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"TG":是主要人类呼吸道病毒的广谱抑制剂
Thapsigargin是主要人类呼吸道病毒的广谱抑制剂:冠状病毒,呼吸道合胞病毒和A型流感病毒 经过: 莎拉·贝塔吉(Sarah Al-Beltagi)克里斯蒂安·亚历山德鲁·普雷达利亚·古尔丁乔·詹姆斯Pu娟保罗·斯金纳江志敏王琳琳杨佳云阿什利C.肯尼斯·梅利兹帕维尔·格什科维奇(Pavel Gershkovich) 6,克里斯托弗·J·海斯乔纳森·阮·范·塔姆伊恩·布朗刘金华和张建洲1.诺丁汉大学动物医学与科学学院,萨顿·博宁顿,诺丁汉LE12 5RD,英国2.英国沃金GU24 0NF,Pirbright,Ash Road,Pirbright学院3.英国Addlestone KT15 3NB,Woodham Lane的Weybridge,动植物卫生局(APHA)4.中国农业大学动物医学院,农业部动物流行病学重点实验室,北京圆明园西路2号,北京1001935.英国诺丁汉萨顿博宁顿诺丁汉大学生物科学学院,LE12 5RD,英国6.英国诺丁汉大学公园诺丁汉大学药学院NG7 2RD,英国7.英国诺丁汉大学公园诺丁汉大学化学学院NG7 2RD,英国8.英国诺丁汉大学公园诺丁汉大学医学院NG7 2RD*应与之联系的作者。这些作者为这项工作做出了同等的贡献。 摘要:SARS-CoV-2和其他主要呼吸道病毒的长期控制策略除了明智使用有效疫苗外,还需要包括抗病毒药以治疗急性感染。虽然正在为大规模疫苗接种推出COVID-19疫苗,但针对任何疾病使用或开发的适量抗病毒药物证明了抗病毒开发的挑战。我们最近发现,无毒的毒胡萝卜素(TG)是肌腱蛋白/内质网(ER)Ca2 + ATPase泵的抑制剂,可诱导有效的宿主先天免疫抗病毒反应,从而阻止甲型流感病毒的复制。在这里,我们显示TG还可以在永生或原代人细胞中阻断呼吸道合胞病毒(RSV),普通感冒冠状病毒OC43,SARS-CoV-2和A型流感病毒的复制。 TG的抗病毒性能在抑制OC43和RSV方面显着优于瑞贝昔韦和利巴韦林。值得注意的是,TG在合并感染中对冠状病毒(OC43和SARS-CoV-2)和流感病毒(苏联H1N1和pdm 2009 H1N1)的抑制作用相同。酸稳定TG的感染后口服管饲法可保护小鼠免于致命的流感病毒攻击。结合其在主动感染之前或期间抑制不同病毒的能力,以及在TG暴露后至少48小时的抗病毒持续时间,我们建议TG(或其衍生物)是有希望的广谱抗SARS-CoV抑制剂-2,OC43,RSV和流感病毒。 关键字:毒胡萝卜素;抑制剂抗病毒物质; SARS-CoV-2;冠状病毒OC43;呼吸道合胞病毒;流感病毒广谱先天免疫;老鼠;瑞地昔韦利巴韦林;奥司他韦 1. 介绍在COVID-19大流行中,针对大规模疫苗接种的有效疫苗的需求从未如此大,以控制和预防可导致医院不堪重负的猖ramp的发病率,死亡率和激增的临床病例。 COVID-19是由一种新型冠状病毒引起的,该冠状病毒被称为严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2),一种包膜的阳性单链RNA病毒[1]。尽管现在正在部署COVID-19疫苗,但根除是不切实际的,并且对有效抑制SARS-CoV-2抗病毒药[2,3]的平行需求存在着并行的需求,以抑制患者体内主动病毒复制以逆转病毒进程。考虑到并不是所有的疫苗都可以在随后的感染中预防病毒的脱落,因此抗病毒药也可以用来降低人群中传播的总体病毒水平,从而减少其传播。针对任何传染病使用或开发的抗病毒药物数量很少,证明了抗病毒药物开发的实际挑战。特别是对于呼吸道病毒,通常遇到的主要障碍是病毒突变抗性的出现,这种突变抗性源于直接针对病毒特定部分的普遍采用的策略。甲型流感病毒的N1部分对病毒神经氨酸酶抑制剂奥司他韦的耐药性日益引起人们的关注[4,5]。人们对令人担忧的是对新近引入的针对病毒PA蛋白的流感抗病毒药baloxavir marboxil的耐药性不断提高[6];甲型流感病毒的PB1基因中的突变很容易赋予对新型核苷类似物抗病毒药物favipiravir的耐药性[7]。可以潜在地规避病毒突变挑战的另一种抗病毒设计方法是,在早期感染期间调节通用的宿主固有免疫反应,以充分破坏病毒复制,从而建立获得性免疫(抗体和细胞介导的)。这种新颖的以宿主为中心的抗病毒方法可以具有抑制不同类型病毒的额外好处[8]。鉴于表现出不同病因的急性呼吸道病毒感染在临床表现上是无法区分的,因此可以同时针对不同病毒类型的广谱以宿主为中心的抗病毒药可能会大大改变临床管理。除了目前的SARS-CoV-2大流行外,甲型流感病毒和呼吸道合胞病毒(RSV)仍然是造成人类呼吸道病毒感染的重要因素。流感病毒是包膜的负义分段单链RNA病毒,每年在全球范围内导致多达65万例死亡,并且是造成先前大流行的原因[9]。 RSV是一种包膜的负义单链RNA病毒,是幼儿和老年人急性下呼吸道感染的主要原因,与5岁以下儿童的院内死亡48,000–74,500相关,其中99%在发展中国家发生的死亡[10,11]。虽然在甲型流感病毒感染中使用抗病毒药可能会受到病毒抗药性的阻碍,但仅批准使用抗RSV的化学抗病毒药利巴韦林仅限于婴儿的严重感染[5,12]。我们最近显示,毒胡萝卜素(TG)是肌浆网/内质网(ER)Ca2 + ATPase泵的抑制剂[13],在纳摩尔非细胞毒性水平上诱导了有效的宿主抗病毒应答,从而阻断了甲型流感病毒的复制[14]。TG诱导的ER应激未折叠蛋白反应(UPR)似乎是激活宿主抗病毒防御下游谱的主要驱动力。在这里,我们显示TG实际上是一种以宿主为中心的广谱抑制剂,在永生或原代人类细胞中,可有效阻断RSV,普通感冒冠状病毒OC43,SARS-CoV-2和A型流感病毒的复制。我们还确定,胃中发现的TG是低pH稳定的,从一次引发起就能够快速诱导持续至少48小时的有效抗病毒状态,并且在小鼠口服后可在小鼠体内进行治疗性保护(体内)感染,应对致命的流感病毒挑战。 2. 材料和方法2.1. 细胞和病毒原代正常人支气管上皮细胞(NHBE)和支气管上皮生长培养基由Promocell(德国海德堡)提供。在添加了10%胎牛血清(FCS)的DMEM-Glutamax中培养无限增殖的新生猪气管上皮(NPTr)细胞[15],HEp2细胞,MRC5细胞,A549细胞,Calu-3细胞,Vero E6细胞和MDCK细胞。100 U / mL青霉素-链霉素(P/S)(Gibco,ThermoFisher Scientific,佩斯利,英国)。通过DEFRA分离出的人RSV(A2株,ATCC VR-1540),苏联H1N1(A / USSR / 77),PR8 / H1N1(A / PR8 / 1934)和pdm H1N1病毒(A / Swine / England / 1353/2009)这项研究使用了SwIV监视程序SV3401)。还使用了人冠状病毒OC43(OC43)和SARS-CoV-2病毒(2019-nCoV /意大利-INMI1株,从EVAg获得的进化枝V(008V-03893)),后者的完整序列已提交给GenBank(SARS-CoV- 2 / INMI1-Isolate / 2020 /意大利:MT066156),并且可以在GISAID网站上找到(betaCoV /意大利/ INMI1-isl / 2020:EPI_ISL_410545)。 2.2. 细胞活力测定根据制造商的说明,使用CellTiter-Glo发光细胞活力测定试剂盒或CellTiter-Glo 2.0细胞活力测定试剂盒(Promega,麦迪逊,威斯康星州,美国)确定细胞活力。 2.3. 细胞化学启动根据制造商的建议,将TG(美国密苏里州圣路易斯的默克公司)和瑞德昔韦(德国慕尼黑的Selleckchem公司)溶解在DMSO中,而利巴韦林和羟氯喹(默克公司)按照制造商的建议溶解在水中。化合物的抗病毒方案对细胞活力没有可检测到的不利影响。通常,除非另有说明,否则在感染前将细胞在适当的细胞培养基中稀释的所示化合物中孵育(稀释30分钟内使用),然后孵育30分钟,然后用PBS洗涤3次并用所示病毒感染(感染前启动)。或者,首先将细胞感染指定的时间,然后将化合物灌注30分钟,然后继续进行感染培养(感染后灌注)。细胞的所有TG引发仅持续30分钟,然后根据特定实验用PBS洗涤并进行下游培养。2.4. RSV感染和子代病毒定量HEp-2细胞,A549细胞和NHBE细胞根据24小时噬斑测定,在补充2%FCS的DMEM-Glutamax中以指定的RSV感染复数(MOI)感染48或72小时,收集的离心上清液用于噬菌斑测定或RT-qPCR的病毒拷贝数进行定量(请参见2.6节)。以前已经描述了通过噬斑分析对HEp2细胞进行RSV滴定[16]。简而言之,将感染细胞上清液的连续稀释液(一式三份)连续感染24小时的HEp2细胞固定在丙酮:甲醇(1:1)中,并使用小鼠抗RSV(2F7)抗体(1:1000)进行免疫染色(Abcam (英国剑桥)。2.5. 流感和冠状病毒的单一和共感染,以及子代病毒的定量甲型流感病毒感染需要无血清培养基和胰蛋白酶。 NPTr细胞和A549细胞的感染培养基是Opti-MEM I(Gibco),辅以100 U / mL P / S,2 mM谷氨酰胺和200 ng / mLL-1-甲苯磺酰胺-2-苯乙基氯甲基酮( TPCK)胰蛋白酶(Sigma-Aldrich)。根据病灶形成试验(FFA),将特定的流感病毒MOI在感染培养基中感染细胞2到3 h,然后用PBS洗涤3次,并在新鲜感染培养基中孵育24天如图所示,持续72小时。收集纺丝上清液用于通过6 hFFA,50%组织培养物感染剂量(TCID50)或通过RT-qPCR的病毒拷贝数对子代病毒进行定量。以前已经描述了通过FFA滴定流感病毒[14]。在添加100 U/ mLP / S,2 mM谷氨酰胺和100 ng / mL TPCK胰蛋白酶的Opti-MEM I中,将A549细胞和MRC5细胞用指定的MOIOC43(基于FFA)感染OC43 3小时。用PBS洗涤3次,并在新鲜的感染培养基中孵育长达72小时。对用OC43和苏联H1N1病毒共感染的A549细胞进行了相似的处理。收集纺丝上清液用于通过FFA定量子代病毒或通过RT-qPCR定量病毒拷贝数。 在指示的MOI上,以TCID50为基础,用SARS-CoV-2将Calu-3,NHBE和Vero E6细胞感染,在补充有100U/mLP/ S,2 mM谷氨酰胺和100ng的Opti-MEMI中感染3 h。如图所示,将1mL / mL TPCK胰蛋白酶,随后在PBS中洗涤3次,并在新鲜的感染培养基中孵育总计长达72小时。对被pdm H1N1病毒和SARS-CoV-2病毒共感染的Calu-3细胞进行了相似的处理。收集纺丝上清液用于通过TCID50定量子代病毒或通过RT-qPCR定量病毒拷贝数。以96孔板形式进行TCID50滴定,以定量SARS-CoV-2和A型流感病毒,最少重复四次。在生长培养基DMEM(Gibco)中对每个样品进行十倍稀释。然后,将50µL稀释样品分别添加到MDCK和VeroE6细胞中用于流感和SARS-CoV-2滴定,并在37°C下孵育1 h。然后将培养基换成200 µL DMEM(补充200ng /mL TPCK胰蛋白酶用于流感滴定),并在37℃下孵育5天。在显微镜下评估每个孔的细胞病变作用。使用Spearman-Karber方法以TCID50计算病毒滴度[17,18]。检测限为5.62 TCID50 / mL。2.6. RNA制备和实时RT-PCRRNeasy Plus Minikit(Qiagen,希尔登,德国)用于从细胞中提取总RNA。使用Superscript III First Strand合成试剂盒(ThermoFisher Scientific)从1 µg总RNA合成cDNA。用LightCycler 96仪器(Roche,Basel,Switzerland)进行宿主基因的表达。基因表达的计算基于比较的Ct方法,已标准化为18S核糖体RNA。 HSPA5(FH1_HSPA5和RH1_HSPA5),HSP90B1(FH1_HSP90B1和RH1_HSP90B1)和DDIT3(FH1_DDIT3和RH1-DDIT3)的人ER应力引物;和人类IFNB1引物(FH1_IFNB1和RH1_IFNB1),OAS1引物(FH1_OAS1和RH1_OAS1)和RNASEL引物(FH1_RNASEL1和RH1_RNASEL1)是预先设计的Sigma-Aldrich。使用PrimerExpress 3.0.1(ThermoFisher Scientific)设计了其他引物(由Sigma-Aldrich合成),并在表1中显示。QIAamp病毒RNA试剂盒(Qiagen)用于从离心细胞培养上清液中提取病毒RNA。使用QIAGEN OneStepRT-PCR KIT进行一步实时qPCR,以定量相对病毒拷贝数。 表1.引物序列。 基因没有第一(5d – 3d)反义引物(5j–3j)18S核糖体RNA(通用)ACGGCTACCACATCCAAGGACCAATTACAGGGCCTCG-AAA F基因(RSV)CAAGAACTGACAGAGGATGGTACTGCATGTTTCAGCTTGTGGGAAGAL基因(RSV)AACACTTATCCTTCTTTGTTGGAACTTAGCAACCGAAACTCACGATAGAAAM基因(RSV)ACTCAAGAAGTGCAGTGCTAGCAAAGGACACATTAGCGCATATGGTRIG-I(人类)GAAGGCATTGACATTGCACAGTTGGTTTGGATCATTTTGATGACAM基因(苏联H1N1)AGATGAGCCTTCTAACCGAGGTCGTGCAAAAACATCTTCAA-GTCTCTGM基因(pdm H1N1)AGATGAGTCTTCTAACCGAGGTCGTGCAAAGACACTTTCCA-GTCTCTGOrf1ab(SARS-CoV-2)CCGATCATCAGCACATCTAGGTTGACAAGGCTCTCCATCT-TACCTTTOrf1ab(OC43)GCCAGGGACGTGTTGTATCCTTGATCTTCGACATTGTGACCTATG 2.7. 蛋白质印迹使用放射免疫沉淀测定(RIPA)缓冲液(圣克鲁斯,达拉斯,美国德克萨斯州)补充1%苯基甲基磺酰氟(PMSF)(圣克鲁斯),1%抑制剂混合物和1%原钒酸钠,裂解细胞,并通过Bio-RAD蛋白质测定法(Bio-Rad,Hercules,CA,USA)测量蛋白质浓度。一抗是1:500稀释的山羊抗甲型流感A1(Abcam,ab20910),小鼠抗甲型M2克隆14C2(1:1000)(Invitrogen,MA1082),山羊抗甲型流感病毒多克隆抗体以1:2000的稀释度(Abcam,ab155877),小鼠抗冠状病毒抗体OC-43株,克隆541–8F处于1:1000(Sigma-Aldrich,MAB9012)和小鼠抗β-肌动蛋白克隆AC- 74处于1:5000(Sigma-Aldrich,A2228)。合适的物种特异性二抗是过氧化物酶偶联的(Abcam),用于化学发光检测(Amersham ECL Western Blotting Detection Reagent,美国马萨诸塞州马尔伯勒)。2.8. 干扰素-β(IFNβ)ELISA通过酶联免疫吸附测定(ELISA)定量细胞培养上清液中的IFNβ分泌。 IFNβELISA(人类IFN-βQuantikine ELISA试剂盒,美国明尼苏达州明尼阿波利斯市Bio-Techne)按照制造商的说明进行。样品进行三次重复分析。2.9. 小鼠流感病毒挑战为了评估TG在感染过程中(即感染后)的抗病毒效力,并与体内奥司他韦进行比较,将6至8周龄的BALB / c小鼠(雌性)分为两组,以确定感染后存活率(每个治疗组n = 8)和子代病毒产生(每个治疗组n = 8)。小鼠经鼻内感染了3个MLD50的PR8/H1N1病毒。感染后十二小时,每天通过管饲法口服TG(1.5 µg / kg /天),奥司他韦(45 mg / kg /天)或PBS + DMSO(PBS-DMSO对照中DMSO的百分率与其他治疗相当)天。在感染后第3和5天,收集每组四只小鼠的肺以进行病毒滴定。通过TCID50分析,对接种了10倍连续稀释的均质化肺组织的MDCK细胞进行病毒滴定,并在37°C下孵育72小时。 TCID50值是根据Reed–Muench方法[19]计算的。 2.10. 量化与统计分析使用GraphPad Prism 7和图例中描述的统计方法进行统计分析。 p值<0.05被认为是显着的,并表示为* p <0.05,** p <0.01,*** p <0.001和**** p <0.0001。 Kaplan–Meier方法用于生存分析。给出的结果代表了三个或更多个独立的重复,除非另有说明,否则误差线为标准偏差。2.11. 道德声明所有动物工作均已获得北京科学技术协会(ID:SYXK(Beijing)2007–0023)的批准,并按照北京实验动物管理委员会发布的《北京实验动物福利和道德规范》进行;符合中国农业大学机构动物护理和使用委员会指南(ID:SKLAB-B-2010–003)。3. 结果3.1. TG阻止子代RSV生产为了证明TG对RSV的抗病毒活性,在感染前24小时(图1A)或感染后24小时(hpi)(图1B)用TG短暂灌注人HEp2和A549细胞30分钟。每种细胞类型的感染前和感染后TG引发导致后代病毒产量显着下降(统计上显着)。感染前用0.5 µM TG引发的HEp2细胞将子代病毒的产生减少了近10,000倍(图1A);在24 hpi时用0.5 µM TG引发的细胞将病毒输出降低约1000倍(图1B),这分别表明其对RSV的预防和治疗抗病毒潜力。用TG对HEp2和A549细胞进行30分钟的单次启动诱导了有效的抗病毒状态,这种状态持续至少48小时(图1C,D)。 TG引发HEp2细胞(感染前即刻或感染前48小时)引发了病毒L,F和M基因的转录抑制(图1E,F)。所用TG的抗病毒方案对HEp2和A549细胞无细胞毒性(图1G,H)。补充证据TG的非细胞毒性抗病毒剂量方案已在我们较早的出版物中发现[14]。因此,TG作为一种非细胞毒性抑制剂具有快速作用,可在持续至少48小时的细胞中诱导抗病毒状态,并且在主动RSV感染之前或期间使用时是有效的。 接下来,根据被感染的HEp2细胞的后代病毒产量(图2A)和病毒RNA检测(图2B),将TG的抗病毒性能与病毒唑进行比较,利巴韦林是一种被批准用于严重RSV感染的幼儿的抗病毒药物。 TG在阻止RSV复制方面优于病毒唑。例如,用0.1µM TG感染HEp2细胞预感染30分钟对子代病毒产生的抑制作用比连续使用30 µM利巴韦林(50%利巴韦林有效浓度(EC50)对RSV = 11)高160倍。 µM [20])(图2A)。 TG在HEp2细胞的RSV抑制中表现出984的选择性指数(50%(CC50)/ EC50的细胞毒性浓度)和84.55 nM的EC90,这表明它具有很强的安全裕度(图2C,D)。在由TG引发和感染的原代NHBE细胞中,相应培养基中病毒RNA的检测降低(图2E)与病毒L,F和M基因的转录抑制(图2F)同时发生,这进一步表现为TG剂量依赖性减少病毒蛋白的产生(图2G,H)。 两者合计,TG作为抗病毒剂比利巴韦林更有效,表现出很强的选择性指数,并阻断了RSV病毒的转录和病毒蛋白的产生。在原代NHBE细胞中,相对于DMSO对照,在RSV感染之前和期间,TG依赖于TG的剂量以TG剂量依赖性的方式进行了TG的感染前致敏增强ER应激基因(DDIT3,HSPA5和HSP90B1)的表达(图3A,C)。TG还增加了NHBE细胞中RIG-I信号相关基因(RIG-I,IFNB和RNASEL)的基础表达,但是在感染过程中,相对于被感染的DMSO对照,RIG-I相关基因的诱导显着衰减(图3D,G)。因此,在NHBE细胞中RSV感染期间,RIG-I相关基因的转录诱导减少是一个特征。TG介导的RSV抑制作用。3.2. TG阻止子代冠状病毒OC43的生产为了证明TG对冠状病毒的抑制作用,在感染地方性OC43病毒之前,立即用TG引发A549细胞30分钟[21](图4A–C)。以剂量依赖性方式,TG阻断了病毒复制,如感染细胞的培养基中病毒RNA的急剧减少(图4A),病毒转录的抑制(图4B)和病毒NP蛋白生成减少(图4C)所证明。将TG的抗病毒性能与羟氯喹(HC)进行了比较,后者是一种毒性比氯喹低的化合物,可抑制OC43[22]。 TG在阻止子代OC43病毒产生方面比HC更有效(图4D,E)。感染前引发与整个感染过程中连续使用20 µM HC相比,0.05 µM TG仅持续30分钟对OC43的抑制作用更大(针对SARS-CoV-2的HC EC50 = 4.51 µM [23])(图4D)。与HC处理后代病毒的适度减少不同,在TG引发的感染细胞的培养基中几乎未检测到任何病毒(图4E)。在A549细胞中,TG在阻止OC43病毒(图4F)和流感病毒(图4G)复制方面比最近被批准用于SARS-CoV-2感染紧急使用的核苷类似物Remdesivir(RDV)[24]更好。 。尽管在72hpi时,细胞连续暴露于0.3 µM RDV(RDV EC50对OC43 = 0.15 µM [24])显示约17,000倍减少子代病毒RNA的检测(相对于相应的DMSO对照);细胞反过来,用0.3 µM TG引发的细胞则比RDV处理过的细胞具有450倍的抑制作用(图4F)。在72 hpi时,与0.3μM的RDV连续使用相比,0.05μMTG引发的细胞对苏联H1N1病毒的抑制作用还强于7倍。 RDV对流感病毒复制几乎没有抗病毒作用(图4G)。 TG在A549细胞中的抗病毒用途无细胞毒性(图4H)。 TG在MRC5细胞中OC43上的TG的选择性指数(CC50 / EC50)高,介于7072和9227之间(图4I)。总的来说,TG强烈抑制OC43病毒的转录和蛋白质产生,作为抗病毒剂比HC和RDV更有效,并且具有较高的选择性指数。 点击:查看文章剩下部分 查看更多医学文章 查看更多冠状病毒文章 使用专业文章翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。 来源于:mdpi
