Objective: The purpose of this study was to evaluate the protection of glutamate (GLU) against the impairment in intestinal barrier function induced by lipopolysaccharide (LPS) stress in weaned pigs. Methods: Twenty-four weaned pigs were divided into four treatments containing: i) non-challenged control, ii) LPS-challenged control, iii) LPS+1.0% GLU, and iv) LPS+2.0% GLU. On day 28, pigs were treated with LPS or saline. Blood samples were collected at 0, 2, and 4 h post-injection. After blood samples collection at 4 h, all pigs were slaughtered, and spleen, mesenteric lymph nodes, liver and intestinal samples were obtained. Results: Dietary GLU supplementation inhibited the LPS-induced oxidative stress in pigs, as demonstrated by reduced malondialdehyde level and increased glutathione level in jejunum. Diets supplemented with GLU enhanced villus height, villus height/crypt depth and claudin-1 expression, attenuated intestinal histology and ultrastructure impairment induced by LPS. Moreover, GLU supplementation reversed intestinal intraepithelial lymphocyte number decrease and mast cell number increase induced by LPS stress. GLU reduced serum cortisol concentration at 4 h after LPS stress and downregulated the mRNA expression of intestinal corticotropin-releasing factor signal (corticotrophin-releasing factor [CRF], CRF receptor 1 [CRFR1], glucocorticoid receptor, tryptase, nerve growth factor, tyrosine kinase receptor A), and prevented mast cell activation. GLU upregulated the mRNA expression of intestinal transforming growth factor β. Conclusion: These findings indicate that GLU attenuates LPS-induced intestinal mucosal barrier injury, which is associated with modulating CRF signaling pathway.
Background/Aims: Intestinal barrier dysfunction is a hallmark of inflammatory bowel diseases (IBDs) such as ulcerative colitis. This dysfunction is caused by increased permeability and the loss of tight junctions in intestinal epithelial cells. The aim of this study was to investigate whether estradiol treatment reduces colonic permeability, tight junction disruption, and inflammation in an azoxymethane (AOM)/dextran sodium sulfate (DSS) colon cancer mouse model. Methods: The effects of $17{\beta}$-estradiol (E2) were evaluated in ICR male mice 4 weeks after AOM/DSS treatment. Histological damage was scored by hematoxylin and eosin staining and the levels of the colonic mucosal cytokine myeloperoxidase (MPO) were assessed by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). To evaluate the effects of E2 on intestinal permeability, tight junctions, and inflammation, we performed quantitative real-time polymerase chain reaction and Western blot analysis. Furthermore, the expression levels of mucin 2 (MUC2) and mucin 4 (MUC4) were measured as target genes for intestinal permeability, whereas zonula occludens 1 (ZO-1), occludin (OCLN), and claudin 4 (CLDN4) served as target genes for the tight junctions. Results: The colitis-mediated induced damage score and MPO activity were reduced by E2 treatment (p<0.05). In addition, the mRNA expression levels of intestinal barrier-related molecules (i.e., MUC2, ZO-1, OCLN, and CLDN4) were decreased by AOM/DSS-treatment; furthermore, this inhibition was rescued by E2 supplementation. The mRNA and protein expression of inflammation-related genes (i.e., KLF4, NF-${\kappa}B$, iNOS, and COX-2) was increased by AOM/DSS-treatment and ameliorated by E2. Conclusions: E2 acts through the estrogen receptor ${\beta}$ signaling pathway to elicit anti-inflammatory effects on intestinal barrier by inducing the expression of MUC2 and tight junction molecules and inhibiting pro-inflammatory cytokines.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Indole-3-propionic acid (IPA) is a tryptophan-derived microbial metabolite that has been associated with protective effects against inflammatory and metabolic diseases. However, there is a lack of knowledge regarding the effects of IPA under physiological conditions and at the intestinal level. MATERIALS/METHODS: Human intestinal epithelial Caco-2 cells were treated for 2, 24, and/or 72 h with IPA or its precursors - indole, tryptophan, and propionate - at 1, 10, 100, 250, or 500 μM to assess cell viability, integrity, differentiation, and proliferation. RESULTS: IPA induced cell proliferation and this effect was associated with a higher expression of extracellular signal-regulated kinase 2 (ERK2) and a lower expression of c-Jun. Although indole and propionate also induced cell proliferation, this involved ERK2 and c-Jun independent mechanisms. On the other hand, both tryptophan and propionate increased cell integrity and reduced the expression of claudin-1, whereas propionate decreased cell differentiation. CONCLUSIONS: In conclusion, these findings suggested that IPA and its precursors distinctly contribute to the proliferation, differentiation, and barrier function properties of human intestinal epithelial cells. Moreover, the pro-proliferative effect of IPA in intestinal epithelial cells was not explained by its precursors and is rather related to its whole chemical structure. Maintaining IPA at physiological levels, e.g., through IPA-producing commensal bacteria, may be important to preserve the integrity of the intestinal barrier and play an integral role in maintaining metabolic homeostasis.
