Role of dietary (poly)phenols on cardiometabolic risk associated with menopause : a multi-omics approach

Abstract

La menopausia es una etapa crítica en la vida de la mujer, caracterizada por una disminución repentina de los niveles de estrógenos, que conduce a alteraciones cardiometabólicas como resistencia a la insulina, hipertensión, dislipidemias y/o disbiosis intestinal. Estos cambios aumentan el riesgo de enfermedades cardiometabólicas (R-ECMs), entre las que destacan las enfermedades cardiovasculares (ECVs). De hecho, recientemente las ECVs han sido identificadas como la principal causa de mortalidad en las mujeres, debido a factores intrínsecos de su fisiología, entre los que destacan la menopausia. El desarrollo de nuevas estrategias para aliviar el R-ECMs de las mujeres posmenopáusicas utilizando compuestos naturales, se ha convertido en uno de los principales retos de la comunidad científica. En este sentido, las dietas basadas en plantas ricas en frutas y verduras podrían jugar un papel fundamental, debido a su alto contenido en (poli)fenoles, que son reconocidos por sus propiedades antioxidantes, anti-inflamatorias, prebióticas y reguladoras de la expresión génica. Por ello, el objetivo de esta investigación fue desarrollar un ensayo de intervención dietética con mujeres posmenopáusicas, para evaluar mediante un enfoque multiómico, el efecto de la ingesta diaria de alimentos ricos en (poli)fenoles durante 2 meses sobre los biomarcadores de riesgo cardiometabólico, la biodisponibilidad de los (poli)fenoles, la microbiota intestinal y la expresión génica relacionada con el R-ECMs. Para lograr este objetivo, se llevó a cabo un ensayo dietético de 3 meses de duración en 25 mujeres posmenopáusicas, con un periodo control de 1 mes durante el cual las participantes siguieron su dieta habitual, y un periodo experimental de 2 meses durante el cual la dieta de las participantes se suplementó diariamente con chocolate negro, té verde y zumo de frutas (que contenía zumos de granada, frutas rojas y naranja). Durante el ensayo dietético se tomaron medidas antropométricas, de composición corporal y de presión arterial (PA). También se recogieron muestras de sangre, plasma, orina y heces. Además, las participantes cumplimentaron cuestionarios de recuerdo alimentario de 24-h y el cuestionario de adherencia a la dieta mediterránea. El estudio tenía como objetivo analizar los biomarcadores de riesgo cardiometabólico, caracterizar los metabolitos derivados de la actividad de la microbiota intestinal y del metabolismo en fase II, evaluar los ácidos grasos de cadena corta (AGCC), determinar el perfil de la microbiota intestinal y evaluar los cambios en la expresión génica global de las mujeres posmenopáusicas tras la intervención. La intervención dietética mostró una ligera mejoría en la PA, el perfil lipídico y en los biomarcadores de estrés oxidativo, de la función endotelial y de la inflamación. Aunque, esta mejora sólo fue significativa para TBARs. También se observó un aumento significativo en la excreción urinaria de metabolitos fenólicos, debido a un aumento significativo en la excreción de glucurónidos y/o sulfatos de fenil-γ-valerolactonas, ácidos fenilvaléricos, ácidos fenilacéticos, ácidos benzoicos y urolitinas. Además, se observó un aumento en la excreción fecal de metabolitos fenólicos, derivado de un aumento significativo en la excreción de fenil-γ-valerolactonas, ácidos fenilvaléricos, ácidos cinámicos, ácidos benzoicos, bencenos y urolitinas. En cambio, no se observaron diferencias significativas en la producción de AGCC. El análisis de la microbiota intestinal reveló cambios beneficiosos en la composición microbiana tras la intervención dietética, debido a un aumento significativo de las familias Lachnospiraceae, Burkholderiaceae y Ruminococcaceae, así como de los géneros Dorea, grupo NK4A214, Ralstonia, Eubacterium eligens, Agathobacter, Ruminococcus y Faecalibacterium, cuya presencia en el intestino grueso ejerce un efecto cardioprotector en el organismo. Los resultados del análisis de la expresión génica revelaron que la intervención dietética con alimentos ricos en (poli)fenoles fue capaz de modular los perfiles globales de expresión génica de los participantes. Un total de 2.272 genes se vieron afectados de forma significativa, no sólo los genes codificantes de proteínas, sino también los ARN no codificantes de proteínas. El análisis de rutas indicó que estos genes expresados de forma diferencial estaban implicados en varios procesos biológicos. Además, 19 factores de transcripción se asociaron significativamente con los genes codificadores de proteínas regulados por la intervención dietética. Los análisis de acoplamiento in silico mostraron que las principales interacciones se generaron entre FOXA1, PURA, RUNX3, RXRA y los metabolitos fenólicos glucuronidados. Además, el perfil de expresión génica tras la intervención dietética se correlacionó negativamente con los perfiles de expresión génica de pacientes con enfermedades cardiometabólicas, lo que podría sugerir un efecto positivo sobre la salud cardiometabólica en mujeres posmenopáusicas. El consumo diario de (poli)fenoles mejoró la salud cardiometabólica en mujeres posmenopáusicas al reducir el estrés oxidativo, modular la microbiota intestinal y regular la expresión génica asociada al R-ECMs. Por lo tanto, el consumo de alimentos ricos en (poli)fenoles durante la menopausia podría ser una estrategia dietética prometedora para reducir los efectos adversos asociados a esta etapa crucial de la vida de la mujer y, en particular, para reducir el riesgo de eventos cardiometabólicos de las mujeres posmenopáusicas. Sin embargo, el efecto cardioprotector observado varió significativamente entre individuos, lo que pone de manifiesto la influencia de la variabilidad interindividual. Por lo tanto, es necesario seguir investigando para dilucidar estas diferencias y desarrollar estrategias basadas en la nutrición personalizada que optimicen la eficacia de las dietas ricas en (poli)fenoles en la salud de las mujeres menopáusicas.

