C57BL/6J 생쥐Ⅲ의 장내 미생물군과 미생물 대사산물에 대한 퍼플루오로옥탄산의 효과
Nov 28, 2023
3. 결과
3.1. PFOA장내 미생물총의 구성 변경
16S rRNAsequencing으로 밝혀진 바와 같이 우리 연구에서는 총 78개의 박테리아 속이 발견되었습니다. 가장 풍부한 속은 그림 1A에 나와 있습니다. LEfSe 분석에 따르면 PFOA 처리 마우스에는 Alistipes, LachnospiraceaeUCG 004, Clostridiales, Clostridium ASF356 및 Incertae sedis 등 5가지 박테리아 속이 풍부했습니다(그림 1B). 한편, PFOA 처리 그룹에서는 Tyzzerella, Eubacteriumcoprostanoligenes, Intestinimonas, Clostridium septum, Roseburia 및 Turicibacter와 같은 6가지 박테리아 속이 감소했습니다(그림 1B).
3.2. 장내 미생물총과 대변 대사산물의 상관관계
우리는 MixOmics를 사용하여 장내 미생물군과 대변 대사산물에 대한 통합 분석을 수행했습니다. 장내 미생물군과 대변 대사산물 간의 전반적인 상관관계는 0.74였습니다(그림 2A). 대변 대사 산물과 박테리아 속의 경우 PFOA 처리 그룹이 대조군과 분리되었습니다 (그림 2B, 보충 그림 S1). 대변 대사산물과 박테리아 속 간의 일치는 그림 2C에 나와 있습니다. Threebacterial 속은 8개의 배설물 대사산물과의 상관관계를 보여주었습니다(그림 2D).
3.3. 대변 대사산물의 PFOA 유발 변화
PFOA 노출 후 총 120 대사산물은 p-값 < 0.05를 나타냈으며, 그 중 5개 대사산물은 FDR(False Discovery Rate) < 0.05를 나타냈습니다(그림 3A). 중요한 대사산물의 계층적 클러스터링은 그림 3B에 나와 있습니다. 경로 농축 분석 결과 시스테인과 메티오닌 대사가 PFOA 노출에 의해 변경된 것으로 나타났습니다(그림 3C). 특히, PFOA 노출, 즉 글리코데옥시콜산, 베타-하이오데옥시콜산 및 감마-무리콜산에 의해 3개의 배설물 담즙산이 크게 감소했습니다(그림3D).
3.4. 혈청 대사산물의 PFOA 유발 변화
PLS-DA 플롯에서는 PFOA 처리군과 대조군이 잘 분리되어 있습니다(그림 4A). 총 59개의 혈청 대사산물은 p-값이 <0.05인 것으로 나타났으며, 그 중 10개의 대사산물은 FDR < 0.05를 나타냈습니다(그림 4B). 경로 농축 분석에 따르면 니코틴 및 니코틴아미드 대사와 히스티딘 대사가 PFOA 노출에 의해 변경된 것으로 나타났습니다(그림 4C). 두 가지 담즙산인 타우로콜산과 데옥시콜산은 PFOA 노출로 인한 TMAO 감소 및 콜린 증가에 맞춰 PFOA 처리 그룹에서 크게 감소했습니다(그림 4D).
3.5. 간 대사산물의 PFOA 유발 변화
간 대사산물에 대한 PLS-DA 분석 결과, PFOA 처리군이 대조군과 분리된 것으로 나타났습니다(그림 5A). 총 94개의 간 대사산물은 PFOA 노출 후 p-값이 <0.05인 것으로 나타났습니다(그림 5B). 경로 농축 분석은 아르기닌 생합성이 크게 변경되었음을 보여주었습니다(그림 5C). 세 가지 대사산물이 간, 혈청 및 대변에서 중요한 것으로 밝혀졌습니다. 즉, 1-(1Z-헥사데실)-sn-글리세로-3-포스포콜린, 데카노일-L-카르니틴 및 1- 헥사데실-sn-글리세로-3-포스포콜린(그림 5D). 두 가지 담즙산인 타우로르소데옥시콜산과 타우로케노데옥시콜산은 두 가지 트립토판 대사산물인 3-인돌레아크릴산과3-인돌아세트산의 감소와 함께 PFOA 노출에 의해 감소되었으며 타우린의 증가도 있었습니다(그림 5E).
