3.3 Az epesavak és a mikrobióta

Az epesavak olyan szteroid molekulák, amelyek felületaktív anyagként segítik az étkezési zsírok emésztését a gyomor-bélrendszerben. Az epesavak a májban szintetizálódnak, és a bélbaktériumokból származó számos enzim által metabolizálódnak. A közelmúltban megállapították, hogy az epesavak kritikus szerepet játszanak a gazdaszervezet és a mikrobiális fiziológia szabályozásában, és hogy az epesavak diszregulációja patológiás állapotokhoz vezethet a bélben, beleértve a súlyosbodó gyulladást és az onkogén jelátvitelt (áttekintve: Jia és mtsai., 2018; Ridlon és mtsai., 2014).

Az epesavakat vagy a gazdaszervezet hepatocitái szintetizálják, vagy a bélbaktériumok metabolizálják, hogy elsődleges, illetve másodlagos epesavakat állítsanak elő (Ridlon és mtsai., 2016). Az elsődleges epesavak a koleszterin citokróm P450 által közvetített oxidációjával szintetizálódnak a hepatocitákban. Az emberek elsősorban két elsődleges epesavat termelnek, a kolinsavat (CA) és a kenodeoxikolinsavat (CDCA). Ezek az epesavak az epesav:CoA-szintetáz és az epesav-CoA:aminosav N-aciltranszferáz segítségével könnyen konjugálódnak a taurin és/vagy a glicin aminosavakkal, és így taurokolsav (TCA), taurochenodeoxikolsav (TCDCA), glikokolsav (GCA) és glikochenodeoxikolsav (GCDCA) keletkezik. Az újonnan szintetizált elsődleges epesavak a májból az epevezetékbe szekretálódnak, és végül a béllumenbe jutnak, ahol betöltik funkciójukat: a vékonybélből származó lipidek emulgeálását és felszívódását. A vékonybélben szekretált epesavak a disztális ileumban az apikális nátriumfüggő BA-transzporter (ASBT) által visszaszívódhatnak, ahol aztán az ileális epesavhordozó fehérjéhez (IBACP) kötődnek, hogy a szerves oldott anyag transzporter α/β (OST-α/β) segítségével a portális vénába szállítsák őket (áttekintve: Dawson, 2011; Jia et al., 2011), 2018).

Az elsődleges epesavakkal ellentétben a másodlagos epesavak termelésében a bélmikrobióta is részt vesz. A bél anaerobok, köztük a Bacteroides, Eubacterium és Clostridium ismertek arról, hogy dekonjugálják a taurin-konjugált és glicin-konjugált epesavakat, konjugálatlan szabad epesavakat létrehozva. Az Anaerobok, köztük a Bacteroides, Clostridium, Eubacterium, Lactobacillus és Escherichia ezután 7α/β-dehidroxilációt végezhetnek, hogy a konjugálatlan elsődleges epesavakat, CA-t és CDCA-t másodlagos epesavakká, dezoxikolsavvá (DCA) és litokolsavvá (LCA) alakítsák (Jia et al., 2018).

