Wyjaśnienie kontrowersyjnej roli kwasu palmitooleinowego w dietoprofilaktyce zaburzeń homeostazy węglowodanów i lipidów
Unravelling the controversial role of palmitoleic acid in the dietary prophylaxis of carbohydrate and lipid homeostasis disorders
Typ projektu: naukowo-badawczy
Słowa kluczowe: kwas palmitooleinowy izomery rokitnik zespół metaboliczny
Słowa kluczowe (angielski): palmitoleic acid isomers sea buckthorn metabolic syndrome
Członkowie konsorcjum: Politechnika Łódzka (Lodz University of Technology) Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Okres realizacji projektu: 21.06.2019 - 20.06.2024
Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki
Nazwa programu: Opus
Kierownik projektu: Edyta Gendaszewska-Darmach
Wartość dofinansowania: 1 616 400,00 PLN
Wartość projektu: 1 616 400,00 PLN
Częstotliwość występowania otyłości i towarzyszących jej schorzeń, określanych wspólnie terminem syndromu metabolicznego, osiągnęła skalę epidemii. Konieczne jest opracowanie nowych strategii żywienia, które mogłyby złagodzić dolegliwości związane z tymi chorobami. Badania przedkliniczne i epidemiologiczne dowodzą, że jednonienasycony kwas palmitooleinowy (POA, znany także jako kwas 9-heksadecenowy, 16:1n-7) wpływa korzystnie na parametry metaboliczne zaburzone w cukrzycy typu 2 i otyłości. Kwas palmitooleinowy istnieje w postaci dwóch izomerów: cis i trans. Izomer cis występuje w niewielkich ilościach w niektórych roślinach (orzechy makadamia) i rybach morskich, ale surowcem szczególnie bogatym w ten związek są owoce rokitnika, w których jego zawartość osiąga nawet 40% wszystkich kwasów tłuszczowych. Z kolei izomer trans jest syntezowany w przewodzie pokarmowym przeżuwaczy i występuje w niewielkich ilościach w produktach przemysłu mleczarskiego. Istnieją opinie, że w przeciwieństwie do szkodliwych dla zdrowia tzw. izomerów trans, otrzymywanych w procesach utwardzania (uwodornienia) olejów roślinnych, izomer trans kwasu palmitooleinowego ma korzystny wpływ na zdrowie człowieka (jego obecność w osoczu wskazuje na niższe ryzyko cukrzycy). Jednakże w wielu publikacjach (nawet tych najnowszych) brak jest informacji, który z izomerów był przedmiotem badań. Brak jest także badań porównawczych na temat aktywności biologicznych obu izomerów. Z drugiej strony, wiele badań wskazuje na związek między podwyższonym poziomem POA a cukrzycą typu 2, zaostrzonym stanem zapalnym, chorobą wieńcową lub stłuszczeniem wątroby. Przyczyną tych kontrowersyjnych wyników może być zbyt wysokie spożycie produktów zawierających POA (albo jeden z jego izomerów) i/lub nieprawidłowy metabolizm endogennego kwasu palmitooleinowego. Innymi słowy: nadmiar POA może być toksyczny dla takich komórek jak: enterocyty, komórki wątroby, trzustki lub adipocyty, a tym samym POA może mieć szkodliwy wpływ na metabolizm lipidów i glukozy. Można przypuszczać, że istnieją molekularne mechanizmy odpowiedzialne za neutralizację tego negatywnego działania. Ostatnio potwierdzono m.in. silne wiązanie POA przez białka osocza (albuminę i/lub inne białko) oraz istnienie mechanizmu kontroli poziomu POA przez desaturazy, elongazy i enzymy katalizujące proces β-oksydacji. Kontrolują one poziom trzech kwasów tłuszczowych: palmitynowego (16:0), palmitooleinowego (16:1n-7) oraz wakcenowego (18:1n-7). Aktywność tych enzymów regulują m.in. receptory jądrowe LXR, RXR oraz PPARα. W świetle kontrowersyjnych danych na temat POA oraz rosnącego zainteresowania olejem z rokitnika (Hippophae sp.) i projektów wykorzystania owoców tej rośliny jako suplementów diety wspomagających profilaktykę i terapię chorób metabolicznych, konieczne staje się przeprowadzenie dokładnych badań aktywności izomerów cis i trans kwasu palmitooleinowego oraz preparatów z owoców rokitnika. Badaniom zostaną poddane preparaty z owoców rokitnika zawierające triacyloglicerole (TAG) oraz, niezależnie, produkty ich degradacji, a także preparaty wolne od kwasów tłuszczowych i zawierające takie składniki jak: karotenoidy, fitosterole i flawonoidy. Niektóre z tych związków są aktywatorami wymienionych wyżej receptorów jądrowych. Należy oczekiwać, że z powodu wysokiej zawartości tych bioaktywnych związków, preparaty z owoców rokitnika będą się znacznie różnić od czystego kwasu palmitooleinowego pod względem aktywacji szlaków sygnałowych oraz receptorów jądrowych odpowiedzialnych za regulację metabolizmu lipidów i glukozy. Głównym celem niniejszego projektu jest stwierdzenie, jak kwas palmitooleinowy oraz preparaty z owoców rokitnika wpływają na metabolizm lipidów i glukozy. Zaplanowane badania pozwolą określić aktywność biologiczną izomerów cis i trans oraz ich ewentualną cytotoksyczność wobec komórek jelit, wątroby, trzustki i tkanki tłuszczowej. Zamierzamy także wyjaśnić mechanizmy decydujące o prozdrowotnym działaniu kwasu palmitooleinowego, w szczególności aktywację specyficznych szlaków sygnałowych zależnych od receptorów błonowych i jądrowych, a także zidentyfikować czynniki regulujące poziom POA w osoczu i komórkach. Eksperymenty zweryfikują też hipotezę, że składniki obecne w owocach rokitnika (karotenoidy, fitosterole, flawonoidy oraz kwasy tłuszczowe inne niż POA) modulują w korzystny sposób aktywność kwasu palmitooleinowego oraz uruchamiają mechanizmy neutralizacji nadmiaru POA. Mamy nadzieję, że uzyskane wyniki pozwolą wyjaśnić dotychczasowe kontrowersje na temat kwasu palmitooleinowego oraz sformułować zalecenia dotyczące wzbogacania diety w preparaty otrzymane na bazie owoców rokitnika.
