Funcionalidad de los carotenoides dietéticos sobre biomarcadores de la esteatosis inducida por dieta grasa en ratas : un enfoque preventivo y terapéutico

Abstract

El consumo de carotenoides tiene efectos beneficiosos en la salud, reduciendo el riesgo de determinadas formas de cáncer, enfermedades cardiovasculares y degeneración macular, etc. Su principal mecanismo de acción se asocia con su capacidad antioxidante, actuando frente a las especies reactivas de oxígeno e inactivando los radicales libres. Aunque también se ha demostrado que los carotenoides modulan la expresión génica. Tras su ingesta, los carotenoides se absorben y se acumulan en el hígado y en otros órganos, donde ejercen su efecto protector. En los últimos años, se ha descrito que la ingesta de carotenoides puede reducir significativamente el riesgo de padecer enfermedades hepáticas como la enfermedad de hígado graso no alcohólico (EHGNA). La incidencia de EHGNA ha incrementado en países desarrollados y semidesarrollados, prevaleciendo en pacientes diabéticos y obesos. Los carotenoides han demostrado tener un efecto hepatoprotector por su capacidad para reducir el estrés oxidativo y regular el metabolismo lipídico de los hepatocitos mediante la modulación de determinados genes. Con base a estos antecedentes, se ha desarrollado la presente Tesis Doctoral, en la cual se diseñaron tres estudios experimentales con el objetivo de evaluar la funcionalidad de los carotenoides dietéticos, proporcionados por el tomate y las espinacas, en la prevención y tratamiento de la esteatosis. En el estudio 1 se evaluó el efecto de la suplementación de la dieta sobre el contenido de lípidos plasmáticos, biomarcadores de estrés oxidativo, metabolitos hepáticos y la expresión de genes relacionados con la EHGNA inducida por una dieta grasa. El consumo de zumo de tomate mejora la expresión de los genes involucrados en el metabolismo lipídico y la homeostasis celular, como la FXR y HNF4A, evitando con ello la acumulación de triglicéridos y colesterol, además de modular la progresión de la esteatosis. Asimismo, la acumulación de licopeno en el hígado mejora el equilibrio redox y los niveles de algunos aminoácidos relacionados con los mecanismos antioxidantes. En el estudio 2 se evaluó el efecto de la suplementación dietética de espinacas en los biomarcadores de inflamación y estrés oxidativo, el perfil de lípidos hepáticos y los perfiles trasncriptómicos y metabolómicos del hígado en ratas con esteatosis inducida por una dieta alta en grasas El consumo de espinacas y la acumulación de carotenoides en el hígado redujo el contenido de AGS, la relación de ácidos grasos ω-6/ω-3 y el colesterol, además de aumentar los niveles de AGM y AGP. También modula la expresión de genes involucrados en el metabolismo de los ácidos grasos y colesterol, actuando principalmente a través de la sobreexpresión de PPARs y de genes involucrados con la respuesta inflamatoria. Al mismo tiempo, en este estudio se evaluó el efecto del consumo de espinacas sobre determinados grupos bacterianos de la microbiota intestinal y su relación en la producción de AGCC y catabolitos fenólicos microbianos, así como de explorar las relaciones con los cambios en la glucosa y el perfil de lípidos plasmáticos. Observando que la esteatosis provocada alteró la microbiota intestinal, el patrón de ácidos grasos de cadena corta (AGCC) y el contenido de catabolitos fenólicos de origen microbiano. Sin embargo, la suplementación de espinacas mejoró algunas de estas alteraciones, aumentando el número de Lactobacillus, reduciendo la glucosa y el colesterol total y LDL, previniendo la acumulación excesiva de colesterol hepático. Finalmente, en el estudio 3 se evaluó el efecto sinérgico de la suplementación de la mezcla de espinaca y tomate y de los carotenoides presentes en estos vegetales, sobre diferentes biomarcadores relacionados con la EHGNA. En general este estudio muestra de la ingesta de carotenoides dietarios de espinaca y tomate y la acumulación de estos compuestos bioactivos en el hígado de ratas con esteatosis mejoran los perfiles de lípidos, disminuyendo considerablemente los niveles séricos de glucosa, colesterol total, VLDL, TG, ALT, AST, y aliviando a nivel hepático las concentraciones de grasa total, colesterol total, triglicéridos, contenido de AGS, la relación de ácidos grasos ω6/ω3, aumentando asimismo los niveles de AGM y AGP, además de mejorar los biomarcadores de estrés oxidativo a través de la reducción de la peroxidación lipídica en el plasma, hígado y orina (MDA) e incrementar la capacidad antioxidante en el plasma (ORAC). También, se observó la liberación de AGCC tanto en heces como en contenido intestinal a niveles más altos con el aporte de espinaca y tomate en la dieta, asimismo el ratio Ac:Pr nos indicó que la suplementación de estos vegetales en la dieta disminuye el riesgo cardiometabólico. Igualmente, la suplementación de espinaca y tomate modificó los genes relacionados con la enfermedad de hígado graso, incrementando las proteínas involucradas en la β-oxidación, metabolismo de colesterol y señalización de insulina, principalmente a través de la sobreexpresión de ACOX1, APOA1, NR1H2 (LXR) e IGFBP1, además de mejorar la expresión de genes relacionados con el metabolismo de carbohidratos y lípidos. Por consiguiente, conforme a los resultados obtenidos, se sugiere que la suplementación de la mezcla de espinacas y tomate y de los carotenoides presentes en estos alimentos podrían emplearse para el tratamiento y prevención de daño hepático inducido por la dieta alta en grasa y fructosa.