4. 토론
탄소-불소 결합은 PFOA를 광분해 및 가수분해에 대한 저항성을 갖게 하며, 이는 환경에 PFOA가 지속되게 만듭니다. 중국 상하이의 가임기 여성 933명을 대상으로 혈장 PFAS 농도와 민물고기, 바다고기, 게, 새우의 식이 섭취량 사이에 양의 상관관계가 발견되었습니다[32]. PFOA에 대한 초기 노출은 어린이의 혈청 농도에 중요한 요소입니다[33]. 2005년부터 2012년까지 NHANES(National Health and Nutrition Examination Survey)에서 PFAS와 만성 염증 및 산화 스트레스 지표 간의 관계를 조사한 연구에서(n=6652) PFOA의 백분율 변화는 림프구의 백분율 증가와 유의미한 연관이 있었습니다. 카운트, 혈청 철분 및 혈청 총 빌리루빈[34]. 신장 및 고환암 위험은 혈청 PFOA 농도가 10ng/mL 증가할 때마다 증가합니다[35].
또한, C8 Health Project에 참여한 성인 47,092명의 혈청 PFOA 농도는 간세포 손상 지표인 알라닌 아미노트랜스퍼라제(ALT)와 긍정적인 연관이 있었습니다[36]. 혈청 PFOA는 또한 면역글로불린G, 항순환 시트룰린화 펩타이드 항체 및 류마티스 인자와 긍정적인 연관이 있었습니다[37]. 심각하고 광범위한 환경 문제로서 PFOA에 의한 대사 변화가 인간 말초 혈액의 림프구에서 보고되었습니다[38]. 의사가 진단한 비알코올성 지방간 질환(NAFLD)이 있는 어린이[39].
그러나 PFOA 노출에 의한 대사체 및 장내 미생물 교란에 대한 통합 분석은 수행되지 않았습니다. 본 연구에서는 혈청 내 대사물질의 변화뿐만 아니라 대변과 간에서의 대사 변화도 밝혀냈습니다. 또한, 분변 대사산물과 장내 미생물의 통합 분석을 수행하여 PFOA 노출에 따른 이들 간의 연관성을 밝혀냈습니다. PFOA 노출로 인해 대변 대사산물과 장내 미생물의 프로필이 모두 교란되었습니다.
Roseburia, Tyzzerella, Eubacterium coprostanoligenes 및 Intestinimonas의 상대적 풍부함은 PFOA 노출로 인해 감소했습니다. 로즈뷰리아는 유익한 장내 미생물을 복원할 수 있는 항염증 특성을 가진 공생 박테리아로 간주됩니다[40].
Roseburia enteris는 에너지 항상성을 유지하고 장 염증을 예방할 수 있습니다[41]. 급성 심근경색 환자와 식도암 입원환자에서 낮은 수준의 Tyzzerella가 발견되었습니다[42,43]. 모짜렐라는 지방산의 식이 섭취와 관련이 있는 것으로 보고되었습니다[44]. Tyzzerella의 성장은 브라우니와 고당 식단의 병행 보충에 의해 억제되었습니다 [45]. E. coprostanoligenes는 디아실글리세롤 수준과 상관관계가 있었습니다[46]. E. coprostanoligenes의 감소는 고지방 식이를 섭취한 생쥐의 혈청 아스파르테이트 전이효소(AST) 및 ALT 수준과 역의 관계가 있었습니다[47].
