Project

Ontwikkeling van een gecombineerde in vitro proefopzet voor screening van biobeschikbaarheid en cardiovasculaire effecten van polyfenolen

Code
178BW0813
Looptijd
01-01-2013 → 31-12-2016
Financiering
Gewestelijke en gemeenschapsmiddelen: IWT/VLAIO
Onderzoeksdisciplines
  • Natural sciences
    • Other chemical sciences
  • Medical and health sciences
    • Nutrition and dietetics
  • Agricultural and food sciences
    • Agricultural animal production
    • Food sciences and (bio)technology
Trefwoorden
polyfenolen
 
Projectomschrijving


Het doel van deze thesis was het ontwerpen van een gecombineerde in vitro proefopzet om de biobeschikbaarheid en bloeddrukverlagende effecten van polyfenolen te onderzoeken. Daartoe werden (i) protocols ontwikkeld waarmee in vitro vertering, absorptie en fase II-metabolisme in de darm gesimuleerd werden, (ii) aan de Universiteit van Leeds (VK) de effecten van de intestinale matrix en bacteriële metabolieten op polyfenoltransport en fase II-conjugatie in de darmwand onderzocht en (iii) de vasorelaxerende activiteit en de onderliggende mechanismen van een aantal polyfenol fase II-metabolieten getest in uit muizen geïsoleerde arteriële segmenten.

De huidige kennis over polyfenolen in de voeding, de opname en distributie in het lichaam en hun rol in de preventie van hart- en vaatziekten wordt ingeleid in Hoofdstuk 1. Er wordt aandacht besteed aan de biobeschikbaarheid en biologische activiteit van twee modelpolyfenolen hesperidine uit sinaasappel en ferulazuur, aanwezig in volkoren granen en koffie. Daarna wordt een overzicht gegeven van het voorkomen van hart- en vaatziekten en de mogelijke rol die preventieve maatregelen zoals polyfenolconsumptie kunnen spelen. Tot slot worden ook de verterings-, absorptie- en bioactiviteitsmodellen die gebruikt worden in deze thesis kort voorgesteld.

De in vitro vertering van hesperidine 2S (Cordiart®) in de Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecosystem (SHIME®) wordt beschreven in Hoofdstuk 2. Gebruik makend van dit verteringsmodel werd het metabolietprofiel in de dunne darm en dikke darm na fermentatie door darmbacteriën beschreven. Hesperidine 2S werd voornamelijk omgezet in de in vitro colon ascendens en colon transversum, waar het werd afgebroken tot diwaterstofisoferulazuur, diwaterstofkoffiezuur, 4-OH-fenylazijnzuur en waterstofferulazuur. Om de in vitro biobeschikbaarheid te bepalen werden de meest representatieve verteringsstalen overgebracht naar de apicale zijde van een gedifferentieerde Caco-2 cellaag, als model voor de darmwand. Diwaterstofisoferulazuur en diwaterstofferulazuur-4-O-sulfaat werden door deze in vitro darmwand getransporteerd en werden dus als in vitro biobeschikbaar beschouwd. Blootstelling aan hesperidine 2S verhoogde de productie van butyraat in de in vitro colon descendens, vermoedelijk door het stimuleren van de butyraatproducerende Eubacterium rectale/Clostridium coccoides cluster. Studies naar de opname van nutriënten in de darmwand worden meestal uitgevoerd in gestandaardiseerde celcultuurcondities. Door de combinatie van in vitro vertering en opname door de darmwand, in deze thesis gesimuleerd door Caco-2 cellen, werd de biologische relevantie van zulke testen verbeterd.

Bacteriële metabolieten zoals korte keten vetzuren (KKV) gevormd in de dikke darm kunnen de colonocytdifferentiatie en -maturatie sturen. Dit proces en het effect hiervan op het transport van hesperetine en ferulazuur door de darmwand werd onderzocht en gerapporteerd in Hoofdstuk 3. Hier toonden we aan dat chronische blootstelling aan darmmatrix uit de SHIME® of KKV de transportdynamiek en het fase II-metabolisme van hesperetine en ferulazuur in Caco-2 cellen veranderde. Dit werd deels verklaard door veranderingen in de expressie van transporters zoals MCT1, MCT4 en ABCG2, betrokken bij het transport van polyfenolen in de darmwand. De activiteit van darmbacteriën bleek dus bepalend voor in vitro polyfenoltransport, en kan verder onderzocht worden met het oog op het verhogen van de biobeschikbaarheid van polyfenolen en hun metabolieten.

Tot slot werd ook de bioactiviteit van een beperkt aantal polyfenolmetabolieten getest door isometrische krachtmetingen in geïsoleerde muis arteriën (Hoofdstuk 4). Hesperetine en ferulazuur-4-O-sulfaat veroorzaakten in deze experimenten voor significante vasorelaxaties en de onderliggende mechanismen van ferulazuur-4- O-sulfaat-geïnduceerde relaxatie werden nader bestudeerd. We toonden aan dat ferulazuur-4-O-sulfaat het enzyme oplosbaar guanylaat cyclase (sGC) activeert of stimuleert en voltage-afhankelijke kaliumkanalen opent, waardoor vasorelaxatie optreedt. Dit werd besloten nadat de respons van de arteriën na incubatie met ferulazuur-4-O-sulfaat afnam bij sGC knockout muizen, of tijdens co-incubatie van ferulazuur-4-O-sulfaat met (i) de sGC inhibitor ODQ of (ii) de voltage-afhankelijke kaliumkanaalinhibitor 4-aminopyridine in muis arteriën. Deze resultaten werden gevalideerd in verdoofde muizen, waar ferulazuur-4-O-sulfaat de arteriële bloeddruk verlaagde. We toonden hiermee voor het eerst aan dat een fysiologisch relevant fase II-metaboliet van fenolzuren vasorelaxatie kan induceren.

In Hoofdstuk 5 wordt de uiteenzetting binnen dit doctoraat gebundeld tot een conclusie, waarin ook suggesties voor het indienen van gezondheidsclaims bij de Europese Autoriteit voor Voedselveiligheid (EFSA) voor polyfenolrijke voeding of supplementen worden voorgesteld. Daarnaast worden ook enkele suggesties gegeven voor toekomstig onderzoek naar de werking van polyfenolen, zoals studies naar inter-individuele variabiliteit, ontwikkeling van relevante placebo’s, epigenetica, cellulaire stress en polyfenol-polyfenol interacties.