In this study, we aim to investigate the precise alterations in the gut microbiota during the onset and advancement of diabetic nephropathy (DN) and examine the impact of Ruminococcus gnavus (R. gnavus) on DN. Eight-week-old male KK-Ay mice were administered antibiotic cocktails for a duration of two weeks, followed by oral administration of R. gnavus for an additional eight weeks. Our study revealed significant changes in the gut microbiota during both the initiation and progression of DN. Specifically, we observed a notable increase in the abundance of Clostridia at the class level, higher levels of Lachnospirales and Oscillospirales at the order level, and a marked decrease in Clostridia_UCG-014 in DN group. Additionally, there was a significant increase in the abundance of Lachnospiraceae, Oscillospiraceae, and Ruminococcaceae at the family level. Moreover, oral administration of R. gnavus effectively aggravated kidney pathology in DN mice, accompanied by elevated levels of urea nitrogen (UN), creatinine (Cr), and urine protein. Furthermore, R. gnavus administration resulted in down-regulation of tight junction proteins such as Claudin-1, Occludin, and ZO-1, as well as increased levels of uremic toxins in urine and serum samples. Additionally, our study demonstrated that orally administered R. gnavus up-regulated the expression of inflammatory factors, including nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor pyrin domain-containing protein 3 (NLRP3) and Interleukin (IL)-6. These changes indicated the involvement of the gut-kidney axis in DN, and R. gnavus may worsen diabetic nephropathy by affecting uremic toxin levels and promoting inflammation in DN.
Park, Wonjin;Baek, Yi-Yong;Kim, Joohwan;Jo, Dong Hyun;Choi, Seunghwan;Kim, Jin Hyoung;Kim, Taesam;Kim, Suji;Park, Minsik;Kim, Ji Yoon;Won, Moo-Ho;Ha, Kwon-Soo;Kim, Jeong Hun;Kwon, Young-Guen;Kim, Young-Myeong
Biomolecules & Therapeutics
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v.27
no.5
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pp.474-483
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2019
Vascular endothelial growth factor (VEGF) plays a pivotal role in pathologic ocular neovascularization and vascular leakage via activation of VEGF receptor 2 (VEGFR2). This study was undertaken to evaluate the therapeutic mechanisms and effects of the tetrapeptide Arg-Leu-Tyr-Glu (RLYE), a VEGFR2 inhibitor, in the development of vascular permeability and choroidal neovascularization (CNV). In cultured human retinal microvascular endothelial cells (HRMECs), treatment with RLYE blocked VEGF-A-induced phosphorylation of VEGFR2, Akt, ERK, and endothelial nitric oxide synthase (eNOS), leading to suppression of VEGF-A-mediated hyper-production of NO. Treatment with RLYE also inhibited VEGF-A-stimulated angiogenic processes (migration, proliferation, and tube formation) and the hyperpermeability of HRMECs, in addition to attenuating VEGF-A-induced angiogenesis and vascular permeability in mice. The anti-vascular permeability activity of RLYE was correlated with enhanced stability and positioning of the junction proteins VE-cadherin, ${\beta}$-catenin, claudin-5, and ZO-1, critical components of the cortical actin ring structure and retinal endothelial barrier, at the boundary between HRMECs stimulated with VEGF-A. Furthermore, intravitreally injected RLYE bound to retinal microvascular endothelium and inhibited laser-induced CNV in mice. These findings suggest that RLYE has potential as a therapeutic drug for the treatment of CNV by preventing VEGFR2-mediated vascular leakage and angiogenesis.
Ulcerative colitis (UC) is an inflammatory bowel disease (IBD) that is currently difficult to treat effectively. Both Bacillus natto (BN) and ginseng-soluble dietary fiber (GSDF) are anti-inflammatory and helps sustain the intestinal barrier. In this study, the protective effects and mechanism of the combination of B. natto JLCC513 and ginseng-soluble dietary fiber (BG) in DSS-induced UC mice were investigated. Intervention with BG worked better than taking BN or GSDF separately, as evidenced by improved disease activity index, colon length, and colon injury and significantly reduced the levels of oxidative and inflammatory factors (LPS, ILs, and TNF-α) in UC mice. Further mechanistic study revealed that BG protected the intestinal barrier integrity by maintaining the tight junction proteins (Occludin and Claudin1) and inhibited the LPS/TLR4/NF-κB pathway in UC mice. In addition, BG increased the abundance of beneficial bacteria such as Bacteroides and Turicibacter and reduced the abundance of harmful bacteria such as Allobaculum in the gut microbiota of UC mice. BG also significantly upregulated genes related to linoleic acid metabolism in the gut microbiota. These BG-induced changes in the gut microbiota of mice with UC were significantly correlated with changes in pathological indices. In conclusion, this study demonstrated that BG exerts protective effect against UC by regulating the LPS/TLR4/NF-κB pathway and the structure and metabolic function of gut microbiota. Thus, BG can be potentially used in intestinal health foods to treat UC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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