Carotenoid consumption has beneficial effects on health, reducing the risk of forms of cancer, cardiovascular diseases and macular degeneration, etc. Its main mechanism of action is associated with its antioxidant capacity, acting against reactive oxygen species and inactivating free radicals. Although it has also been shown that carotenoids modulate gene expression. After their intake, carotenoids are absorbed and accumulate in the liver and other organs, where they exert their protective effect. In recent years, it has been described that carotenoid intake may also reduce the risk of liver disease such as non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). The incidence of NAFLD has increased in developed and semi-developed countries, prevailing in diabetic and obese patients. Carotenoids have been shown to have a hepatoprotective effect due to their ability to reduce oxidative stress and regulate hepatocyte lipid metabolism by modulating certain genes. Based on this background, this Doctoral Thesis has been developed, in which three experimental studies were designed with the objective of evaluating the functionality of dietary carotenoids, provided by tomato and spinach, in the prevention and treatment of steatosis. Study 1 evaluated the effect of dietary supplementation on plasma lipid content, biomarkers of oxidative stress, liver metabolites and the expression of genes related to NAFLD induced by a fatty diet. The consumption of tomato juice improves the expression of the genes involved in lipid metabolism and cell homeostasis, such as FXR and HNF4A, thereby avoiding the accumulation of triglycerides and cholesterol, in addition to modulating the progression of steatosis. Likewise, the accumulation of lycopene in the liver improves the redox balance and the levels of some amino acids related to antioxidant mechanisms. In study 2, the effect of spinach dietary supplementation on the biomarkers of inflammation and oxidative stress, liver lipid profile, and transcriptomic and metabolomic profiles of the liver in rats with steatosis induced by a high-fat diet was evaluated. Spinach and the accumulation of carotenoids in the liver reduced saturated fatty acid (SAFA) content, the ratio of ω-6 / ω-3 fatty acids and cholesterol, in addition to increasing levels of monounsaturated fatty acid (MUFA) and polyunsaturated fatty acid (PUFA). It also modulates the expression of genes involved in the metabolism of fatty acids and cholesterol, acting primarily through the overexpression of PPARs and genes involved with the inflammatory response. At the same time, in this study we evaluated the effect of spinach consumption on certain bacterial groups of the intestinal microbiota and their relationship in the production of short-chain fatty acids (SCFA) and microbial phenolic catabolites, as well as exploring the relationships with changes in glucose and plasma lipid profile. Noting that the steatosis caused altered the intestinal microbiota, the pattern of short chain fatty acids (SCFA) and the content of phenolic catabolites of microbial origin. However, spinach supplementation improved some of these alterations, increasing the number of Lactobacillus, reducing glucose and total and LDL cholesterol, preventing excessive accumulation of liver cholesterol. Finally, in study 3 the synergistic effect of the spinach and tomato mixture supplementation and the carotenoids present in these vegetables on different biomarkers related to NAFLD was evaluated. In general, this study shows the intake of dietary spinach and tomato carotenoids and the accumulation of these bioactive compounds in the liver of rats with steatosis improve lipid profiles, considerably decreasing serum levels of glucose, total cholesterol, VLDL, TG, ALT, AST, and relieving liver levels of total fat, total cholesterol, triglycerides, SAFA content, the ratio of ω6 / ω3 fatty acids, also increasing MUFA and PUFA levels, as well as improving oxidative stress biomarkers through the reduction of lipid peroxidation (malondialdehyde) in plasma, liver and urine and increase the antioxidant capacity in plasma (ORAC). Also, the release of SCFA was observed in both feces and intestinal contents at higher levels with the contribution of spinach and tomato in the diet, also the Ac:Pr ratio indicated that the supplementation of these vegetables in the diet decreases the risk cardiometabolic Similarly, spinach and tomato supplementation modified the genes related to fatty liver disease, increasing the proteins involved in β-oxidation, cholesterol metabolism and insulin signaling, mainly through the overexpression of ACOX1, APOA1, NR1H2 (LXR) and IGFBP1, in addition to improving the expression of genes related to carbohydrate and lipid metabolism. Therefore, according to the results obtained, it is suggested that the supplementation of the spinach and tomato mixture and of the carotenoids present in these foods could be used for the treatment and prevention of liver damage induced by the diet high in fat and fructose.