Mivel az epesavak detergens tulajdonságokkal rendelkeznek, az epesavak magas koncentrációi károsíthatják a sejtmembránokat és stimulálhatják a későbbi javító mechanizmusokat, ami a nem differenciált sejtek hiperproliferációján keresztül potenciálisan kedvező környezetet eredményez a tumorigenezishez (Nguyen et al., 2018). Tekintettel arra, hogy a magas zsírtartalmú étrend növeli az epesavak szintjét mind a béllumenben, mind a szomszédos szövetekben (Dermadi et al., 2017; Fu et al., 2019), lehetséges, hogy a HFD is hozzájárulhat a CRC kialakulásához a fokozott epesavszintézis és szekréció révén. Valóban kimutatták, hogy a HFD hajlamos növelni az epesavak taurin-konjugációját, hogy több TCA-t képezzen, megváltoztatva az epesavak poolját, valamint a bélmikrobiota populációját (Devkota és mtsai., 2012; Ridlon és mtsai., 2016). Konkrétan, a magas SFA-tartalmú HFD jelentősen korlátozza az egérbél mikrobióta gazdagságát és diverzitását, és a Proteobacteria egyik tagjának, a TCA-t aktívan hasznosító B. wadsworthia-nak a virágzását indukálja (Devkota és mtsai., 2012). A B. wadsworthia HFD-indukált virágzása elősegíti a genotoxikus hidrogén-szulfid (H2S) vegyület túlzott termelődését és a TH1 immunitással kapcsolatos gyulladásra való fogékonyságot (Devkota és mtsai., 2012). Ezek a vizsgálatok a HFD és az epesavak lehetséges részvételére utalnak a CAC kialakulásában a mikrobióta szabályozásán keresztül.

Az állati fehérjékkel és zsírokkal dúsított nyugati étrend fogyasztása bizonyítottan jelentősen növeli a széklet DCA és metabolitjainak mennyiségét az emberekben. Ez újabb bizonyítékot szolgáltat arra, hogy az étrendi zsír kritikusan megváltoztatja az epesavak, valamint a baktériumokból származó termékek poolját (Reddy és mtsai., 1980). Arról is beszámoltak, hogy a másodlagos epesavak kritikus szerepet játszanak a CRC tumorigenezisében. Farhana és munkatársai tisztázták, hogy a másodlagos epesavak, a DCA és az LCA szabályozhatják a vastagbélrák őssejtjeit (Farhana és munkatársai, 2016). A DCA vagy LCA kezelés normál humán vastagbél epitélsejtekben (HCoEpiC) jelentősen növelte a rákos őssejt markerek (CD44, CD166 és ALDHA1), valamint a pluripotencia gének (KLF4, Nanog, OCT4 és SOX2) expresszióját. Emellett a DCA/LCA kezelés növelte a HCoEpiC-ből származó szferoidok képződését 3D kultúrában, és aktiválta a Wnt/β-katenin jelátvitelt, ami arra utal, hogy a másodlagos epesavak hozzájárulnak a vastagbélráksejtek fokozott őssejtképződéséhez. Egy másik tanulmány azt is kimutatta, hogy a DCA elősegíti az epidermális növekedési faktor receptor (EGFR) aktiválódását és a bélkarcinogenezist az ADAM-17, a metalloproteázok ADAM családjának tagjának bevonásával, ami az EGFR oldható ligandjának, az amfiregulinnak a proteolitikus érését eredményezi (Dong és mtsai., 2018). Összességében ezek a vizsgálatok arra utalnak, hogy a HFD által közvetített másodlagos epesavszint-emelkedés hozzájárulhat a rák progressziójához a bélszövetekben.

Az epesavak emellett fontos szignálmolekulák lehetnek, amelyek több sejtmagi árva receptor endogén ligandumaként működnek, beleértve a farsenoid X receptort (FXR), a G-fehérje-kapcsolt epesav receptort (TGR5), a pregnán X receptort (PXR), a D3-vitamin receptort (VDR) és a konstitutív androsztán receptort (CAR) (Forman et al, 1995; Jia et al., 2018; Mora et al., 2008). Konkrétan az FXR az epesav-metabolizmus fő szabályozója, és a nem konjugált epesavak, mint például a CA, CDCA, DCA és LCA, nagy affinitású agonisták az FXR számára (Parks és mtsai., 1999). Az FXR funkciója az epesavak homeosztázisának fenntartása az enterohepatikus keringésben. Például a hepatikus FXR epesavakkal történő aktiválása az epesavak bioszintézisének gátlását okozza, és ehelyett növeli azok kiáramlását, így korlátozva az epesavak felhalmozódását a hepatocitákban. Ugyanakkor az intestinális FXR aktiváció korlátozza az epesavszintet az enterocitákban, megkönnyítve az epesavak effluxusát a portális vénába és gátolva az epesavak transzportját a béllumenből, végső soron elősegítve az epesavak kiválasztását (Jia és mtsai., 2018).

