المعوي والصحة
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام ذكور فئران C57BL/6 ApoE knockout (KO) التي تبلغ من العمر ستة أسابيع، سواء التي تم تربيتها تقليديًا (ConvR) أو الخالية من الجراثيم (GF)، للتحقيق في تأثيرات التدخلات الغذائية على ميكروبيوم الأمعاء وتصلب الشرايين. تم تقسيم الفئران إلى مجموعات وتم تغذيتها إما بنظام غذائي عالي MAC (18.6% بروتين، 58.9% كربوهيدرات، 6.2% دهون) أو نظام غذائي منخفض MAC (17.7% بروتين، 60.1% كربوهيدرات، 7.2% دهون)، مع تلقي بعض المجموعات مكمل كيرسيتين بنسبة 0.1%. تم تقديم الأنظمة الغذائية لمدة 16 أسبوعًا، وشمل التصميم التجريبي تخصيص عشوائي للأشقاء إلى مجموعات عند الفطام، على الرغم من أنه لم يكن من الممكن إخفاء الهوية بسبب الاختلافات الغذائية.
عند بلوغ 22 أسبوعًا من العمر، تم euthanizing الفئران بعد فترة صيام مدتها 4 ساعات، وتم جمع عينات الدم للتحليل. التزمت الدراسة بمعايير رعاية الحيوان في جامعة ويسكونسن-ماديسون، مع الموافقة على جميع البروتوكولات من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات. شملت النتائج الرئيسية تغييرات كبيرة في تركيب وتنوع ميكروبيوم الأمعاء، كما يتضح من مؤشرات Chao1 وShannon، وارتباطات بين عائلات بكتيرية معينة ومساحة اللويحات التصلبية، مما يبرز الدور المحتمل للكيرسيتين في تعديل ميكروبيوم الأمعاء وتأثيراته على صحة القلب والأوعية الدموية.
نتائج
تستكشف الدراسة تأثيرات الكيرسيتين على تقدم تصلب الشرايين، كاشفة أن هذه التأثيرات تعتمد على وجود ميكروبيوم الأمعاء. باستخدام فئران ApoE KO (المرباة تقليديًا) وGF (الخالية من الجراثيم)، قام الباحثون بتقديم نظام غذائي منخفض الدهون وعالي الكربوهيدرات القابلة للوصول للميكروبات مع مكمل 0.1% كيرسيتين لمدة 16 أسبوعًا، بدءًا من عمر 6 أسابيع. تم تقييم عبء تصلب الشرايين في أنسجة الفئران التي تبلغ من العمر 22 أسبوعًا.
أشارت النتائج إلى أن مكمل الكيرسيتين لم يغير ملفات الدهون في البلازما؛ ومع ذلك، فقد قلل بشكل كبير من الآفات التصلبية وتراكم البلعميات في الفئران ConvR، بينما لم تُلاحظ مثل هذه التأثيرات في الفئران GF. بالإضافة إلى ذلك، كان هناك اتجاه ملحوظ نحو زيادة مستويات الكولاجين في الفئران ConvR مع الكيرسيتين، على الرغم من أن هذه النتيجة لم تحقق دلالة إحصائية. تؤكد هذه النتائج على الدور الحاسم للميكروبيوم في الوساطة بين فوائد الكيرسيتين القلبية الوعائية.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التأثير الكبير للكيرسيتين على تركيب ميكروبيوم الأمعاء ودوره المحتمل في تعديل تصلب الشرايين في فئران ApoE KO المرباة تقليديًا التي تتغذى على نظام غذائي عالي MAC. أدى مكمل الكيرسيتين إلى زيادة غنى وتنوع الميكروبات، كما يتضح من مؤشرات Chao1 وShannon، على التوالي. من الجدير بالذكر أن عائلات ميكروبية معينة مثل Eggerthellaceae وRuminococcaceae كانت غنية في الفئران التي تغذت على الكيرسيتين، بينما انخفضت مستويات Lactobacillaceae. لوحظ ارتباط بين مناطق اللويحات التصلبية ووفرة بعض الأنواع الميكروبية، مما يشير إلى أن تأثيرات الكيرسيتين على تصلب الشرايين قد تكون متوسطة من خلال التغيرات في ميكروبيوم الأمعاء.
