Роль общих для человека и микробиоты метаболитов триптофана при тяжелых заболеваниях и критических состояниях (обзор)

Роль общих для человека и микробиоты метаболитов триптофана при тяжелых заболеваниях и критических состояниях (обзор)

Автор: Гецина Мария Львовна, Черневская Екатерина Александровна, Белобородова Наталья Владимировна

Журнал: Клиническая практика @clinpractice

Рубрика: Обзоры

Статья в выпуске: 1 т.11, 2020 года.

Бесплатный доступ

Растущий интерес к метаболитам, циркулирующим в крови, связан с накоплением фактологического материала об участии низкомолекулярных соединений, в том числе микробного происхождения, в развитии ряда тяжелых заболеваний и состояний. В данном обзоре прослежено влияние большого класса природных химических соединений - метаболитов триптофана - на различные патологические процессы. Для поиска научных статей по ключевым словам, включающим названия индольных соединений и методы их детекции, а также нозологию ряда заболеваний и критических состояний, использованы базы данных PubMed за последние 10 лет. Научный материал представлен по разделам, в которых приведены данные об изучении метаболитов триптофана при самых разных группах заболеваний, таких как рак, сердечно-сосудистая патология, заболевания почек, кишечника, психические расстройства, атеросклероз и др. Особое внимание уделено роли индольных соединений, попадающих в системный кровоток в результате микробной биотрансформации триптофана, серотонина и других, которые можно отнести к общим метаболитам человека и микробиоты...

Еще

Обзор, триптофан, индольные метаболиты, уремия, колоректальный рак, атеросклероз, воспаление кишечника, шизофрения, депрессивные расстройства, метаболомный подход, биомаркеры, критическое состояние

Короткий адрес: https://sciup.org/143170837

IDR: 143170837   |   DOI: 10.17816/clinpract19068

Список литературы Роль общих для человека и микробиоты метаболитов триптофана при тяжелых заболеваниях и критических состояниях (обзор)