Menopause is a critical stage in woman's life, characterized by a sudden decline in estrogen levels, leading to cardiometabolic alterations such as insulin resistance, hypertension, dyslipidemias, and/or gut dysbiosis. These changes increase the risk of cardiometabolic diseases (R-CMBs), among which cardiovascular diseases (CVDs) stand up. In fact, it has recently been identified that CVDs are the leading cause of mortality in women, due to intrinsic factors in their physiology, among menopause stands up. The development of new strategies to alleviate the R-CMBs of postmenopausal women using natural compounds, has become one of the main challenges of the scientific community. In this sense, plant-based diets rich in fruit and vegetables could play a fundamental role, due to its high content in (poly)phenols, which are recognized by its antioxidant, anti-inflammatory, prebiotic and gene expression-regulating properties. Therefore, the aim of this research was to develop a dietary intervention trial with postmenopausal women, to evaluate by multi-omics approach, the effect of daily intake of (poly)phenol-rich foods (PP-rich foods) during 2 months on cardiometabolic risk biomarkers, (poly)phenol bioavailability, gut microbiota, and gene expression related to R-CMBs. In order to achieve this aim, a 3-month dietary trial was carried out in 25 postmenopausal women, with a control period of 1 month during which the participants followed their habitual diet, and an experimental period of 2 months during which the diet of participants was supplemented daily with dark chocolate, green tea and fruit juice (containing pomegranate, berries and orange juices). During the dietary trial, anthropometric, body composition and blood pressure (BP) measurements were assessed. Blood, plasma, urine, and feces samples were also collected. Moreover, 24-h food recall questionnaires and the Mediterranean diet adherence questionnaire were completed by participants. The study aimed to analyse cardiometabolic risk biomarkers, characterize gut microbiota and phase II-derived metabolites, evaluate short-chain fatty acids (SCFAs), determine the gut microbiota profile and assesses changes in global gene expression of postmenopausal women following the daily intake of PP-rich foods. Dietary intervention showed a slight improvement in BP, lipid profile, oxidative stress biomarkers, endothelial function biomarkers and inflammatory biomarkers. However, this improvement was only significant for TBARs. Moreover, significant increases in urinary excretion of gut microbiota and phase II-derived metabolites were observed, after the daily consumption of PP-rich foods. Due to the excretion of glucuronides and/or sulfates of phenyl-γ-valerolactones, phenylvaleric acids, phenylacetic acids, benzoic acids and urolithins. Furthermore, a significant increase in the fecal excretion, including phenyl-γ-valerolactones, phenylvaleric acids, cinnamic acids, benzoic acids, benzenes and urolithins, were observed. Whereas no significant differences were observed in the production of SCFAs. Gut microbiota analysis revealed beneficial changes in gut composition after the dietary intervention, due to a significant increase in Lachnospiraceae, Burkholderiaceae and Ruminococcaceae families, as well as in Dorea, NK4A214 group, Ralstonia, Eubacterium eligens, Agathobacter, Ruminococcus and Faecalibacterium genera, whose presence in the large intestine exerts a cardioprotective effect on the body. Results from gene expression analysis revealed that the dietary intervention with PP-rich foods was able to module global gene expression profiles of the participants. A total of 2,272 genes were significantly affected, not only protein coding genes but also protein non-coding RNA. Pathway analysis indicated that these differentially expressed genes were involved in several biological processes. Moreover, 19 transcription factors were significantly associated with the protein-coding genes regulated by the dietary intervention. In silico docking analyses showed that the major interactions were generated between FOXA1, PURA, RUNX3, RXRA and glucuronidated phenolic metabolites. Furthermore, gene expression profile after the dietary intervention, negatively correlated with gene expression profiles of patients with cardiometabolic diseases, which could suggest a positive effect on cardiometabolic health in postmenopausal women. Daily consumption of PP-rich foods improved cardiometabolic health in postmenopausal women by reducing oxidative stress, modulating gut microbiota, and regulating gene expression associate with R-CMBs. Therefore, the consumption of PP-rich foods during menopause could be a promising dietary strategy to reduce the adverse effects associated with this pivotal stage of woman's life, and in particular to reduce the risk of cardiometabolic events of postmenopausal women. However, the observed cardioprotective effect varied significantly among individuals, highlighting the influence of the inter-individual variability. Therefore, further research is needed to elucidate these differences and develop strategies based on personalized nutrition for optimizing the effectiveness of PP-rich diets for menopausal women's health.