인테스티니모나스 종. 라이신이 풍부한 대변 희석액에서 검출되었으며 인테스티니모나스 유사 박테리아는 분유를 먹는 유아와 성인에서 라이신과 네프럭토실라이신을 활용하는 부티레이트 생산자로 알려져 있습니다[48]. 이러한 미생물의 감소는 숙주의 면역 반응과 대사 활동에 영향을 미칠 수 있습니다. Alistipes, Clostridium ASF 356, Clostridiales 및 LachnospiraceaeUCG 004의 상대적 풍부함은 PFOA 노출로 인해 상당히 강화되었습니다. 알리스티페스는 조건부 병원성 세균으로 고지방 식이와 고당 식이에 의해 증가하였다[49].
알리스티페스는 다양한 대사 장애가 있는 비만 환자들 사이에서 공유되는 장내 미생물 표지자로 간주되었습니다[50]. 알츠하이머병, 주의력결핍 과잉행동장애, 정신분열증, 자폐스펙트럼장애, 주요우울장애, 파킨슨병, 양극성 장애 등 다양한 뇌 관련 질환을 앓고 있는 환자에게서 알리스티페스가 더 많이 발견되었습니다. 또한 Alistipes는 복부 및 직장 농양 환자에서 분리되었으며 우울증 및 대장암과 관련이 있었습니다[52]. 담즙 내성 미생물인 알리스티페스의 풍부함은 동물성 식단에 의해 증가될 수 있습니다[53].
알리스티페스의 강화는 또한 폴리페놀-리치베리 카무카무의 활성 화합물인 카스텔라긴의 식이 보충에 의해 유도되었습니다[54]. 시험관 내 연구에 따르면 Clostridium ASF 356은 이소류신, 발린, 알라닌, 트레오닌, 젖산염 및 기타 대사산물을 소비했으며 교차 공급에도 관여한 것으로 나타났습니다. Clostridium의 일부 종은 C. difficile과 같이 병원성이 있습니다.이 연구에서는 PFOA 노출로 인해 담즙산 대사가 중단되었습니다. 담즙산은 간에서 콜레스테롤로부터 합성되어 담낭에 저장되었다가 식사에 반응하여 장으로 방출된 후 장간 순환을 통과합니다.
분비되기 전에 1차 담즙산은 일반적으로 타우린과 글리신에 접합됩니다. 1차 담즙산, 콜산 및 케노데옥시콜산은 담즙산 탈접합 및 7-알파 수산화를 통해 2차 담즙산으로 전환될 수 있습니다. 장내 미생물총은 핵 수용체 파르네소이드 X 수용체(FXR) 길항제인 타우로- -뮤콜산 수준의 감소를 통해 담즙산 대사를 조절합니다[55]. 담즙산의 합성은 FXR 활성화를 통해 간과 회장에서 음성 피드백 제어하에 있습니다[55]. 혈청 담즙산과 혈청 PFOA 및 태아 성장 종점 사이의 연관성은 313명의 아프리카계 미국인 임신 여성으로 구성된 집단에서 발견되었습니다[56].
PFOA, PFOS, PFNA, PFHxS 및 GenX로 구성된 5가지 PFAS의 혼합물로 인해 순환 담즙산의 증가가 C57BL/6J 마우스에서 관찰되었습니다[57]. 연령 관련 장 누출 염증은 담즙염 가수분해효소의 활성을 증가시켜 밀착 접합을 자극하는 타우린의 증가로 이어지는 프로바이오틱 칵테일 보충제로 개선될 수 있습니다[58]. 미생물 불균형으로 인한 2차 담즙산 결핍은 장 염증을 촉진할 수 있으며, 이는 다음과 같은 결과를 초래할 수 있습니다. 마우스 모델에서 2차 담즙산 보충을 통해 완화되었습니다[59].
인간 HepaRG 간암 세포에서 PFOA에 의한 담즙산 대사에 관여하는 유전자 발현의 손상이 보고되었습니다. 특히, 담즙산 합성의 속도 제한 단계를 촉매하는 핵심 효소인 CYP7A1이 감소했습니다.