  • Wikoff WR, Anfora AT, Liu J, et al. Metabolomics analysis reveals large effects of gut microflora on mammalian blood metabolites. PNAS. 2009;106(10):3698-3703. DOI: 10.1073/pnas.0812874106
  • Beloborodova NV, Olenin AY, Pautova AK. Metabolomic findings in sepsis as a damage of host-microbial metabolism integration. J Crit Care. 2018;43:246-255. DOI: 10.1016/j.jcrc.2017.09.014
  • Cani PD, Van Hul M, Lefort C, et al. Microbial regulation of organismal energy homeostasis. Nat Metab. 2019;(1):34-46. DOI: 10.1038/s42255-018-0017-4
  • Beloborodova NV, Sarshor YN, Bedova AY, et al. Involvement of aromatic metabolites in the pathogenesis of septic shock. shock. 2018;50(3):273-279. DOI: 10.1097/shk.0000000000001064
  • Palego L, Betti L, Rossi A, Giannaccini G. Tryptophan biochemistry: structural, nutritional, metabolic, and medical aspects in humans. J Amino Acids. 2016;2016:8952520. DOI: 10.1155/2016/8952520
  • Beloborodova NV, Grechko AV, Olenin AYu. Metabolomic discovery of microbiota dysfunction as the cause of pathology. Open access peer-reviewed chapter. IntechOpen. 2019.
  • DOI: 10.5772/intechopen.87176
  • Keszthelyi D, Troost FJ, Masclee AA. Understanding the role of tryptophan and serotonin metabolism in gastrointestinal function. Neurogastroenterol Motil. 2009;21(12):1239-1249.
  • DOI: 10.1111/j.1365-2982.2009.01370.x
  • Humane Metabolom Data Base. Showing metabocard for L-tryptophan (HMDB0000929). The Metabolomics Innovation Centre; 2019 [cited 2005 Nov 16]. Available at: http://www.hmdb.ca/metabolites/HMDB0000929.
  • Psychogios N, Hau DD, Peng J, et al. The human serum metabolome. PLoS One. 2011;6(2):e16957.
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0016957
  • Fukushima T, Iizuka H, Yokota A, et al. Quantitative analyses of schizophrenia-associated metabolites in serum: serum D-lactate levels are negatively correlated with gamma-glutamylcysteine in medicated schizophrenia patients. PLoS One. 2014;9(7):e101652.
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0101652
  • Rainesalo S, Keränen T, Palmio J, et al. Plasma and cerebrospinal fluid amino acids in epileptic patients. Neurochem Res. 2004;29(1):319-324. doi: 10.1023/b:nere.0000010461.34920.0c.
  • Fujigaki S, Saito K, Takemura M, et al. Species differences in L-tryptophan-kynurenine pathway metabolism: quantification of anthranilic acid and its related enzymes. Arch Biochem Biophys. 1998;358(2):329-335.
  • DOI: 10.1006/abbi.1998.0861
  • Duranton F, Cohen G, De Smet R, et al. Normal and pathologic concentrations of uremic toxins. J Am Soc Nephrol. 2012;23:1-13.
  • DOI: 10.1681/ASN.2011121175
  • Carling RS, Oegg TJ, Allen KR, et al. Evaluation of whole blood serotonin and plasma and urine 5-hydroxyindole acetic acid in diagnosis of carcinoid disease. Ann Clin Biochem. 2002;39(6):577-582.
  • DOI: 10.1177/000456320203900605
  • Danaceau JP, Anderson GM, McMahon WM, Crouch DJ. A liquid chromatographic-tandem mass spectrometric method for the analysis of serotonin and related indoles in human whole blood. J Anal Toxicol. 2003;27(7):440-444.
  • DOI: 10.1093/jat/27.7.440
  • Alfredsson G, Wiesel FA. Monoamine metabolites and amino acids in serum from schizophrenic patients before and during sulpiride treatment. Psychopharmacology (Berl). 1989;99(3):322-327.
  • DOI: 10.1007/bf00445551
  • Козлов В.А., Демина Д.В. Триптофан и indoleamine-2,3-dioxygenase (IDO) в патогенезе иммунокомпрометированных заболеваний // Медицинская иммунология. - 2017. - Т.19. - №3. - С. 225-240.
  • DOI: 10.15789/1563-0625-2017-3-225-240
  • Grohmann U, Fallarino F, Bianchi R, et al. A defect in tryptophan catabolism impairs tolerance in nonobese diabetic mice. J Exp Med. 2003;198(1):153-160.
  • DOI: 10.1084/jem.20030633
  • Grohmann U, Puccetti P. The coevolution of IDO1 and AhR in the emergence of regulatory T-cells in mammals. Front Immunol. 2015;6:58.
  • DOI: 10.3389/fimmu.2015.00058
  • Kennedy PJ, Cryan JF, Dinan TG, Clarke G. Kynurenine pathway metabolism and the microbiota-gut-brain axis. Neuropharmacology. 2017;112(Pt B):399-412.
  • DOI: 10.1016/j.neuropharm.2016.07.002