Az epesavak homeosztázisának szabályozásán túlmenően az FXR egérmodellekben a CRC kialakulásával is kapcsolatba hozható. FXR-hiányos egereknél megnövekedett bélkripta-mélység és a bélhámsejtek proliferációja volt megfigyelhető (Maran és mtsai., 2009). Emellett az FXR deléciója mind APCMin/+, mind AOM-kezelt egerekben fokozta a vastagbél adenokarcinóma kialakulását (Maran és mtsai., 2009), ami arra utal, hogy az FXR downregulációja és/vagy gátlása a CRC kialakulásának fokozott előfordulását eredményezheti. Érdekes módon a HFD a jelentések szerint gátolja az FXR hatását (Dermadi és mtsai., 2017; Fu és mtsai., 2019). A HFD-táplálás csökkentette több epesavtranszportfehérje, például az ASBT és az OST-β expresszióját az FXR után, bár az FXR expressziója nem változott (Dermadi és mtsai., 2017). Ugyanakkor ezek a HFD-vel táplált egerek a bélkripta megnyúlását és epitélproliferációt mutattak, hasonlóan az FXR-hiányos egerekhez (Dermadi és mtsai., 2017). Ezek az adatok arra utalnak, hogy a HFD gátolja az FXR aktiválódását a csökkent epesavtranszporton keresztül, és elősegíti a bélhám proliferációját az FXR inaktiválása révén. Hasonlóképpen, a HFD-indukált tauro-β-murikolsav és DCA antagonizálta a bélrendszeri FXR funkciót, ami proliferációt és DNS-károsodást eredményezett az ISC-kben (Fu és mtsai., 2019). Ezek a vizsgálatok arra utalnak, hogy az FXR inaktiválása kritikus szerepet játszhat a HFD által súlyosbított CRC/CAC kialakulásában.

A baktériumokból származó rövid láncú zsírsavak (SCFA) szintén fontos tényezők lehetnek az étrendi zsírok által közvetített CRC/CAC kialakulásában. Az SCFA-k butirát (C4:0), propionát (C3:0) és acetát (C2:0) az élelmi rostok bakteriális fermentációjával keletkeznek. Ezek az SCFA-k egyszerű diffúzióval és/vagy Na+-csatolt transzporter SLC5A8 által közvetített transzporttal felszívódhatnak a kolonocitákba (Ganapathy és mtsai., 2013). Az SCFA-k, különösen a butirát, közismerten preventív hatást fejtenek ki a vastagbélrákban, részben a hiszton-deacetiláz (HDAC) gátló képességüknek köszönhetően (Chen és mtsai., 2003). A bél mikrobióta jelentős szerepet játszik az SCFA-k szintézisében, a baktériumok specifikus fajai részt vesznek a termelésükben. Ezért a mikrobióta összetételének étrendi megváltoztatása az SCFA-k élelmi rostokból történő előállításának eltérő képességét eredményezheti. A HFD specifikus szerepét a bélmikrobióta változásában, az SCFA-termelésben és a CRC/CAC-ban még nem sikerült azonosítani.

A HFD által közvetített epesavváltozások fontos változásokhoz vezetnek a bélkörnyezetben és a molekuláris jelátvitelben. Konkrétan a mikrokörnyezet étrendi változásai megváltoztathatják a bél mikrobióta populációit, ami további gyulladásos és genotoxikus stresszt eredményezhet. A HFD elősegíti a bélhámban a proliferációt és a nukleáris receptorok bevonását szabályozó törzsfejlődést is. Ezek a vizsgálatok együttesen az epesavszabályozást több olyan útvonalba is bevonják, amelyek hozzájárulnak a CRC kialakulásához.