The prevalence of obesity, along with the accompanying co-morbidities collectively referred as the metabolic syndrome, increased to epidemic proportions. Thus, new nutritional strategies to reduce the syndrome are necessary. Preclinical and some human epidemiological studies report that omega-7 monounsaturated palmitoleic acid (POA, also known as 9-hexadecenoic acid, 16:1n–7) improves metabolic parameters that are impaired in type 2 diabetes mellitus (T2DM) and obesity. POA exists in two geometrical forms known as cis- and trans-palmitoleic acid. Dietary cis-POA is present in modest amounts in some plant and marine based foods, but it is particularly concentrated in sea buckthorn (Hippophae sp.) pulp oil where it accounts for up to 40% of fatty acids. Trans-POA is commonly found in dairy products derived from ruminant animals. In contrast to detrimental trans-fatty acids produced industrially through partial hydrogenation at high pressure and temperature, milk derived trans-POA has beneficial influence on human metabolism and is a biomarker of lower diabetes risk. However, so far, there is no direct comparison of biological activities evoked by cis- and trans isomers of POA. On the other hand, a large number of human correlation studies suggests that increased concentration of blood POA is associated with T2DM, elevated markers of inflammation, cardiovascular disease, or hepatic steatosis. The controversial reports about the function of palmitoleate might depend on the levels of cis- and trans-POA isomers and as well the levels of food-derived and endogenously formed POA. One can hypothesize that excess of POA in cells may have negative impact and some molecular mechanisms are necessary for neutralization of this effect. Very recently cis-POA was shown to be unusually tightly bound to human plasma proteins, in contrast to other free fatty acids. The surprising biochemical behavior of plasma POA may be one of mechanisms of its neutralization. Moreover, there are several intracellular enzymes (desaturase, elongases and oxidative enzymes) which can catalyze mutual conversions of three fatty acids: palmitic, palmitoleic and vaccenic, and in this way regulate their final concentrations in cells and tissues. Activities of the enzymes are regulated by nuclear receptors (LXR, RXR, and PPARα) and other not well known factors. Taking into account rising intake of functional food products and supplements based on sea buckthorn (SB) oil products one can hypothesize that it may become a part of dietary strategy to combat metabolic syndrome. However, biological effects of sea-buckthorn pulp oil observed under in vivo human and rodent studies are, so far, inconsistent. SB pulp oil contains many lipophilic and hydrophilic bioactive compounds other than POA (palmitic acid, linoleic acid, carotenoids, phytosterols and flavonoids) which can activate some nuclear receptors (LXR, RXR, PPARα) and, in this way, modulate biological activity of POA. One can suppose that POA and SB pulp oil significantly differ in activation of cellular signaling pathways and nuclear receptors responsible for level and activity of proteins regulating lipid and glucose metabolism. Since dietary POA is primarily found in triacylglycerols (TAGs), in the present project we would like to recognize the biological activity of SB pulp oil preparations made of TAGs and their digested form as well as fatty acids-free preparations containing only unsaponifiable components. We will also utilize the technology developed by us to separate oleosomes (self-emulsifying lipid fraction) and various pulp oil preparations from sea buckthorn berries. To sum up, the major goal of this project is to unravel the role of the dietary POA in ameliorating lipid and glucose homeostasis. The studies are designed to define different biological activities of cis- and trans POA isomers and decipher their safety (cytotoxicity) in intestinal, liver, pancreatic, and adipose cells. Moreover, we are planning to elucidate complex mechanisms whereby POA may manifest its health benefits, in particular activation of specific membrane and nuclear receptor pathways and identify factors which regulate POA levels in plasma and cells. The proposed experiments will also test the hypothesis that non‐fatty acid bioactive components present in sea buckthorn pulp oil interfere with biological activity of POA. We hope that these data will allow to define the future recommendations how to improve human diet with POA-rich food.
Powrót