  • Козлов И.А., Клыпа Т.В., Рыбаков В.Ю., Матвеев Ю.Г. Первый опыт назначения серотонина адипината для коррекции сосудистой недостаточности у кардиохирургических больных // Вестник интенсивной терапии. - 2006. - №1. - С. 7-9.
  • Kaumann AJ, Levy FO. 5-Hydroxytryptamine receptors in the human cardiovascular system. Pharmacol Therapeut. 2006;111:674-706.
  • DOI: 10.1016/j.pharmthera.2005.12.004
  • Dahan D, Hien ТT, Tannenberg P, et al. MicroRNA-dependent control of serotonin-induced pulmonary arterial contraction. J Vasc Res. 2017;54(4):246-256.
  • DOI: 10.1159/000478013
  • Haynes RL, Frelinger AL, Giles EK, et al. High serum serotonin in sudden infant death syndrome. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017;114(29):7695-7700.
  • DOI: 10.1073/pnas.1617374114
  • Schefold JC, Fritschi N, Fusch G, et al. Influence of core body temperature on Tryptophan metabolism, kynurenines, and estimated IDO activity in critically ill patientsreceiving target temperature management following cardiac arrest. Resuscitation. 2016;107:107-114.
  • DOI: 10.1016/j.resuscitation.2016.07.239
  • Cason CA, Dolan KT, Sharma G, et al. Plasma microbiome-modulated indole- and phenyl-derived metabolites associate with advanced atherosclerosis and postoperative outcomes. J Vasc Surg. 2018;68(5):1552-1562.e7.
  • DOI: 10.1016/j.jvs.2017.09.029
  • Ситкин С.И., Ткаченко Е.И., Вахитов Т.Я., и др. Метаболом сыворотки крови по данным газовой хроматографии - масс-спектрометрии (ГХ-МС) у пациентов с язвенным колитом и больных целиакией // Гастроэнтерология. - 2013. - №12. - С. 44-57.
  • Ilkhanizadeh B, Owji AA, Tavangar SM, et al. Spot urine 5-hydroxy indole acetic acid and acute appendicitis. Hepatogastroenterol. 2001;48(39):609-613.
  • Jangjoo A, Varasteh AR, Mehrabi Bahar M, et al. Is urinary 5-hydroxyindoleacetic acid helpful for early diagnosis of acute appendicitis? Am J Emerg Med. 2012;30(4):540-544.
  • DOI: 10.1016/j.ajem.2011.01.027
  • Mentes O, Eryilmaz M, Harlak A, et al. The importance of urine 5-hydroxyindoleacetic acid levels in the early diagnosis of acute appendicitis. Am J Emerg Med. 2009;27(4):409-412.
  • DOI: 10.1016/j.ajem.2008.03.016
  • Oruc MT, Kulah B, Ozozan O, et al. The value of 5-hydroxy indole acetic acid measurement in spot urine in diagnosis of acute appendicitis. East Afr Med J. 2004;81(1):40-41.
  • DOI: 10.4314/eamj.v81i1.8793
  • Bolandparvaz S, Vasei M, Owji AA, et al. Urinary 5-hydroxy indole acetic acid as a test for early diagnosis of acute appendicitis. Clin Biochem. 2004;37(11):985-989.
  • DOI: 10.1016/j.clinbiochem.2004.07.003
  • Rao A, Wilson M, Kennedy G, et al. Spot urinary 5-hydroxyindoleacetic acid is not an ideal diagnostic test for acute appendicitis. Am J Emerg Med. 2016;34(9):1750-1753.
  • DOI: 10.1016/j.ajem.2016.05.059
  • Tan B, Qiu Y, Zou X, et al. Metabonomics identifies serum metabolite markers of colorectal cancer. J Proteome Res. 2013;12(6):3000-3009.
  • DOI: 10.1021/pr400337b
  • Goedert JJ, Sampson JN, Moore SC, et al. Fecal metabolomics: assay performance and association with colorectal cancer. Carcinogenesis. 2014;35(9):2089-2096.
  • DOI: 10.1093/carcin/bgu131
  • Ardill JE, Armstrong L, Smye M, et al. Neuroendocrine tumours of the small bowel: interpretation of raised circulating chromogranin A, urinary 5 hydroxy indole acetic acid and neurokinin A. QJM. 2016;109(2):111-115.
  • DOI: 10.1093/qjmed/hcv095
  • Sinha R, Ahn J, Sampson JN, et al. Fecal microbiota, fecal metabolome, and colorectal cancer interrelations. PLoS One. 2016;11(3):e0152126.
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0152126
  • Uchiyama K, Yagi N, Mizushima K, et al. Serum metabolomics analysis for early detection of colorectal Cancer. J Gastroenterol. 2017;52(6):677-694.
  • DOI: 10.1007/s00535-016-1261-6
  • Wei J, Xie G, Zhou Z, et al. Salivary metabolite signatures of oral cancer and leukoplakia. Int J Cancer. 2011;129:2207-2217.
  • DOI: 10.1002/ijc.25881
  • Englert JA, Rogers AJ. Metabolism, metabolomics, and nutritional support of patients with sepsis. Clin Chest Med. 2016;37(2):321-331.
