아미노산의 대사 항상성과 당뇨병성 신장질환 Ⅱ

Sep 18, 2023

3. 장내 트립토판과 미생물에 의해 생성된 인돌 황산염

트립토판은 콩, 생선, 쇠고기, 계란, 시금치에 풍부한 기본 방향족 AA입니다. 트립토판 대사는 미생물총의 직접적 또는 간접적 제어 하에 세 가지 주요 경로를 따릅니다: (1) 트립토판 수산화효소를 통해 장크로마핀 세포에서 세로토닌 유도체를 생성하는 세로토닌(5-히드록시트립타민, 5-HT) 경로; (2) 미생물 군집을 통해 트립토판을 인돌 계열 유도체로 전달하는 인돌 경로; 및 (3) 인돌아민 2,3-디옥시게나제(IDO)를 통해 면역 및 상피 세포에서 키누레닌 유도체를 생성하는 키누레닌(KYN) 경로2830]. 그중 트립타민, 인돌, 인돌아세트산(IAA)과 같은 AA는 장 투과성 감소를 통해 상피 장벽 기능을 향상시킬 수 있으며, 이는 아마도 in vitro에서 pregnane X 수용체에 의해 매개될 수 있습니다.31]; 마찬가지로 인돌도포도당 대사를 개선하다글루카곤 유사 펩타이드-1(GLP{2}}) 분비 조절을 통한 대사증후군 환자의 연구. 인돌, 인돌{3}}유산(ILA) 및 인돌{4}}프로피온산(IPA)은 임상적 항산화 및 항염증 효과가 있습니다.32,33], 반면에 시토크롬 P450 2E1(CYP2E1)과 설포트랜스퍼라제 1A2(SULT1A2)의 작용을 통해 인돌로부터 간에서 생성되는 IS는 고농도에서 세포독성 효과를 나타냅니다(그림2). 

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IS의 수준은 환자의 CKD 초기 단계에서 증가하는 것으로 보고되었으며, CKD가 진행됨에 따라 지속적으로 증가합니다[34]. 또한, 쥐의 허혈성 급성 신장 손상에서 IS의 수준은 가짜 쥐에 비해 4배 증가했습니다[35]. 전형적인 아릴 탄화수소 수용체(AHR) 리간드인 IS는 AHR을 활성화한 후 대사 증후군의 실험 동물 모델에서 내피 기능 장애, 소포체(ER) 스트레스, 족세포 손상, 간질성 섬유증 및 사구체 손상을 유발합니다[36]. CKD 포유동물 모델에서 신장 기능 저하가 진행되는 동안 IS는 인산화된 NF-κB p65의 핵 전위를 자극하여 NF-κB 신호 전달의 활성화를 유도할 뿐만 아니라[37] TGF- 1의 상향 조절을 통해 신장 섬유증을 악화시킵니다. 플라스미노겐 활성화 인자 억제제-1(PAI{10}}), 매트릭스 메탈로프로테이나제-1(TIMP{12}})의 조직 억제제 및 프로- 1(I) 콜라겐[38 ,39] (그림 2). IS 생산은 장내 인돌 생산 박테리아(Bacteroides spp. 및 Clostridium spp.)에 의존하기 때문에 무균 마우스에서는 IS가 검출되지 않았습니다[33]. 결과적으로, 장내 미생물 트립토판 이화 작용의 조작은 IS의 순환 수준을 낮추는 잠재적인 전략일 수 있습니다. 그러나 트립토판 이화작용에서 IS를 제거하는 것이 신장 질환에 도움이 될지는 향후 임상 연구에서 조사할 필요가 있습니다.

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그림 2. 건강과 질병에서 트립토판 대사의 장내 미생물총 조절. 트립토판에는 세 가지 주요 대사 경로가 있습니다. 세로토닌 경로: 트립토판은 장크로마핀 세포에서 트립토판 수산화효소1(TPH1)과 함께 촉매작용을 하여 위장 기능과 일주기 리듬의 조절에 관여하는 말초 5-HT를 생성합니다. 인돌 경로: 트립토판은 장내 세균총을 통해 인돌 및 인돌 유도체로 직접 대사됩니다. 인돌 유도체에는 IAA, ILA, 3-인돌아크릴레이트산(IA), 인돌-3-카르복스알데히드(IAld), 트립타민(Trpm), IS 등이 포함됩니다. 인돌 경로 대사산물은 다음과 같은 조절에 중요한 역할을 합니다. 장내 면역과 대사 항상성. 특히 IS는 AHR을 활성화시켜 신장 기능 저하의 진행에 기여합니다. 키누레닌 경로: 트립토판의 95% 이상이 이 경로를 통해 대사됩니다. 트립토판은 세 가지 속도 제한 효소인 IDO1, IDO2 및 트립토판- 2,3-다이옥시게나제(TDO)에 의해 대사되어 포르밀-키누레닌(FKYN)을 생성하고, 이는 포미레이스에 의해 촉매작용을 받아 생성됩니다. KYN 및 하류 대사물질인 키누렌산(KA), 피콜린산(PA), 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(NAD) 및 잔투렌산(XA). 약어: 3-HAA, 3-히드록시안트라닐레이트; 3-HKYN, 3-히드록시키누레닌; 5-HIAA, 5-히드록시인돌 아세트산; 5- HTTP, 5-하이드록시트립토판; 6-HMT, 6-클로로멜라토닌; AAAD, 방향족 아미노산 탈탄산효소; AANAT, N-아세틸트랜스퍼라제; acdA, 아실-CoA 탈수소효소; ASMT, 아세틸세로토닌-O 메틸트랜스퍼라제; DDC, 도파 데카르복실라제; FldBC, 페닐락테이트 탈수효소; FldH, 페닐 락테이트 탈수소효소; FXR, 파네소이드 X 수용체; HAAO, 3-히드록시안트라닐레이트 3,4-디옥시게나제; iaaH, 인돌-3-아세트산 히드라지드; IAAID, 인돌{32}}아세트알데히드; iaaM, 트립토판 모노옥시게나제 유전자; iaD, 인돌아세트산 산화효소; IAM, 인돌{33}}아세트아미드; IE, 인돌-3-에탄올; IPY, 인돌피루베이트; KAT, 키누레닉 아미노트랜스퍼라제; KMO, 키누레닌-3-모노옥시게나제; KYNU, 키누레니나제; MAO, 모노아민 산화효소; MIAA, 5-메톡시인돌 아세테이트; MLT, 멜라토닌; NAS, N-아세틸세로토닌; OAA, 2-옥소아디프산; o-ABA, o-아미노벤조산; QA, 퀴놀리네이트; 스카톨, 3-메틸인돌; TnaA, 트립토파나제.

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4. 메티오닌과 그 대사물질인 호모시스테인

메티오닌은 오징어, 치즈, 닭 가슴살, 후추, 라즈베리에 풍부한 필수 유황 함유 AA입니다. 메티오닌은 주로 간에서 발생하는 S-아데노실메티오닌(SAM), S-아데노실호모시스테인(SAH), 호모시스테인(Hcy) 및 시스테인(Cys)으로 촉매됩니다.신장, 소장 및 췌장 [40]. 이 대사 반응에서 대부분의 효소는 메티오닌 아데노실전이효소, S-아데노실호모시스테인효소, 시스타티오닌 합성효소, 시스타티오닌 분해효소를 포함하여 간 특이적이며, 이는 메티오닌 및 엽산 회로와 황전환 경로에 속합니다[41]. 이전에 보고된 바와 같이, 활성 산소종 제거제 역할을 하는 메티오닌은 칼로리 제한 및 노화와 관련이 있습니다[42]. 증거에 따르면 메티오닌 보충은 아마도 시험관 내 오탄당 인산 경로를 통해 산화 스트레스 저항을 약화시키는 것으로 나타났습니다[43]. 또한, 임신 중 메티오닌 보충은 산모의 영양실조가 산모의 건강에 미치는 부정적인 영향을 역전시킵니다.신장 발달, 신장 생성에 기여하고 나중에신장 건강성인기; 이는 칼로리 제한 식이 마우스 모델에서 mTORC1 경로를 통해 매개되었습니다[44]. 메티오닌의 섭취는 생명을 유지하는 데 필수적임에도 불구하고 메티오닌 제한이 포도당 장애 손상, 인슐린 감수성 증가, 산화 스트레스 및 염증 개선, 건강한 수명 연장에 이점을 제공한다는 기본적인 실험 증거가 나타났습니다 [45,46]. 후속 연구에서는 또한 쥐의 식단에서 메티오닌 제한 효과가 FGF21, 단백질 포스파타제 2A(PP2A), 자가포식 관련 mTOR 및 UNC{10}}유사 키나제 1(ULK1)의 자극에 달려 있음을 지적했습니다. ] (그림 3).

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SAM은 DNA 또는 단백질 메틸화를 위한 메틸 기증자입니다. 메티오닌을 과도하게 섭취하면 원래의 메티오닌이 파괴됩니다.대사 항상성, Cys 및 Hcy의 비정상적인 축적뿐만 아니라 비정상적인 DNA 메틸화로 이어집니다. 포유류에서 메티오닌 제한의 유익한 효과는 Cys 보충으로 역전되는 것으로 보고되었습니다. 비정상적인 DNA 메틸화는 포도당 대사, 인슐린 저항성 및 세포 기능 장애와 밀접하게 연관되어 당뇨병의 발생 및 발병에 기여합니다 [47]. 또한, 높은 메티오닌 섭취는 심혈관 및 신경 질환의 위험 요소인 고호모시스테인혈증(HHcy)을 유발할 수 있습니다. HHcy는 또한만성콩팥병 진행. 관련 연구에서는 Hcy가 후성유전적 변형자인 DNA 메틸트랜스퍼라제 1(DNMT1)과 제스트 상동체 2(EZH2)의 인핸서의 조절을 통해 족세포 세포사멸을 촉진한다는 사실이 입증되었습니다. 이는 c-Myc에 의해 miR-1929-5p 프로모터 및 침묵 miR로 모집됩니다. -1929-5p 표현 [48] (그림 3). 그는 또한급성 신장 손상cbs+/- 마우스에서. Hcy가 과부하된 마우스에서는 시스플라틴 주사 및 허혈-재관류 손상 후 더 심각한 신장 손상이 발생했으며 더 심각한 신장 세뇨관 세포 사멸 및 세뇨관 세포 증식 감소를 보였습니다[49]. 메티오닌이 DKD 진행에 미치는 영향에 대한 구체적인 연구는 거의 없었지만, 광범위한 기본 동물 증거를 통해 높은 수준의 Hcy가 사구체와 세뇨관 모두에 손상을 줄 것이라는 것이 확인되었습니다. 따라서 메티오닌을 많이 섭취하면 당뇨병의 신장 진행성 기능 장애가 가속화될 것이라고 추측할 수 있습니다. 요약하자면, 메티오닌을 집중적으로 제한하는 것은 다양한 동물 종의 수명을 유지하는 데 적합하지 않습니다. 식품 내 메티오닌의 적절한 함량은 0.17% ~ 0.25% 범위인 것이 좋습니다[50,51]. 메티오닌이 부족한 식단은 아마도 당뇨병이나 DKD 환자에게 유익한 영양 전략일 것입니다.


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그림 3. 메티오닌 보충 및 제한의 대사 조절. 메티오닌은 아데노신 삼인산(ATP)에 의해 SAM으로 분해되어 메틸 전달 반응의 보편적인 공여체 역할을 합니다. SAH는 SAM을 메틸 공여체로 활용하는 메틸 전달 반응 생성물로 생산됩니다. 호모시스테인은 SAH의 가역적 가수분해로 형성됩니다. 호모시스테인의 수준은 메티오닌 합성효소(MS) 효소를 통해 호모시스테인을 메티오닌으로 재메틸화하고, 시스타티오닌 합성효소(CBS) 효소를 통해 호모시스테인을 시스타티오닌으로 트랜스황화시켜 조절됩니다. 약어: 5-MTHF, 5-메틸테트라히드로폴레이트; 5,10-MTHF, 5,10-메틸렌테트라하이드로폴레이트; DMG, 1,2-디미리스토일-sn-글리세롤; MTHFR, 5,10- 메틸렌테트라히드로폴레이트 환원효소; THF, 테트라히드로엽산

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5. 글루타민

글루타민은 인간의 삶에서 가장 풍부하고 다양한 AA 중 하나이며 옥수수, 우유, 두부, 쇠고기 및 계란과 같은 식품에 광범위하게 존재합니다. 일반적으로 글루타민은 비효소 항산화제인 글루타티온의 기본 전구체입니다. 단식 및 기아 상태에서 글루타민은 포도당 생성을 담당하여 글리코겐 저장 부족에 따라 간에서 혈당 수준을 유지하도록 돕습니다. 제2형 당뇨병 환자의 경우 매일 글루타민 경구 보충은 GLP{3}} 분비 증가를 통해 혈당을 감소시켰습니다[53]. 글루타민은 또한 대식세포 활성화를 위한 필수 영양소이기도 합니다. 더욱이, 글루타민 보충제는 산화질소성 스트레스의 억제와 글루타민의 하향 조절을 통해 쥐의 STZ 유발 신장 손상에 대한 보호 효과를 나타냈습니다.신장 손상분자-1(KIM-1), 호중구 젤라티나제 관련 리포칼린(NGAL), TGF- 1 및 콜라겐-1 mRNA 발현[55](그림 4). '


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그림 4. 글루타민 보충의 대사 및 면역 기능. 기아 또는 단식 단계에서 간은 포도당 생성을 유지하기 위해 주요 글루타민 소비자에 대한 주요 생산자 역할을 하며, 몸 전체는 글루타민 수준을 유지하기 위해 골격근의 저장에 의존합니다. 그러나 당뇨병 단계에서는 글루타민이 GLP-1 분비를 촉진하고 식후 혈당을 감소시키는 데 도움이 됩니다. 반면, 면역체계 세포는 특히 대식세포 활성화 과정에서 필수 영양소인 글루타민에 극도로 의존합니다. 대식세포에 의한 전염증성 사이토카인의 합성과 분비도 글루타민 가용성에 따라 조절되어 M1/M2 극성이 변경됩니다. 글루타티온의 전구체인 글루타민은 KIM-1, NGAL, TGF-B1 및 콜라겐-1 생성이 감소하여 산화이산화성 스트레스 조건을 조절하고 신장 기능을 보호하는 데에도 유용합니다. 헥소사민 생합성 경로에서 중요한 역할로 인해 글루타민은 GFPT의 과발현과 관련이 있는 것으로 보이며, 이는 포도당 조절을 손상시키고 사구체 혈관간 손상을 유발합니다.

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글루타민 보충의 유익한 활동이 산화 스트레스, 면역 기능 및 포도당 항상성에서 이미 발견되었지만 무시할 수 없는 질문에 대한 답변과 생체 내 결과에 대한 증거는 불분명한 상태로 남아 있습니다[56-58]. 신장 조직학에서, 글루타민을 보충한 당뇨병 쥐는 신장 피질 및 사구체 경화증 변화에서 전염증성 인터루킨(IL)-1 및 IL-6 함량의 증가를 보였다고 보고되었습니다[59]. 글루타민의 이러한 부작용은 헥소사민 생합성 경로에서 중요한 기질의 역할을 통해 표현될 수 있으며, 이는 아마도 글루타민:과당-6-인산 아미도트랜스퍼라제(GFPT)와 관련되어 있습니다[60]. 헥소사민 생합성 경로의 첫 번째이자 속도 제한 효소인 GFPT는 아미드기를 글루타민에서 과당-6-인산염으로 전달하여 글루코사민-6-인산염을 형성합니다. 일련의 연구에 따르면 당뇨병이 있는 포유류에서 GFPT의 과발현은 고지혈증, 비만, 내당능 장애 및 인슐린 저항성을 유발하는 것으로 나타났습니다. 또한 GFPT는 당뇨병성 사구체 손상에 영향을 미치며, 이는 섬유성 TGF- 1 및 피브로넥틴[62]뿐만 아니라 전염증성 IL-1 및 IL-6의 상향 조절을 통해 확인할 수 있습니다. 시험관 내에서 GFPT 과발현이 있는 혈관간 세포(그림 4). 종합적으로, 글루타민을 과도하게 섭취하면 GFPT 과발현이 발생할 수 있습니다. 따라서 높은 글루타민 부하가 직접 또는 간접적으로 DKD의 초기 단계를 활성화합니다. 분명히, 글루타민이 부족한 경우, 특히 당뇨병이 있거나 일시적으로 혈당 수치가 높은 사람들 사이에서 과도한 글루타민 보충과 관련된 위험에 대한 인식을 높이는 것이 필요합니다.


6. 장내 티로신과 미생물에 의해 생성된 페닐 황산염

티로신은 식이 또는 조직 단백질의 가수분해 또는 페닐알라닌의 수산화로부터 파생될 수 있는 반필수 AA입니다. 식이성 페닐알라닌은 일반적으로 치즈, 두부, 새우, 콩에 존재합니다. 일반적으로 티로신은 단백질에 결합되거나 푸마르산염과 아세토아세트산으로 분해될 수 있습니다. 이화 경로의 첫 번째 단계는 티로신 아미노트랜스퍼라제(TAT) 효소에 의해 결정됩니다. 그런 다음 장내 세균총은 티로신의 후속 발효 및 분해에 참여하여 p-크레실 황산염(PCS) 및 페놀을 포함한 요독 독소를 생성합니다[64]. 두 독소는 간에 특이적인 효소에 의해 PS로 대사됩니다(그림 5). 연구에 따르면 티로신 이화작용 장애는 대사 질환과 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 후속 연구에서는 제2형 당뇨병 진행에 대한 티로신 대사의 기여가 확인되었습니다. 혈청 티로신의 상승은 인슐린 경로를 억제하여 인슐린 저항성을 유발할 수 있다는 것이 입증되었습니다 [65,66]. 임상 연구 결과는 특히 고밀도 지단백 콜레스테롤과 총 콜레스테롤 수치를 고려할 때 혈장 티로신 수치(46 µmol/L 이상)와 제2형 당뇨병 발병률 사이에 매우 긍정적인 상관관계가 있음을 추가로 확인했습니다[67].

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최근의 대사학적 분석에 따르면 미량 알부민뇨부터 대량 알부민뇨증이 있는 제2형 당뇨병 환자의 소변 티로신 농도가 유의하게 감소한 것으로 나타났습니다[68]. 또한 티로신에 의해 분해되는 일부 요산 대사산물은 호모바닐산 감소 및 하이드록시페닐아세트산 증가 등을 통해 DKD 환자에서 변경되었습니다. 만성 신부전 환자의 경우 혈장 티로신 수치가 감소하고 페닐알라닌 수치도 증가했습니다[70]. 일련의 연구 결과에 따르면 티로신과 티로신의 대사 항상성은 당뇨병성 신장 손상의 시작 및 진행과 관련이 있습니다. 주로 미생물에 의해 생성된 장 PS는 DKD 환자의 초기 알부민뇨에 대한 유망한 예측 인자입니다. 추가 메커니즘 연구에 따르면 PS는 db/db 마우스에서 염증 자극, 세포외 기질(ECM) 축적 및 족세포 손상을 통해 DKD 신부전에 기여하는 것으로 나타났습니다[71](그림 5). 종합적으로, PS는 조기 진단 바이오마커일 뿐만 아니라 수정 가능한 요소이므로 DKD 치료의 잠재적인 표적입니다.


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그림 5. 장에서 미생물에 의해 생성된 PS는 DKD의 신장 기능 장애에 기여합니다. 생성된 PCS, 페놀과 같은 티로신 유래 독소는 장 장벽을 쉽게 직접 통과하며, 이는 혼란스러운 장내 미생물의 영향으로 인해 더 투과성이 높아지도록 유도됩니다. PS는 혈장에 축적되어 간에 부정적인 영향을 미치는 페놀로부터 간에서 생성됩니다.혈관계그리고신장. ~ 안에(주)디케이디, PS는 염증성 침윤을 유도하고, 사구체 기저막의 비후를 촉진하고, 족세포를 손상시키며 신부전의 진행을 유도합니다. 약어: EMT, 상피에서 중간엽으로의 전환; EndoMT, 내피에서 중간엽으로의 전환; PAH, 페닐알라닌 수산화효소.


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