2021-02-24 16:25:36
具有基因毒性的大肠杆菌“卷入了行动”
Max Planck研究人员及其合作者揭示了体外结肠类器官的转化2021年2月12日大肠杆菌是人类肠道菌群的组成成员。但是,有些菌株会产生一种称为大肠菌素的基因毒素,与大肠癌的发生有关。尽管已经证明大肠菌素在宿主细胞的DNA中留下了非常特殊的变化,可以在结直肠癌细胞中检测到这种变化,但这种癌症的发展需要很多年,而使正常细胞变成癌变的实际过程仍然不明了。柏林马克斯·普朗克感染生物学研究所的托马斯·迈耶(Thomas F. Meyer)组及其合作者现在已经能够“诱捕大肠菌素”,从而诱导大肠癌细胞特征性的遗传变化并引起转化的表型–感染仅几个小时后。免疫荧光染色显示,产生基因毒性大肠菌素的大肠杆菌(绿色)引起DNA损伤(由DNA修复蛋白γH2AX的存在,白色表示)和巨细胞增多(细胞异常扩大)(右)。对于感染了大肠杆菌杆菌素合成缺陷的突变大肠杆菌菌株(大肠杆菌ΔclbR)的细胞,则未观察到这一点(左图)。细胞和DNA肌动蛋白丝的鬼笔环肽(红色)染色显示为蓝色。超过三分之二的结直肠癌患者的肠道中会携带产生大肠杆菌的大肠杆菌菌株,并且在西方世界,携带者的数量正在增加。某些细菌种类与某些形式的人类癌症之间存在联系的流行病学证据十分丰富,但仍然难以提供证明广泛的预防策略所需的直接证据。Meyer的团队最近通过鉴定宿主细胞中的遗传签名大肠菌素叶,并证明可以在大肠癌亚组中检测到这种关联,首次提供了明确的证据。现在,他们通过利用类器官来观察转化本身,迈出了重要的一步。这项新技术使培养3D球形形式的正常原代结肠上皮细胞成为可能。这些空心的“微型器官”是由成年干细胞产生的,这些干细胞驱动结肠粘膜的快速周转。在该技术出现之前,体外感染实验需要已经部分转化的细胞系,因此不适合概括癌症发展的早期阶段。测试是否产生大肠杆菌素对宿主细胞有任何持久影响,研究小组将其类器官感染了三个小时。这已经足以诱发大肠癌的特征性变化。受感染的细胞不仅开始比正常细胞增殖更快,而且一部分细胞不再需要生长培养基中存在Wnt蛋白。生长因子驱动干细胞周转这个关键的“生长因子”存在于结肠腺底部干细胞周围的环境中,并促使其翻转。在健康条件下,一旦细胞离开了这个含有Wnt的利基,就可以防止细胞的不受控制的增殖。“然后它们停止增殖并接管消化功能,直到到达表面后才被腐烂,被连续不断的细胞流推动离开干细胞生态位,”最近建立其研究的资深作者之一迈克尔·西加尔(Michael Sigal)说。柏林Charité大学医院自己的实验室,对这一现象进行了更详细的研究。他进一步解释说:“在类器官培养物中可以观察到相同的现象:它们需要Wnt持续存在才能保持生长。没有它,细胞就会分化并在不久后死亡。”如对于受感染的类器官观察到的,这种生长因子独立性是早期结直肠癌细胞的特征。这些类器官的测序表明它们包含许多突变,包括大的结构变化,这些结构变化导致染色体的整个部分丢失,获得或重新排列。“令人惊讶的是,我们没有观察到直接参与Wnt信号转导的基因中的突变,已知这些基因会导致遗传突变的患者导致大肠癌。相反,我们发现了与p53信号转导有关的突变,”该新技术的第一作者Amina Iftekhar说。这种重要的肿瘤抑制因子被称为“基因组守护者”,到目前为止,只有很少的研究表明它也可能影响Wnt依赖性。p53信号通路中的突变托马斯·迈耶(Thomas F. Meyer)解释说,这些发现与大型癌症测序计划的证据十分吻合:“很明显,结直肠癌可以通过不同的机制产生。在慢性炎症驱动的情况下,例如结肠炎或克罗恩氏病,其中产生大肠杆菌素的大肠杆菌菌株尤为突出,p53的突变确实是早期事件。” 他们观察到的大的染色体重排在大多数大肠癌病例中都发现。迈耶认为,这具有重要意义:“尽管大多数结直肠癌患者携带产大肠杆菌素的大肠杆菌,我们感到困惑的是,只能以很小的比例(最多百分之十)检测到大肠菌素签名。现在,我们的新结果表明,特征标记是从DNA受损部位正确去除交联的结果。如果此修复过程受到威胁或修复机制过载,则当受损细胞试图克服DNA交联时,似乎会发生总体染色体变化和染色体畸变。这种不良修复的证据在大肠癌中很常见,表明大肠菌素的致癌作用可能大大超过仅通过签名提示的病例的百分之十。 点击查看:更多有关医学分类文章 更多生物学分类文章 使用文档翻译功能 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:mpg
2021-02-23 16:25:26
缺氧使神经细胞生长
身体和精神活动中的氧气不足会影响整个大脑 2021年2月12日 大脑中的氧气缺乏症(也称为缺氧)实际上是一种紧急状态,可以永久损坏神经细胞。然而,越来越多的证据表明,在一定程度上,缺氧也可能是生长的重要信号。哥廷根马克斯·普朗克实验医学研究所的研究人员与来自哥本哈根大学医院和哥本哈根-埃彭多夫大学的科学家们一起,在小鼠中发现,精神和身体上的需求旺盛的活动不仅触发了局部,而且触发了大脑范围的“功能性缺氧” 。尽管以减毒形式存在,但其作用类似于氧气剥夺。氧气短缺会激活生长因子促红细胞生成素(Epo),从而刺激新的突触和神经细胞的形成。 大脑中的功能性缺氧:共聚焦图像显示缺氧报告基因小鼠的皮质和海马。注意运动认知挑战后,许多红色标记的缺氧神经细胞。(绿色:神经元,蓝色:细胞核) ©MPI f。实验医学 去年,研究人员在马克斯普朗克研究所在哥廷根在实验中发现了动物实验用小鼠是精神上和身体要求很高的活动引发某些脑区有轻微缺氧。最终导致形成新的神经细胞。他们观察到缺氧激活了大脑中的生长因子促红细胞生成素(Epo)。尽管Epo主要因
2021-02-23 16:20:17
人类基因组如何改变稀有疾病的研究
孟德尔疾病是由单个基因的突变引起的。人类基因组的第一版发表于2001年,对如何诊断,控制和预防这些疾病具有广泛的意义。 当人类基因组的第一稿公布1,2,预计会对医学革命性影响。关于药物转变成为个性化,预测性和预防性的范式转变做出了大胆的预测3。对于许多人来说,没有实现这样的转变,这可能是因为关注于糖尿病和冠状动脉疾病等常见疾病。但是这些预测是针对孟德尔疾病的预测的,孟德尔疾病是由单个基因突变引起的,例如遗传性癌症和儿童的多种发育迟缓。 在起草基因组之前,必须通过称为克隆的过程来确定有关突变基因的序列和基因组位置的基本信息,在克隆过程中,使用酶从人DNA上切割出短的染色体片段,并在细菌中复制以产生足够的数量,以用于分析。克隆是一项非常费力的工作,通常需要花费数年时间,并且只能由少数几个实验室执行。因此,大多数孟德尔疾病的遗传基础尚不清楚,从而使诊断极为困难。即使对于那些具有已知潜在遗传基础的人(例如脆弱的X综合征),由于该疾病的临床表现及其罕见性存在显着差异,专家仍然可能无法做出诊断4。 在1990年代,“定位图谱”方法的发展使鉴定与孟德尔疾病有关的
2021-02-22 19:47:45
睡眠不足的年轻健康人中与注意力相关的生理相关
经过瓦伦蒂娜·切萨里(ValentinaCesari),埃琳娜·玛丽娜(Elena Marinari),马可·劳里诺(Marco Laurino),安吉洛·吉米尼亚尼1(Angelo Gemignani 1)和达尼洛·梅尼库奇(Danilo Menicucci) 1 比萨大学外科,医学和分子病理学与重症医学系,意大利比萨56126 2 国家研究委员会临床生理研究所,意大利比萨56124 *应与之联系的作者 摘要:认知功能可以进行特定的更改,但会被工作负载的非特定影响所掩盖,工作负载是影响调节外围输出的认知功能的常见因素。为了确定工作量相关的和特定的,任务相关的成分,通过研究15名健康志愿者在基线和睡眠剥夺条件下(一周间隔)进行注意任务,得出认知功能的生理相关性。引入睡眠剥夺以增加工作量。在执行任务后评估注意力网络效率(ANT,注意力网络任务; CCT,连续补偿跟踪器)的工作量评估任务期间,我们记录了心搏,面部温度和头部运动。在两种情况下研究了认知和生理指标的变化。通过校正从条件到睡眠剥夺后任务指标的变化与校正条件间工作量变化后的生理指标的相关性,来识别认知表现的生理相关性。我们发现剥夺睡眠后工作量的精神和身体需求增加。我们发现跨条件的认知和生理指标没有变化;注意系统的特定生理相关性,如ANT改变的变化与头部运动幅度的变化之间的负相关,以及CCT速度指数警觉性的变化与面部温度的变化之间的正相关。 关键词:认知功能;注意力;生理信号;工作量;睡眠不足 1. 介绍 人类的日常生活是由与现实世界中感官输入的转化,减少,细化,存储和恢复有关的认知过程驱动的[1]。独特的认知功能的功能是基于特定的大脑网络,并引起可区分的激活。然而,影响认知功能的一个共同因素是工作量,即多维结构量化了表演者响应于认知任务而付出的身心努力的水平。工作量的评估范围从经典的神经认知测试到动态情况,例如航空和驾驶[2];但是,它通常被认为是个人对苛刻情况的态度而不是对任务的态度的属性[3,4]。 工作量是通过唤醒来维持的,它被描述为工作记忆压力的指标[5]。工作负荷中的唤醒暗示了自主激活,参与了动态平衡的无意识身体协调反应[6]。自主神经通过中央自主神经网络的活动来维持,该网络控制着与认知和情绪加工有关的电生理变化[7]。除了工作量相关的影响外,多项研究还强调了与涉及不同领域的认知任务相关的特定神经功能模式。关于这三个注意网络,波斯纳和彼得森[8]提出了警惕,定向和执行力网络。唤醒和个体认知功能的变化都会引起周围自主神经输出的变化[9],我们在当前工作中对此进行了研究。 从方法学的角度来看,已经利用受试者内部的变异性研究了认知功能,该变异在睡眠剥夺的背景下得到了广泛的评估,可作为诱发急性应激反应的可靠范例。的确,急性和慢性睡眠剥夺是一种有形的风险,使受试者处于现代社会的压力条件下,对生活质量和心理-身体健康(包括认知能力下降)构成高风险和重大风险[10]。急性总睡眠不足和慢性睡眠受限都会增加体内稳态睡眠(过程S),从而导致睡眠负担。过程S在清醒时增加,在睡眠时间减少[11];这越来越削弱诸如醒觉期间的注意力,认知速度和记忆等认知功能[12]。因此,一些研究使用急性睡眠剥夺模型来了解其对各种认知领域和主观工作量的影响。确实,急性睡眠剥夺可能会对认知功能的某些方面产生负面影响,尤其是警惕性,如果降低警戒性,则会增加发生事故的风险[13]。据报道,受试者在一夜失眠后感觉到较高的工作量,而任务外部的因素也导致感觉到的工作量增加[14,15]。 这些研究中,通常会评估自主神经的输出,因为较高的脑力劳动量会减少副交感神经(“休息或消化”)自主性的降低。神经系统活动和交感(“战斗或逃跑”)活动增加[16]。 在评估不同认知领域的任务中,通过多种外周生理指标(例如心率,皮肤电导和外周温度[17])估计了自主神经系统活动的这些变化。例如,认知负荷,大脑中的葡萄糖和氧气水平与前额温度[19,20]之间存在正相关。随着决策难度和注意力水平的增加,心率增加[21,22],以及由于反应抑制和记忆的难度增加而使心率变异性降低[23,24]。关于皮肤电导,在注意力,记忆力,警惕性和视觉跟踪任务的执行过程中已发现其增加[25-27]。 此外,据报道使用了放置在不同推定位置的不同传感器[19,28,29]。在这里,我们将所有传感器组装在眼周区域-che骨和前额的皮肤温度[19],glabella(眉毛之间和鼻子上方的小区域)[30]的心搏,以及来自与头[31]。 总之,许多研究已经使用特定的认知任务来建立与认知相关的生理结果。考虑到主观工作量的几项研究表明,生理措施取决于执行任务时主观感知到的困难程度。实际上,据报道主观工作量测量通常与认知表现无关(例如,受试者报告了较高的认知需求,但认知表现并未受到负面影响[32])。该证据暗示了如维持不同认知域的特定中央网络所建议的那样,对周围生理信号识别特定认知功能的调节的冲动。实际上,特定认知相关因素的识别对于检测和恢复那些可能会发生特定变化但被工作量的非特定影响所掩盖的功能至关重要。为此,我们研究了在基线和睡眠剥夺后经历不同认知任务(涉及注意力系统)的受试者眼周区域中放置的传感器的周围生理相关性(心率,头部运动和面部皮肤温度)。我们评估了在这两种不同条件下执行任务的感知工作量,并研究了从基线到睡眠剥夺的生理指标变化与纠正工作量变化的认知指标之间的关联。我们选择管理注意力网络任务(ANT,[8,33])和持续补偿跟踪器(CCT,[34,35])测试,以更好地表征不同系统功能(警报,定向,执行网络)的独立性,被证明受到不同的影响通过睡眠剥夺[36]。为了评估认知测试后的主观工作量,我们使用了NASA任务负荷指数(NASA TLX)量表[37],因为先前的研究表明,该方法在检测有经验的工作量变化方面是一个合理的量表[14,38]。睡眠剥夺的使用使我们能够诱发短暂和可逆的认知改变,可以对其进行研究以比较特定的注意力改变。 当在同一主题中执行不同任务时,我们有机会将与假定的认知工作量相关的任务的共同外周反应与表征每个特定任务的特定认知功能的那个反应分开。作为认知改变的指标,对周围反应变化的认识可用于检测日常生活活动(如驾驶)中的注意减少,而不会使受试者偏离进行认知任务的管理。 2. 材料和方法 2.1.参加者 15名健康的年轻志愿者(9名女性和6名男性;平均年龄): 24.5年(2年)参加了该实验方案。符合纳入条件的受试者符合以下标准:无精神症状,如Symptom Checklist-90-Revised所评估[39,40];根据失眠严重程度指数(ISI)[41,42]和爱华氏嗜睡量表(ESS)[43,44]评估,没有睡眠-觉醒障碍;通过定性回忆调查表评估,没有器质性病变和精神上瘾;正常或矫正视力;年龄介于18至35岁之间。 2.2.实验协议 实验方案包括两个阶段(图1A),这些阶段在参与者之间随机分配并保持平衡,并且至少间隔一周。每次会议从下午6点开始,每个志愿者都接受了单独的测试。实验室温度是受控的(22℃)。 图1.实验方案。 (一种)。实验方案流程图。 (B)。上图是当对象正坐在电脑前时通过PERFORM系统在线记录面部温度,头部运动和心搏的示意图;下面是基线和睡眠剥夺条件下实验时间表的示意图。 在基线阶段和剥夺睡眠后阶段均完成了两项认知测试,然后进行了感知的工作量评估。图1B。睡眠剥夺从会议开始前一天的8:00 am持续到会议结束之后(大约8:00 pm),共36个小时。为了确保志愿者在基线会议之前可以正常睡眠,通过活动记录仪记录每次睡眠前两天的睡眠日记来完成睡眠监测[45,46]。还进行了活动学监测,以确保志愿者在睡眠后剥夺期完全丧失睡眠;任何睡眠事件都暗示该研究被排除在外。为了实现这一双重目的,参与者佩戴了ActiGraphwGT3X-BT(ActiGraph,美国佛罗里达州彭萨科拉)放在他们的手腕上。使用Actilife软件(版本6.11.9)对数据进行分析和视觉检查。 对于每节课,志愿者都要进行“注意力网络任务”(ANT)和“持续补偿跟踪器”(CTT)任务,该任务在心理学实验建筑语言(PEBL)软件中实施并在PC显示器上进行管理(距27英寸屏幕的距离为60厘米)到眼睛,屏幕分辨率为1024768)。执行ANT和CTT任务的时间分别为15分钟和10分钟。我们连续执行每个任务,没有任何间隔。为此,我们使用PEBL软件提供的设置选项将任务链接在一起。在PEBL软件中,假定受试者执行标准化的培训课程以熟悉任务说明并防止归因于课程顺序的偏见。在认知评估过程中,参与者必须佩戴“心理生理学面具”或“现实生活中的认知监控”(PERFORM),这是一种用于生物信号获取的眼周感应面具[29]。因此,通过使用PEBL NASA任务负荷指数(PEBL TLX)量表对两种情况下的PEBL认知任务完成后,立即评估了感知的工作量[47]。会议的总时长约为30分钟。 2.3.认知评估 2.3.1.心理实验教学语言(PEBL)注意网络任务 注意网络任务(ANT)旨在评估警报,定向和执行控制注意网络的功能[8,33]。假定参与者在一组五个箭头中确定中心箭头的方向,而忽略周围箭头的方向。为了指示中心箭头的正确方向,参与者必须按下键盘上的相应按钮。在当前的研究中,使用了Attentional Network Test的PEBL版本,并且据Fan等人所述。 [33],我们考虑了性能指数计算的正确试验(即,没有考虑错误答案),以(1)警报指数,(2)定向指数和(3)冲突指数表示。 警报网络的效率通过警告信号引起的反应时间(RT)的变化来检查。预警指数是通过从无提示条件的平均RT中减去双提示条件的平均RT来计算的[36]。 定向的效率通过伴随指示目标将发生位置的提示的RT变化来检查。定向指数表示为处于中心提示条件(“中心提示”)的项目的平均RT与处于空间提示条件(“空间提示”)的项目的平均RT之差[36]。 通过要求参与者通过按下两个键来指示执行箭头的响应来检查执行网络的效率,这两个键指示被同等,不一致或中立侧翼包围的中心箭头的方向(左或右)。冲突指数是通过从不一致侧翼条件的平均RT中减去一致侧翼条件的平均RT计算得出的[36]。 2.3.2.PEBL连续补偿跟踪器 持续补偿追踪(CCT)是一种认知测试,最初是用来评估机敏性和警觉性的[34,35],也用于评估持续的注意力。在连续八次试验(从T1到T8)期间,参与者必须不断调整指针的位置以使其与目标重叠。指针处于需要持续补偿的随机指向的力之下[47]。在当前的研究中,使用CBL任务的PEBL版本通过两个指标(CCT偏差和CCT速度)来评估警惕性。 通过考虑从任务开始(T1)到结束(T8)的偏差和速度的变化来评估适应程度: l CCT偏差。针对每个试验计算目标位置和指针之间的空间位移的中位数(中位数偏差的下限值与到更高的任务执行精度)和CCT偏差,因为位移从第一次试验到最后一次试验都发生了变化。 l CCT速度。对于每个试验,计算任务上鼠标速度的平均值,并将CCT速度估算为从第一个试验到最后一个试验的速度变化。鼠标速度应指示对象对任务的反应程度;较高的值对应于较高的反应度,用于补偿指针的随机运动。 2.3.3.PEBLNASA任务负荷指数(PEBL TLX) NASA任务负荷指数[37]是一个自我报告的多维量表,旨在根据六个子量表的加权平均值提供总体可感知的工作量得分。分量表是精神需求,身体需求,时间需求,自己的表现,努力和挫败感。受试者必须通过选择六个分量表的分数(从0到100)来评估在先前完成认知任务时经历的感知工作量;较高的值表示更大的可感知工作量。在本研究中,使用PEBL软件(PEBLTLX)上的NASA TLX版本评估了可感知的工作负荷等级[47]。 2.4.生理评估 在进行认知评估期间,参与者佩戴了针对现实生活的认知监控(PERFORM)的心理生理学面具,这是一种经过验证的多传感器可穿戴和非阻塞性面具[29],能够从一组以下物体中检测,记录和分析以下生理信号:干燥的电极置于眼周区域: l 面部温度信号,以1Hz采样率从放置在左右肌和左右前额上的传感器记录下来; l 心脏脉搏,用光电容积描记器传感器以100 Hz采样率记录,该传感器置于glabella(眉毛之间和鼻子上方的区域)上方; l 头部运动信号以100 Hz采样率从位于面罩左侧的3轴加速度计记录下来。 