  • DOI: 10.1016/j.ccm.2016.01.011
  • Meier MA, Ottiger M, Vegeli A, et al. Activation of the tryptophan/serotonin pathway is associated with severity and predicts outcomes in pneumonia: results of a long-term cohort study. Clin Chem Lab Med. 2017;55(7):1060-1069.
  • DOI: 10.1515/cclm-2016-0912
  • Orešič M, Posti JP, Kamstrup-Nielsen MH, et al. Human serum metabolites associatewith severity and patient outcomes in traumatic brain injury. EBioMedicine. 2016;12:118-126.
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2016.07.015
  • Marseglia L, D'Angelo G, Manti S, et al. Melatonin secretion is increased in children with severe traumatic brain injury. Int J Mol Sci. 2017;18(5). pii: E1053.
  • DOI: 10.3390/ijms18051053
  • Lorente L, Martín MM, Abreu-González P, et al. Serum melatonin levels in survivor and non-survivor patients with traumatic brain injury. BMC Neurology. 2017;17:138.
  • DOI: 10.1186/s12883-017-0922-2
  • Lorente L, Martín MM, Abreu-González P, et al. Serum melatonin levels are associated with mortality in severe septic patients. J Crit Care. 2015;30(4):860.e1-6.
  • DOI: 10.1016/j.jcrc.2015.03.023
  • Lin C, Chao H, Li Z, et al. Melatonin attenuates traumatic brain injury-induced inflammation: a possible role for mitophagy. J Pineal Res. 2016;61(2):177-186.
  • DOI: 10.1111/jpi.12337
  • Grima NA, Rajaratnam SM, Mansfield D, et al. Efficacy of melatonin for sleep disturbance following traumatic brain injury: a randomised controlled trial. BMC Med. 2018;16(1):8.
  • DOI: 10.1186/s12916-017-0995-1
  • Mistraletti G, Paroni R, Umbrello M, et al. Melatonin pharmacological blood levels increase total antioxidant capacity in critically ill patients. Int J Mol Sci. 2017;18(4). pii: E759.
  • DOI: 10.3390/ijms18040759
  • Сивков А.В., Синюхин В.Н., Арзуманов С.В., и др. Уремические токсины в крови больных с терминальной стадией почечной недостаточности при дисбиозе кишечника // Экспериментальная и клиническая урология. - 2014. - №2. - С. 94-97.
  • Лукичёв Б.Г., Подгаецкая О.Ю., Карунная А.В., Румянцев А.Ш. Индоксил сульфат при хронической болезни почек // Нефрология. - 2014. - Т.18. - №1. - С. 25-32.
  • Lau WL, Savoj J, Nakata MB, Vaziri ND. Altered microbiome in chronic kidney disease: systemic effects of gut-derived uremic toxins. Clin Sci. 2018;132:509-522.
  • DOI: 10.1042/CS20171107
  • Huc T, Nowinski A, Drapala A, et al. Indole and indoxyl sulfate, gut bacteria metabolites of tryptophan, change arterial blood pressure via peripheral and central mechanisms in rats. Pharmacological Research. 2018;130:172-179.
  • Etinger A, Kumar, Ackley W, et al. The effect of isohydric hemodialysis on the binding and removal of uremic retention solutes. Plos One. 2018;13(2):e0192770.
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0192770
  • Chen JJ, Zhou CJ, Zheng P, et al. Differential urinary metabolites related with the severity of major depressive disorder. Behav Brain Res. 2017;332:280-287.
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2017.06.012
  • Шилов Ю.Е., Безруков М.В. Кинуренины в патогенезе эндогенных психических заболеваний. Актуальные вопросы неврологии и психиатрии // Вестник РАМН. - 2013. - Т.68. - №1. - С. 35-41.
  • DOI: 10.15690/vramn.v68i1.535
  • Tomasi CD, Salluh J, Soares M, et al. Baseline acetylcholinesterase activity and serotonin plasma levels are not associated with delirium in critically ill patients. Rev Bras Ter Intensiva. 2015;27(2):170-177.
  • DOI: 10.5935/0103-507X.20150029
  • Peitl V, Vidrih B, Karlović Z, et al. Platelet serotonin concentration and depressive symptoms in patients with schizophrenia. Psychiatry Res. 2016;239:105-110.
  • DOI: 10.1016/j.psychres.2016.03.006
  • Rihua X, Haiyan X, Krewski D., Guoping H. Plasma concentrations of neurotran smitters and postpartum depression. J Cent South Univ (Med Sci). 2018;43(3):274-281.
  • DOI: 10.11817/j.issn.1672-7347.2018.03.007
  • Rothhammer V, Mascanfroni ID, Bunse L, et al. Type I interferons and microbial metabolites of tryptophan modulate astrocyte activity and central nervous system inflammation via the aryl hydrocarbon receptor. Nat Med. 2016;22(6):586-597.
