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背景膳食纤维已经被提议作为保护剂对结肠癌但流行病学和实验研究都是不确定的结果。
的目标是假说,防止结肠癌可能限于丁酸盐生产纤维,我们调查的因素需要长期稳定的丁酸盐生产和其对结肠癌的易感性的关系。
方法随机盲法研究大鼠两部分,模仿人类的前瞻性研究,进行了使用低纤维控制饮食(CD)和三个高纤维的饮食:淀粉免费麦麸(WB)类型III抗性淀粉(RS)和短链fructo-oligosaccharides (FOS)提交。使用一个随机区组设计,96天生的老鼠被喂食了两个,16日,30日,或44天决定的适应饮食,发酵概要,并对结肠的影响,包括粘膜增殖44天。随后,36 44天的相同的饮食喂养的大鼠注射azoxymethane和检查异常的地穴疫源地30天后。
结果发酵稳定(44天)后,产生大量的丁酸,只有RS和安全系数与大肠的营养效果。没有注意到粘膜扩散之间的饮食差异。在随后的实验中一个月后,减少异常地穴焦点是出现在高丁酸盐生产饮食喂养的大鼠(RS, p = 0.022;”丛书,p = 0.043)。
结论稳定的丁酸盐生产结肠生态系统相关选择纤维似乎有利于减少结肠致癌作用。
- 纤维
- 发酵
- 丁酸盐
- 结肠致癌作用
- 异常的地穴焦点
- 老鼠
略语
- 交流
- 异常的地下室
- ACF
- 异常的地穴焦点
- 急性中耳炎
- azoxymethane
- CD
- 低纤维控制饮食
- ”丛书
- 短链fructo-oligosaccharide丰富的饮食
- PCNA
- 增殖细胞核抗原
- RS
- 类型III抗性淀粉丰富的饮食
- 短链脂肪酸
- 短链脂肪酸
- 白平衡
- 淀粉免费麦麸丰富的饮食
来自Altmetric.com的统计
虽然它已经表明,膳食纤维能预防结肠癌1 - 4结果是有争议的和预防规划一直局限于一般的生活方式指南。5经典定义为非淀粉多糖,纤维现在包括其他来源可发酵底物的微生物区系,如抗性淀粉、低聚糖和内源性底物。6根据他们的起源部分抗α淀粉酶、抗性淀粉被分为I型(身体的),II型(半晶质结构)和类型III(逆行淀粉)。7在纤维中,生产大量的碳水化合物丁酸似乎是最大的利益作为colonocytes丁酸盐是一个能源产生底物,影响细胞功能,是一种体外抗肿瘤药,已经涉及到纤维在啮齿动物的保护作用。3,8,9然而,一些体内研究表明没有保护,甚至与已知的丁酸盐生产纤维。这些相互矛盾的结果可能与纤维的异质性和基底的饮食,进食协议,动物模型,选择生物标志物,和/或结肠致癌作用阶段。
澄清这个问题,我们专注于丁酸盐假说和起始阶段。丁酸盐以外的控制因素,这项研究是计划为纤维来源和体内参数。来源是麦麸,抗性淀粉,fructo-oligosaccharides。麦麸产生高浓度的丁酸盐10,11保护在动物实验。3,4然而,它是蛋白质的混合物,木质素,纤维素,半纤维素和淀粉。12随着淀粉产生丁酸,13,14麦麸是淀粉呈现自由。淀粉本身的影响被类型III抗性淀粉,监控和丁酸盐的影响区别与淀粉的物化特性的使用另一个丁酸盐生产纤维、短链fructo-oligosaccharides。6,15选择纤维的8%的水平,足以产生生理效应而抑制增长16和近似西方饮食中的最高水平。3此外,8%麦麸是预防老鼠体内致癌作用。4控制饮食很低纤维,允许正常肠道运输,避免粘膜萎缩。17基础不高脂肪饮食避免促进作用范围内的研究。我们没有使用蔗糖,但消化淀粉平衡饮食,随着蔗糖增加colonocyte核扩散和容易启动。18尽管描述他们的发酵的研究表明结肠生态系统需要时间来适应纤维,月19 - 21日大多数实验致癌作用都涉及一段很短的(如果有的话)的适应注射前致癌物。因此我们决定所需的时间达到稳定之前评估纤维的保护作用与异常的地穴焦点(ACF)的一个最可靠的结肠癌中间生物标志物。4,比如22 - 30ACF被azoxymethane诱导(急性中耳炎),不能吸附到纤维,31日这将会干扰研究丁酸盐的影响。