对于每个信号,都提取了外围测量,以研究执行认知任务如何改变外围输出。根据每次测量的生理特性,我们获得了从每个认知任务开始到结束的时间序列测量。因此,作为与执行的任务相关的有效参数,我们考虑了每个提取的度量从任务开始(度量在其时间序列的前十分之一的平均值)到结束(度量在最后一个度量的平均值)之间的变化。时间序列的十分之一)。 从面部温度时间序列,我们考虑了: l MaxT,定义为任务开始和结束之间计算出的四个温度变化中的最大值; l zfT,通过比较上述额头和vs骨的T变化来定义(zfT =ΔTzΔTf,其中ΔTz是两个额头传感器的平均变化,而ΔTf是两个che骨传感器的平均变化)。 从心脏脉冲时间序列中,我们获得了脉冲到脉冲时间间隔序列[48],这使我们能够估计心率(HR)的变化,心率(HR)定义为心率开始和结束之间计算出的心率变化。任务。 从头部运动时间序列中,我们从在连续的1 s窗口内计算出的三个轴向振荡组合的方差获得了头部运动的综合度量。我们估计头部运动幅度(HMA)是该措施任务开始和结束之间的变化。 2.5.统计分析 这项工作旨在确定主要涉及独特注意力成分的执行任务的特定生理相关性。我们用睡眠剥夺来操纵为了消除一般工作量对生理反应的影响。我们制定了以下假设(Ha)与原假设(H0)进行比较: l H0=校正工作量后,从基线到睡眠剥夺后的认知和生理指标之间无显着相关性变化。变量之间的相关性= 0; l Ha=认知和生理指标变化之间的显着相关性校正工作量后进入睡眠剥夺后基线的基线。变量之间的相关性为<0或> 0。 如果Sig <α,则H0被拒绝,其中<α= 0.05 因此,我们通过以下 两个主要步骤来分析数据: (1)识别剥夺睡眠对感知工作量的影响; (2)消除工作量变化的影响后,在不同的认知任务中识别受试者内部认知能力变化(从基线到睡眠剥夺后)的生理相关性。 对于步骤(1),通过两尾Wilcoxon符号秩检验评估睡眠剥夺和基线阶段之间的PEBL TLX子量表差异。使用非参数测试是因为它们允许研究参数,而与正态无关。确实,这项研究中的变量是异类的(从心理评分到生理参数)。有些是歪斜的,有些则在几个离散值的范围内变化。我们使用以下公式估算非参数测试的效应大小: 其中N是Z评分所基于的观察总数[49]。 对于步骤(2),通过将认知任务指数的变化与从基线到睡眠剥夺后的生理测量值相关联,来识别受试者内部认知能力变化的生理相关性。为了从认知指标和生理指标之间的相关值中消除工作量变化的贡献,通过控制在步骤(1)达到统计显着性的那些工作量子量表来计算偏相关(rp,偏等级相关)。 运用Yekutieli和Benjamini程序[50]来控制关于与每个认知任务指数相关的所有生理特征的假设检验系列的错误发现率(FDR)。将错误发现率设置为等于0.05,并计算调整后的p值。 3. 结果 3.1.感知的工作量从基准更改为睡眠剥夺 任务后测得的感知工作量在精神和身体需求量表的条件之间有所不同;睡眠剥夺后的精神和身体需求增加(分别为p = 0.04和p = 0.01)。表1提供了每个PEBL TLX子量表的统计信息。 3.2.注意系统功能的生理相关性 关于注意和生理指标,没有发现条件之间的显着差异(补充表S1-S4)。 然而,在消除与知觉工作量变化相关的推定联系效应后,认知指数与生理指标之间发现显着关联(图2)。 图2.注意系统功能的生理相关性。散点图显示,在校正了TLX的精神和身体需求之后,生理指标与认知指标从基线到睡眠剥夺后的状态变化之间的关联(rp,部分等级相关系数-错误发现率<0.05)。 点击查看:查看下部分内容 更多医学文章 使用英文翻译功能 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。 来源于:mdpi
2021-02-19 18:27:31
睡眠不足的年轻健康人中与注意力相关的生理相关(结论)
4. 讨论 我们的研究旨在确定健康受试者中注意力成分的周围生理相关性。一项利用睡眠剥夺作为压力源的受试者内部研究[12]被用于诱导个体认知能力的变化。每个参与者进行了两次实验,其中一次是在睡眠剥夺一夜之后进行的。对于每个会话,在完成两个评估注意力网络效率的认知任务期间,使用PERFORM [29]记录生理信号。进行认知测试后,对感知的工作量进行了评估。对感知工作量的评估使我们能够估计其对从基线到睡眠剥夺状态对AT功能变化的贡献,并消除其对生理/认知关系的非特异性贡献。 在这里,生理信号是通过使用PERFORM [29]从眼周部位获得的,PERFORM [29]被认为是用于VR头戴设备的系统。 4.1.睡眠不足会增加精神和身体需求 我们的结果表明,与基线相比,睡眠剥夺后的精神和身体需求增加。几项研究报告说,长时间的觉醒的进展导致体内稳态生物驱动力的逐渐增加[51],从而增强了嗜睡的状态。在这种情况下,据报道,经过长时间的觉醒后,工作量增加了[14,52],并被解释为对疲劳状态的一种平衡反应。 Liu及其同事[38]报告了在模拟飞行任务后的专家飞机飞行员样本中,剥夺
2021-02-19 18:44:49
SARS-CoV-2对COVID-19疫苗后果暗示
SARS-CoV-2穗蛋白在人类宿主细胞中激发细胞信号转导:对COVID-19疫苗可能后果的暗示通过铃木雄一郎和塞尔吉·吉奇卡(Sergiy G.Gychka) 1 美国华盛顿哥伦比亚特区乔治敦大学医学中心药理生理学系,美国200072 Bogomolets国立医科大学病理解剖学N2系,01601基辅,乌克兰;* 应与之联系的作者。收到:2020年12月15日接受:2021年1月8日发行时间:2021年1月11日 摘要:世界正遭受由严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)引起的2019年冠状病毒疾病(COVID-19)大流行。 SARS-CoV-2使用其刺突蛋白进入宿主细胞。目前正在开发将刺突蛋白引入人体内以诱发病毒中和抗体的疫苗。在本文中,我们注意到人类宿主细胞对刺突蛋白敏感地应答以引发细胞信号传导。因此,重要的是要意识到新的COVID-19疫苗产生的刺突蛋白也可能影响宿主细胞。我们应该仔细监测这些疫苗的长期后果,尤其是当将它们接种给其他健康个体时。有必要进一步研究SARS-CoV-2刺突蛋白对人细胞的影响以及适当的实验动物模型。关键词:细胞信号转导;新冠病毒;新冠肺炎; SARS-CoV-2;刺突蛋白疫苗 1. 介绍世界正遭受由严重的急性呼吸综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)引起的2019年冠状病毒大流行(SARS-CoV-2),这是一种正向单链RNA病毒[1,2]。截至2020年12月,全球有8000万人感染了SARS-CoV-2,造成180万人死亡。 SARS-CoV-2使用其病毒膜融合蛋白(称为刺突蛋白)结合血管紧张素转化酶2(ACE2)作为“受体”,以进入人类宿主细胞[3,4],引起严重的肺炎和急性呼吸窘迫综合征(ARDS)[5]。患有心血管疾病的老年患者特别容易出现严重的COVID-19病状,在某些情况下甚至会导致死亡,而年轻健康的人对产生严重症状的抵抗力很大[1,6,7]。随着COVID-19继续造成严重的健康,经济和社会问题,全世界都在等待有效疫苗的广泛推广,以结束这种流行病。I类病毒融合蛋白SARS-CoV-2峰值蛋白对于启动病毒与宿主细胞表面受体之间的相互作用,通过协助病毒与宿主细胞融合促进病毒进入宿主细胞至关重要膜。该蛋白由两个亚基组成:包含ACE2受体结合域(RBD)的亚基1(S1)和在融合过程中起作用的亚基2(S2)[3,4](图1)。 SARS-CoV-2刺突蛋白是开发COVID-19疫苗的主要目标。图1. SARS-CoV-2刺突蛋白的结构。刺突蛋白由亚基1(S1)和亚基2(S2)组成。 S1亚基包含与宿主细胞膜ACE2结合的受体结合域(RBD)。 S2亚基负责融合。在我们先前在第3节和第5节中描述的研究中,我们使用了全长S1(Val16-Gln690),该区域描绘了蓝色和红色区域,SARS-CoV-2的红色显示了仅含RBD的蛋白质(Arg319-Phe541)。刺突蛋白(GenBank登录号:QHD43416.1)。2. 基于穗蛋白的COVID-19疫苗的开发2020年COVID-19疫苗和治疗剂的快速发展归功于政府与私营部门之间的有效合作。2020年11月9日,辉瑞和BioNTech宣布他们的基于mRNA的候选疫苗BNT162b2对COVID-19的有效性超过90%[8]。这是令人欢迎的消息,因为它表明有效的疫苗可能很快就会出现。BNT162b2编码SARS-CoV-2突突蛋白以诱导病毒中和抗体[9,10]。更具体地说,它编码SARS-CoV-2的全长刺突蛋白,其中两个氨基酸在S2亚基中突变为脯氨酸以维持预融合构象,而其姊妹疫苗BNT162b1(同样来自辉瑞公司/ BioNTech)仅编码RBD SARS-CoV-2穗蛋白的结构,通过添加T4纤维蛋白折叠域来三聚化[9-11]。临床试验表明,BNT162b1 [11]和BNT162b12[9,10]均未显示严重的短期不良反应。2020年12月10日,发表了一项BNT162b大型临床试验的结果,表明该疫苗对16岁或16岁以上的人群提供了95%的保护[12]。但是,这些疫苗的长期后果尚不清楚。另一种有前途的疫苗,Moderna的mRNA-1273也是一种RNA疫苗,可编码全长SARS-CoV-2穗蛋白[13]。基于病毒载体的疫苗,例如阿斯利康(AstraZeneca)的AZD1222,它使用非复制性黑猩猩腺病毒载体[14],强生公司(Johnson&Johnson)的Ad26.COV2.S,非复制性腺病毒26系统[15]和Gam- Gamaleya流行病学和微生物研究所的COVID-Vac(Sputnik V)[16]均表达SARS-CoV-2刺突蛋白。 NVX-CoV2373(Novavax),一种基于蛋白质的重组疫苗[17],也是全长SARS-CoV-2穗蛋白。这些疫苗以及许多其他正在开发中的疫苗[18-20]将SARS-CoV-2刺突蛋白引入了我们的体内,从而刺激了抗体的产生和针对SARS-CoV-2的免疫力。3. SARS-CoV-2 Spike蛋白促进人类细胞中的细胞信号传导发现用重组SARS-CoV-2穗突蛋白S1亚基处理培养的原代人肺动脉平滑肌细胞(SMCs)或人肺动脉内皮细胞足以促进细胞信号转导,而无需其余病毒成分[ 21]。此外,我们对死于COVID-19的患者的死后肺组织的分析已确定这些患者表现出肺血管壁增厚,这是肺动脉高压(PAH)的标志[21]。基于这些结果,我们提出SARS-CoV-2突触蛋白(无其余病毒成分)触发细胞信号转导事件,可能促进肺血管重构和PAH以及其他心血管并发症[21,22]。在我们的细胞培养实验中,研究了两个都含有RBD的重组SARS-CoV-2刺突蛋白[21]。全长S1亚基蛋白包含大部分S1亚基(Val16–Gln690),而RBD S1亚基蛋白仅包含RBD区(Arg319–Phe541),如图1所示。用这些蛋白质处理肺动脉内皮细胞10分钟。我们发现,使用磷酸化特异性MEK抗体,单独的SARS-CoV-2全长S1亚基(浓度低至130 pM)激活了MEK,细胞外信号调节激酶(ERK)的激活剂和众所周知的细胞生长信号转导机制[23]。相比之下,在大鼠肺动脉SMC中,这种由刺突蛋白引起的细胞信号激活并未发生[21]。尽管现在众所周知ACE2是SARS-CoV-2突突蛋白与人宿主细胞结合的“受体”,以促进膜融合和获得病毒进入,但是ACE2的通常生理功能并不充当膜受体转导细胞内信号。 ACE2是一种I型整合膜蛋白,起羧肽酶的作用,将血管紧张素II裂解为血管紧张素(1-7)并调节血压[24,25](图2)。然而,十年前,Chen等。[26]报告了有趣的发现,表明ACE2充当细胞信号转导的膜受体,以响应SARS-CoV的突增蛋白(现在也称为SARS-CoV-1,该病毒在2002年引起SARS爆发) 2004)在人肺泡上皮细胞系A549中。SARS-CoV-1的刺突蛋白与SARS-CoV-2的刺突蛋白具有76–78%的同一性[27]。在他们的研究中,表明全长刺突蛋白与ACE2的结合触发了酪蛋白激酶II依赖性激活蛋白1(AP-1)转录因子的激活以及随后的基因转录事件[26]。他们在SARS-CoV-1 [26]和我们在SARS-CoV-2 [21]上的发现表明,刺突蛋白将ACE2(通常是肽酶)功能性地转化为膜受体,从而利用刺突将细胞信号转导。蛋白质作为其激活的配体(图2)。图2. ACE2的生物学功能。在生理情况下,ACE2充当羧肽酶,通过裂解苯丙氨酸(Phe)催化血管紧张素II(Ang II)水解为Ang(1-7)。在刺突蛋白的存在下,该酶成为细胞信号转导的膜受体,该信号使用刺突蛋白作为其激活的配体。库巴等。[28]表明,给小鼠注射重组SARS-CoV-1突突蛋白会降低ACE2的表达,并加剧酸诱导的肺损伤。在患有酸诱导的肺损伤的小鼠中,重组SARS-CoV-1刺突蛋白显着增加了血管紧张素II,而血管紧张素受体抑制剂氯沙坦减弱了刺突蛋白诱导的肺损伤的增强[28]。因此,这些体内研究表明,SARS-CoV-1的突触蛋白(无其余病毒)会降低ACE2的表达,增加血管紧张素II的水平,并加剧肺损伤。Patra等人还显示,不含其余病毒成分的SARS-CoV-2突突蛋白可激活细胞信号传导。 [29]。作者报告说,在人肺泡上皮细胞系A549或人肝上皮细胞系Huh7.5中通过瞬时转染的方式表达了全长SARS-CoV-2突突蛋白,并激活了NF-κB和AP-1转录因子以及p38和ERK丝裂原激活的蛋白激酶,释放白介素6。发现该细胞信号转导级联由下调ACE2蛋白表达的SARS-CoV-2突突蛋白触发,随后激活了1型血管紧张素II受体[29]。这些使用瞬时转染的实验可能反映了可能由基于RNA和病毒载体的疫苗触发的刺突蛋白的细胞内效应。这些结果共同强化了这样一种观念,即通过细胞信号转导的激活,人类细胞受到细胞外和/或细胞内刺突蛋白的敏感影响。4. 肺动脉高压PAH是一种无法治愈的严重疾病,可能会影响任何年龄段的男性和女性,包括儿童。 PAH中增加的肺血管阻力会导致右心衰竭并随后死亡。如果不进行治疗,被诊断为PAH的患者从诊断之时起平均只能存活2-3年[30,31]。即使采用目前可用的疗法,PAH患者中也只有60-70%可以存活三年[32-35]。 PAH难以检测,因为其症状(例如呼吸急促,疲劳和头晕)与其他常见的无生命危险的症状相似,并且必须通过有创右心导管检查来对PAH进行官方诊断[36] 。内皮功能障碍是PAH和COVID-19患者的共同特征[37,38]。多环芳烃的“爆发”与某些药物或毒素的暴露有关[39]。 PAH的主要爆发发生在1965年,并与一种减肥瘦身药aminorex有关[39,40]。服用这种药物的人中约有0.2%会发展为PAH [40]。引入氨甲x呤两年后就发现了一种流行病,这种流行病发生十年后,有一半的患者死亡[39]。我们研究了死于ARDS的COVID-19患者和H1N1流感感染患者的肺血管[21]。死后COVID-19患者肺部的肺动脉始终表现出血管壁增厚的组织学特征,这主要是由于中膜肥大所致。详细的病理学分析显示,血管与周围肺实质之间的边界变得不清晰,动脉中层内膜的SMC增大,SMC的细胞核肿胀,并且在SMC的细胞质中产生了液泡[21]。 ]。形态计量学分析确定中位肺血管壁厚度对于COVID-19患者,该值是15.4 µm,对于流感患者,该值是6.7µm,这些值彼此之间存在显着差异[21]。肺血管壁在胸部计算机X线断层扫描中也观察到了COVID-19患者的乳腺增厚[41,42]。因此,这些结果共同表明COVID-19与肺血管壁增厚有关。有必要对这种肺血管壁增厚是否与临床上显着的PAH相关以及是否存在突波蛋白在PAH发病机理中的作用进行研究。 5. 仅包含RBD的SARS-CoV-2突突蛋白不能诱导人类细胞中的细胞信号传导与全长刺突蛋白[26,29]或全长SARS-CoV-2刺突蛋白S1亚基[21]相反,我们发现仅含RBD的蛋白(图1)不会促进细胞信号传导。我们监测MEK活化的Western印迹结果表明,SEM磷酸化的MEK与MEK蛋白的平均比率值为0.05 0.003(未处理),1.90.07(使用全长S1蛋白处理)和0.05 0.003(仅使用RBD处理-含蛋白质)用于人肺动脉SMC;对于人肺动脉内皮细胞而言,分别为0.09 0.006(未处理),0.90 0.06(使用全长S1蛋白处理)和0.10 0.003(仅包含RBD的蛋白处理)[21]。 考虑到BNT162b2和许多其他COVID-19疫苗表达全长刺突蛋白,而仅包含S1和RBD的全长蛋白的不同作用可能很重要,而BNT162b1疫苗仅编码RBD区域[9-20] 。还有其他一些基于RBD的COVID-19疫苗也正在开发中[43]。基于RBD的疫苗可能免疫原性较低,但可能不会影响宿主细胞。因此,考虑到潜在的长期不利影响,他们的风险可能较小。但是,在上述SARS-CoV-1穗蛋白的体内研究中[28],仅包含RBD的缺失突变体也像全长穗蛋白一样使酸诱导的肺衰竭恶化。因此,需要进一步的工作来了解全长刺突蛋白和仅含RBD的蛋白在各种生物过程中的作用。6. 讨论区通常认为,病毒膜融合蛋白的唯一功能是允许病毒结合宿主细胞,以病毒进入细胞,从而释放遗传物质,并进行病毒复制和扩增。地点。但是,最近的观察表明,SARS-CoV-2突突蛋白本身可以触发细胞信号传导,从而导致各种生物学过程。可以合理地假设,在某些情况下,此类事件会导致某些疾病的发病机理。我们的实验室仅测试了SARS-CoV-2峰值蛋白在肺血管细胞以及与PAH的发生有关的蛋白中的作用。但是,这种蛋白质也可能影响全身和冠状血管的细胞,引发其他心血管疾病,例如冠状动脉疾病,全身性高血压和中风。除心血管细胞外,其他表达ACE2的细胞也可能受到SARS-CoV-2峰值蛋白的影响,这可能会导致不良的病理事件。因此,重要的是要考虑由新的COVID-19疫苗产生的SARS-CoV-2突突蛋白触发某些人中促进PAH,其他心血管并发症和/或其他组织/器官并发症的细胞信号事件的可能性。(图3)。我们将需要仔细监控将刺突蛋白引入人体的COVID-19疫苗的长期后果。此外,尽管不会很快获得有关基于刺突蛋白的COVID-19疫苗可能产生的长期后果的人类数据,但必须尽快采用适当的实验动物模型以确保SARS-CoV-2棘突蛋白不会引起任何PAH发病机理或任何其他慢性病理状况的迹象。 图3. SARS-CoV-2刺突蛋白的可能作用。完整病毒的SARS-CoV-2突突蛋白靶向宿主细胞的ACE2,以促进膜融合和病毒进入。 SARS-CoV-2突突蛋白还可以在人细胞中引发细胞信号转导[21,29]。 COVID-19疫苗将刺突蛋白引入人体。除了引起抑制病毒进入的免疫反应外,COVID-19疫苗产生的突触蛋白还可能影响宿主细胞,可能引发不良事件。有必要针对此可能性进行进一步调查。 7. 结论总之,基于SARS-CoV-2穗蛋白的COVID-19疫苗开发的最新进展令人激动,并阐明了如何结束当前的大流行。如果这些疫苗没有表现出任何急性不良反应,它们应该使患有基础疾病的老年人受益。但是,我们需要仔细考虑它们的长期后果,尤其是当将它们用于其他健康的个体以及年轻人和儿童时。除了评估可从感染SARS-CoV-2的个体以及已接受基于穗状蛋白的疫苗的人获得的数据之外,进一步研究SARS-CoV-2穗状蛋白在人细胞和适当动物中的作用型号是保证的。 作者贡献:概念化,Y.J.S .;验证,Y.J.S。和S.G.G .; Y.J.S.调查和S.G.G .;资源,Y.J.S。和S.G.G.;写作-原始草稿,Y.J.S .;写作-审核和编辑,Y.J.S.和S.G.G.;可视化,Y.J.S .;监督,Y.J.S.; Y.J.S.项目管理;资金获取,Y.J.S.两位作者均已阅读并同意该手稿的发行版本。资金:这项研究由美国国立卫生研究院(NIH)资助,授权号R21AI142649,R03AG059554和R03AA026516,资金由Y.J.S.内容仅是作者的责任,并不一定代表NIH的官方观点。利益冲突:作者声明没有利益冲突。资助者在研究的设计中没有作用。在数据的收集,分析或解释中;在手稿的写作中;或决定发布结果。参考文献(展示部分,可至原网站查看全部1~43)1. 黄昌王Y;李旭任丽;赵建胡Y;张丽;范G;徐建顾旭等。中国武汉市2019年新型冠状病毒感染患者的临床特征。柳叶刀2020,395,497–506。 [CrossRef]2. 吴昌;陈旭蔡Y;夏J.周X.徐珊;黄辉;张丽;周X.杜C.等。中国武汉冠状病毒病2019肺炎患者与急性呼吸窘迫综合征和死亡相关的危险因素。 JAMA实习生。中2020年,e200994。 [CrossRef]3. 严河;张Y李Y霞郭Y; Zhou,Q.全长人ACE识别SARS-CoV-2的结构基础。科学2020,367,1444–1448。 [CrossRef]4. 戴,W。他,L。张旭。蒲建沃罗宁(D.江南周Y; Du,L.2019年新型冠状病毒的受体结合结构域(RBD)的表征:对RBD蛋白作为病毒附着抑制剂和疫苗的开发意义。细胞。大声笑免疫2020,17,613–620。 [CrossRef]5. 徐中施力;王Y;张建。黄丽;张成;刘珊;赵鹏;刘华;朱力;等。与急性呼吸窘迫综合征相关的COVID-19的病理发现。柳叶刀呼吸。中2020,8,420–422。 [CrossRef]6. 李宝杨建赵峰;智林;王X.刘力; Bi,Z .;赵燕。中国心血管代谢疾病的流行及其对COVID-19的影响。临床Res。乙二醇。 2020,109,531–538。 [CrossRef]7. 杨建郑Y苟X. 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2021-02-07 16:30:56