  • DOI: 10.1038/nm.4106
  • Dodd D, Spitzer MH, van Treuren W, et al. A gut bacterial pathway metabolizes aromatic amino acids into nine circulating metabolites. Nature. 2017;551(7682):648-652.
  • DOI: 10.1038/nature24661
  • Keszthelyi D, Troost FJ, Jonkers DM, et al. Does acute tryptophan depletion affect peripheral serotonin metabolism in the intestine? Am J Clin Nutr. 2012;95(3):603-608.
  • DOI: 10.3945/ajcn.111.028589
  • Dinan TG, Stanton C, Cryan JF. Psychobiotics: a novel class of psychotropic. Biol Psych. 2013;74(10):720-726.
  • DOI: 10.1016/j.biopsych.2013.05.001
  • Roman P, Carrillo-Trabalón F, Sánchez-Labraca N, et al. Are probiotic treatments useful on fibromyalgia syndrome or chronic fatigue syndrome patients? Systematic review. Ben Microb. 2018;9(4):603-611.
  • DOI: 10.3920/BM2017.0125
  • Hubbard TD, Liu Q, Murray IA, et al. Microbiota metabolism promotes synthesis of the human Ah receptor agonist 2,8-dihydroxyquinoline. J Proteome Res. 2019;18(4):1715-1724.
  • DOI: 10.1021/acs.jproteome.8b00946
  • Aoki R, Aoki-Yoshida A, Suzuki Ch, Takayama Y. Indole-3-pyruvic acid, an aryl hydrocarbon receptor activator, suppresses experimental colitis in mice. J Immunol. 2018;201(12):3683-3693.
  • DOI: 10.4049/jimmunol.1701734
  • Brito JS, Borges NA, Anjos JS, et al. Aryl hydrocarbon receptor and uremic toxins from gut microbiota in chronic kidney disease patients: is there a relationship? Biochemistry. 2019;58(15):2054-2060.
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.8b01305
  • Addi T, Poitevin S, McKay N, et al. Mechanisms of tissue factor induction by the uremic toxin indole-3 acetic acid through aryl hydrocarbon receptor/nuclear factor-kappa B signaling pathway in human endothelial cells. Arch Toxicol. 2019;93(1):121-136.
  • DOI: 10.1007/s00204-018-2328-3
  • de Loor H, Poesen R, De Leger W, et al. A liquid chromatography - tandem mass spectrometry method to measure a selected panel of uremic retention solutes derived from endogenous and colonic microbial metabolism. Anal Chim Acta. 2016;936:149-156.
  • DOI: 10.1016/j.aca.2016.06.057
  • Danaceau JP, Anderson GM, McMahon WM, Crouch DJ. A liquid chromatographic-tandem mass spectrometric method for the analysis of serotonin and related indoles in human whole blood. J Anal Toxicol. 2003;27(7):440-444.
  • DOI: 10.1093/jat/27.7.440
  • Шевченко В.Е. Современные масс-спектрометрические методы в ранней диагностике рака // Масс-спектрометрия. - 2004. - №1. - С. 103-126.
  • Паутова А.К., Бедова А.Ю., Саршор Ю.Н., Белобородова Н.В. Определение ароматических микробных метаболитов в сыворотке крови методом газовой хромато-масс-спектрометрии // Журнал аналитической химии. - 2018. - Т.73. - №2. - С. 121-128.
  • DOI: 10.7868/S0044450218020044
  • Wu H, Xue R, Dong L, et al. Metabolomic profiling of human urine in hepatocellular carcinoma patients using gas chromatography/mass spectrometry. Anal Chim Acta. 2009;648(1):98-104.
  • DOI: 10.1016/j.aca.2009.06.033
  • Jiang G, Shen X, Kang H, et al. Serum metabolite profiling of cutaneous T-cell lymphoma based on a multiplatform approach. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 2018;1077-1078.
  • DOI: 10.1016/j.jchromb.2018.01.034
  • Struck-Lewicka W, Kordalewska M, Bujak R, et al. Urine metabolic fingerprinting using LC-MS and GC-MS reveals metabolite changes in prostate cancer: a pilot study. J Pharm Biomed Anal. 2015;111:351-361.
  • DOI: 10.1016/j.jpba.2014.12.026
  • Pavlenko D, Giasafaki D, Charalambopoulou G, et al. Carbon adsorbents with dual porosity for efficient removal of uremic toxins and cytokines from human plasma. Sci Rep. 2017;7(1):14914.
  • DOI: 10.1038/s41598-017-15116-y
  • Phonchaia A, Wilairatb P, Chantiwasa R. Development of a solid-phase extraction method with simple MEKC-UV analysis for simultaneous detection of indole metabolites in human urine after administration of indole dietary supplement. Talanta. 2017;174:314-319.
  • DOI: 10.1016/j.talanta.2017.06.019
Еще
Статья обзорная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp