New insights into the association between carotenoids, polyphenols and vitamin A, and highly prevalent diseases

Abstract

[eng] The present dissertation aims at broadening current knowledge regarding the importance of bodily or tissue status of bioactive compounds that are highly abundant in the Mediterranean diet (carotenoids and polyphenols) and vitamin A on chronic and communicable disease. The current literature does not extensively speak to the association between carotenoid intake and fat intake on plasma concentrations of these bioactive compounds. In addition, the association of dietary carotenoids and polyphenols with health outcomes have mainly been investigated based on intake, and less on actual circulating or excreted concentrations. Lastly, vitamin A cell biology has been thoroughly studied within the liver but is less well studied in the lungs, where it is important for mounting responses to external injuries. We investigated the relationship between intake and plasma concentrations of carotenoids in a cross-sectional study of a senior free-living population at high risk of developing cardiovascular disease and with no dietary restrictions. High consumption of fruits and vegetables was associated with higher systemic levels of total carotenoids, particularly when fat intake was low-to-moderate, but contrary to what we were expecting, not when fat intake was very high. In this same population, circulating carotenoid concentrations correlated with lower plasma triglycerides and fitter fatty acid profile (higher polyunsaturated fatty acids and lower saturated fatty acids). In women, carotenoid concentrations were also correlated with higher plasma HDL- cholesterol and in men with fasting plasma glucose. In a similar population, we found that urinary hydroxybenzoic acid glucuronide was associated with a lower risk of developing type 2 diabetes mellitus when baseline plasma glucose was not considered. Following the COVID-19 outbreak, we performed experiments in mice to understand the cell biology of vitamin A within the lung, where it might have a role in the maintenance of lung functions when the tissue is injured. We discovered that local, but not systemic, retinoid stores in the lung, are critical in the metabolic maintenance of this tissue during acute lung injury. Based on their transcriptional signatures, we also identified ten distinct cell-types that store retinoids. In addition, we established that dietary retinol supplementation during acute lung injury reduces lethality. The results of the studies presented in this work suggest that carotenoids, polyphenols, and vitamin A may be early markers of disease risk or prognosis.

[cat] L'objectiu d’aquesta tesi és ampliar el coneixement actual sobre la importància dels nivells corporals o tissulars de compostos bioactius altament abundants en la dieta mediterrània i de la vitamina A front malalties cròniques i transmissibles. La literatura científica actual no cobreix extensament l'associació entre la ingesta de carotenoides i de greix sobre la concentració plasmàtica d'aquests compostos bioactius. Paral·lelament, l'associació de carotenoides i polifenols envers la salut s'ha investigat principalment basant-se en la ingesta, però en menor mesura en els nivells circulants o excretats d’aquests compostos. Finalment, els processos cel·lulars que involucren la vitamina A han estat estudiats en profunditat al fetge però no àmpliament en l’aparell respiratori, on són essencials en la resposta contra lesions externes. En aquest treball s’ha investigat la relació entre la ingesta i les concentracions de carotenoides en plasma dins el marc d’un estudi de tipus transversal en una població sènior sense restriccions dietètiques i amb un alt risc de desenvolupar malalties cardiovasculars. El consum elevat de fruites i verdures es va associar amb nivells sistèmics majors de carotenoides totals, especialment quan la ingesta de greix era moderada. Contràriament a l’esperat, no es va veure aquesta associació quan la ingesta de greix era molt alta. En aquesta mateixa població, es va trobar una correlació entre les concentracions de carotenoides circulants amb nivells més baixos de triglicèrids en plasma i un perfil d'àcid grassos més saludable (més quantitat d’àcids grassos poliinsaturats i menys d’àcids grassos saturats). En dones, les concentracions de carotenoides també van ser correlacionades amb uns nivells majors de colesterol HDL en plasma, i en homes amb menor nivells plasmàtics de glucosa en dejuni. En una població de característiques similars es va observar que l’àcid hidroxibenzoic glucuronidat urinari estava estretament relacionat amb un menor risc de desenvolupar diabetis tipus 2 quan no es consideraven els nivells basals de glucosa. Finalment, després de l'esclat de la COVID-19, es van realitzar diferents experiments en ratolins per comprendre la biologia cel·lular que envolta la vitamina A al pulmó, on podria tenir un paper clau en el manteniment de les funcions tissulars quan el teixit està danyat. En aquest sentit, es va descobrir que l’emmagatzematge local, però no sistèmic, de retinoides és crucial en el manteniment metabòlic d'aquest teixit durant lesions pulmonars agudes. D'acord amb l’empremta transcripcional, també va ser possible identificar diversos tipus de cèl·lules que emmagatzemen retinoides al pulmó. A més, es va demostrar que la suplementació amb retinol dietètic durant les lesions pulmonars agudes redueix significativament la letalitat. Els resultats dels estudis presentats en aquest treball suggereixen que els carotenoides, els polifenols i la vitamina A podrien ser marcadors inicials de risc i/o pronòstic de malalties altament freqüents a la societat.