담즙산 생합성에 관여하는 효소 외에도 담즙산 수송과 관련된 유전자인 Bsep 및 Mrp2의 발현 수준도 3D 1차 마우스 간구형 모델에서 PFOA에 의해 감소되었습니다[61]. 더욱이, PFOA는 인간 담즙산 수송체 Na+/타우로콜레이트 공동 수송 폴리펩티드와 상호작용하는 것으로 보고되었습니다[62]. PFOA는 퍼옥시솜 증식인자 활성화 수용체(PPAR) 알파의 활성화를 통해 마우스 모델에서 유기 음이온 수송 폴리펩티드 1a1, 1a4 및 1b2의 RNA 및 단백질 발현을 감소시켰습니다. 이들은 담즙산을 간으로 흡수하는 주요 수송체입니다.
트립토판 대사의 변화는 인간 연구에서 가장 많이 보고된 PFAS 관련 대사 특징이었습니다[64]. 장내 미생물은 트립토판을 인돌 및 3-인돌 아크릴산 및 3-인돌아세트산과 같은 그 유도체로 변환할 수 있으며, 이 수준은 이 연구에서 PFOA 노출로 인해 감소했습니다. 특히, 3-인돌아세트산은 장 상피 장벽 기능을 촉진하고 염증 반응을 억제하는 것으로 보고되었습니다[65]. 염증성 장질환 환자에서는 뮤신을 활용하고 트립토판을 대사하는 장내 미생물의 유전적 능력이 감소합니다[65].
세포가소성 수용체로서 AhR은 조직의 항상성과 면역에 중요한 요소이며, 이는 면역 세포가 환경 조건에 적응할 수 있게 해줍니다[66]. 더욱이, 3-인돌아세트산은 인간 참가자의 쥐와 대변 샘플의 맹장 함량에서 AhR의 지배적인 활성화제 중 하나로 보고되었습니다[67]. 또한, 3-인돌아세트산은 AhR 전사 인자의 활성화를 통해 장 장벽 무결성을 촉진하고 염증 반응을 억제할 수 있으며, 이는 AhR 의존성 IL-22 전사를 더욱 촉진합니다[68]. 3-인돌아세트산은 또한 PXR 및 Toll 유사 수용체 4를 통해 지질다당류와 함께 IL-35+ B 세포 생성을 유도하는 프레그난 X 수용체(PXR)의 활성화제입니다[69]. 또한, 3-인돌아세트산은 강직성 척추염을 완화하는 등의 유익한 효과를 가지고 있습니다[70]. 3-인돌아세트산은 고지방식을 먹인 쥐에서 크게 감소했습니다[71].
3-인돌아세트산의 보충은 염증 반응, 산화 스트레스 및 간 지방 생성의 약화를 통해 비알코올성 지방간 질환을 완화할 수 있습니다[72]. 더욱이, 3-인돌아세트산은 두 개의 독립적인 췌장관 선암종 코호트에서 췌장암 환자의 화학요법 효능에 영향을 미쳤습니다[73]. 췌관 선암종 마우스 모델에서, 분변 미생물군 이식과 3-인돌아세트산 보충은 또한 인간화 무생물 마우스의 화학요법 효능을 향상시킬 수 있습니다[73]. 와 함께PFOA에 의한 3-인돌 아크릴산 및 3-인돌아세트산의 감소로 인해 이러한 유익한 효과가 손상될 수 있습니다.
이 연구에는 몇 가지 한계가 있었습니다. 첫째, 이 연구에는 수컷 쥐만 포함되었고, 암컷 쥐는 포함되지 않았습니다. 수컷 쥐와 암컷 쥐를 모두 포함하는 성별 균형 연구 설계는 이 연구 영역을 향상시킬 수 있습니다. 둘째, 대조군 마우스가 섭취한 음용수에서는 PFOA 수준이 검출되지 않았습니다. PFOA의 광범위한 분포를 고려할 때, 대조 쥐가 섭취한 식수에는 PFOA 함량이 낮을 가능성이 있었습니다. 미국 조지아주에서는 식수의 PFOA 수준이 20~70ng/L인 것으로 보고되었습니다[74]. 장내 미생물군 관련 대사산물에 대한 PFOA의 독성 효과를 테스트하기 위해 본 연구의 노출 수준은 환경 관련 수준보다 높은 1ppm으로 설정되었습니다. 환경적으로 관련된 수준에서 PFOA가 건강에 미치는 영향을 조사하기 위해서는 향후 연구에서 복용량을 낮춰야 합니다.