心脏骤停中的ECMO:文学叙事回顾
通过 阿曼丁·德·沙里埃(Amandine DeCharrière),本杰明·阿苏林(Benjamin Assouline),马克·谢恩娜塔莉·曼莎(Nathalie Mentha),卡洛·班菲卡里姆·本杰利德(Karim Bendjelid),和拉斐尔·吉罗(RaphaëlGiraud) 1.瑞士日内瓦大学医院重症监护室,1205;瑞士; amandine.decharriere@hcuge.ch(A.D.C.); benjamin.assouline@hcuge.ch(文学士); marc.scheen@hcuge.ch(硕士); karim.bendjelid@hcuge.ch(K.B.) 2.日内瓦大学医学院,1205瑞士日内瓦; nathalie.mentha@hcuge.ch(N.M.);carbanfi@gmail.com(C.B.) 3.日内瓦血液动力学研究小组,1206年,日内瓦,瑞士 4.米兰圣多纳托医院集团心胸外科Sant’Ambrogio医院,米兰大学心脏外科主任,20149意大利米兰 *应与之联系的作者。摘要:心脏骤停(CA)是常见的死亡原因,也是主要的公共卫生问题。迄今为止,常规的心肺复苏术(CPR)是唯一可以有效影响预后的有效复苏方法。体外膜氧合(ECMO)是一项复杂且昂贵的技术,需要专业技术知识。并非所有医院都将其视为护理标准,仅应在大容量医院中使用。 ECMO与CPR结合被称为ECPR(体外心肺复苏),它可使传统CPR难治的CA患者的血流动力学和呼吸稳定。该技术可在保持器官灌注的同时并行治疗CA的潜在病因。但是,目前的证据并不支持在所有难治性CA患者中常规使用ECPR。因此,病人适当选择谁可以从这个过程中受益是关键。通过执行高质量的CPR并促进获得ECPR来减少低血流的持续时间,可以提高难治性CA患者的生存率。确实,受益于ECPR的患者似乎具有更好的神经功能。本篇叙事综述的目的是介绍有关ECPR的最新文献,并阐明其潜在的治疗作用,并对设备及其设置,患者选择过程和患者进行深入的解释。 ECPR后的管理。关键词:体外膜氧合;ECMO;心脏停搏;ECPR 1. 介绍心脏骤停(CA)是主要的公共卫生问题。在北美和欧洲,其发病率约为每100,000例50至100例[1]。心血管病因占记录病例的一半。全世界接受心肺复苏(CPR)的院外心脏骤停(OHCA)患者的30天生存率是全球的10.7%[2]。确实,这种差的存活率引起了人们对传统复苏技术联合方法的开发的兴趣,该方法是通过体外心脏压缩和体外生命支持通过体外体外膜氧合作用除颤(ECMO)。因此,体外心肺复苏已经成为患有CA的患者的救生方法,该CA被认为对常规复苏是难治的。在对CA的主要病因进行调查并提供病因治疗的同时,ECPR有助于维持器官灌注。最近,有证据表明,用ECPR治疗的院内心脏骤停(IHCA)显示有希望的生存率在20%至45%之间波动[3,4]。另一方面,对非住院患者(院外CA:OHCA)进行的研究显示出较差的结果[5]。尽管如此,有关OHCA管理的最新指南详细说明了使用ECPR的可能性,但不是作为常规护理标准。更好的生存率。 IHCA归因于更早实施更好的复苏质量,以及更快地获得ECPR。此外,在研究使用ECPR的研究时,常规心肺复苏(CPR)的时间似乎对生存率有负面影响[6]。当校正低流量期的持续时间时,用ECPR处理的OHCA和IHCA之间的生存差异会消失[7]。因此,通过促进获得ECPR似乎可以缩短CPR时间并改善CA后的生存率[8]。大量研究表明,ECPR在心脏导管室,急诊室和院前环境中的有效性[9-11]。但是,正如最近发表在两篇评论文章中的那样,各中心之间的ECPR计划存在很大差异,并且是缺乏标准化的原因[12,13]。在本文中,作者介绍了CA患者ECPR的最新文献。2. 方法本文针对该文献进行了叙述性综述,而不是系统性综述,重点是ECRP在常规心肺复苏难治性心脏骤停中的作用。它包括2000年至2020年10月底在MEDLINE / PubMed数据库中发表的文章。搜索工具栏集中包括以下术语:“体外膜充氧”或“ ECMO”或“ ECLS”或“ ECPR”和“心脏”逮捕”。总共确定了1552篇可能相关的文章。阅读标题和摘要后,选择了75篇文章进行全面分析。最后,对所包括论文的参考文献进行筛选,以查找在最初的文献搜索中找不到的其他材料,并且不采用语言限制。 3. ECPR的实施地点尽管有国际建议,但复苏程序在一个中心与另一个中心之间有所不同。建立ECPR的后勤方式也有所不同。许多中心建议采用“偷窥逃跑”的方法,用救护车将患者迅速转移到ECPR中心[9,14]。或者,使用能够在OHCA上启动ECPR的移动式紧急复苏单元(SMUR)的“住宿和治疗”态度也已被证明是替代选择[10]。考虑到应该在CA的60分钟内启动ECPR的事实,最佳策略仍有待确定。每个社区的设施和经济医疗服务均起着主要作用。在有或没有紧急医疗服务(EMS)的医疗机构中使用的“隐蔽式运行”方法在ECPR的迅速启动中已显示出局限性[14,15]。在巴黎(法国),EMS于2011年建立了院前ECPR计划。法国其他一些城市(里尔里昂和佩皮尼昂)也使用了类似的计划。与医院启动的ECPR相比,这种方法证明了OHCA后低血流时间的减少,具有相似的ECPR启动时间和并发症[10]。但是,根据Bougouin等人的说法。 [16]在2011年至2018年期间在巴黎诊断的13,000 OHCA中,有525例受益于ECPR的启动,其中389例在医院内,136例在医院外。此外,经历过ECPR的患者和接受常规复苏的患者在死亡率上没有差异。ECPR的启动需要经过专门培训且组织良好的团队。此外,尽管ECPR团队专注于插管过程,但坚定的团队负责人必须监督复苏过程。团队配置会根据当地限制,ECPR提供中心内的组织和可用的人力技能而有所不同。用于心脏适应症的ECMO启动速度不同于呼吸衰竭所需的速度。确实,很少有心脏病病因需要针对基础疾病进行快速治疗(例如,经皮冠状动脉介入治疗(PCI)的急性冠状动脉综合征(ACS)),因此,可大大减少生存所需的循环辅助治疗时间。因此,必须迅速选择实施ECMO。理想地,ECMO作为血液动力学支持在区域转诊中心或综合护理中心进行,可以将其作为晚期心血管疾病的常规管理方法,例如需要PCI的ACS,长期心脏辅助设备和心脏移植的实施[ 17]。这些ECMO中心必须具有可快速部署的协议,这些协议应迅速发挥作用,这是一个多学科心脏小组,由介入心脏病学家,心脏外科医生,心力衰竭专家和强化专家组成,团队中所有其他成员被认为对适当的管理策略[18-20]。重要的是要强调,ECMO是一种短期辅助设备,可用作循环支持,但对潜在疾病的病因治疗没有影响。应及时管理CA的潜在病因,以最大程度地提高康复机会并加快从ECMO的安全撤药。这可能包括但不限于ACS患者的血运重建(经皮或外科手术)[21,22],难治性心律不齐患者的药物或消融治疗以及瓣膜功能不全患者的外科瓣膜手术[23,24]。对于那些不太可能恢复足够的心室收缩功能或无法安全退出VA-ECMO的患者,应考虑早期评估长期心脏支持治疗[25]。除了先进的心血管平台,支持严重肺血管疾病患者的ECMO中心还应获得治疗肺动脉高压的专家[26]。最后,受益于ECMO心脏辅助的患者处于发生肺部并发症的风险中,需要开始高级呼吸支持,例如静脉-静脉ECMO类型,甚至是静脉-动静脉ECMO。这些技术应提供给提供这些机械支持技术的中心[27]。一个中心实施的ECMO数量越多,住院死亡率越低[28]。这表明大量的ECMO参考中心可能具有更好的生存结果[29-31]。对于没有能力实施ECMO的地方和转诊中心,我们提倡在转诊和/或综合中心周围建立区域网络,从而能够部署ECMO流动团队来启动和运送这些患者[32]。如果在CA的背景下由经验不足的本地中心启动ECPR,则患者可能承担次优结果的巨大风险。对于这些中心,我们提倡与三级医疗或区域转诊中心进行正式合作,这些中心应配备并接受过培训以接受这些患者(具有共同的适应症,禁忌症,插管程序和起始标准)[33]。这些策略已成功应用于呼吸ECMO中心[30,34,35]。ECMO中心的最小案件量仍然是争论的话题。在一项研究中,每年处理30例以上ECMO患者的成人中心的存活率明显高于每年处理6例以下ECMO患者的成人(调整后的OR:0.61,95%CI 0.46-0.80。在心力衰竭的背景下实施ECMO[32],但是,目前的证据是基于来自专业水平未指定的中心的回顾性数据。在ECPR中使用ECMO有其自身的挑战。与严重的心源性休克相反,它通常发生在特定的环境(导管实验室,ICU或手术室)中,CA是不可预测的,并且可能发生在医院内的任何地方,包括急诊室,ECPR计划越来越多发展。 ECPR也可以在院前环境中实施。目前,这种新方法正在研究中(NCT03700125,NCT04620070,NCT02527031)[10,13,36]。强烈建议将ECPR计划与经验丰富的医院重症监护病房相联系,这些病房在管理ECMO患者方面经验丰富,并在可能的情况下尽快将患者转移到转诊中心以保证适当的治疗[37]。4. 设置ECPR的设备和技术在CA期间放置ECMO很复杂,需要特定的专业知识。表1列出了实施ECPR所需的设备和安装。ECMO的插管可以通过超声引导下的血管穿刺术和根据标准Seldinger技术的顺序扩张术进行,也可以通过直接的股骨直接入路[ 38]。通过Scarpa三角形切口的外科手术方法是另一种方法。每种技术都有其优点和缺点。本文将不介绍每种技术的细节,但是技术的选择本质上取决于操作员的技能。图1是用于eCPR的外周股股静脉-动静脉ECMO的示意图。表1.实施ECPR(体外心肺复苏)的设备和安装。但是,在一家大学医院进行的ECMO植入手术数量众多的回顾性研究中表明,在814例植入患者(485例外科手术和329例经皮手术)中,经皮途径与局部感染相关性较低(16.5%比27.8) %,p = 0.001),可比的肢体缺血(8.6%vs. 12.4%,p = 0.347),类似的神经系统并发症(2.6%vs. 2.3%,p = 0.779)和更好的30天生存率(63.8%vs 56.3%,p = 0.034)。然而,经皮插管(相对于手术方法)与更多的无瓣膜后血管并发症相关(14.7%vs. 3.4%,p <0.001),主要是需要手术止血的局部出血(9.4%vs.1.5%,p<0.001)。 0.001)[8]。无论使用哪种插管技术,都必须执行超声心动图检查,以确保在安装ECMO之前正确放置了导板和插管[39]。插管的大小是ECPR有效性的关键决定因素。静脉插管直径的适当选择允许对病人的血液引流优化。正确的动脉套管直径可确保向患者令人满意的血液注入[38]。对于成人,建议引流套管最低为23至25 Fr,再注入套管最低为17至19Fr。尽管缺乏关于维持良好器官灌注所需的理想ECMO流量的证据[38]。动脉插管可以完全阻塞股动脉,并引起插管下肢缺血。为了防止这种并发症的发生,提倡将再灌注套管系统地放置在同侧浅表股动脉中。该再灌注套管连接到动脉回路,因此允许对下肢的套管末端进行充分的灌注。这种再灌注策略的放置可以在距初始插管一定距离的位置进行,因此建议尽早放置。该再灌注导管可通过手术或经皮插入超声引导[40]。然后,ICU护士应每小时对脚部灌注进行多普勒监测。 图1.用于ECPR的周围股骨-股静脉-动脉ECMO。 5. 患者选择过程直到最近,难治性CA一直被定义为对30分钟的常规心肺复苏(CPR)无反应的CA [41]。在平均30到40分钟的不成功的CPR之后,通常选择从常规CPR转到ECPR的时间较晚。因此,生存率变化很大。令人信服的证据表明,常规CPR的长度是难治性OHCA的独立预后参数。传统的心肺复苏术时间越长,结果越差,这一时期的CA被称为低流量[7]。最佳情况下,应在CA开始后60分钟内启动ECPR,以使低流量时间保持在60分钟以下[4]。 Kim等。提示从常规心肺复苏转换为ECPR的最佳时间为21分钟[42]。雷诺兹等。有研究表明,心肺复苏16分钟后,具有良好神经学预后的生存率会降低[43]。因此,对于在常规复苏的前10分钟内没有反应的合格患者,应预见ECPR并立即提供。此外,ECPR应该在CA的20分钟内启动,以便ECMO可以尽快为患者提供帮助。但是,就生存率而言,最重要的决定因素是无流量的持续时间,在此期间患者没有接受复苏[44]。当前的建议指出,早期高质量的心脏按压会影响所有其他手术的有效性[45]。因此,至关重要的是,塌陷后应立即开始CPR,以最大程度地减少无流量时间。即使ECPR的年龄上限有所不同,大多数研究仍排除了70至75岁的患者[5,46-48]。心律失常与OHCA患者的死亡率降低相关[49]。初始心率还可以预示更短的无流量持续时间。在最近的研究中,Tanguay-Rioux等人。研究表明,对于2532年的OHCA,令人震惊的初始节律的总体生存率为13.8%至34%。随着无流量持续时间的增加,维持令人震惊的初始节律的可能性降低(调整后的OR:每分钟0.88,95%CI0.85–0.91)。最初有令人震惊的节律的患者中,有94%(95%CI92–96%)的空流量少于10分钟。作者得出的结论是,每过一分钟无流量,出现令人震惊的初始节律的机会就会减少,从而强调了尽早进入除颤的重要性以及及早筛查可能的ECPR候选人的必要性[50]。另一方面,> 90分钟的低流量患者则不太可能受益于ECPR [4]。确实,最新建议建议ECPR应该在CA的前60分钟内开始[45]。 Otani等在最近的一项回顾性研究中对135例难治性CA患者实施了ECPR。研究了预测神经功能预后良好的预后因素。在包括的患者中,有22名(16%)的神经系统预后令人满意。在“令人满意的神经系统进化”组中,低血流时间较短,阈值为58分钟[51]。在低流量期间,CPR的高质量至关重要。[52]为确保这一点,建议监测过期的二氧化碳(EtCO2),这是CA中生存率的有效指标。 EtCO2 <10mmHg似乎与较低的存活率有关。心肺复苏术期间的通气可能导致峰值吸气压力增加,而高吸气压力可能成为肺损伤的来源。后者使提供所需的潮气量以实现足够的通风具有挑战性。机械压缩装置的使用进一步加剧了医疗提供者面临的困难。但是,当前的国际指南均未提供有关在 机械心肺复苏过程中使用的“最佳”机械通气策略的建议。最近对38篇论文的文献进行了回顾,探讨了机械心肺复苏期间的各种通气策略,结果表明,在心肺复苏期间必须确保高FiO2含量,而证据等级较低的证据是,关闭吸气触发并使用PEEP 5 cm H2O有利。在评论中,作者还提出了一种有趣的操作算法,可能值得将来讨论,并且可能具有前瞻性试验[53]。总之,在发生CA的情况下,正确选择可以从ECPR中受益的患者至关重要。选择没有已知主要合并症,持续性令人震惊的心率,尽可能短的无血流时间并在复苏过程中快速实施目标EtCO2> 10 mmHg的高质量CPR似乎是合理的。最近,还提出了独立于心律的“生命体征”(自发运动,呼吸,喘气和瞳孔反射),作为受益于ECPR的患者生存的良好预测指标[9]。最后,在意外体温过低的情况下,难治性CA的特定病例必须通过ECPR可以发挥其作用的特定方案进行特定管理[54,55]。ECPR仅应用于心脏骤停的高度精选患者。此外,适应症和禁忌症可能因医院,心脏骤停小组的经验水平以及ECLS部署的准备程度而异。迄今为止,还没有ECPR的RCT,也没有针对ECPR适应症或患者选择的前瞻性验证标准。然而,当在多种情况下用于心脏骤停时,ECPR有望获得良好的结果(表2)[45,56]。 表2.对于院外心脏骤停启动院内ECPR的有利和不利标准。6. ECPR后的患者管理ECPR后的管理重点是保持足够的器官灌注,恢复具有天然心输出量的搏动性心律。建立足够的体外循环后,可以停止胸部按压。在这一点上,在改善了冠状动脉灌注压力并从体外泵提供了更好的氧气后,可电击性节律的除颤通常更为有效。引入体外循环后,应对高氧血症具有挑战性。为了不对神经和心血管结果产生负面影响,必须对氧气供应进行充分的校准。平均动脉血压(MAP)应保持在65至75 mmHg(专家建议)之间,并在静脉套管内的流量与负压之间保持谨慎的平衡。大多数情况下,使用升压药(去甲肾上腺素)达到目标MAP。侵入性血压监测是强制性的。建议对右radial动脉进行导管插入术,以便在左心功能恢复的情况下预见Harlequin综合征的发生,并允许检测肺源性低氧血症。有时可能需要进行积极的容量复苏(缺血再灌注综合征),以确保有足够的预负荷来支持ECPR。外周静脉动脉ECMO(VA-ECMO)的循环支持是基于通过逆行动脉血流进行的器官灌注[57]。该策略的重要局限性是左心室后负荷的增加[58]。在心源性休克的情况下,难治性CA后常出现这种情况,左心室后负荷的增加会导致心肌缺血的增加,心律失常,肺水肿和血栓形成事件的发生率增加[59-62] 。严重的主动脉瓣反流应作为VA-ECMO的禁忌证,因为左心室超负荷的风险过高。此外,对于轻度至中度的主动脉瓣反流,心室扩张的风险不可忽略[63]。可以将几种干预措施与ECMO结合使用,以减轻左心室(LV)的负荷,从而避免一些与LV后负荷增加相关的并发症[57,61]。然而,在VA-ECMO期间降低左心室后负荷的最佳方法仍然未知。可以像小剂量多巴酚丁胺一样使用正性肌力药物,以确保主动脉瓣打开并最小化左心室输出[64]。后者可通过打开主动脉瓣来优化左心室收缩力,并防止发生急性充血性肺水肿。建议最小脉冲压力至少为10 mmHg。在某些中心,主动脉内球囊泵被认为是护理的标准,而在其他评估中,LV卸载的评估决定了其使用[65]。最后,某些研究小组表明,通过连续轴向流泵(例如Impella®型)卸载LV可以提高VA-ECMO患者的生存率[66]。最近对近4000名患者进行了荟萃分析,其中42%的患者接受了伴随VA-ECMO的左心室卸载设备(主动脉内气囊91.7%,经皮心室辅助设备5.5%,肺静脉插管或左心房间隔2.8%),受益于静脉无负荷装置的患者的死亡率低于未受益于这种装置的患者。 (54%比65%,相对风险:0.79; 95%置信区间:0.72至0.87;p<0.001)。然而,左心室卸载设备的溶血率较高[67]。一旦为患者提供了VA-ECMO的帮助并使其稳定下来,就应该开始对可疑的CA原因进行治疗。如果怀疑是急性冠状动脉综合症,则必须转诊患者进行PCI即时冠状动脉造影。在这组特定的患者中,研究表明冠状动脉病变多发于近端[68,69]。而且,已经表明CA和PCI之间的延迟与生存有关[70]。如果肺栓塞是CA的起源,则应考虑注射肺部CT扫描以确认诊断[71]。超声心动图也可以提供有用的诊断线索[72]。一些研究小组还建议ECMO支持进行原位溶栓或外科血栓切除术[73,74]。其他人则认为ECMO的作用完全归因于患者固有的纤维蛋白溶解,因此,仅应采用肝素治疗来治疗患者[75-77]。最后,颅内出血(ICH)是接受ECMO治疗的成年人的常见并发症,并伴有死亡率增加。在ECMO中治疗ICH代表了促凝和抗凝需求之间的平衡。神经外科治疗与严重的发病率有关,但在某些情况下已经成功[78]。如果怀疑患有ICH,则在随后进行的任何干预措施或ECMO插入术中,必须优先进行脑部CT扫描。查看心脏骤停中的ECMO:文学叙事回顾(结论)点击:查看更多医学文章 使用英文翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:mdpi