بالإضافة إلى ذلك، استكشفت الدراسة العواقب الأيضية لاستهلاك الكيرسيتين، كاشفة أنه بينما لم يغير الكيرسيتين بشكل كبير مستويات الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFA)، إلا أنه زاد من عدة مستقلبات فينولية في البلازما، بما في ذلك حمض 3,4-dihydroxybenzoic (3,4-DHBA). كان هذا المستقلب مرتبطًا بالحماية من تصلب الشرايين، حيث خفف من التأثيرات الضارة للدهون المعقدة (LPS) على سلامة خلايا بطانة الشريان الأورطي البشرية. على العكس، لم يظهر الكيرسيتين تأثيرات واقية ضد تصلب الشرايين في الفئران التي تتناول نظامًا غذائيًا منخفض MAC، مما يشير إلى أن وجود الكربوهيدرات القابلة للوصول للميكروبات أمر حاسم لأفعال الكيرسيتين المفيدة. بشكل عام، تؤكد النتائج على التفاعل بين مكونات النظام الغذائي، وميكروبيوم الأمعاء، وأيض الفلافونويد في التأثير على صحة القلب والأوعية الدموية، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في المسارات الميكروبية المحددة المعنية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41522-024-00626-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39794320
Publication Date: 2025-01-10
Author(s): Kazuyuki Kasahara et al.
Primary Topic: Gut microbiota and health
Methods
In this study, six-week-old male C57BL/6 ApoE knockout (KO) mice, both conventionally raised (ConvR) and germ-free (GF), were utilized to investigate the effects of dietary interventions on gut microbiota and atherosclerosis. The mice were divided into groups and fed either a high-MAC diet (18.6% protein, 58.9% carbohydrates, 6.2% fat) or a low-MAC diet (17.7% protein, 60.1% carbohydrates, 7.2% fat), with some groups receiving a 0.1% quercetin supplement. The diets were administered for 16 weeks, and the experimental design included random assignment of littermates to groups at weaning, although blinding was not feasible due to dietary differences.
Upon reaching 22 weeks of age, the mice were euthanized after a 4-hour fasting period, and blood samples were collected for analysis. The study adhered to the University of Wisconsin-Madison’s animal welfare standards, with all protocols approved by the Animal Care and Use Committee. Key findings included significant alterations in gut microbiota composition and diversity, as evidenced by Chao1 and Shannon indices, and correlations between specific bacterial families and atherosclerotic plaque area, highlighting the potential role of quercetin in modulating gut microbiota and its implications for cardiovascular health.
Results
The study investigates the effects of quercetin on atherosclerosis progression, revealing that these effects are dependent on the presence of gut microbiota. Using ConvR (conventionally raised) and GF (germ-free) ApoE KO mice, the researchers administered a low-fat, high-microbiota-accessible carbohydrate diet supplemented with 0.1% w/w quercetin for 16 weeks, starting at 6 weeks of age. Atherosclerosis burden was assessed in tissues from 22-week-old mice.
The results indicated that quercetin supplementation did not alter plasma lipid profiles; however, it significantly reduced atherosclerotic lesions and macrophage accumulation in ConvR mice, while no such effects were observed in GF mice. Additionally, there was a notable trend towards increased collagen levels in ConvR mice with quercetin, although this finding did not achieve statistical significance. These findings underscore the microbiome’s critical role in mediating the cardiovascular benefits of quercetin.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant impact of quercetin on gut microbiome composition and its potential role in atherosclerosis modulation in ConvR ApoE KO mice fed a high-MAC diet. Quercetin supplementation resulted in increased microbial richness and diversity, as evidenced by the Chao1 and Shannon indices, respectively. Notably, specific microbial families such as Eggerthellaceae and Ruminococcaceae were enriched in quercetin-fed mice, while Lactobacillaceae levels decreased. A correlation was observed between atherosclerotic plaque areas and the abundance of certain microbial taxa, suggesting that quercetin’s effects on atherosclerosis may be mediated through alterations in gut microbiota.
Additionally, the study explored the metabolic consequences of quercetin consumption, revealing that while quercetin did not significantly alter short-chain fatty acid (SCFA) levels, it did increase several phenolic metabolites in plasma, including 3,4-dihydroxybenzoic acid (3,4-DHBA). This metabolite was associated with atheroprotection, as it mitigated the detrimental effects of lipopolysaccharides (LPS) on human aortic endothelial cell integrity. Conversely, quercetin did not exhibit protective effects against atherosclerosis in mice consuming a low-MAC diet, indicating that the presence of microbiota-accessible carbohydrates is crucial for quercetin’s beneficial actions. Overall, the findings underscore the interplay between dietary components, gut microbiota, and flavonoid metabolism in influencing cardiovascular health, warranting further investigation into the specific microbial pathways involved.