Impact of Proanthocyanidins on Intestinal Dysfunction Induced by Nutritional or Chemical Agents

Abstract

El tracte intestinal és un lloc d'interacció amb microorganismes i factors ambientals potencialment nocius. En aquest sentit, un alt consum de components majoritaris de la dieta occidental com la fructosa i els greixos saturats s'ha associat amb la disfunció intestinal (disrupció de la funció de barrera i inflamació) i l'entrada d'endotoxines bacterianes amb efecte proinflamatori en la circulació. Addicionalment, una alta concentració d'endotoxina en plasma (endotoxemia metabòlica) es vincula amb la síndrome metabòlica. Així, l'intestí està emergint com un blanc terapèutic per a la prevenció i tractament de malalties. Les proantocianidines (PACs) són compostos fenòlics naturals amb potent efecte antiinflamatori en la mucosa intestinal d'acord amb evidència preclínica. Per tant, l'administració de PACs és prometedora com a estratègia terapèutica complementària, però la seva eficàcia s'ha de confirmar en humans. El principal objectiu de la present tesi doctoral va ser avaluar l'impacte d'un extracte de PACs de la pinyol de raïm (GSPE) en models preclínics de disfunció intestinal i explorar la seva efectivitat en l'humà. Trobem que una dieta estil occidental (dieta de cafeteria) indueix disfunció intestinal en rates i que l'alteració de permeabilitat al còlon contribueix en gran mesura a la endotoxemia metabòlica. Aquests efectes van ser atribuïts parcialment a altes concentracions luminals de fructosa i van poder ser revertits amb dosis farmacològiques de GSPE in vivo. Finalment, contrastem aquests resultats amb evidència derivada d'un model humà ex vivo de disfunció colònica. En aquest model vam poder replicar la reducció de permeabilitat i la millora de l'estat inflamatori reportats in vivo. En conclusió, l'administració de GSPE pot millorar la disfunció intestinal i la endotoxemia metabòlica associada. Les dosis efectives en humans són probablement farmacològiques i hauran de ser establertes en estudis clínics posteriors.

El tracto intestinal es un sitio de interacción con microorganismos y factores ambientales potencialmente dañinos. En este sentido, un alto consumo de componentes mayoritarios de la dieta occidental como la fructosa y las grasas saturadas se ha asociado con la disfunción intestinal (disrupción de la función de barrera e inflamación) y la entrada de endotoxinas bacterianas con efecto proinflamatorio en la circulación. Adicionalmente, una alta concentración de endotoxina en plasma (endotoxemia metabólica) se vincula con el síndrome metabólico. Así, el intestino está emergiendo como un blanco terapéutico para la prevención y tratamiento de enfermedades. Las proantocianidinas (PACs) son compuestos fenólicos naturales con potente efecto antiinflamatorio en la mucosa intestinal, de acuerdo con evidencia preclínica. Por consiguiente, la administración de PACs es prometedora como estrategia terapéutica complementaria, pero su eficacia debe ser confirmada en humanos. El principal objetivo de la presente tesis doctoral fue evaluar el impacto de un extracto de PACs de la pepita de uva (GSPE) en modelos preclínicos de disfunción intestinal y explorar su efectividad en el humano. Encontramos que una dieta estilo occidental (dieta de cafetería) induce disfunción intestinal en ratas y que la alteración de permeabilidad en el colon contribuye en gran medida a la endotoxemia metabólica. Estos efectos fueron atribuidos parcialmente a altas concentraciones luminales de fructosa y pudieron ser revertidos con dosis farmacológicas de GSPE in vivo. Por último, contrastamos estos resultados con evidencia derivada de un modelo humano ex vivo de disfunción colónica. En este modelo pudimos replicar la reducción de permeabilidad y el mejoramiento del estado inflamatorio reportados in vivo. En conclusión, la administración de GSPE puede mejorar la disfunción intestinal y la endotoxemia metabólica asociada. Las dosis efectivas en humanos son probablemente farmacológicas y tendrán que ser establecidas en estudios clínicos posteriores.

The intestinal tract is a site of interaction with microorganisms and potentially detrimental environmental factors. The high intake of fructose and saturated fats typical of the Western diet has been associated with intestinal dysfunction (disruption of barrier function and inflammation) and an increased influx of proinflammatory bacterial endotoxins into the systemic circulation. In turn, high concentrations of plasma endotoxins (metabolic endotoxemia) are a precursor to the onset of metabolic syndrome. In view of the above, the intestine is emerging as a target for disease prevention and therapy. Proanthocyanins (PACs) are naturally occurring phenolic compounds with remarkable anti-inflammatory properties in the intestinal mucosa, according to preclinical studies. Thus, PAC administration is a promising adjunctive therapeutic strategy for the treatment of intestinal dysfunction, but its efficacy in humans is yet to be confirmed. The main objective of this doctoral thesis was to evaluate the impact of a grape-seed PAC extract (GSPE) on a rat and cell culture-based model of intestinal dysfunction and to investigate its effectiveness in humans. We found that a long-term Western-style diet (cafeteria diet) induces intestinal dysfunction in rats, and that alterations in the permeability of the colon largely contribute to metabolic endotoxemia. These effects are partially driven by high luminal concentrations of fructose and could be effectively reversed in vivo by pharmacological doses of GSPE. Lastly, we compared these findings with evidence derived from an ex vivo human model of chemically-induced colonic dysfunction in which we were able to replicate the reduction of intestinal permeability and the amelioration of inflammatory status by means of GSPE found in vivo. In conclusion, the administration of GSPE results in the overall improvement of intestinal dysfunction and associated metabolic endotoxemia. Effective doses in humans are probably pharmacological and will have to be determined in clinical trials.