2021-02-02 19:50:54
心脏骤停中的ECMO:文学叙事回顾(结论)
查看心脏骤停中的ECMO:文学叙事回顾7. 神经学结果不管插管时的心率如何,ECPR都能优化因室颤和/或心动过速(VF / VT)导致难治性CA患者的器官灌注。通过达到血液动力学稳定性,ECPR可以阻止缺血性病变的发展,而不必获得自发性循环(ROSC)的恢复。因此,它为纠正长时间的心肺复苏过程中出现的严重代谢紊乱提供了时间,并使治疗可能导致难治性VF / TV持续的潜在病因成为可能。这些稳定策略与难治性CA患者的生存改善和令人满意的神经学预后有关[10,69,79]。此外,ECPR能够使患者在36℃的恒定温度下稳定24小时[80]。在明尼苏达大学的ECPR队列研究中,在开始ECMO之前受益于CPR协会(持续20至29分钟)的患者中,有100%的患者神经功能预后良好。常规心肺复苏组的结果微乎其微,其中只有24%的患者存活下来并具有令人满意的神经学预后。与传统的心肺复苏术组相比,心肺复苏术显示了最长98分钟的心肺复苏持续时间。ECMO发作前的缺血性损伤似乎是预测预后的决定性因素。在同一队列中,超过29分钟的CPR,每10分钟的存活率下降25%[81]。先前的研究还表明,CPR的持续时间与ECPR期间的生存之间存在联系[4,16,82]。ECPR可以在延长心肺复苏后提高生存率,但是避免对那些仅使用常规心肺复苏就可以幸免的人造成伤害是值得关注的。 OHCA受益于常规CPR的患者的最新研究表明,由医疗专业人员在最长28至39分钟的CPR中,有幸存的神经系统状态令人满意的患者中有99%接受了ROSC [83-86]。大多数ECPR计划都要求将患者运送到医院植入ECMO。因此,至关重要的是估计传输指示的时间。确实,将患者转移至心脏骤停状态可能会降低复苏的有效性,并有可能阻止某些患者的生存。雷诺兹等。 [85]研究了从观察性研究中收集到的符合ECPR标准的患者中晚期疗法与转运风险之间的关系。他们包括年龄在18至65岁之间的患者,在有证人在场的情况下发生心脏骤停,在10分钟内开始进行心肺复苏,并且没有心搏停止作为最初的心律。他们发现90%的神经功能预后良好的幸存者在21分钟内有ROSC,如果CPR延长至20分钟以上,则存活的神经功能预后良好的可能性为8.4%。作者建议在进行ECPR运输之前,先进行21分钟的标准复苏。在临床实践中,建议立即转运对最初的复苏措施无反应的心脏骤停患者是合理的。实际上,在欧洲的建议中,执行第一批专门的复苏措施大约相当于10分钟。因此,建议将这段时间用于考虑ECPR的运输。如前所述,在“转移决定”和“有效转移”之间加上最短的时间后,可以将转移时间提高到大约20分钟的CPR。一些中心建议使用自动按压板进行胸部按压。但是,在最近的荟萃分析中,证据水平并不表明包括机械式胸部按压设备的CPR算法优于传统的手动胸部按压技术。在无法进行高质量的手动胸部按压或危险的情况下(例如,很少有救生员,低温CA中的救护人员长时间使用CPR,在救护车中,受过训练的医疗服务提供者使用的机械胸部按压器)是手动胸部按压的合理替代品。在血管造影室或ECPR准备期间)[87]。此外,其他研究者表明,在使用装有机翼方法的担架上移动住院的CA患者时,胸部按压可以产生高质量的胸部按压[88]。ECPR成功的时间竞赛对此类协议的实施具有重要意义。对于目前的院前复苏技术,建议建议在实施ECMO治疗难治性OHCA之前,最佳的CPR时间间隔为30分钟。但是,ECPR的生存益处可能会超过60分钟。因此,ECPR程序应旨在在不到30分钟的时间内使可插管的患者数量最大化,而不必排除复苏时间较长的患者。院前护理的未来优化还可以提高与ECPR相关的生存率。院前CPR策略可改善CPR的灌注或减少患者的代谢需求,可延长有效CPR的时间,从而延缓缺血性损伤的发作。院前ECPR的启动也可以提供快速的稳定。迄今为止,最近发表了关于ECPR在OHCA患者中应用的最大研究。它提供了有关该策略有效性的新信息。 Bougouin等。 [16]报道了巴黎大都会地区超过13,000例OHCA病例。在接受常规心肺复苏术的12396名患者中,有8.6%(1061)可以存活出院,而523名ECPR患者中只有8.4%(44)。尝试进行ECPR,但11%(58)的患者无效。 ECPR组中有利于生存的因素包括短暂恢复自发性循环(ROSC)以及ECPR之前的最初令人震惊的心律。应当指出,院前ECPR与入院后接受ECPR的患者相比,与生存率更高(OR 2.9,95%CI 1.5–5.9,p = 0.002)和更有利的神经系统结果(OR 2.9,95%CI 1.3–6.4,p = 0.008)相关。但是,这项研究有很多局限性,包括选择偏见。启动ECPR的决定是由每个临床医生自行决定的,而不是严格按照预先建立的算法,从而提供了大量潜在的混淆因素。 ECPR患者基线描述的差异表明了这一点。目击者较年轻且更倾向于从CPR中受益(81%vs. 49%,p <0.001),但更相关的是,他们接受了超过30分钟的长时间CPR(99%vs. 77%,p <0.001) 。作者试图通过多元分析(OR 1.3,CI 95%0.8-2.1,p = 0.24)或倾向分析(OR 0.8,95%CI 0.5-1.3,p = 0.41)校正已知的混杂因素,但是他们无法确定ECPR是否与医院环境中的生存改善相关。研究亚组之间存在许多差异,尤其是在没有ROSC的患者和具有不可电击节律的患者之间。 ECPR可能在这些亚组中表现出不同的结果,也许将来需要专门研究对其进行研究[16]。更相关的是,未检查神经系统结局和长期生活质量。希望不将分析局限于医院的死亡率,而要分析诸如功能恢复和具有可接受的神经后遗症的长期存活的因素[89,90]。这项研究将继续成为机械支持设备的信奉者,以及他们在改善心脏骤停过程中可能发挥的作用方面。这将刺激该领域的进一步研究,以纠正在患有OHCA的患者中观察到的不良结果。受益于ECPR的患者与接受常规RCP治疗的患者在生存率上没有统计学上的显着差异,这需要重新评估ECPR在OHCA患者中的作用。这最后的出版物确实具有许多品质,包括大量患者,参与小组的功能经验以促进ECPR的迅速实施及其提供“真实”数据的多中心观察设计。最后,ECPR是一种机械支持形式,需要特别复杂和庞大的人力和技术资源组织。它还需要在极端条件下进行插管的从业人员非常高的专业知识。因此,对于维持这些类型的计划至关重要的是,要确保有足够的干预措施,并允许相关专业人员的大量接触,以维持高质量的护理标准。 8. 结论CA仍然是常见的死亡原因和主要的公共卫生问题。迄今为止,常规的心肺复苏术是唯一可用于改善这些患者预后的有效复苏程序。 ECMO是一项复杂且价格相对较高的技术,需要专业知识。因此,它不能在所有医院都使用,而必须在定期执行这些程序的高容量中心进行。ECPR可使传统CPR难治的CA患者获得血液动力学和呼吸稳定,并通过保留器官灌注来开始治疗CA的根本原因。但是,目前的证据并不支持在所有难治性CA患者中常规使用ECPR的建议。因此,似乎关键适当选择那些谁可能会从它的使用中受益患者。这可能包括存在即将死亡风险的患者,这些患者具有专门设计的评分,可以预测与使用ECPR相关的生存获益。使用它的理想好处将是进行足够的复苏,从而促进中长期生存可接受的神经系统结果。最后,通过额外的医院ECPR来最佳管理难治性CA患者的方案仍然是研究的活跃领域。 作者贡献:A.D.C.设计研究,选择文章,收集数据并撰写手稿。 B.A.选择文章,收集数据并撰写手稿。多发性硬化症。写手稿,N.M。收集数据并写手稿C.B.收集数据并写手稿K.B。设计研究并撰写了R.G.设计研究,选择文章,收集数据并撰写手稿。所有作者均已阅读并同意该手稿的发行版本。资金:这项研究没有获得外部资金。数据可用性声明:不适用。利益冲突:作者声明没有利益冲突。参考文献(展示部分文献,可去原文章查看全部)1. 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2021-02-02 20:19:57
咖啡及其成分对胃肠道和脑肠轴的影响
咖啡及其成分对胃肠道和脑肠轴的影响阿马亚·伊里安多·德洪(Amaia Iriondo-DeHond),何塞·安东尼奥·乌兰加(JoséAntonio Uranga),玛丽亚·多洛雷斯·德尔卡斯蒂略(Maria DoloresdelCastillo)和拉奎尔·阿巴洛(Raquel Abalo)引文:A。Iriondo-DeHond;乌兰加(J.A.)马里兰州德尔卡斯蒂略; Abalo,R.咖啡及其成分对胃肠道和脑肠轴的影响。营养素2021、13、88(本文属于《人类健康咖啡和咖啡因消费特刊》)收到:2020年12月9日接受:2020年12月25日发布时间:2020年12月29日 1.西班牙食品科学研究院(CIAL)(CSIC-UAM)生物活性与食品分析系食品生物科学小组,西班牙马德里28049,CalleNicolásCabrera2.消化系统生理病理学和药理学高级研究小组,NeuGut-URJC,卫生科学学院基础卫生科学系,雷亚·胡安·卡洛斯大学(URJC),阿夫达大学。de Atenas s / n,28022马德里,西班牙3.西班牙国家研究委员会药物化学研究所(Unidad Asociada I + D + i delQuímicaMédica研究所,IQM)联合单位,CSIC Consejo Superior de InvestigacionesCientíficas,西班牙马德里28006应与之联系的作者。 摘要:咖啡是全球消费最流行的饮料之一。烘焙咖啡是数千种生物活性化合物的复杂混合物,其中一些具有许多潜在的健康促进特性,已在心血管和中枢神经系统中进行了广泛研究,而对其他人体系统的关注则相对较少,例如胃肠道及其与大脑的特殊联系,称为脑肠轴。这篇叙述性评论概述了咖啡冲泡的效果;其副产品;及其在胃肠道粘膜上的成分(主要涉及通透性,分泌和增殖),负责其运动功能的肠壁的神经和非神经成分以及脑肠轴。尽管有体外,体内和流行病学研究表明,咖啡可能对消化道产生多种影响,包括对粘膜的抗氧化剂,抗炎和抗增殖作用,以及对外层肌肉的促运动作用,但在很大程度上仍然令人惊讶地未知。需要进一步的研究,以了解咖啡对胃肠道某些健康促进特性的作用机制,并将这一知识传递给行业,以开发功能性食品来改善胃肠道和脑肠轴的健康。 关键词:脑肠轴;咖啡因;咖啡;咖啡副产品;膳食纤维;肠溶肠胃;黑色素黏膜肠系膜1. 介绍在过去的几年中,咖啡已从电影中的反派变成了反常的英雄。 1991年,世界卫生组织(WHO)的专门癌症研究机构国际癌症研究机构(IARC)将咖啡归类为“可能对人类致癌”(第2B组)。该评估是基于有关膀胱癌与咖啡摄入量相关的有限证据进行的。 2016年,经过对1000多个观察和实验研究的重新评估,来自10个不同国家的23位科学家得出结论,广泛的科学文献没有显示咖啡消费与癌症之间有关联的证据[1]。因此,咖啡从第2B组(“可能对人类致癌”)转移到第3组(“无法分类为致癌性”)。此外,IARC还发现有证据表明,喝咖啡实际上可以帮助减少某些癌症(结肠癌,前列腺癌,子宫内膜癌,黑色素瘤和肝癌)的发生[1,2]。“咖啡悖论”包括以下事实:咖啡因会升高血压,但喝咖啡却会降低患高血压的风险[3]。实际上,尽管每天喝咖啡与心脏病的患病率降低有关,咖啡饮用者吸烟的趋势[4]。此外,每天适量饮用3-4杯咖啡可延长寿命,降低全因死亡率[5]。饮用咖啡还与代谢疾病(2型糖尿病,代谢综合症,肾结石和不同的肝脏疾病)和神经退行性疾病(帕金森氏症和阿尔茨海默氏病)有基于证据的有益关联[2]。因此,建议饮用咖啡作为健康饮食的一部分[6,7],因为它含有几种具有治疗特性的生物活性化合物[8]。表1显示了生咖啡,烘焙咖啡和酿造咖啡的化学成分。烘焙过程严重影响了生咖啡豆的成分,在烘焙过程中,尤其发生了美拉德反应。该反应减少了游离绿原酸(CGA)的数量,但形成了其他抗氧化剂化合物,例如将CGA掺入其骨架的黑色素(表1)[9]。这些化合物以及在加工过程中形成的其他化合物,可导致烘焙咖啡豆呈棕色,并有助于咖啡的抗氧化能力[10]。另一方面,美拉德反应产生新形成的污染物,例如丙烯酰胺。欧盟委员会表示,可以通过以下缓解措施降低咖啡中丙烯酰胺的含量:控制烘烤条件或用天冬酰胺酶处理[11]。烘焙咖啡是数千种生物活性化合物的复杂混合物,其中一些具有潜在的促进健康的特性,例如抗氧化剂,抗炎,抗纤维化或抗增殖作用[5]。表1.阿拉比卡咖啡生,烘焙,过滤和冷煮咖啡的化学成分。冲泡程序也将影响最终咖啡杯的生化成分(表1)[30]。咖啡冲泡是一种固液萃取,包括研磨咖啡的吸水,热水中咖啡的溶解以及从废咖啡渣中分离出水提取物。许多变量都会影响咖啡杯的组成,例如咖啡颗粒大小,提取时间,压力,过滤器类型和水温等[31]。在过去的几年中,消费者对“冷冲泡”表现出了极大的兴趣,这种冷冲泡是用冷水(室温或冷冻水)煮制长达24小时的咖啡饮料[32]。最近的研究表明,冷热冲泡的咖啡差异很小但很重要,特别是所得咖啡的总抗氧化能力[21]。尽管冷冲泡咖啡中尚未鉴定出黑色素(表1)[33],但水提取温度会导致这些分子的溶解度不同[34]。因此,需要进一步的研究来完成这种流行饮料的化学表征。无论采用哪种冲泡方法,咖啡及其成分都会对人体产生深远的影响,上面已经提到了其中的一些。对于任何其他食物或饮料,胃肠道是与咖啡接触的第一个身体系统,并且确实会发生局部影响。当然,在吸收了不同的咖啡成分后,还会发生其他胃肠道疾病,这些也值得一提。因此,本综述的第一部分着重于咖啡,其副产品及其成分在胃肠道中产生的影响。这些可能影响胃肠道不同器官的肠壁不同成分(即粘膜,肌肉和内在神经)的功能(图1),因此其作用与胃肠道癌,炎症和粘膜有关将讨论功能(通透性,分泌性)以及运动功能。 图1.(A)前胃,空肠回肠(小肠的最长部分)和结肠壁的组织学外观。 (B)在有意识的大鼠中,在给予胃内钡剂后的不同时间点,通过射线照相方法观察大鼠胃肠道的器官。由于大鼠不呕吐,钡只能向肛门方向发展:对比1小时后,可以区分大鼠胃的两个部分(前庭胃和体)以及十二指肠和空肠回肠。对比后4小时,仍然可以部分看到胃和小肠,但是盲肠充满了对比。造影后8小时,几乎看不到胃和小肠,但盲肠充满造影剂,结肠内有一些粪便颗粒。 (C)显示肠神经系统外观的显微图像:组织学切片中大鼠回肠壁内的粘膜下层(SMP)和肌间神经丛(MP)的位置被苏木精/曙红(H / E)染色;解剖粘膜,粘膜下层和环形肌,仅留下纵肌层并附有肌间神经丛的中,右,整装或“片状”制剂(来自豚鼠回肠);对整个制剂进行免疫组织化学处理,以显示所有带有泛神经标记HuC / D的神经元(中),或对神经元一氧化氮合酶(nNOS)具有免疫反应性的神经元的特定亚群,其躯体和神经纤维都可以不是核,可以区分(正确)。 此外,胃肠道通过所谓的脑肠轴(或肠脑轴)在功能上与大脑连接[35]。而咖啡及其影响大脑中的成分已被深入研究,脑肠轴上的成分受到的关注相对较少。但是,关于心理因素与肠道感觉,运动和免疫功能之间的联系,已经积累了大量证据[36]。因此,现在已经认识到,健康的脑肠轴是情绪和情感稳定,对压力的适当反应以及内脏疼痛调节的关键[37]。实际上,人们对肠胃相互作用在胃肠道疾病中重要性的认识的提高甚至引起了胃肠病学领域的发展[38,39]。因此,本篇综述还简要介绍了咖啡,咖啡副产品及其成分对脑肠轴的影响及其在该领域的可能作用。 2.咖啡和胃肠道:专注于粘膜为了理解其假设的刺激或抑制特性及其作用机理,已经研究了咖啡对胃肠道的影响多年。通过众多流行病学研究已经解决了这个问题。尽管有证据表明咖啡可能与某些癌症的风险降低有关,但这些研究主要集中在肿瘤疾病上,结果相矛盾。确实,系统的审查发现咖啡对肝癌,肝细胞癌和乳腺癌具有保护作用。然而,咖啡似乎增加了患肺癌的风险,而咖啡与其他癌症(如胰腺癌,膀胱癌,卵巢癌和前列腺癌)之间的关系尚存争议[40,41]。关于消化道癌症,大多数荟萃分析显示咖啡与结直肠癌(CRC)风险之间存在中等或剂量-反应-负相关[42-48]。特别是,在以色列北部地区[49]或在日本女性中[50],发现咖啡的摄入与CRC风险呈反比关系。此外,最近的一项前瞻性观察性研究包括1171名患者,其中大多数患有转移性CRC,对于每天喝四杯或更多杯咖啡的患者,其生存期最多可增加8个月[51]。在评估有时可能会产生冲突的结果时,与种族或性别相关的差异似乎很重要。因此,Micek等人进行了荟萃分析。 (2019)[52]没有发现咖啡摄入量与CRC风险之间存在关联的任何证据,但当使用混合人群时,在从未吸烟者和亚洲国家中,咖啡摄入与结肠癌风险降低相关,并且与不考虑女性,永不吸烟者和欧洲国家,普通人群患直肠癌的风险增加。同样,对24项关于CRC的前瞻性研究的系统评价和荟萃分析表明,咖啡对男女混合使用以及仅对男人有保护作用。关于种族,在欧洲男性和亚洲女性中发现了重要的保护性联系。不含咖啡因的咖啡在男人和女人中都表现出保护作用[53]。相反,其他研究人员没有发现咖啡的保护性证据。值得一提的是Dik等人进行的EPIC队列研究。 (2014)[54],涉及超过40万欧洲人,并且显示咖啡消费与CRC之间没有关联。 Park等。 (2018)[55]在一项涉及4096名患者的大型前瞻性多种族队列研究中,也未发现CRC与咖啡摄入量之间存在关联。同样,瑞典妇女的前瞻性研究发现,CRC与每天摄入四杯或更多杯咖啡之间没有任何关系[56]。在英国人群中,同一类型的研究还发现咖啡和胃,小肠或结直肠癌之间没有关系[57]。在这方面,胃癌的结果难以评估。一些荟萃分析证实咖啡可以降低患胃癌的风险[58],但在其他情况下,结果却是矛盾的,直接取决于患者的性别[59,60]或所研究的胃部,直接咖啡摄入与胃card门癌之间存在相关性,而影响胃的其他癌症则没有[61]。同样,与食道癌的关系也不清楚,因为有系统的评论认为咖啡摄入量与这种癌症的发病率之间的关系不存在[61,62],或可归因于饮料的温度[63]。 ]。在相反,一项比较咖啡和茶的荟萃分析发现咖啡和食道癌之间存在显着相关性[64]。关于非肿瘤病理的流行病学研究结果也存在争议。一些荟萃分析表明,整体咖啡似乎并不是造成慢性胃食管反流病(GERD)的原因[65],而一项意大利研究则发现咖啡对巴雷特食管(BE)患者有不良影响[66]。相反,在美国进行的一项调查并未发现咖啡摄入与BE风险之间有任何关联[67]。上述可变性可能是由于许多原因造成的,包括性别,种族,生活方式以及咖啡中存在的多种生物活性化合物。实际上,很快就变得很明显,咖啡因被认为是咖啡的主要成分,并不是咖啡中唯一的生物活性化合物。特别是在上世纪下半叶的发现中,即使不含咖啡因的咖啡也会引起胃酸分泌的增加,并降低下食道括约肌的能力[68,69],这导致了对这种情况的调查。其他咖啡衍生化合物的生理作用。如上所述,咖啡的成分取决于许多因素,例如咖啡的来源,制备方法(水蒸气温度,烘烤等),从而对生理和微生物组产生不同的影响[41,70-73]。因此,在动物模型或志愿者体内进行的研究,或在分离的细胞体外进行的,分别评估咖啡中各种化合物的作用的研究,远少于流行病学报告。新陈代谢的种间差异或测试的不同剂量对所得结果有很大影响。但是,尽管仍然不完整并且以某种方式导致矛盾的结果,但是研究咖啡表现出咖啡作用的机理以及引起咖啡作用的特定化合物的努力已经为这个问题提供了一些启示,如下所示。2.1.体外研究2.1.1.咖啡自1980年代以来,已有几项研究调查了咖啡或其衍生物是否具有致癌作用。这些研究确定了各种咖啡制剂中潜在有害的化合物,例如过氧化氢(H2O2)。然而,这些研究是在缺乏过氧化物酶体酶的细菌模型中进行的,因此这种假定的致癌作用不适用于人类。也没有发现咖啡中负责这些潜在有害作用产生的化合物[74,75]。同样,已经在咖啡制剂中研究了抗炎特性,例如咖啡“木炭”,这是一种通过烘烤生干咖啡并将其研磨成粉末而制成的草药。在这种情况下,肠细胞的屏障功能增强,炎症介质如白介素(IL)IL-6,IL-8,肿瘤坏死因子(TNF),甲基接受趋化蛋白1(MCP-1)和前列腺素(PG)E2被抑制[76]。但是,这种制剂还可以保存咖啡中的大多数化合物,因此很难确定引起这些作用的特定分子。顺带一提,将CaCo2细胞(人结肠直肠腺癌细胞系)与常规,过滤,脱咖啡因或速溶咖啡一起孵育会诱导尿苷二磷酸(UDP)葡萄糖醛糖基转移酶(UGT1A)的转录,这是一种间接蛋白质抗氧化性能。在这种情况下,负责这种上调的分子仍然难以捉摸[77]。2.1.2.咖啡因生物碱咖啡因是研究最多的咖啡成分之一[41]。尽管需要很高剂量的咖啡因才能证明它们具有抗氧化特性[78]。相反,当使用生理浓度时,咖啡因通过氧自由基吸收能力测量未显示任何抗氧化活性。但是,使用1-甲基黄嘌呤时,抗氧化活性显着和1-甲基尿酸,是人体中咖啡因的主要代谢产物。这些化合物的抗氧化作用分别相当于抗坏血酸和尿酸产生的抗氧化作用[79]。但是,这并不排除其他机制的参与。结肠细胞系也已用于评估咖啡因的抗炎活性。在有咖啡因的情况下,人结肠直肠腺癌细胞系CaCo2和3T3-L1脂肪细胞的共培养表明,咖啡因抑制炎性细胞因子白介素(IL)IL-8和纤溶酶原激活物抑制剂1(PAI-1)的分泌并降低脂肪在脂肪细胞中积累,而对3T3-L1细胞没有影响[80]。与此相关的是,还共培养了CaCo2,杯状细胞和巨噬细胞细胞系,以研究其对与炎症性肠病(IBD)相关的机制的影响。实际上,最近有关咖啡因的研究倾向于显示相反的结果。此外,在细胞周期从G1到G2的过渡过程中,咖啡因还显示出对RKO细胞放射疗法的敏感性增加[81]。咖啡因还可以与抑制基因磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)协同作用,从而抑制细胞生长并诱导几种人CRC细胞系中的细胞凋亡,而不诱导成纤维细胞中的凋亡。这种作用是通过丝氨酸/苏氨酸激酶(AKT)激酶途径的下调和p44/42MAPK途径的调节而诱导的,即使在没有p53的情况下也是如此[82]。此外,咖啡因抑制在低氧条件下培养的HT29 CRC细胞中的低氧诱导因子1(HIF-1)。它还降低了血管内皮生长因子(VEGF)启动子的活性和IL-8的表达,而IL-8的表达是肿瘤血管生成所必需的。在这种情况下,咖些差异。还必须考虑的是,体外研究可能无法完全反映多细胞生物中的复杂关系,也不能最终反映出体内不同组织的剂量。关于这一点,Guertin等。 (2015)[87]研究了咖啡饮用者中大量的血清代谢产物,发现某些咖啡因相关代谢产物与CRC呈负相关。需要进行体内实验研究,以了解咖啡因与癌症之间确切关联的机制。2.1.3.多酚类多酚是咖啡中存在的其他重要化合物。它们包括不同浓度的CGA,包括奎宁酸和反肉桂酸,咖啡酰奎尼酸(CQAs),尤其是5-O-咖啡酰奎尼酸(5-CQA)以及CGA的一种代谢物咖啡酸(CA) ),是研究最多的[70,73]。多酚在低咖啡因的咖啡和普通咖啡中均具有很强的抗氧化性能,并且还可以与CGA浓度成比例地降低培养成肌细胞中促炎因子的激活,例如核因子-kβ(NF-kβ),其中普通咖啡的效力是低咖啡因的咖啡的两倍[ 88]。同样,赵等。 (2008)[89]证明,5-CQA可能以剂量依赖的方式在人肠上皮CaCo2细胞中阻断H2O2或肿瘤坏死因子受体(TNF-R)激活诱导的IL-8分泌。这些作用很有趣,因为促炎因子的过度表达和活性氧(ROS)的增加与DNA损伤以及重要疾病(例如癌症)的发病机理中涉及的多种细胞信号通路密切相关[41,90]。此外,5-CQA尤其是CA抑制细胞生长啡因可能会通过抑制其磷酸化来抑制诸如细胞外信号调节激酶(ERK1 / 2),p38和AKT等激酶。此外,它还抑制了腺苷A3受体刺激的细胞迁移[83]。咖啡因的这些作用在不同来源的细胞中或与其他分子协同施用时可能不同。因此,咖啡因不能抑制JB6 P上皮细胞系中ERK的磷酸化以及随之而来的表皮生长因子(EGF)和H-Ras诱导的肿瘤转化[84]。同样,咖啡因激活了Colo-205 CRC细胞系中的ERK信号通路,导致抗凋亡蛋白髓样细胞白血病1(Mcl-1)的增加和对紫杉醇的更高耐药性[85]。尽管在这种情况下与咖啡因的孵育仅持续了20小时,但HT-29细胞系却未观察到这种效果[86]。可以考虑细胞系的特殊性,暴露时间和/或测定的咖啡因浓度来解释这HT-29 CRC细胞系从细胞周期的G1期到G2 / M期的过渡[91]。与此相关的是,已经证明CA影响同一细胞系中细胞周期蛋白D1的表达。细胞周期中G1 / S过渡需要细胞周期蛋白D1,而在许多癌症中细胞周期蛋白D1过度表达。该蛋白的水平通过信号转导子和转录激活因子5(STAT5)的过表达以及激活转录因子2(ATF-2)蛋白表达的降低而下调[92]。 STAT5的过表达可能导致细胞凋亡增加,而ATF-2表达降低则可能具有抗癌作用[73]。与咖啡因一样,已证明CA对ERK磷酸化的抑制具有直接作用,其结果是JB6 P1细胞的肿瘤转化的下调[84]。CA还可以诱导细胞凋亡并降低其他结直肠细胞系(如鼠CT26细胞系)以及来自不同来源的细胞系(如白血病或内皮细胞)的侵袭性[73]。相反,崔等。 (2015)[86]没有发现CA或CGA对同一HT-29细胞系具有任何抗增殖作用。然而,在这种情况下,测定的孵育时间较短([86]中为20小时,[91]中为48-96小时)。影响蛋白质表达的另一个重要因素是表观遗传标记。这种调节的关键因素之一是在DNA中添加了甲基。 5-CQA和CA已成为体外DNA甲基化的强抑制剂。当测试更高的浓度时,DNA甲基转移酶的抑制率达到正常值的80%[93]。这种效果的含义尚待确定。最后,多酚还可能对上皮通透性产生一定影响。T84CRC细胞安装在Ussing型腔室中,并在生理浓度的羟基肉桂酸和类黄酮存在下孵育,表明其中一些(例如阿魏酸和异阿魏酸)显着增加了紧密连接复合物的蛋白质表达(zonulin 1( ZO-1)和claudin-4),但减少其他蛋白,例如occludin。相反,CA对ZO-1或occludin的转录没有影响[94]。2.1.4.二萜二萜是脂肪酰基酯,作为咖啡生物活性化合物也引起了人们的注意。它们在咖啡豆和未过滤咖啡中的含量可变,但在过滤和可溶咖啡中的含量很小[41,73]。研究最深入的是卡赫威醇,已被证明是体外细胞活力的有效抑制剂。与咖啡因,CA或CGA相比,HT-29 CRC细胞在以较低的浓度暴露于kahweol后会降低其生存能力。这种作用由促凋亡的胱天蛋白酶3的增加和抗凋亡的Bcl-2和磷酸化的AKT的表达以剂量依赖性的方式介导[86]。还已经在其他结肠直肠癌细胞系(HCT116,SW480和LoVo)中观察到了kahweol的凋亡作用。在这些细胞系中,除了HT-29系外,kahweol还刺激活化转录因子3(ATF-3),该因子已知在CRC中起肿瘤抑制作用,下调细胞周期蛋白D1并增强p53蛋白。抑制ERK1 / 2和糖原合酶激酶3β(GSK3β)激酶可阻断kahweol介导的ATF-3表达[95]。因此,同一作者发现,kahweol在不影响其mRNA水平的情况下降低了细胞周期蛋白D1的浓度。蛋白酶体的降解可能是这种降低的原因,因为蛋白酶体抑制剂阻止了细胞周期蛋白D1蛋白水平的降低。据此,kahweol诱导ERK1 / 2,c-Jun N端激酶(JNK)和GSK3β激酶的激活,导致细胞周期蛋白D1磷酸化,从而导致蛋白酶体降解。在正常结肠细胞系CCD-18-Co中未观察到kahweol的抗增殖作用[95]。另外,kahweol可能会显着减弱热激蛋白70(HSP70)的表达,从而导致细胞毒性作用,这种细胞在与伴侣抑制剂雷公藤内酯醇孵育时会增强[86]。 NF-kβ是与炎症和免疫反应有关的另一个关键调控因子,在许多癌症中均过表达[96]。 Kahweol通过抑制IkB激酶(IKK)活性来阻断NF-kβ的活化。同样,kahweol和cafestol(另一种二萜)均以剂量依赖性方式显着抑制促炎性环氧合酶2(COX-2)蛋白及其mRNA表达[97]。卡瓦酚和咖啡酚的抗氧化特性也有已在非消化性细胞类型(例如肝细胞,神经元或成纤维细胞)中得到证实,在这些类型中,它们对H2O2诱导的氧化性DNA损伤具有高度保护作用,并通过不同的机制(例如诱导细胞保护性酶)产生超氧自由基例如血红素加氧酶-1(HO-1)[98-100]。2.1.5.美拉德反应产物:黑色素最后,在焙烤过程中形成的黑色素表现出有趣的促进健康的特性。确实,咖啡类黑素具有多种生物学活性,例如抗氧化剂,抗微生物,抗龋齿,抗炎,抗高血压和抗糖化活性[10]。可以认为,具有抗氧化性能的黑色素含量取决于烘烤条件[15]。这些抗氧化特性可能高于其他来源,如在体外模拟胃消化模型[101]或其他非消化系统[41,102]中抑制脂质过氧化的能力所表明的。但是,涉及此类功能的确切机制仍有待详细研究。2.2.体内研究2.2.1咖啡在动物中进行的首次研究似乎证明了咖啡的潜在保护作用。确实,已经证明,用咖啡长期喂养啮齿动物在某些情况下(如在胃中)自发性肿瘤的发生率没有增加,但有所减少[103,104]。同样,咖啡可以保护大鼠免受结肠中1,2-二甲基肼等致癌物质的影响,尽管不在小肠中[105],并且还诱导了大鼠抗氧化剂和细胞保护性转移酶UGT1A的14倍诱导作用。转基因小鼠的胃[77]。但是,其作用机理尚未完全阐明。这样,在结肠癌患者中每天喝咖啡超过1杯咖啡与ERK的显着减弱有关,ERK是直接参与结肠癌发展的一种激酶[84]。另一方面,已经发现咖啡消费者和非消费者在与咖啡相关效应有关的基因的DNA甲基化水平方面存在差异。咖啡的潜在表观遗传作用也可能由性激素和细胞类型介导,因为它仅在从未使用过激素治疗的女性中以及从血液而不是唾液中的单核细胞中观察到[106]。咖啡还增加了健康志愿者对蔗糖的通透性,从而与胃粘膜的短暂损伤有关[107]。最后,事实证明,即使每天仅喝3杯咖啡,食用咖啡也会对实验动物和人类的肠道菌群产生影响。大肠杆菌,肠球菌,梭状芽孢杆菌和拟杆菌的数量减少。已经报道了乳杆菌属物种的上调。和双歧杆菌属。人口。在任何情况下,都需要确定咖啡引起的这些变化对微生物群的确切影响[108-110]。点击:查看更多医学文章 查看更多生物学文章 咖啡及其成分对胃肠道和脑肠轴的影响(中 免费试用文档翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:mdpi
2021-01-27 20:14:00
评估情感体验时,儿童优先考虑听到的内容而不是看到的内容
医学快报Ingrid FadelliRoss博士及其同事在研究中使用了BEAST全身表达数据集的图像。表达恐惧的人。图片来源:de Gelder和Jan Van der Stock(frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2011.00181/full)。Colavita视觉优势效应是一种心理观察结果,以1974年首次收集其存在证据的心理学家Francis B. Colavita的名字命名。Colavita观察到,当成年人出现视觉刺激和其他感觉刺激(例如触觉或听觉)时,同时,它们对视觉刺激的反应更大,并且常常不能完全对其他感觉刺激做出反应。Colavita收集的发现表明,对于大多数没有视力障碍的人来说,视觉是最主要的感觉。尽管一些研究表明,在某些情况下(例如,当他们面临潜在威胁时),一些动物和人类会变得更加依赖听觉刺激,但在非威胁性和“情感中性”的情况下,可乐维他效应的发生是现在有据可查。最近,一些心理学家发现,尽管成年人倾向于对视觉刺激做出更多反应,但可乐维达效应可能不适用于儿童。与成年人相反,实际上,儿童在体验周围世界时似乎更依赖听觉刺激。英国达勒姆大学的研究人员最近进行了一项研究,以研究这种作用在不同年龄的儿童中的作用,即反向Colavita效应。他们的论文发表在爱思唯尔的《实验性儿童心理学杂志》上,报告了有趣的新发现,表明当他们试图把握自己经历中的情感方面时,儿童往往更关注听觉刺激而不是视觉刺激。 Ross博士及其同事在研究中使用了BEAST全身表达数据集的图像。一个表达天使的人。图片来源:de Gelder和Jan Van der Stock(frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2011.00181/full)。研究人员之一帕迪·罗斯(Paddy Ross)博士说:“在70年代,科学家发现当同时出现灯光和听觉声调时,成年人表现出视觉优势,并报告了视觉闪光,这就是现在所说的Colavita效应。”进行这项研究的人告诉Medical Xpress。“在儿童中,情况恰恰相反-他们表现出听觉上的优势并报告了音调(被称为反向Colavita效应)。这适用于一些更复杂的语义刺激(动物,噪音等的图片),但我们想知道如果在使用情感信息时仍然可以使用。”在他们的实验中,Ross博士和他的同事使用了其他研究人员编写的两个数据集,并广泛用于心理学研究中:情绪身体刺激(BEAST)数据集和情绪非言语发声(MAV)数据集。他们招募了139名参与者,并根据年龄将他们分为三类:一组年龄在7岁以下的儿童,一组年龄较大的儿童(8至11岁)和一组成年人(18岁或以上)。研究人员为所有参与者提供了成对的音频记录和身体姿势图像,传达了四种主要情感(即欢乐,悲伤,愤怒和恐惧),并要求他们描述他们从刺激中感知到了什么情感。在某些情况下,会同时显示与图像中呈现的情绪相匹配的录音。但是,在其他情况下,这两个刺激是不一致的(例如,一个快乐的人的形象与悲伤的非语言发声的记录成对出现)。Ross博士及其同事在研究中使用了BEAST全身表达数据集的图像。表达妇女的喜悦。图片来源:de Gelder和Jan Van der Stock(frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2011.00181/full)。当一对刺激不一致时,参与者被要求要么忽略图像,要么根据录音做出回应,反之亦然。此外,为所有参与者提供了完全相同的一对刺激,以提高实验的有效性并防止单个刺激影响结果。罗斯博士解释说:“我们发现所有年龄段(8、8-11、18岁以下)的人都可以轻易忽略图像,而专注于声音。” “但是,孩子们发现忽略声音是非常具有挑战性的。他们几次低于机率地表演,所以他们不仅仅是在猜测;声音的情感正在影响他们对情感身体姿势的感知。”Ross博士和他的同事是第一个在情感表达的背景下报告儿童听觉优势的证据。他们的发现可能很快会激发新的研究,进一步研究这种影响的程度(即,多大的听觉刺激会影响孩子对周围环境的理解)。Ross博士及其同事在研究中使用了BEAST全身表达数据集的图像。表示悲伤的女人。图片来源:de Gelder和Jan Van der Stock(frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2011.00181/full)。罗斯博士说:“我们的研究有几个重要的意义,因为它表明当父母与孩子交流并试图用微笑掩饰愤怒或沮丧时,这可能并不重要。” “换句话说,例如,当一个人悲伤时,'戴上幸福的脸'就不可能说服孩子,除非你的声音听起来也很幸福。”罗斯博士认为,这些新发现也可能对教学和教育产生影响。实际上,由于COVID-19大流行,许多儿童目前正在家里学习,他们可能更容易受到听觉干扰。该研究报告的观察结果暗示了儿童家庭中与情感有关的刺激(例如,有关电视上的COVID-19的节目,家庭成员吵架等)可能会影响儿童如何参与或感知其学业的可能性。罗斯博士补充说:“我们已经进行了一些研究,以观察我们可以将观察到的效应推向多远。” “例如,我们将添加情感面孔,并使用情感音乐而不是发声来进行另一版实验。在这种情况下,任何情感刺激都可能足以影响孩子的视觉感知,甚至可能不需要是人类。” 点击:查看更多医学文章 查看更多生物学文章 使用全文翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:phys
2021-02-01 19:25:42
咖啡及其成分对胃肠道和脑肠轴的影响(结论)
3.5.美拉德反应产物:黑色素和丙烯酰胺我们小组进行的另一项胃肠运动的影像学研究评估了先前提到的咖啡银皮水提物中黑色素的作用[178]。咖啡银皮是咖啡豆外层的皮料,约占咖啡樱桃的4.2%(w / w),是咖啡烘焙过程中产生的唯一副产品[179]。咖啡银皮已被提议作为益生元,抗氧化剂和膳食纤维的可持续天然来源[180]。咖啡银皮提取物的抗氧化特性是由于CGA的存在[181],也归因于黑色素在烘烤过程中产生的[182]。黑色素是在美拉德反应的最后阶段产生的高分子量棕色聚合化合物[183],而衍生自咖啡的那些被称为“美拉德化膳食纤维” [184]。因此,在健康的雄性Wistar大鼠中,以1 g/ kg的饮用水剂量在体内研究了纤维效应。 4周后,大鼠通过管饲法接受硫酸钡,然后在0-8小时后拍摄X光片。另外,进行结肠珠排出试验以具体确定对结肠推进的可能影响。与先前关于SCG的研究一致,黑色素加速了小肠的转运(因为暴露于黑色素的大鼠中盲肠的到达速度明显快于对照动物),并且倾向于加速粪便颗粒的形成,尽管这种作用并不明显。有趣的是,来自黑色素组的粪便颗粒倾向于稍大,这可能是由于该组中较高的纤维摄入量所致,从而使粪便颗粒在机械刺激结肠方面稍微更有效。此外,黑色素没有显着改变插入结直肠3 cm的珠子的排出潜伏期,表明在此水平上参与结肠推进的运动因子(内在和外在神经支配,平滑肌和ICC)没有改变。饮食接触咖啡银皮产生的类黑素,它们可能被用作功能性食品成分[178]。有趣的是,Argirova等。 (2010)[185]表明,黑素能作用于肌张力,并可能促进Ca2 +流入分离的胃肌层细胞。因此,这些化合物不仅可以通过纤维作用,而且可以通过胃肠道平滑肌细胞的直接活化来发挥其促动力作用,这需要使用分离的肠道肌肉组织来证实。如上所述,丙烯酰胺是由于之间的美拉德反应而形成的。加热过程中的氨基酸和糖[186],也发生在咖啡烘焙过程中。尽管很难评估人体中丙烯酰胺的饮食摄入量,但一般人群的估计饮食摄入量为每天0.3-0.8 µg /kg体重[187]。这是由于不仅暴露于咖啡,而且还暴露于可能也含有丙烯酰胺的其他食品(薄片,谷物)和工业产品(与聚合物,胶水和纸张有关的那些,水处理和化妆品工业[126])。相关浓度会影响人类健康。尽管消化道是丙烯酰胺吸收的主要途径之一,而且包括咖啡在内的含丙烯酰胺食物的摄入量仍在增长,但几乎没有评估其对ENS神经元的作用,但这很重要因为丙烯酰胺是周围神经系统的毒素。在肠道肌层神经元,平滑肌细胞和神经胶质细胞的共培养模型中研究了丙烯酰胺的影响[188]。在这项研究中,将丙烯酰胺以0.01 mM至12 mM的剂量添加到共培养物中,然后孵育24、96或144 h。与肉毒杆菌毒素A(也在同一系统中进行测试并且仅改变神经元功能)相反,当以0.5–2mM的剂量使用时,丙烯酰胺会破坏肠道神经元结构。在这些剂量下,损伤对轴突结构是选择性的,而不影响存活,而在较高剂量下,神经元的存活显着降低。轴突丢失伴有乙酰胆碱释放减少,这在4 mM时可忽略不计。该机制涉及突触囊泡的合成和功能,但不涉及胆碱的摄取。高剂量的神经元损失主要涉及坏死机制,尽管也证实了非胱天蛋白酶3介导的凋亡死亡的频率较低。有趣的是,还显示出在低剂量丙烯酰胺攻击后,轴突再生是可能的。实际上,在低剂量攻击后的24-96小时内,轴突的生长比对照培养的细胞更快,这表明在最初的破坏性侵害之后,补偿机制的参与。但是,发现神经递质的释放至少要延迟几天才能到达轴突再生长。有趣的是,所描述的所有变化都对神经元具有选择性(与潜在的表型无关),肠神经胶质细胞显然未受到影响[188]。口服给实验动物后,丙烯酰胺也被证明对ENS产生神经毒性作用。早期研究显示ENS的变化,丙烯酰胺治疗的大鼠类似于链脲佐菌素诱导的糖尿病动物,但儿茶酚胺能含量发生改变,降钙素基因相关肽(CGRP)的量减少,血管活性肠肽(VIP)水平相应增加[189]。但是,这些研究并未评估这些变化是否与神经元丢失,轴突变性或功能改变有关。最近,已经在猪模型中研究了丙烯酰胺给药的作用。结果表明,即使低剂量的丙烯酰胺也会影响胃肠道的结构和功能,并引起ENS神经元的显着反应。例如,可卡因和苯丙胺调节的转录本(CART)的表达在应激刺激和神经保护的神经元反应中起着至关重要的作用,特别是在接受低剂量的未成熟母猪的小肠肌层丛中或通过口服途径高剂量的丙烯酰胺治疗28天,这被解释为是对这种病理刺激作出响应的胃肠道神经元保护/恢复过程的一部分[190]。甘丙肽是另一种具有神经保护作用的肽,可调节神经损伤后的存活或再生并发挥抗炎活性[191,192]。因此,在相同的猪模型中,即使在低剂量下,胃中粘膜下层和肌间神经丛的甘丙肽样免疫反应神经元的数量也会增加。此外,对甘丙肽具有免疫反应性的同时对VIP,nNOS或CART具有免疫反应性的细胞的粘膜下层和肌层神经元细胞也有所增加。作者再次将这些发现解释为甘丙肽的神经营养/神经保护作用(可能与VIP,nNOS和CART协同作用)在丙烯酰胺中毒后胃ENS的恢复过程中[193]。该系列的另一篇论文于2019年发表,在猪十二指肠中发现了相似的结果。与以前一样,通过口服途径以低剂量(0.5 µg / kg)的每日剂量使用丙烯酰胺,或以10倍剂量(5 µg / kg)的口服途径使用丙烯酰胺4周。两种治疗均导致对P物质(SP),CGRP,甘丙肽,nNOS和囊泡乙酰胆碱转运蛋白(VACHT)免疫反应的神经元百分比显着增加,尽管高剂量会引起更强烈的变化。在这种情况下,作者给出的解释是,所有这些变化可能都是补偿性的塑性作用,试图保护神经元免受损害并恢复肠道神经元稳态[194]。值得注意的是,尽管丙烯酰胺会在体内和体外激活小胶质细胞,从而导致促炎性细胞因子的释放,并因此导致神经元损伤[195],但肠神经胶质细胞参与由丙烯酰胺诱导的肠道神经元改变尚无明确报道。除上述研究使用肠肌神经元神经元,平滑肌细胞和神经胶质细胞共培养,并且在最后一种细胞类型中未显示任何丙烯酰胺诱导的改变外,尚未进行评估[188]。4.咖啡和脑肠轴如前所述,咖啡是化合物的天然来源(图4),能够在脑肠轴上发挥关键作用[196]。有趣的是,在Pubmed中将“脑肠轴”和“咖啡”组合为关键字时,仅检索了三篇论文(截至2020年11月29日),其中两篇以咖啡与PD的关系为主导(请参见下文)[ 197,198]。另一个是Papakonstantinou等人最近的一项研究。[199],他对40位健康的年轻人(20-55岁)进行了一项随机,双盲,交叉的临床试验(ClinicalTrials.govID:NCT02253628),以研究200毫升含160毫升咖啡饮料的效果mg咖啡因(冷热速溶咖啡,冷浓缩咖啡,热过滤咖啡)对(1)自我报告的胃肠道症状,(2)唾液胃泌素,(3)压力指数(唾液皮质醇)和α-淀粉酶)和心理测量,以及(4)血压。重要的是,参与者是每天的咖啡消费者,并且该研究是在无压力的情况下进行的条件。咖啡对自我报告的焦虑水平没有影响。此外,参与者在与胃肠道阴性症状(例如,腹部不适,腹胀,消化不良和胃灼热),慢性压力和负面情绪有关的所有问题中均得分很低(十分之1),而得分较高(10分钟有9分)关于积极情绪的所有问题。饮用咖啡后,唾液中的α-淀粉酶活性显着提高,仅在摄入后15分钟和30分钟时冷速溶咖啡和过滤后的咖啡之间存在显着差异。不论咖啡类型如何,唾液胃泌素暂时增加,而唾液皮质醇或自我报告的焦虑水平不受影响。但是,在实验期结束时,血压显着升高(但在健康的生理水平内),与咖啡的类型/温度无关。尽管许多研究已经解决了咖啡和咖啡因对心血管和中枢的影响,但Papakonstantinou等人的报告指出。似乎是唯一一项在相同的个体和相同的条件下专门评估它们对整个脑-肠轴影响的研究。因此,证明了在非压力条件下的急性咖啡摄入与胃肠道症状无关,但激活了交感神经系统,与唾液中的α-淀粉酶和血压升高有关,但与唾液皮质醇无关,这被认为是由于可能是咖啡的抗应激作用[199],可能是咖啡因以外的其他咖啡化合物造成的。因此,重要的是,不仅要研究咖啡,还要研究其成分对脑肠轴的影响。图4.咖啡化合物对脑肠轴的影响。缩写:CGA,绿原酸; GABA,γ-氨基丁酸。 4.1.咖啡因咖啡因是咖啡中发现的主要精神活性化合物(表1)。它是从饮食中摄取并吸收到血液中,刺激交感神经系统活动,并容易穿过血脑屏障(BBB),对中枢神经系统(CNS)也具有刺激作用[196,200]。咖啡因通过调节不同的神经元途径对中枢神经系统有影响。因此,在动物和人体研究中,都发现咖啡因暴露后多巴胺能系统发生了变化[201]。不同的研究表明,咖啡因会增加细胞外多巴胺的浓度[202],以及多巴胺能受体和转运蛋白的表达[203],从而导致认知功能障碍和注意力的改善[204]。此外,据报道,咖啡因能够抵抗多巴胺能神经元的丧失,在动物模型中诱导神经保护并减轻神经系统疾病[205],这在PD的背景下可能特别有用。(见下文)。然而,精神分裂症和成瘾中的多巴胺能活性增加。因此,在这些患者中也必须考虑咖啡和咖啡因的作用。重要的是,由于不同的原因,精神分裂症患者的咖啡和咖啡因摄入量相对较高,包括缓解无聊和冷漠的意愿或抗精神病药物的副作用,如镇静或口干[206]。通常,建议这些患者减少咖啡消耗量[207]。另一方面,据报道咖啡因和谷氨酸能信号传导之间可能存在相互作用。长期摄入咖啡因可减轻成年雄性C57BL / 6小鼠的胚细胞诱导的记忆障碍,这与在损伤的不同阶段对谷氨酸兴奋性毒性,炎症,星形胶质增生和神经元丢失的神经保护作用相关[208]。此外,摄入咖啡因还可以减少海马中谷氨酸能神经末梢的丧失,从而恢复糖尿病引起的小鼠记忆功能障碍[209]。此外,发现咖啡因会降低γ-氨基丁酸(GABA)能量系统的活性并调节GABA受体,从而导致神经行为效果[201]。长期摄入咖啡因可能与GABA的长期减少有关[210]。最后,Jee等人的最新评论。 (2020)指出,咖啡因的摄入对男性和女性都有不同的神经和精神病学影响[211],突出了评估性别对咖啡及其成分对脑肠轴影响的影响的重要性。特别是,作者表明,摄入咖啡因可降低女性中风,痴呆和抑郁症以及男性PD的风险。然而,咖啡因对男性和女性青少年都有增加睡眠障碍和焦虑增加有负面影响[211]。4.2.多酚类咖啡也是CGA(表1)的来源,CGA是一种羟基肉桂酸,具有抗氧化、抗菌和抗炎等促进健康的作用[212]。大多数摄入的CGA被水解为CA和奎宁酸,并被肠道微生物群进一步代谢为各种芳香酸代谢物[213]。关于CGA及其代谢物穿越血脑屏障的能力存在争议[214215]。然而,由于其抗氧化和抗炎特性而产生的神经保护作用之前已经被描述过[215]。正如咖啡因所提到的,CA和CGA是具有抗氧化特性和对多巴胺能神经毒性具有神经保护作用的咖啡成分[216,217],已被认为是降低与咖啡消费有关的PD风险的基础[218,219]。有趣的是,PD的主要症状之一是便秘,似乎在PD运动症状出现前10-20年已经出现[220],较低的排便频率预示着未来的PD危机[221]。此外,PD患者和动物模型中会发生神经变性,有力的证据表明PD可从ENS开始并通过迷走神经从那里扩散到CNS [222,223]。在最近的报告中,在鱼藤酮诱导的PD小鼠模型中测试了CA或CGA [224]。在该模型中,将小鼠皮下植入一个渗透微型泵,以2.5mg/kg /天的剂量给予鱼藤酮(相当于通过农药暴露于鱼藤酮的环境水平),持续4周。从鱼藤酮暴露前的第一个星期开始,直至暴露结束,每周5天施用CA(30mg/ kg/天)或CGA(50 g/ kg /天)。处死后评估治疗对中枢多巴胺能和肠神经元的作用,并在鱼藤酮治疗结束后1天进行治疗。此外,将大鼠肠神经元和胶质细胞的培养物暴露于鱼藤酮(1-5nM)或不暴露于CA(10或25 µM)或CGA(25 µM)。值得注意的是,除了对与PD相关的中心结构和细胞(即,黑色素多巴胺能神经元)产生有益影响外,和星形胶质细胞),这证明了CA或CGA的施用至少部分地阻止了鱼藤酮诱导的变化,鱼藤酮既影响了治疗小鼠肠肌层神经丛的神经元,也影响了肠神经胶质细胞。重要的是,所有这些作用均在体外复制。确切的机制尚不清楚,但有人建议CA和CGA预处理或CGA预处理可以增强神经胶质细胞的活性,从而响应鱼藤酮的暴露而产生抗氧化分子。尽管所使用的CA和CGA剂量可能比喝咖啡的人每天摄入的CA和CGA剂量高2-5倍,但结果显然令人鼓舞。实际上,作者建议,尽管CA和CGA对胃肠蠕动的影响,也许有可能使用一种以食物为基础的有前途的神经保护治疗策略来改善PD的运动症状和非运动症状,例如便秘。在本报告中未作具体评估[224]。在编写此手稿的最后阶段,Rogulja小组发表了一份报告[225],该报告显示,睡眠的有益效果与肠道健康之间有着关键的联系。他们证明严重的睡眠不足会导致果蝇和小鼠的肠道(而非大脑)中的ROS积累,这与果蝇的死亡有关(睡眠受限的短暂周期无法证明这一点)也在老鼠中)。重要的是,可以通过口服抗氧化剂化合物或通过抗氧化剂酶的肠道靶向转基因表达来预防所有这些作用。许多人使用含咖啡因的咖啡来保持清醒,尽管咖啡因可能有助于失眠[211],但咖啡的抗氧化剂成分(如褪黑素,这是Rogulja和合作者在上述研究中使用的抗氧化剂之一,[225])可能会阻止积聚。避免肠道中的ROS,避免自愿睡眠限制的有害作用。4.3.氨基酸及其衍生激素天然存在于咖啡中的化合物之一是色氨酸(Trp),它是饮食中必须提供的必需氨基酸。色氨酸通过钠依赖性中性氨基酸转运蛋白,钠依赖性中性氨基酸转运蛋白(B0AT-1)吸收,需要通过与血管紧张素转化酶2(ACE2)的相互作用来稳定色氨酸[226]。色氨酸的吸收导致分泌α-防御素,富含半胱氨酸的阳离子肽,对多种细菌和其他微生物具有抗生素活性,从而使饮食中的Trp成为肠道菌群稳态所必需的[227,228]。重要的是,Trp的异常吸收(可能是由于慢性应激期间ACE2的细胞表面下调所致[229]或被严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)[230]感染)导致的表现结肠炎,例如腹泻[231]。这种氨基酸对于维生素B3(烟酸)的合成也是必不可少的,这种维生素的缺乏会导致糙皮病,这种疾病的特征在于腹泻,炎症和蛋白质营养不良,并伴有皮肤和中枢神经系统表现[232]。重要的是,最近的研究还表明,烟酸缺乏症可能与阿尔茨海默氏症,帕金森氏症和亨廷顿氏症有关;认知障碍;或精神分裂症[232]。一旦Trp被消化道吸收并从肠道吸收,它就可以在循环中使用(大部分结合白蛋白)并穿过BBB参与CNS中的5-羟色胺合成[233,234]。血清素是一种神经递质,可调节不同的生理方面,例如行为,学习,食欲和葡萄糖稳态[235]。全身5-羟色胺的百分之五是脑源性的[235],而大多数5-羟色胺(95%)是由胃肠道ECs中的Trp产生的[233]。 EC在胃肠道粘膜中充当感觉转导成分。进食,腔内扩张或传入迷走神经刺激后,EC释放5-羟色胺,其主要靶点是包括迷走神经在内的初级传入神经元的粘膜投射[236]。膳食和外周血清素不能穿过血脑屏障,这意味着与脑源性血清素相比,外周血清素具有不同的功能[235]。外周血清素通过作用于胰腺参与葡萄糖和脂质稳态的调节肝细胞和白色脂肪细胞上的β细胞[235]。血清素也参与内脏疼痛,分泌物的分泌和蠕动反射的调节,并改变在许多不同的精神疾病中也可以检测到这种激素的水平。某些胃肠功能紊乱的症状可能是由于中枢神经系统活性失调,外周水平(肠)失调或通过神经内分泌免疫刺激而两者结合(脑肠轴)引起的。另外,一些研究表明血清素在肝脏中的促纤维化作用,表明它与血小板衍生的生长因子协同作用可刺激肝星状细胞增殖[237]。从大脑中Trp合成的另一种神经递质是褪黑激素[238]。褪黑素在昼夜节律的控制中起着至关重要的作用,它还是一种强大的自由基清除剂和抗氧化剂[239]。咖啡是褪黑激素的来源,但该化合物在人体中的生物利用度较低(约3%)[240],咖啡因可降低内源性夜间褪黑激素水平[238],对睡眠时间和睡眠质量有重要影响[211]。 ]。GABA是CNS的主要抑制性神经递质,通常在许多大脑区域中以高浓度存在。在绿色咖啡豆中也可以找到它(表1)。尽管尚不清楚GABA穿过BBB的能力[241],但其止痛,抗焦虑和降压特性可能是由于对胃肠道受体,循环GABA或一定量的GABA可能通过胃肠道的局部作用所致。 BBB [196,242]。4.4.美拉德反应产物:黑色素膳食纤维和黑色素(后者也称为美拉德化膳食纤维[184])同样存在于咖啡中(表1),并在肠道甚至大脑中具有促进健康的特性。膳食中的黑色素与纤维相似,可以逃避胃肠道的消化,到达结肠,并成为肠道菌群的底物[243]。在肠道中,膳食纤维会增加粪便体积,有助于正常的肠功能和加速肠道运输[244]。不可消化的碳水化合物被微生物群发酵成SCFA,这些代谢物被归因于几种健康影响[196]。奇怪的是,对雄性Tsumura Suzuki肥胖糖尿病(TSOD)小鼠(一种代谢综合征的公认小鼠模型)进行的研究表明,咖啡因和CGA在每天服用这些化合物16周后,改善了血浆SCFA的分布。但是,在这项研究中,咖啡没有任何作用,可能是因为咖啡成分中的膳食纤维含量因品牌而异[245]。SCFA影响胃肠道上皮细胞的完整性,葡萄糖稳态,脂质代谢,食欲调节和免疫功能,并能够穿过血脑屏障[246]。有趣的是,人类研究报告称,膳食纤维可以从SCGs中分离出来,并具有生时作用[247],除了可以促进短期食欲和减少能量消耗[248]。此外,最近对14位健康受试者进行的一项随机交叉研究报告说,早餐时食用的咖啡类黑素减少了每日的能量摄入并调节餐后血糖和其他生物标志物[249]。5.结论咖啡是许多化合物的复杂可变混合物,其作用可能根据其来源,加工,生物利用度以及可能的协同和/或拮抗作用而变化。流行病学研究表明,咖啡冲泡可能对消化道产生多种影响,包括对粘膜的抗氧化剂,抗炎和抗增殖作用以及对肌肉层的促运动作用。但是,与其他人体系统和功能(即心血管系统,CNS)已知的形成鲜明对比的是,迄今为止积累的有关咖啡和特定咖啡衍生化合物对胃肠道整体或胃肠道影响的知识尽管胃肠道是第一个与摄入咖啡接触的身体系统,但事实上,整个器官中的不同器官以及对整个肠道壁中不同细胞类型所发挥的特定作用机制都非常缺乏。 。此外,咖啡及其衍生物对脑-肠轴健康(从情绪到神经变性)的影响直到最近才得到解决。咖啡被公认为是全球最受欢迎的饮料之一,也是交易量最大的产品,每天有数百万人消费咖啡[250]。此外,咖啡厂Coffee sp.。提供的功能远远超过传统饮料,其副产品,包括咖啡花,树叶,果肉,果壳,羊皮纸,生咖啡,银皮和SCG,已成为新功能食品的诱人潜在原料来源[251] 。希望,目前对咖啡和咖啡副产品的浓厚兴趣将有助于获得有力的科学证据,以阐明其在胃肠道中促进健康的特性的作用和作用机理。此外,有针对性的功能性食品可能很快就会开发出来,以专门保护或改善胃肠道和脑肠轴的健康。 作者贡献:概念化,R.A .;写作-原始草稿,A.I.-D.,J.A.U.,M.D.d.C.,R.A .;写作-审查和编辑,R.A。和M.D.d.C .;资金获取,R.A。和M.D.d.C.所有作者均已阅读并同意该手稿的发行版本。资金:项目“咖啡行业可持续发展的新知识”由法国国家调查委员会(CSIC)资助(201970E117); “针对结肠直肠癌患者的风险状况和全球福祉的新成分和有益食品的生产(TERATROPH,IDI-20190960)”和“新型咖啡副产品饮料,可实现脑肠轴的最佳健康( COFFEE4BGA)”由科学和创新部(PID2019-111510RB-I00)资助。机构审查委员会声明不适用。知情同意声明不适用。数据可用性声明数据共享不适用。致谢感谢YolandaLópez-Tofiño和Gema Vera在记录X射线图像和整个图像时所提供的技术帮助。利益冲突作者宣称没有利益冲突。缩略语[Ca 2+ ] i细胞内游离Ca 2+5-CQA5-O-咖啡酰奎尼酸ACF异常隐窝灶ACE2血管紧张素转换酶2层次分析法超极化后AKTAP丝氨酸/苏氨酸激酶Akt动作电位资料库蛋白激酶BATF-2激活转录因子2ATF-3激活转录因子3B 0 AT-1BBB钠依赖性中性氨基酸转运蛋白血脑屏障是巴雷特食管认证机构咖啡酸钙2+cAMP环磷酸腺苷单磷酸钙大车可卡因和苯丙胺调节的转录本注册会计师绿原酸CGRP降钙素基因相关肽国际会议钙诱导的钙释放中枢神经系统中枢神经系统COX-2环氧合酶2品质保证咖啡酰奎尼酸CRC大肠癌C反应蛋白C反应蛋白工商管理硕士二甲基苯并蒽DSS葡聚糖硫酸钠欧共体肠嗜铬细胞EGFENS表皮生长因子肠神经系统ERKf-EPSP细胞外信号调节激酶,快速兴奋,突触后电位加巴γ-氨基丁酸格尔德胃食管反流病GSK3βGST糖原合酶激酶3β谷胱甘肽S-转移酶他苏木精/曙红HIF-1缺氧诱导因子1HO-1血红素加氧酶-1HSP 70IARC热休克蛋白70国际癌症研究机构IBD炎症性肠病国际刑事法院卡哈尔间质细胞IKKIkB激酶白介素白介素iNOS诱导型一氧化氮合酶JNKMAPKMcl-1MCP-1c-Jun N-末端激酶促分裂原活化蛋白激酶髓样细胞白血病1甲基接受趋化蛋白-1SAPK应激激活蛋白激酶梅克·明格MAPK / ERK激酶N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍MP肠神经丛ND没有检测到核因子-kβ核因子-kβ氮氧化物一氧化氮合酶没有一氧化氮NR没有报告PAI-1纤溶酶原激活物抑制剂1局部放电帕金森氏病PTENPG磷酸酶和张力蛋白同源前列腺素PhIP2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4,5- b ]吡啶ROS活性氧RP静息潜力RyRryanodine受体层次分析法超极化缓慢SARS-CoV-2严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2美国足协短链脂肪酸SCG用过的咖啡渣EPS缓慢的兴奋性突触后电位SMP粘膜下丛SPP物质spp。STAT5TNF-R物种信号转导子和转录激活子5肿瘤坏死因子受体坏死因子肿瘤坏死因子TOPK色氨酸淋巴因子激活的杀手t细胞起源的蛋白激酶样蛋白色氨酸UDPUGT1A尿苷二磷酸UDP葡萄糖醛酸转移酶VACHT水泡乙酰胆碱转运蛋白血管内皮生长因子血管内皮生长因子贵宾血管活性肠肽WHO世界卫生组织ZO-1zonulin-1参考文献(可至原文查看)1. 鲁米斯,D。 K.Z. 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2021-01-28 18:38:54
咖啡及其成分对胃肠道和脑肠轴的影响(中)
2.2.2.咖啡因对于特定的化合物,例如咖啡因,其浓度(如前所述)根据咖啡品牌和制备方法的不同而有很大变化,这使得很难以人群为基础评估咖啡因的摄入量[41]。咖啡因在胃和小肠中迅速吸收,并已提出通过改变诸如2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑基(4,5-b)吡啶(PhIP)等致癌物的代谢来降低癌症风险。在大鼠中显示。 PhIP是一种胺,人类从熟肉和鱼中强烈暴露于该胺中,因此,它与CRC有关。关于这一点,已经证明咖啡可以增加参与PhIP解毒的酶的表达,例如谷胱甘肽S-转移酶(GST)[111]。结果,咖啡因减少了PhIP引起的结肠畸形隐窝灶(ACF)肿瘤前病变的数量[112]。有趣的是,一项针对人类健康志愿者的研究表明,通过过滤谷胱甘肽浓度,未过滤的咖啡引起了大肠黏膜的解毒能力和抗诱变特性的增加[113]。然而,重要的是要注意,当PhIP的致癌作用与高脂饮食结合时,细胞增殖增加,而咖啡因却无法阻止它,这是解释流行病学研究时要考虑的因素[114]。同样,在由N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍(MNNG)诱导的大鼠CRC模型中,咖啡以不依赖咖啡因的方式减少了发育不良的隐窝的发生,尽管脱咖啡因的咖啡和咖啡因均降低了炎症压力, DNA损伤[115]。相反,先前对MNNG和NaCl诱导的大鼠胃癌发生模型的研究表明,咖啡因治疗可抑制腺体胃粘膜脂质过氧化,从而减少胃肿瘤[116]。咖啡因剂量,给药方式和肿瘤诱导方法的差异可能解释了这些矛盾的结果。2.2.3.多酚类关于多酚,研究回肠造口术的对象,Olthof等。 (2001)[117]确定,大约三分之一的CGA被小肠吸收。其余的多酚到达结肠,由于微生物的作用,其中的多酚通过分解产生更简单的分子,因此,很少有吸收的分子保留咖啡中存在的母体CQA的结构。因此,微生物作用对于酚的吸收是必需的,但是单个微生物组本身也被它们调节[70,72,118]。结果,最终被吸收的CQA衍生物是多种多样的。尚不清楚它们是否能预防或诱导细胞损伤,并且由于对体内CGA作用的研究数量非常有限,因此尚不清楚它们在体内的总体作用[41,73]。无论如何,CA可能与癌症代谢的减少有关。Kang等。 (2011)[84]显示,在CA施用后,通过输注CT-26结肠癌细胞在小鼠中引起的肺转移受到抑制。 CA强烈抑制有丝分裂原激活的MAPK /ERK激酶(MEK1)(一种蛋白激酶,其组成性激活导致细胞转化)和TOPK(一种在CRC中高水平表达的丝氨酸/苏氨酸激酶和ERKs激活剂)的活性。 CA以非竞争性方式直接与MEK1或淋巴因子激活的杀伤性t细胞起源的蛋白激酶样蛋白(TOPK)结合。 2.2.4.二萜在体内测定的第三组生物活性化合物是二萜类咖啡因和卡威醇。这些化合物在大鼠中充当针对PhIP的化学保护剂。在这种情况下,与对照组相比,结肠中PhIP-DNA加合物的形成减少了54%。同样,在二甲基苯并(a)蒽(DMBA)处理后,这些二萜减少了仓鼠颊癌的发生[119]。卡赫威醇和咖啡酚的作用似乎取决于饮食中这些化合物的持续存在,因为它们在去除后是可逆的。这些脱毒作用可能是由甘蔗酚和咖啡甾醇诱导GST和其他代谢酶(例如UGT1A)的能力介导的。通过这种方式,已经表明,摄入二萜会导致大鼠产生GST的2.5倍诱导和UGT1A的剂量依赖性增加[99,120]。在小鼠中,卡夫酚似乎比咖啡甾醇更有效地诱导GST [121]。通过直接防止致癌物-DNA结合而引起的卡哇尔醇和咖啡甾醇的化学保护作用也不应丢弃[99]。这些二萜对人的作用的研究很少,但是据报道血清中总胆固醇的增加[122]。然而,商用咖啡中咖啡酚和卡威醇的浓度变化使人们难以回答以下问题:在食用中等量咖啡而不引起高胆固醇血症的人中,是否可能在动物中观察到有益的作用。尽管考虑到高胆固醇血症和模型动物体内酶诱导所需剂量之间的差异,这个问题仍然悬而未决,但在不增加胆固醇水平的情况下,也有望对人类产生有益作用[99]。2.2.5.美拉德反应产物:黑色素和丙烯酰胺美拉德反应是咖啡烘焙过程中发生的主要化学事件。由于美拉德反应,因此在咖啡烘焙过程中会产生黑色素。如上所述,黑色素具有广泛的有益特性。在葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的IBD小鼠模型中,虽然尚未阐明涉及的确切机制,但已显示出其暴露于黑素素与减轻炎症之间的相关性[123]。研究它们在模型动物中是否可重现其抗氧化剂和金属螯合活性,抗微生物活性,调节结肠菌群的能力以及体外抗高血压活性(见上文),将是有趣的。最后,值得一提的是,黑色素在体内具有膳食纤维的作用,在很大程度上不被人类消化并在肠道中发酵[41,102]。黑色素可能是结肠健康的重要因素,因为它们的摄入量可能达到每日建议膳食纤维摄入量的20%[15]。在下一节中,将重点讨论咖啡及其成分对胃肠动力的影响,对此将进行更深入的讨论。由于在食品加工的此步骤中使用的高温,在咖啡烘焙过程中还会产生丙烯酰胺。吸收后,很大一部分丙烯酰胺在代谢上转化为具有化学反应性和遗传毒性的缩水甘油酰胺。丙烯酰胺是一种非常易溶的致癌物,已被证明会在实验动物的多个器官部位引起肿瘤,但在消化器官中不会引起肿瘤[124]。有趣的是,迄今为止,流行病学研究未能提供证据表明,人体暴露于丙烯酰胺后,大多数类型癌症的风险增加[124,125]。然而,丙烯酰胺对胃肠道上皮不是没有影响,因为一些实验动物(大鼠)的报告显示,口服4周后,胃样品中血管充血,粘膜糜烂,保护性表面粘液耗竭以及广泛的炎症浸润30 mg / kg的丙烯酰胺,由于严重的氧化应激,表现为脂质过氧化和胃组织中抗氧化酶的耗竭显着增加,以及诱导型一氧化氮合酶(iNOS)产生的一氧化氮(NO)产量较高)归纳[126]。3.咖啡和胃肠道:专注于运动功能胃肠蠕动是一个复杂的过程,涉及不同的要素。与运动功能直接相关的元素是平滑肌,在所有胃肠器官中都有两层:圆形(内层和较厚)和纵向层(外和较薄)(它们的名称指的是运动方向)。它们的平滑肌细胞,围绕或沿着胃肠道的纵轴;胃有一个额外的斜肌层。内外肌层之间是肌层神经丛,它是直接影响胃肠运动功能的肠道神经系统部分(ENS,胃肠道的内在神经支配)[127]。在肌层神经丛中,不同的肌层神经元亚群参与不同运动模式的产生,例如蠕动反射,即基本运动模式,由于口腔的收缩和鼻腔的松弛,使得腔内内容物向远侧发展。圆形肌肉,以及纵向肌肉长度的协调变化。肠神经胶质细胞(以前被简单地认为是神经元的支持细胞,但现在被认为具有重要的信号传导功能)也可以协同运动[128]。此外,位于肌肉层和肌间神经丛内不同水平的Cajal间质细胞(ICC)起到起搏器的作用并产生定型的活动模式(即慢波[129])。此外,来自自主神经系统的外在神经支配(属于其副交感神经支的迷走神经和骨盆神经,以及属于交感神经支配的内脏神经),以及肠壁内分泌的激素(来自肠嗜铬细胞(EC),L细胞)等),或通过不同来源的血流到达肠壁外源性内分泌腺,通常被认为是胃肠道运动功能的重要调节剂。最后,免疫细胞(尤其是肥大细胞[127,130])和微生物群可能分别产生和释放介质和代谢物,它们可能会显着改变运动性,或者有助于维持健康的肠道或促进肠道疾病的发展。一般而言,咖啡及其成分对胃肠道运动功能的影响以及所涉及的具体机制几乎没有得到评估。3.1.咖啡冲泡对胃肠动力的影响尽管在世界范围内广泛使用咖啡,但令人惊讶的是,仅很少评估了这种饮料对胃肠运动功能的影响,特别是与其他系统(例如心血管和中枢神经系统)相比时。很快证明咖啡可以降低食道括约肌压力[131],并刺激胃分泌[69]。两种作用都可能导致或加剧胃灼热,这是咖啡中最常见的作用。这可能是由于直接刺激食道粘膜或促进GERD引起的[132],这可能有利于Barrett食道(BE)的发展(见上文)。与等渗对照溶液相比,使用恒压器发现咖啡可以延长近胃的适应性松弛时间,表明它可能会减慢胃排空[132]。但是,其他使用闪烁显像术或应用潜在体层摄影术的研究表明,对部分人的胃部运动功能甚至加速胃排空没有影响[132-135]。这些矛盾的结果可能是由于方法上的差异,包括参与者的选择(健康或消化不良)或用于研究的咖啡饮料的类型[132]。尽管喝咖啡和功能性消化不良有早期关联[136],但后来将其归因于与患者特征相关的研究偏见(较高的肥胖[137],更注意其症状[138])。确实,尽管近端胃具有放松作用,但咖啡并没有改变胃壁的顺应性,壁张力或感觉功能[139]。尚未证实与消化性溃疡疾病有关[132]。含咖啡因的饮料(75-300 mg)被证明可引起小肠剂量相关的分泌[140],尽管咖啡本身对钠和水的运输没有显着影响,可能是由于其他食物的补偿作用所致。咖啡成分[141]。尽管普遍认为咖啡有利于腹泻,但对空肠和回肠液分泌的影响与小肠转运的改变无关[140]。 Orocecal过境研究也没有发现咖啡与对照溶液相比有任何显着效果[135]。但是,这些结果可能是由于使用乳果糖作为评估运输的底物,因为该化合物本身会加速运输,并且可能掩盖了咖啡的可能作用[132,142]。在一项早期研究中,使用射线照相技术显示,喝咖啡和低脂早餐会导致胆囊收缩,与普通和含咖啡因的咖啡相似[143]。多年后,尽管没有使用对照饮料作为对照,但超声检查也证实了常规咖啡的使用[144]。使用更好控制实验设计的进一步研究证实,含咖啡因和脱咖啡因的咖啡会诱导胆囊收缩素释放和胆囊收缩[145],这可以解释为什么有症状胆结石的患者经常避免喝咖啡。关于结肠运动,很快发现,无论咖啡因与否,咖啡都会促进至少三分之一的人口(主要是女性)排便的欲望,这与直肠乙状结肠运动功能的增加有关。此外,人们发现这种增加是在喝咖啡后(无论是否含咖啡因)在4分钟后发生的,而不是在喝热水后发生的。由于(不加糖的)咖啡不含卡路里,并且其对胃肠道的影响不能通过其体积负荷,酸度或重量克分子渗透压浓度来证明,因此很快就认识到它必须具有药理作用[132]。因此,这些发现被解释为由咖啡因以外的咖啡成分间接介导,其通过作用于胃中的上皮受体或小肠会触发胃肠道反应,当时推测是由于胆囊收缩素或其他激素的释放[146]。有趣的是,这些结果得到了非卧床结肠手术的进一步支持[147]。在一项针对12名健康志愿者的研究中,将探针放置在横结肠中段,第二天评估了四种不同饮料的效果:不加糖的黑咖啡,不加糖的无咖啡因咖啡,1000大卡餐和水。含咖啡因的咖啡可显着提高结肠运动能力,包括传播和同时收缩,分别比水和无咖啡因的咖啡分别高60%和23%,与进餐的效果相似。含咖啡因的咖啡和餐食(但不含咖啡因的咖啡)均产生强烈的胃结肠反应,但在这种情况下未检测到性别的明显影响。与水相比,咖啡使传播性收缩增加50%,这表明这种饮料可能会刺激运动,并伴有腹部绞痛,肠胃气胀和排尿的发生,从而证实了人们普遍认为咖啡刺激结肠运动活动。含咖啡因的咖啡的效果类似于前30分钟的进餐效果,尽管持续时间较短(1-1.5小时对2-2.5小时)。不含咖啡因的咖啡似乎也能增强结肠运动活性,但效果不如含咖啡因的咖啡,并且似乎仅在记录的较近的结肠部位才发挥这种作用。不论哪种咖啡,摄入后的短暂反应时间再次被解释为是由于间接机制的介入,可能是小肠介导的神经体液反应,因为咖啡的胃排空发生在15- 20分钟[148]。作者承认,所涉及的特定分子尚不清楚,但提到了不同的可能性,例如胆囊收缩素,外啡肽(咖啡中存在阿片类分子),胃泌素或胃动素,以及咖啡中所含其他活性成分可以添加自己对肠道平滑肌的直接作用。重要的是,作者认为,咖啡所显示的效果可能对诸如慢行便秘等结肠疾病患者有益,但可能对腹泻或大便失禁患者有害[147]。在这方面,Gkegkes等人最近发表了一篇系统综述和荟萃分析,其中他们评估了咖啡预防术后肠梗阻的潜在作用的证据[149]。术后肠梗阻是一个重要的并发症的手术,管理尚未优化。这种临床相关问题的根本原因是多方面的,包括手术操作本身、阿片类镇痛药、炎症、电解质波动以及自主神经功能和胃肠激素系统失衡[150151]。尽管术后肠梗阻通常可以自行解决,但由于延迟出院,术后肠梗阻是一个重要的临床和经济负担,尤其是住院费用[152]。除其他措施外,促动力药物(阿维莫泮、ghrelin激动剂、新斯的明和5-羟色胺受体拮抗剂)、口香糖、胃涂鸦和咖啡也用于治疗。作者关注咖啡,发现四个随机对照试验符合他们的研究条件,其中三个涉及结肠直肠手术[153–155],只有一个涉及妇科手术[150],共341名患者(每个研究的样本量为58–114名患者)。对156例患者术后给予咖啡治疗。最显著的结果是:(1)与对照组相比,咖啡没有显著增加并发症;(2)咖啡显著减少了直到第一次排便的时间,以及对固体食物的耐受时间、第一次胀气和第一次排便的时间;(3)在治疗方面没有发现显著的影响住院时间。不含咖啡因的咖啡被证明可以缩短开始排便的时间[155],这表明咖啡因对咖啡的效果不是必需的,而且有人认为CGAs和类黑素可能有作用[15]。两者都显示出抗氧化作用,而黑色素可能有助于纤维效应咖啡抗肠梗阻的性质(见下文)。此外,作者提出在脱咖啡因过程中可能会形成其他化学活性剂[149]。其他可能有助于咖啡发挥积极作用的机制与咖啡中某些化合物的抗炎作用有关。在这些方面,C-反应蛋白(CRP)水平作为术后第一天,取下鼻胃管后喝咖啡的患者与未喝咖啡的患者相比,术后并发症的指标显着降低。此外,在该研究中,较低的CRP水平与开始排便的时间减少,以及术后并发症的发生率和住院时间的减少有关,特别是在患有右结肠肿瘤的患者中[155]。这项荟萃分析的另一个重要结论是,与阿尔威莫m(一种外周类鸦片拮抗剂)相比,该药也显示出降低与手术相关的阿片类药物使用的便秘影响的良好结果[156,157],咖啡可能是一种较便宜的治疗策略。取得可比的结果[149]。与其他使用咖啡的研究一样,作者强调的局限性包括所用咖啡的质量和数量上的差异,参与者人数少以及患者和手术的异质性。总的来说,可以说到目前为止进行的评估咖啡对人的影响的研究相对较少,参与者的数量相对较少,并且主要是健康的(除了与术后肠梗阻有关的研究之外),在咖啡中的异质性很高。使用的咖啡种类和方法质量不太高。此外,与研究特定咖啡成分的效果相反,没有发现使用咖啡本身来测试运动相关参数的动物研究,这将在下面讨论。3.2.咖啡因体外研究主要测试了咖啡因的药理作用非常复杂。因此,咖啡因是一种非选择性腺苷能拮抗剂。此外,在许多细胞类型中,咖啡因通过ryanodine受体(RyR)从内部存储中释放钙(Ca2 +),并通过抑制磷酸二酯酶的活性来增加环磷酸腺苷(cAMP)的含量[158]。有趣的是,咖啡因已被用作研究沿胃肠道运动功能参与的肠壁不同成分的收缩和/或电学特性的工具[159],包括肌间神经丛(神经元和神经胶质细胞),平滑肌细胞和ICC以及它们对细胞内钙动力学的依赖性。咖啡因在胃肠道平滑肌中体外产生的作用已使用不同的技术进行了测试,包括记录器官浴中平滑肌条(还包含肌间神经丛和ICC)的收缩活性,以及培养的单个平滑肌的电生理记录。肌肉细胞。在这些实验中,咖啡因的作用表现为剂量依赖性,低剂量(0.1–0.3 mM)放松,高剂量(> 0.3 mM)产生短暂收缩,然后松弛[160]。此外,相对较高剂量(1-10 mM)的咖啡因会抑制来自不同物种(包括人空肠)的不同胃肠组织中的慢波(由ICC产生)[161]。此外,尽管早期有报道说咖啡因对神经胶质细胞没有作用[163],但最近的研究表明,咖啡因浓度为0.01 mM时,在小鼠结肠的所有肌层神经胶质细胞中均会立即产生持续的Ca2+响应,从而证实它们具有ryanodine-敏感的Ca2 +存储[164]。因此,咖啡因可能以相对低的剂量调节神经胶质细胞功能,进而可能通过与肌层神经元的协调反应而对胃肠运动活动产生影响。已经使用培养的分离的神经元/神经节或整装制剂研究了咖啡因对肌层神经元的影响(见图1和2)。在培养的肌层神经元中,咖啡因显示出浓度依赖性地以定量和饱和的方式刺激细胞内Ca2 +释放,这些细胞通过去极化诱导的Ca2 +增加而被补充。已证明这种作用对RyR拮抗剂ryanodine,dantrolene和procaine敏感,但不涉及cAMP磷酸二酯酶抑制作用[163]。但是,咖啡因可释放的对yananodine敏感的钙存储并不是胞质Ca2 +存储和钙的唯一子集。在咖啡因作用达到最大程度的Fura-2加载的肌层神经元中应用ionophore ionomycin后,细胞内游离Ca2 +([Ca2 +] i)进一步增加[163]。这些研究在培养的肌层神经元/神经节中的一个重要缺点是,尽管清楚地观察到了对咖啡因(以及对其他药物)的反应的异质性,但很难确定肌层神经元的功能亚群,这表明它可能会影响不同的神经元亚型[163]。 图2.肌层神经元的细胞内记录。一种固定的整装制剂,经过免疫组织化学处理以显示Calretinin阳性神经元,用于说明如何使用电流钳电生理方法记录肌层神经元的电活动。豚鼠回肠整装制剂中的Calretinin免疫反应性可以区分肌间神经丛的不同成分:主要成分,包括肌间神经节和结节间链;沿周向延伸的次要分支;以及第三神经丛,即与兴奋性纵向肌肉运动神经元衍生的轴突相对应的细神经网[165]。细胞内记录电极以绿色(右)表示-该电极允许记录神经元电活动,并通过去极化或超极化连续或脉冲电流对细胞进行直接细胞内刺激,并进行标记物注射以使受刺神经元能够免疫组织化学处理后可视化。红色(左)表示用于局灶性细胞外刺激的电极。将其放置在结节周围神经链的顶部。如果股线携带突触在神经元突触上的轴突(以虚线表示),则局灶性刺激(表示为红色爆炸符号)将导致神经递质从轴突末端释放,并在突触神经元上突触后电位(见图)。 3用于肌层神经元的形态和电生理分类。为了评估药物对肌层神经元特定亚群的影响,使用整装制剂是更好的选择。整个准备工作是附有肌间神经丛的纵向肌肉的“薄片”。剖开其他肠壁层,即粘膜,粘膜下层和环形肌,以促进肌内神经元电活动的细胞内记录。此外,这些实验通过在固定后使用免疫组织化学方法在记录过程中通过细胞内注射标记物来标记刺入神经元的形态及其化学密码,从而定义了刺入神经元的形态(图2)。在这些实验中,证明了对ryanodin敏感的钙存储在肌电神经元的特定亚群中起特别重要的作用,其神经电生理特征(在整装制剂中)高度依赖于[Ca2 +] i,即所谓的AH / II型神经元(图3),被确定为内在的初级传入神经元[166]。从形态上讲,这些是具有平滑体细胞的多极神经元,并投射到粘膜和其他肌层神经元。在电生理上,这些神经元的特征在于动作电位(AP)相对较宽(即它们的下降阶段) AP显示“驼峰”,其后是两个超极化(AHP)。尽早的(ms)AHP;以及持续时间较长(4–20 s)的AHP [166]。与心肌细胞相似,广泛的AP归因于钠和钙通过电压门控通道的流入。重要的是,AP期间Ca2+的进入与从RyR敏感存储释放的[Ca2+] i的瞬时增加有关,这会增加钙的流入。钙诱导的钙释放(CICR)进而通过钙操纵的钾通道导致钾外流,这是这些神经元缓慢AHP的基础。因此,已经提出依赖活动的CICR是根据感觉输入强度对AH神经元输出进行分级的一种机制。此外,AH神经元显示出相对较高的[Ca2+] i静息水平,通过涉及钾流出的相同间接机制,它们保持较低的静息电位并降低其兴奋性[167]。 图3.肌间神经元的形态和电生理特征及咖啡因对AH/II神经元的影响。通过使用图2所示的细胞内记录方法,可以区分两类主要的肌间神经元。根据形态学(左),神经元被分为第一型(上)或第二型(下)。这些神经元大体上分别对应于电生理类型S和AH。S神经元的APs较短,而AH神经元的APs较宽,依赖于Na~+和Ca2~+的进入,在AP的下降期由于Ca2~+的进入而呈现“驼峰”。S神经元对单焦点电刺激的反应具有快速兴奋性突触后电位(f-EPSPs),这在AH神经元中是不存在的,尽管这两类神经元都可能对具有缓慢兴奋性突触后电位(S-EPSPs)的焦点刺激序列作出反应。最后,由于K+外流依赖于ryanodine依赖储存释放的细胞内游离Ca2+([Ca2+]i)的增加,AH神经元呈现s-AHP。这种s-AHP被咖啡因增加和延长,使这些神经元,这是内在的外周神经传入,不易兴奋。缩写:AP,动作电位;f-EPSP,快速兴奋性突触后电位;RP,静息电位;s-AHP,超极化后缓慢;s-EPSP,缓慢兴奋性突触后电位。浅灰色块,带点边框,刺激伪影;红色爆炸符号,焦点刺激。有趣的是,咖啡因激活AH肠系膜神经元会导致其兴奋性降低,这是由于从依赖于赖氨酸的储库中释放的[Ca2 +]i增多以及随之而来的钾介导的超极化[167,168]。目前尚不清楚如何将其转化为体内作用,但重要的是要记住,AH/ II型肌层神经元将投射延伸至粘膜,咖啡因可能直接激活它们,从而导致这些体外研究提示了间接抑制作用。3.3.多酚类伍德和合作者使用肠内神经元和CA的细胞内记录作为了解与食物过敏有关的分泌性腹泻的病理生理基础的工具[169]。抗原引起的肥大细胞在小肠和大肠中的脱粒开始立即的(I型)超敏反应,其特征是粘膜分泌过多[170]和肌肉组织的强收缩[171],它们对河豚毒素和阿托品敏感,这意味着这些反应暗示了ENS的参与。然后,暴露于抗原会触发协调的免疫神经防御程序反应,以消除抗原性威胁,从而转化为水样腹泻,粪便紧迫和腹痛[172]。在Wood等人的研究中,CA是一种5-脂氧合酶抑制剂[173],能够部分抑制豚鼠小肠中β-乳球蛋白诱导的粘膜下神经元的过度兴奋。食物过敏相关的过敏反应模型[169]。因此,该研究表明白三烯参与了粘膜下神经元对食物抗原的分泌反应。然而,据我们所知,到目前为止,尚未对食物过敏背景下CA对肌间神经元的体外作用进行测试。值得注意的是,CA和CGA可能在帕金森氏病(PD)包括ENS方面发挥重要的神经保护作用,这在第4节中进行了讨论。但是,据我们所知,据我们所知,尚未在PD的临床前模型或患者中改变这些多酚对胃肠动力的潜在影响。3.4.膳食纤维膳食纤维也存在于咖啡中。我们的小组评估了胃内施用钡剂后的放射照相方法对两种被提议作为膳食纤维天然来源的咖啡衍生副产物对体内大鼠胃肠道运动性的影响(图1B说明了此程序)。在其中之一中,进行了不同的实验以评估速溶咖啡渣(SCG)的性质[174]。在第1、14和28次胃内SCG给药后进行了胃肠动力研究。该产品在小肠(由于大鼠盲肠的到达速度明显快于对照大鼠)和结肠(由于粪便颗粒的形成在暴露于SCGs中的速度也比在溶媒中更快)加速了运输。治疗的动物)。但是,这种作用仅限于在第一次SCG剂量后的第一次放射照相期间,而在第14或28剂剂量后并不明显。因此,尽管在任何动物中均未发现运动能力受损的迹象,但SCG给药后急性产生的膳食纤维效应似乎伴随着耐受性的发展。该研究表明,SCG的急性促动力作用可能受到短链脂肪酸(SCFA)的影响,短链脂肪酸已被SCGs发酵过程中结肠菌群从中浓咖啡和深色烘焙咖啡豆中以高于10 mM的浓度释放出来。 [175],SCFA(10-200 mM)刺激结肠运动[176]。有趣的是,另一种咖啡副产品咖啡银皮的水提取物也可能显示膳食纤维的作用,因为用咖啡银皮提取物发酵28天的大鼠粪便中的总SCFA较高[177]。尽管仍然需要确定其对胃肠动力的精确体内影响,但它可能与其中存在黑素有关(请参阅第3.5节)。点击:查看更多医学文章 查看生物学文章 咖啡及其成分对胃肠道和脑肠轴的影响(上) 咖啡及其成分对胃肠道和脑肠轴的影响(结论) 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:mdpi
2021-01-27 20:35:41