Bổ sung ngắn hạn với chiết xuất nam việt quất điều chỉnh hệ vi sinh vật đường ruột ở người và hiển thị hiệu ứng bifidogenic

Ảnh hưởng sức khỏe của nam việt quất trong lịch sử được quy cho hoạt động chống oxy hóa của các phenol (poly) trong vật chủ⁹. Vì các phân tử này được hấp thụ kém trong ruột non, trọng tâm đã chuyển sang sự tương tác của chúng với hệ vi sinh vật đường ruột. Ban đầu người ta tin rằng các phenol nam việt quất (poly), đặc biệt là flavan-3-ols, có thể được chuyển hóa bởi các thành viên vi sinh vật đường ruột cụ thể thành các chất chuyển hóa sinh khả dụng nhỏ hơn và có khả năng hoạt tính sinh học, chẳng hạn như phenyl-γ-valerolactones. Tuy nhiên, nam việt quất flavan-3-ols chủ yếu là proanthocyanidins oligomeric loại A, bị thoái hóa kém trong ruột. Do đó, mục đích của nghiên cứu này là mô tả đầy đủ một chiết xuất nam việt quất có sẵn trên thị trường (Prebiocran^TM) để xác định bản chất và lượng (poly) phenol và oligosacarit có trong chiết xuất và để đánh giá khả năng điều chỉnh tích cực hệ vi sinh vật đường ruột của 28 đối tượng khỏe mạnh trong vòng 4 ngày bổ sung.

Chiết xuất nam việt quất chứa một hỗn hợp phức tạp của (poly) phenol và oligosacarit, nhưng rất ít nghiên cứu đánh giá hàm lượng oligosacarit của nam việt quất. Thật thú vị, oligosacarit phong phú hơn (poly) phenol trong chiết xuất nam việt quất tinh khiết được sử dụng trong nghiên cứu của chúng tôi. Thành phần monosacarit sau khi thủy phân axit oligosacarit trong chiết xuất nam việt quất phù hợp với báo cáo của Sun et al. trong phần oligosacarit tinh khiết từ quả nam việt quất được xử lý bằng pectinase. Oligosacarit trong phần này chủ yếu bao gồm glucose (47%), arabinose (25%), xylose (23%) và galactose (5%), trong khi oligosacarit trong chiết xuất nam việt quất được sử dụng trong nghiên cứu của chúng tôi chủ yếu được hình thành từ cùng một monosacarit, nhưng với tỷ lệ sau: 58%, 24%, 10% và 4%. Do đó, chúng tôi đã xác nhận rằng phần lớn các oligosacarit trong chiết xuất nam việt quất là arabinoxyloglucans. Chỉ có một lượng nhỏ axit galacturonic được phát hiện trong chiết xuất nam việt quất (< 1% tổng hàm lượng oligosacarit), cho thấy oligosacarit pectic chỉ có mặt với số lượng nhỏ. Như đã báo cáo trước đây đối với nam việt quất, flavan-3-ols, đặc biệt là proanthocyanidins loại A, là lớp phenol (poly) phổ biến nhất trong chiết xuất. Tác dụng kết hợp của (poly) phenol và oligosacarit có khả năng góp phần vào tác động tổng thể của chiết xuất nam việt quất trên hệ vi sinh vật đường ruột.

Điều đáng chú ý là hypromellose (hydroxypropyl methyl cellulose), chất làm đầy được sử dụng trong viên nang, cũng có thể có tác động đến hệ vi sinh vật đường ruột. Naimi et al. báo cáo rằng hypromellose làm giảm mật độ vi khuẩn và đa dạng α trong mô hình in vitro. Tuy nhiên, chúng tôi đã không quan sát thấy hiệu ứng đó trong nghiên cứu của chúng tôi.

Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là nghiên cứu đầu tiên chứng minh tác dụng của việc bổ sung ngắn hạn với chiết xuất nam việt quất, có chứa cả (poly) phenol và oligosacarit, đối với hệ vi sinh vật trong phân của các đối tượng ở người. Thật thú vị, việc tiêu thụ chiết xuất nam việt quất đã điều chỉnh thành công hệ vi sinh vật trong phân của những người tham gia nghiên cứu này với tác dụng bifidogenic mạnh mẽ. Tác dụng này thường liên quan đến việc bổ sung các chất xơ prebiotic, chẳng hạn như inulin và fructooligosaccharides, như báo cáo đầu tiên của Gibson &; Roberfroid và được xác nhận bởi nhiều nghiên cứu khác. Trong nghiên cứu hiện tại, Bifidobacterium đã tăng đáng kể với chiết xuất nam việt quất cung cấp lượng phenol (109,3 mg / ngày) thấp (109,3 mg / ngày) và oligosacarit (125 mg / ngày, chủ yếu là arabinoxyloglucan). Tác dụng bifidogenic đồng thời làm giảm sự phong phú của Bacteroides, được công nhận là chuyển hóa hiệu quả carbohydrate phức tạp, chẳng hạn như xylans và arabinoxylans, trong số những người khác. Chúng tôi phỏng đoán rằng nam việt quất (poly) phenol có tác dụng kháng khuẩn đối với Bacteroides, cho phép Bifidobacterium tiêu thụ oligosacarit nam việt quất và chiếm vị trí vi khuẩn của nó (tác dụng prebiotic). Trên thực tế, hai loài Bifidobacterium đã được tăng đáng kể bởi chiết xuất nam việt quất, cụ thể là B. adolescentis và B. longum, được biết đến là chất thoái hóa lớn của xylo- và arabinoxylan-oligosacarit. Do đó, sự kết hợp của (poly) phenol và oligosacarit trong chiết xuất nam việt quất phù hợp với khái niệm của chúng tôi về “duplibiotic”, là một chất nền không được hấp thụ điều chỉnh ruột bằng cả tác dụng kháng khuẩn và prebiotic.

Ngoài tác dụng kháng khuẩn trực tiếp, việc giảm tương đối quần thể Bacteroides có thể là kết quả của mối quan hệ cộng sinh mà chi này thiết lập với Bifidobacterium trong sự thoái hóa carbohydrate nam việt quất. Như nó đã được chứng minh cho arabinogalactan, sự hợp tác này có thể dẫn đến sự gia tăng quần thể Bifidobacterium và axit hóa môi trường do nồng độ quan trọng của formate, acetate và lactate được sản xuất bởi chi này khi lên men xyloglucans nam việt quất sau đó có thể gây bất lợi cho Bacteroides. Formate, acetate và lactate có tác dụng kháng khuẩn và giảm pH mà Bacteroides nhạy cảm.

Mặc dù bổ sung chiết xuất nam việt quất dẫn đến hiệu ứng bifidogenic ở hầu hết các đối tượng, một phần của các đối tượng không thể hiện phản ứng tương tự với việc bổ sung. Sự thay đổi vốn có này ở các cá nhân là một hiện tượng phổ biến và thường được quan sát thấy trong nhiều nghiên cứu bổ sung. Một mô hình tương tự trước đây đã được ghi nhận trong một nghiên cứu kéo dài 4 tuần liên quan đến việc bổ sung hàng ngày 10 g inulin giàu oligofructose.

Kiến thức liên quan đến tác dụng của nam việt quất đối với hệ vi sinh vật đường ruột ở người tương đối hạn chế so với sự phong phú của các nghiên cứu được thực hiện ở chuột và môi trường in vitro. Ví dụ, một hiệu ứng bifidogenic đã được quan sát thấy sau khi tiêu thụ nước ép nam việt quất (cung cấp 161 mg (poly) phenol và một lượng oligosacarit không được báo cáo) trong 15 ngày ở 10 phụ nữ sau mãn kinh. Cùng với Bifidobacterium, nước ép nam việt quất kích thích sự phát triển của Prevotella, Clostridium XIVa và Eggerthella, trong khi Bacteroides không bị ảnh hưởng bởi lượng nước ép nam việt quất. Thật thú vị, Clostridium XIVa, một nhóm các nhà sản xuất butyrate được biết đến, đã được tăng lên và các nghiên cứu khác cũng báo cáo sự kích thích của các chi liên quan đến việc sản xuất butyrate, chẳng hạn như Eubacterium, Flavonifractor và Subdoligranulum, với việc bổ sung nước ép nam việt quất. Trong nghiên cứu của chúng tôi, Clostridium, Clostridium sensu stricto 1 cũng được tăng lên, cũng như một nhà sản xuất butyrate nổi tiếng khác, Anaerobutyricum (trước đây là Eubacterium) và Shuttleworthia.

Những thay đổi này phù hợp với SCFA được định lượng trong cả mẫu phân và huyết tương. Thật vậy, nó đã được quan sát thấy rằng tỷ lệ phân và huyết tương của butyrate có xu hướng tăng lên để đáp ứng với chiết xuất nam việt quất, mặc dù sự khác biệt không có ý nghĩa thống kê. Thật thú vị, sự gia tăng tỷ lệ butyrate đồng thời với việc giảm tỷ lệ axetat, mặc dù sự nở rộ của một số vi khuẩn sản xuất axetat như Terrisporobacter (trước đây là Clostridium), Intestinibacter (trước đây là Clostridium), Dorea (Eubacterium cũ) và Bifidobacterium. Tuy nhiên, trước đây người ta đã chứng minh rằng Bifidobacterium thúc đẩy sự phát triển và hoạt động của vi khuẩn sản xuất butyrate, dẫn đến tăng sản xuất butyrate trong ruột. Các loài từ Bifidobacterium có thể tiêu thụ oligosacarit để giải phóng acetate và lactate, và các chất chuyển hóa trung gian này có thể được chuyển đổi thành butyrate bởi các vi khuẩn cụ thể, chẳng hạn như Clostridium, bởi butyryl-CoA: acetate CoA transferase. Trong huyết tương, sự gia tăng tỷ lệ butyrate ít rõ rệt hơn so với trong phân, trong khi tỷ lệ propionate cho thấy sự gia tăng. Tuy nhiên, không có vi khuẩn sản xuất propionate nào được kích thích bởi việc bổ sung chiết xuất nam việt quất trong nghiên cứu này. Do đó, xu hướng này có thể được giải thích bằng cách tiêu thụ butyrate bởi các tế bào biểu mô ruột kết, vì chất nền này là nguồn năng lượng quan trọng cho các tế bào này. Thật vậy, việc giảm tỷ lệ axetat trong ruột, cùng với việc sử dụng butyrate trước khi nó đạt đến tuần hoàn hệ thống, có thể gián tiếp dẫn đến sự gia tăng tỷ lệ propionate. Kết quả là, tỷ lệ tương đối của propionate trong máu có thể xuất hiện cao hơn do những thay đổi năng động trong chuyển hóa acetate và butyrate.

Sự gia tăng sản xuất butyrate được công nhận là có lợi cho sức khỏe con người. Trên thực tế, chất chuyển hóa quan trọng này ức chế stress oxy hóa, viêm và gây ung thư trong ruột, cải thiện hàng rào ruột và thúc đẩy cảm giác no. Ngoài ra, butyrate được báo cáo là đóng một vai trò trong việc ngăn ngừa bệnh tiểu đường loại 2. Hệ vi sinh vật của những người mắc bệnh tiểu đường loại 2 có số lượng vi khuẩn sản xuất butyrate thấp hơn; Các phương pháp tiếp cận để tăng butyrate trong ruột được coi là hứa hẹn để điều chỉnh glucose ở những đối tượng đó. Do đó, chiết xuất nam việt quất là một prebiotic tiềm năng, theo định nghĩa của Hiệp hội Khoa học Quốc tế về Probiotics và Prebiotics (ISAPP), bằng cách kích thích Bifidobacterium, một chi vi khuẩn có lợi và Bifidobacterium dường như sử dụng oligosacarit từ chiết xuất nam việt quất để ủng hộ việc sản xuất butyrate, một chất chuyển hóa có lợi cho sức khỏe đường tiêu hóa của vật chủ, bằng cách cho ăn chéo với vi khuẩn butyrogenic.

Ngoài việc đánh giá tác động tổng thể của việc bổ sung chiết xuất nam việt quất đối với hệ vi sinh vật đường ruột, chúng tôi đã tiến hành phân cụm giống như kiểu ruột dựa trên những thay đổi quan sát thấy trong hệ vi sinh vật trong phân sau khi bổ sung. Thật thú vị, hai kiểu ruột được đặc trưng theo điều chế vi phân của microbiota; một tương ứng với Prevotella và một tương ứng với các kiểu ruột Bacteroides được báo cáo trước đó. Trong nghiên cứu của chúng tôi, 8 đối tượng thuộc về kiểu ruột Prevotella (29%) và 20 đối tượng được đưa vào kiểu ruột Bacteroides (71%), phù hợp với tỷ lệ Prevotella được báo cáo ở dân số phương Tây. Việc bổ sung chiết xuất nam việt quất làm tăng sự phong phú của Faecalibacterium và Agathobacter ở các đối tượng từ enterotype 1 (Prevotella enterotype), đồng thời với việc giảm Prevotella. Ngược lại, những người tham gia thuộc enterotype 2 (Bacteroides enterotype) chỉ được hưởng lợi từ hiệu ứng toàn cầu, cụ thể là sự nở rộ của Bifidobacterium với chi phí của Bacteroides. Ngoài ra, Phocaeicola và Bacteroides ít bị giảm bởi việc bổ sung chiết xuất nam việt quất cho các đối tượng trong enterotype 1 so với những người từ enterotype 2. Những thay đổi cụ thể về kiểu ruột này phù hợp với sự điều chế của SCFA. Trong enterotype 1, mặc dù không có ý nghĩa thống kê, việc bổ sung dẫn đến sự gia tăng rõ rệt hơn về tỷ lệ butyrate phân và huyết tương và giảm tỷ lệ axetat lớn hơn. Quan sát này có thể được quy cho sự nở rộ của các chi sản xuất butyrate, chẳng hạn như Faecalibacterium và Agathobacter, trong hệ vi sinh vật đường ruột của các cá thể thuộc loại ruột 1. Trên thực tế, người ta đã chứng minh rằng hai chi vi khuẩn này có thể sản xuất butyrate bằng cách cho ăn chéo với Bifidobacterium. Ngoài ra, sự khác biệt về tỷ lệ propionate trong huyết tương có lẽ là do sự giảm nhỏ hơn của vi khuẩn sản xuất propionate, cụ thể là Bacteroides và Phocaiecola (trước đây được phân loại là Bacteroides). Do đó, sự biến đổi giữa các cá nhân liên quan đến việc điều chế hệ vi sinh vật trong phân bằng chiết xuất nam việt quất, được đặc trưng thành các kiểu ruột. Những kiểu ruột cụ thể này có thể giải thích các biến thể trong kết quả sức khỏe do bổ sung chiết xuất nam việt quất, vì hệ vi sinh vật đường ruột của một số cá nhân có thể sản xuất nhiều butyrate hơn, một chất chuyển hóa có lợi.

Thật thú vị, ảnh hưởng của thành phần ban đầu của hệ vi sinh vật đường ruột đối với phản ứng khác biệt của nó với oligosacarit đã được báo cáo trước đây. Trên thực tế, hệ vi sinh vật đường ruột của các đối tượng cao tuổi được tìm thấy được điều chỉnh khác nhau bởi arabinoxylan-oligosacarit từ cám lúa mì, tùy thuộc vào kiểu ruột của chúng, đặc biệt là chúng thuộc về kiểu ruột Prevotella hay Bacteroides. Thật thú vị, các phân tử này có thể tạo ra hiệu ứng bifidogenic như được quan sát với chiết xuất nam việt quất. Tuy nhiên, trái ngược với chiết xuất nam việt quất, oligosacarit cám lúa mì làm tăng sự phong phú của Prevotella ở những người tham gia thuộc kiểu ruột Prevotella.

Đáng ngạc nhiên, A. muciniphila không được kích thích bởi chiết xuất nam việt quất trong nghiên cứu của chúng tôi. Trước đây, nhóm của chúng tôi đã chứng minh rằng sự phong phú của loài vi khuẩn niêm mạc này, liên quan đến tác dụng chống béo phì, đã tăng lên ở những con chuột được nuôi bằng chế độ ăn béo phì bổ sung chiết xuất nam việt quất^23,24,25,77. Tuy nhiên, nghiên cứu hiện tại tiết lộ rằng tác động đối với A. muciniphila chỉ giới hạn ở những người đã có vi khuẩn này trong hệ vi sinh vật của họ trước khi sử dụng chiết xuất nam việt quất. Trong hầu hết các đối tượng này, sự phong phú của vi khuẩn niêm mạc có lợi này chủ yếu tăng lên, nhưng, ở một số cá nhân, nó đã giảm. Một lời giải thích có thể là thời gian ngắn của việc bổ sung trong nghiên cứu của chúng tôi. A. muciniphila là một loại vi khuẩn đầy thách thức về mặt tăng trưởng và có thể cần bổ sung lâu hơn để được kích thích. Trên thực tế, trong các nghiên cứu trước đây của chúng tôi, A. muciniphila đã được kích thích sau 8 đến 9 tuần bổ sung chiết xuất nam việt quất ở chuột. Ngoài ra, các mẫu phân không phải là loại mẫu tốt nhất để đánh giá tác dụng của chiết xuất nam việt quất đối với A. muciniphila, vì vi khuẩn này được tìm thấy trong lớp chất nhầy của ruột và phân chủ yếu đại diện cho vi khuẩn commensal được tìm thấy trong môi trường luminal. Phương pháp lấy mẫu tốt nhất để thăm dò vi khuẩn này là mang sinh thiết niêm mạc, nhưng kỹ thuật này rất xâm lấn, tốn kém và tốn thời gian. Một lựa chọn rất tốt là các mô hình in vitro, chẳng hạn như Trình mô phỏng niêm mạc của hệ sinh thái vi khuẩn đường ruột của con người (M-SHIME), như trước đây chúng tôi đã chứng minh tác dụng của axit béo không bão hòa đa ω-3 đối với A. muciniphila trong hốc vi khuẩn niêm mạc của đại tràng ngang và giảm dần bằng cách sử dụng hệ thống lên men động này. Ngoài ra, việc không có tác dụng chiết xuất nam việt quất đối với A. muciniphila, khi vi khuẩn này ban đầu không có mặt, nhấn mạnh sự cần thiết phải phát triển sự kết hợp synbiotic với một chủng probiotic (như A. muciniphila) và một prebiotic tiềm năng (như chiết xuất nam việt quất).

Tóm lại, nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên, theo hiểu biết tốt nhất của chúng tôi, để chứng minh tác dụng bifidogenic của việc bổ sung ngắn hạn với chiết xuất nam việt quất giàu cả phenol (poly) và oligosacarit trong một thử nghiệm lâm sàng ngắn hạn ở người. Nghiên cứu sâu hơn nên đánh giá hiệu quả lâu dài của phương pháp điều trị này, cũng như tác động đến sức khỏe. Mặc dù không có ý nghĩa thống kê, nghiên cứu của chúng tôi cho thấy xu hướng thú vị trong tỷ lệ axit béo chuỗi ngắn (SCFA), với sự gia tăng tỷ lệ butyrate. Quan sát này đặc biệt quan trọng vì nồng độ butyrate cao hơn có liên quan đến việc cải thiện sức khỏe đường tiêu hóa. Ngoài ra, sẽ rất thú vị khi đánh giá tác dụng của nam việt quất (poly) phenol và oligosacarit riêng biệt, để xác nhận giả thuyết về tác dụng nhân đôi của chiết xuất nam việt quất và sử dụng inulin như một kiểm soát để so sánh hiệu quả của chiết xuất nam việt quất với một prebiotic được công nhận. Cuối cùng, các đoàn hệ lớn hơn là cần thiết để xác nhận sự biến đổi giữa các cá nhân liên quan đến sự điều chế của hệ vi sinh vật trong phân bằng chiết xuất nam việt quất, đặc biệt là sự nở rộ của Faecalibacterium cho các đối tượng thuộc kiểu ruột Prevotella.

Thông tin từ: Short term supplementation with cranberry extract modulates gut microbiota in human and displays a bifidogenic effect | npj Biofilms and Microbiomes (nature.com)