5. 결론
PFOA는 최근 심각한 공중 보건 문제가 되었습니다. 본 연구에서 PFO는 생쥐의 장내 미생물 구성과 대변, 혈청 및 간의 대사 프로필을 모두 방해했습니다. 장내 미생물총과 다양한 대변 대사산물 사이에 상관관계가 발견되었습니다. PFOA 노출은 담즙산과 3-인돌아크릴산 및 3-인돌아세트산과 같은 트립토판 대사산물을 포함한 장내 미생물총 관련 대사산물의 상당한 변화를 유발했습니다. 우리의 연구 결과는 장내 미생물을 통해 매개되는 PFOA의 건강 영향에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다.
변비를 완화하는 천연 약초-Cistanche
시스탄체(Cistanche)는 Orobanchaceae과에 속하는 기생 식물의 속입니다. 이 식물은 약효가 있는 것으로 알려져 있으며 수세기 동안 중국 전통 의학(TCM)에서 사용되어 왔습니다. 시스탄체 종은 주로 중국, 몽골 및 중앙아시아의 건조하고 사막 지역에서 발견됩니다. 시스탄체 식물은 다육질의 노란색 줄기가 특징이며 잠재적인 건강상의 이점으로 인해 높은 평가를 받고 있습니다. TCM에서 시스탄체는 강장제 특성을 갖고 있는 것으로 알려져 있으며 일반적으로 신장에 영양을 공급하고 활력을 강화하며 성기능을 지원하는 데 사용됩니다. 또한 노화, 피로, 전반적인 웰빙과 관련된 문제를 해결하는 데에도 사용됩니다. 시스탄체는 전통 의학에서 오랫동안 사용되어 왔지만 그 효능과 안전성에 대한 과학적 연구는 계속 진행 중이며 제한적입니다. 그러나 페닐에타노이드 배당체, 이리도이드, 리그난, 다당류와 같은 다양한 생리활성 화합물을 함유하고 있어 약리 효과에 기여할 수 있는 것으로 알려져 있습니다.
Wecistanche의시스탄체 분말, 시스탄체 정제, 시스탄체 캡슐, 기타 제품은 다음을 사용하여 개발됩니다.사막시스탄체모두 변비 해소에 좋은 효과가 있는 원료입니다. 구체적인 메커니즘은 다음과 같습니다. Cistanche는 전통적인 사용법과 함유된 특정 화합물을 기반으로 변비 완화에 잠재적인 이점이 있는 것으로 여겨집니다. 특히 변비에 대한 시스탄체의 효과에 대한 과학적 연구는 제한적이지만 변비 완화 가능성에 기여할 수 있는 여러 메커니즘이 있는 것으로 생각됩니다. 완하제 효과:시스탄체오랫동안 한의학에서는 변비 치료제로 사용되어 왔습니다. 가벼운 완하제 효과가 있어 배변을 촉진하고 변비를 유발하는 데 도움이 되는 것으로 알려져 있습니다. 이 효과는 페닐에타노이드 배당체 및 다당류와 같은 시스탄체의 다양한 화합물에 기인할 수 있습니다. 장 보습: 전통적인 사용에 따르면 Cistanche는 특히 장을 대상으로 하는 보습 특성을 갖는 것으로 간주됩니다. 장의 수분 공급과 윤활을 촉진하면 도구가 부드러워지고 배변이 쉬워지므로 변비가 완화됩니다. 항염증 효과: 변비는 때때로 소화관의 염증과 연관될 수 있습니다. 시스탄체에는 페닐에타노이드 글리코시드와 리그난 등 항염증 특성이 있는 것으로 알려진 특정 화합물이 함유되어 있습니다. 장의 염증을 줄여 배변을 규칙적으로 개선하고 변비를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