材料和方法
研究设计
这两部分的研究是进行10周大鼠。第一组实验估计所需的时间适应纤维和结肠的稳定的生态系统。样品的大肠收获44天检查扩散状态时选择了ACF的感应。在第二组实验中,同样的食物喂养的老鼠注射急性中耳炎44天。所有分析盲:只有动物保健的负责人知道饮食分配。代码被折只用于统计分析。
实验饮食(表1)
饮食在老鼠实验中使用来自UAR (Villemoisson-sur-Orge、法国)。纤维素是Arbocel类型B00 (Durieux、Marne-la-Vallee、法国)。麦麸是淀粉呈现自由使用酶的方法。32类型III抗性淀粉(Cerestar)是一个逆行高直链淀粉玉米淀粉。短链fructo-oligosaccharides (glucose-fructosen,n = 4)使用一种真菌从蔗糖生产fructosyltransferase (Actilight P, Beghin-Meiji产业,做塞纳河畔纽利市,法国)。分析了难消化的碳水化合物总膳食纤维33麦麸,抗性淀粉34在玉米淀粉。
动物
近交BDIX老鼠(Iffa-Credo、L 'Arbresle、法国)选择interanimal方差最小化。老鼠在我们的设施用于第一个实验中,允许随机的动物与阻碍因素及其交错包容。老鼠被安置在暂停不锈钢连接的笼子里。饮食和自来水都随意。所有动物处理程序是按照规则进行的法国农业部(协议没有A44565)。
协议第一实验:研究纤维发酵(图1)
96年的四块老鼠随机老鼠,控制与年龄相关的变化,性别、父母和赌注/围产期表观遗传因素。在8 - 10周的年纪,老鼠实验饮食。所有后续程序(喂养除外)进行盲。动物增长估计相对权重,从第1周体重,计算如下:在星期体重增加x=(体重x−重量在1周)/体重在1周。
第一个实验样本收集
大肠被绑回盲肠的和孤立的肛门直肠的路口,然后删除,重。全大肠的长度测量的盲肠的肛门直肠的结顶,用垂直测量10 g张力恒定。三段大肠(盲肠和近端和远端结肠)隔离有关的内容。中间的结肠粗略定义之间的结近端和远端结肠。完整的部分分离,重,穿上冰。三个整除每段的内容被孤立在以下优先顺序:短链脂肪酸(SCFA),残余淀粉和乳酸化验。粘膜免疫组织化学研究样本收获。
测定发酵产品
SCFA浓度测定的气相色谱法(一侧Delsi 300年,法国)使用色谱载体W-AW 60 - 80目列(Saint-Quentin Fallavier,法国)。35分析了残余淀粉使用酶的方法。34乳酸是由紫外线酶方法量化(勃,曼海姆,德国)。
免疫组织化学和细胞增殖指数
样本的标签与过氧化物酶标记的单克隆鼠标antiproliferating细胞核抗原(PCNA)抗体(Dako Carpinteria,加州,美国)。测量与AxioHome系统进行(蔡司,耶拿,德国)。
协议第二实验:归纳ACF与中耳炎
三十六老鼠粉实验饮食44天,然后被皮下注射急性中耳炎(σ,圣昆廷,法国)使用标准的过程。21饮食一直持续到牺牲,以避免任何不受控制的扰动结肠的生态系统。老鼠每周称重一次一个月后从D0直到牺牲。
计数异常墓穴的焦点
ACF是盲目得分两次,由两个观察者,使用经典的过程中,异常的隐窝(AC)杰出slit-like开放,增加染色,大小、pericryptal区,和轻微的仰角与正常的隐窝。25,36记录从观察者的同质性是控制使用皮尔逊相关性。ACs是罕见的,和一个交流并不总是容易区分从一个正常的地下室。有利于特异性,AC和ACF值为每个部分大鼠结肠(近端结肠和上、下远端结肠)的最小数,无论观察者,从而减少误报的风险。AC和ACF /鼠的总数计算这些构造值从每个部分的总和。
统计分析
数据研究了一般线性模型的上下文中,排名或改变值在需要的时候使用。37-39交互是包括在模型中,除了阻碍因素时使用。方差分析(方差分析),比较意味着与费舍尔最显著差异进行测试与Bonferroni调整,或者重复措施分析,正交对比比较的低纤维饮食纤维丰富的饮食。发酵被认为是作为一个整体,有关一个纤维的代谢紧密相关的数据通过一个独特的微生物区系在一个老鼠的大肠,混合模型的方差分析重复措施应用于空间相关数据40从每个老鼠发酵(称为一个给定的矢量SCFA),这是盲肠的短链脂肪酸浓度,和近端和远端结肠。使用的模型给出了接近的结果,或与他们的插图。所有测试都正反,统计学意义被分配在p < 0.05。分析了Systat 5.2.1的Macintosh(美国伊利诺斯州埃文斯顿)。
结果
随时间的变化在每个实验的发酵饮食(无花果2、3)
分析进行排名数据差异显著不同根据喂养时期和块。性效应不显著,不包括在模型中。的时候效果是显著的,正交对比运行比较D2与后来乘以(编码D⩾16)。这个测试非重大时,沿着四个时期变化探讨了使用线性对比(单调关系)。从统计分析全球趋势出现。首先,方差是高D16 D30,可能是因为过渡时期的适应饮食,然后在D44下降。其次,发酵一个给定的饮食变化随着时间的推移,尤其定性。
发酵的低纤维饮食控制(CD)均匀。醋酸单调降低(p = 0.005)和丁酸单调增加(p = 0.03)观察只在盲肠。发酵的淀粉免费麦麸丰富饮食(WB)导致丁酸盐增加D2在盲肠D16 (p = 0.01)和近端结肠(p = 0.03),然后逐渐减少对D2 D44接近水平。在类型III富含抗性淀粉的食物喂养的老鼠(RS),主要的修改发生在D2和D⩾16:与D2相比,醋酸减少在盲肠(p = 0.001)和近端结肠(p = 0.003),而丁酸盐增加盲肠(p = 0.02),近端(p = 0.007)和远端结肠(p = 0.009),导致三大SCFAs D16后之间的一个平衡。只有乙酸盲肠的进一步修改,减少单调从D16 D44 (p = 0.03)。总SCFAs盲肠中随时间单调下降(p = 0.01)和近端结肠(p = 0.02),并联的减少醋酸。没有提到修改丙酸。这些主要定性变化表明,需要适应一段时间测量残余淀粉中定义的盲肠。在整个实验过程中,丁酸与残余淀粉负相关(p < 0.001),随着时间的推移下降(图4)。RS的方差在残余淀粉是类似于其他只在D44饮食。发酵的短链fructo-oligosaccharide丰富饮食(FOS)提交了大量的丙酸,丁酸盐,然后逐步。没有修改总SCFAs但只有定性的丙酸和丁酸。单调降低观察丙酸从D2 D30段(p值0.03 - -0.06),而这是稳定D30 D44。从D2 D44,丁酸单调增加段(p值从0.001到0.02),D16之间的主要变化和D44盲肠(无花果5)。乳酸堆积在短期和长期(表不同2)。发酵的变化随着时间的推移,因此相关的所有纤维丰富的饮食。世行显示瞬时增加丁酸浓度上大肠,RS产生高浓度的丁酸在大肠D16后,安全系数导致高浓度的丙酸和乳酸在短期内,和长期的丁酸(无花果5)。
比较纤维丰富的饮食与每个进食低纤维饮食
该模型向量=饮食+块使用,方差稳定转换(Y =日志(SCFA浓度+ 1))。醋酸发酵生产的世行更多(p = 0.007)和丙酸(p = 0.01)的远端结肠D2,和更多的丁酸在盲肠D16 (NS)和D30 (p = 0.05)。D44然而,世行发酵是类似于CD。发酵的RS定性相似(相对浓度)在D2的CD。乙酸和丙酸都高(p = 0.01)近端和远端结肠(p = 0.007)。丁酸浓度越高并不重要。再喂养时期,RS产生更多丁酸(p值0.5 - -0.005根据段和喂养时期)和丙酸(只在D30 D44;p值0.03 - -0.004)。发酵的安全系数也不同于CD,随着更多丙酸D2 (p值0.03 - -0.002),和更多的从D16丁酸。D16,丁酸盐高只在盲肠(p = 0.03),和D30 D44段(p值0.008 - -0.003)。
虽然天生的老鼠被使用,生产中的丁酸盐块没有D44之前成为均匀(图4)。此外,一些还未确定因素在个别大鼠影响的强度对饮食:D44,高低差异丁酸盐生产食物丁酸盐生产的“基底”水平成正比(CD)在一个给定的块(图4)。因为这样的观察,因为方差是最低D44(发酵时间的影响,残余淀粉浓度),D44被选为研究饮食对结肠粘膜的影响(扩散和容易致癌物质)。
饮食的形态学和粘膜增殖的影响
无论性别和持续时间的饮食,体重增加(重复措施分析)和重量在牺牲(模型:重量=饮食+时间)没有依赖的饮食。在D2没有差异根据大肠长度(饮食模式:长度=饮食+性)或湿重(模型:重量=饮食+性别+大肠长度,主要是反映饮食对体重的影响的内容)。时间效应被发现在老鼠与美联储至少16天,我们使用两种方法模型。在老鼠美联储至少16天,大肠长度有关性和饮食:大肠更长当老鼠喂养的丁酸盐生产饮食(RS, p < 0.001;”丛书,p = 0.01)。虽然盲肠是受影响最严重,冒号也更长,尤其是RS饮食。湿重与饮食、性别和大肠长度(p < 0.001)。大肠内容的重量更大的所有纤维丰富的饮食(RS和安全系数,p < 0.001;华纳兄弟、NS、p = 0.08)。内容没有分布在相同的方式。盲肠,RS (p = 0.002)和安全系数(p = 0.04)显示结肠内容比CD。重,不过,所有纤维丰富的饮食重显示内容(男性的1.3倍; females, 1.5-fold) than CD (WB, p<0.001; RS, p=0.004; FOS, p=0.07, NS). The trophic effect of RS and FOS, which led to a macroscopically longer large intestine and larger caecum, was confirmed microscopically for the caecum (table3)。PCNA阳性细胞的数量和高度增殖区饮食相关的任何部分。
讨论
我们的研究表明,对于稳定高丁酸盐生产整个结肠,底物和时间都是成年老鼠的关键因素。至少两周需要适应抗性淀粉,19和四个星期来稳定粪便重量和pH值。21在我们的研究中,丁酸盐增加意外随着时间的CD,也许是因为淀粉,出现在一个更大的数量比过去维护饮食,部分小肠的消化逃逸出去。7,13,41与其他研究相比,世界银行不是一个好长期丁酸生产国。裹入淀粉可能已经在这些研究丁酸发酵。20.,42在四个星期实验中发现粗(但不是很好)麦麸产生丁酸粪便浓度高,21具有类似丁酸和丙酸比例,经典为淀粉发酵概要文件41,43,44在我们的研究中。瞬态丁酸盐生产WB不能由于发酵纤维本身的其余难以消化的成分含有易发酵,而是生产醋酸纤维(纤维素,主要是木聚糖)43或不佳可发酵(纤维素和木质素)。衬底(s)导致丁酸产量可能是麦麸的蛋白质12,45或部分保护可用淀粉逃离消化。46内源性底物如粘液或脱落细胞不能被排除在外6小麦麸皮颗粒可能擦伤粘膜观察宏观上的近端结肠。因此WB发酵可能涉及一系列适应变化(增加蛋白水解酶的分泌随着时间或α淀粉酶、粘膜的修改),而不是一个微生物群落适应。虽然最终RS和安全系数高的丁酸盐生产商,沿着适应性差异观察。适应的微生物群落可以定量(细菌生长)和/或定性,包括细菌合作41,47和感应的特定活动。48RS和安全系数最终诱导细菌生长,所表示的盲肠的扩大和增加体重。19,21,49饮食差异在D2(基线)只能是由于感应特定活动的微生物群落存在,和适应的前维护的饮食。醋酸纤维是发酵对(淀粉和在一个较低的程度上麦麸),或丙酸和乳酸(FOS)提交。这种乳酸的积累表明乳酸细菌糖酵解是比它的进一步代谢SCFA更迅速。43,50丙酸的形成从乳酸通过选择丙烯酸酯途径可以解释它的高浓度。41,47从D16丁酸浓度增加,如图所示,当老鼠被喂食5%纤维素+ 6% fructo-oligosaccharides为14天。49对RS,典型的发酵模式是明显早在D16,随后适应导致一个更完整的纤维的分解,直到D44稳定。
在自适应周期的结束,我们分类的饮食高丁酸(RS和安全系数)和低丁酸(WB和CD)生产商,另SCFAs和纤维的物理化学特征不同。测定SCFA至关重要,增殖细胞核抗原,的标签验证增殖标记,15,51,52被选为避免牺牲前需要处理的老鼠。控制很重要,当时粘膜扩散选择感应这可能修改响应的致癌物。没有观察到的差异的事实之间的低和高纤维饮食,或之间的低和高丁酸盐生产的饮食并不意外。当纤维增殖,刺激与SCFAs,特别是丁酸与结肠外植体也观察到。15,53-55然而,在我们的研究中,增殖细胞仍低60%的墓穴。56,57相比之下,高脂肪的饮食,与向上诱导增生增生性间的转移,扩散与淀粉下降。58然而,丁酸钠的缓释颗粒没有影响在相同的背景下,59减少可能与淀粉绑定胆汁酸的能力。60最刺激的影响纤维和/或SCFAs观察后短期内摄入孤立的纤维与纤维自由饮食相比,或在post-starvation复苏。17丁酸浓度增加到超过10更易与l在人类盲肠的活检没有导致细胞进一步增加标签。15等高原可以解释我们的结果控制饮食产生丁酸。然而,实验的持续时间可能是主要的原因。在其他的长期研究,没有扩散(或一个非常温和的)增加21,56-57,61年发生高纤维饮食,和SCFAs没有与各种粘膜生长特性。21,56,62年,63年老鼠喂食高纤维食物(瓜尔胶),远端结肠粘膜回到水平扩散控制饮食后的瞬态增加了9天。52粘膜由地下室重复也可以改变它的生长特性,增加隐窝的数量单位长度和总长度的饮食。16,17,63年,64年这种长度的增加是明显的在我们的研究丁酸盐生产高的饮食,以及更深层的隐窝在盲肠发酵是最密集的地方。
在这项研究中,RS和安全系数都是预防癌形成的第一阶段,而世行不是。相关的保护作用已经较低的能量贡献,稀释或致癌物质的吸附或发酵。更少的体重的增加,大量的纤维,是避免任何致癌物质的吸附,因为急性中耳炎的使用。31日因为所有纤维导致重内容,任何保护作用与稀释的致癌物质是一样的。在齐次纯系小鼠致癌作用是诱导,结肠生态系统和相同的扩散状态稳定,其余差异与纤维及其修改腔的因素(例如,微生物区系及其活动)和粘膜生理(例如,colonocyte表型)。短期研究是首选的,仅关注起始和post-initiation阶段,急性中耳炎(减少SCFAs)改变了微生物和colonocyte新陈代谢,并且从长远来看,纤维之间的相互作用发生源和致癌物。65年此外,在营养研究,ACF计数肿瘤发病率的预测而专注的大小(多样性),可以增加时间不是。28在研究抗性淀粉没有防护,28,66年II型而不是类型III抗性淀粉被使用,适应饮食的时间很短,和老鼠注射一周一次10或20周。此外,随着粪便淀粉含量和输出(报道)非常高,28适应似乎并没有发生,尽管漫长的实验,可能是因为致癌物诱导的修改在结肠的生态系统。然而,我们不能排除这一事实淀粉可以保护在起始阶段,由于丁酸盐,和促进在后期,由于丙酸,丙酸与观察生产纤维。3,28,67年,68年研究表明保护作用对结肠肿瘤的老鼠,丁酸盐的来源是未经加工的麦麸,通常在高脂肪饮食的背景下,涉及到大量的胆酸的释放。丙酸相关的有害效应可以抵消其他保护机制如腔的启动子诱捕。3,4,28
我们的研究表明丁酸与防止结肠癌癌形成的初始阶段,无论纤维来源。虽然纤维诱导微生物群落可能涉及的修改,更有可能,丁酸盐本身效应。事实上,类似于我们的结果获得丁酸钠缓释颗粒,也就是说,没有对扩散的影响,ACF的计数较低(虽然不怎么,可能是由于低的老鼠数量)对多重性没有影响。59口服丁酸盐是不保护69年,70年可能是由于其吸收之前到达结肠。原位丁酸盐的作用是由其调整colonocyte表型的能力。9,15,71年,72年然而,很可能结肠粘膜不稳定,因此colonocytes给定容易致癌的,直到结肠生态系统本身成为稳定。因此长期适应饮食可能不仅关注微生物区系。colonocyte参与复杂组织稳态与其它粘膜细胞的相互关系,包括免疫细胞。我们曾表明丁酸调节大鼠结肠癌细胞的表型和免疫原性,允许一个特定的上下文中的免疫反应对腹腔癌症免疫疗法。71年,72年丁酸盐产生保护作用的可能机制之一colonocyte免疫原性的纤维可以刺激免疫细胞毒性升高可能导致抑制急性中耳炎引起的ACF的老鼠。73年我们的结果支持这一假设的另一个结肠癌模型。74年
从预防的角度,丁酸盐生产纤维看起来非常有希望,虽然纤维的性质和处理需要仔细控制提供足够的生产整个结肠。天然纤维如麦麸可选为他们的一些化合物提供协同保护作用。然而,随着这种纤维的成分和处理会干扰其防护能力,这可能比使用化学定义良好的碳水化合物的组合。这项研究可能有助于定义感兴趣的碳水化合物。
确认
作者感谢波莱特Fichet动物保健,弗朗索瓦丝•科和安妮Riet专家技术援助,以及公关让·保罗·Galmiche富有成果的讨论。这项工作是由法国支持的研究、技术和空间,区域市政局的支付de la卢瓦尔河,和Eridania Beghin-Say(营养和健康服务,Vilvoorde,比利时)。
略语
- 交流
- 异常的地下室
- ACF
- 异常的地穴焦点
- 急性中耳炎
- azoxymethane
- CD
- 低纤维控制饮食
- ”丛书
- 短链fructo-oligosaccharide丰富的饮食
- PCNA
- 增殖细胞核抗原
- RS
- 类型III抗性淀粉丰富的饮食
- 短链脂肪酸
- 短链脂肪酸
- 白平衡
- 淀粉免费麦麸丰富的饮食