Кинурениновый переключатель

Abstract

Цель. Изучить содержание метаболитов бактериального и эукариотического происхождения индольного, кинуренинового и серотонинового путей обмена триптофана у пациентов с ожирением. Материалы и методы. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием изучили концентрации сывороточных метаболитов: кинуренина, кинуреновой кислоты, антраниловой кислоты, ксантуреновой кислоты, хинолиновой кислоты, 5-гидросииндол-3-ацетата, триптамина, серотонина, индол-3-лактата, индол-3-ацетата, индол-3-бутирата, индол-3-карбоксальдегида, индол-3-акрилата, индол-3-пропионата у пациентов с ожирением в сравнении с группой здоровых добровольцев. Результаты. Установлено, что у пациентов с ожирением в сыворотке крови статистически значимо повышен уровень метаболитов триптофанового обмена микробиотического и эукариотического происхождения. Концентрация кинуренина в сыворотке крови у больных с ожирением составляла 2 413 ± 855 нмоль/л, тогда как у здоровых добровольцев такой же возрастной группы - 2 122 ± 863 нмоль/л. Также у пациентов с ожирением в сыворотке крови были повышены две кислоты, которые образуются в результате метаболизма кинуренина - кинуреновая и хинолиновая. Концентрация кинуреновой кислоты в сыворотке крови у пациентов с ожирением составляла 21,1 ± 9,26 нмоль/л, а у здоровых 16,8 ± 8,37 нмоль/л соответственно. Тогда как концентрация хинолиновой кислоты в сыворотке крови при ожирении - 73,1 ± 54,4 нмоль/л, а у здоровых добровольцев - 56,8 ± 34,1 нмоль/л. В норме концентрация хинолиновой кислоты в 3,4 раза выше, чем концентрация кинуреновой кислоты, а при ожирении происходит сопоставимое их повышение. Из производных индола, которые имеют преимущественно микробиотическое происхождение, в сыворотке крови пациентов с ожирением статистически значимо повышена концентрация индол-3-лактата, индол-3-бутирата и индол-3-ацетата. У пациентов с ожирением концентрация в сыворотке крови метаболита серотонина - 5-гидроксииндол-3-ацетата - была повышена и составляла 74,6 ± 75,8 нмоль/л (у здоровых добровольцев - 59,4 ± 36,6 нмоль/л); индол-3-лактата - 523 ± 251 нмоль/л (у здоровых добровольцев 433 ± 208 нмоль/л); индол-3-ацетата - 1 633 ± 1166 нмоль/л (у здоровых добровольцев 1 186 ± 826 нмоль/л); индол-3-бутирата - 4,61 ± 3,31 нмоль/л (у здоровых добровольцев 3,85 ± 2,51 нмоль/л). Заключение. При ожирении происходит интенсификация утилизации триптофана как микробиотической популяцией кишечника, так и макроорганизмом. Установлено, что больные с ожирением имеют более высокие концентрации кинуренина, хинолиновой и кинуреновой кислот, индол-3-ацетата, индол-3-лактата, индол-3-бутирата и 5-гидроксииндол-3-ацетата. Видимо, на фоне гиперпродукции провоспалительных цитокинов адипоцитами у пациентов с ожирением срабатывает «кинурениновый переключатель», что и обеспечивает гиперпродукцию метаболитов триптофанового обмена, которые вовлечены в иммунологическую функцию макроорганизма.

Aim. To assess the concentrations of bacterial and eukaryotic metabolites mainly involved in indole, kynurenine, and serotonin pathways of tryptophan metabolism in a cohort of patients with obesity. Materials and methods. Using high-performance liquid chromatography with mass spectrometric detection, the concentrations of several serum metabolites, such as kynurenine, kynurenic acid, anthranilic acid, xanthurenic acid, quinolinic acid, 5-hydroxyindole-3-acetate, tryptamine, serotonin, indole-3-lactate, indole-3-acetate, indole-3- butyrate, indole-3-carboxaldehyde, indole-3-acrylate, and indole-3-propionate, were analyzed in a cohort of obese patients compared with healthy volunteers. Results. It was found that serum levels of tryptophan metabolites of microbial and eukaryotic origin were significantly increased in obese patients. Therefore, the concentration of kynurenine in the blood serum in obese patients was 2,413 ± 855 nmol / l, while in healthy volunteers of the same age group, the level of kynurenine in the blood serum was 2,122 ± 863 nmol / l. In obese patients, two acids formed due to kynurenine metabolism; the concentrations of kynurenic and quinolinic acids were increased in the blood serum. The concentration of kynurenic acid in the blood serum in obese patients was 21.1 ± 9.26 nmol / l, and in healthy patients, it was 16.8 ± 8.37 nmol / l. At the same time, the level of quinolinic acid in the blood serum in obese patients was 73.1 ± 54.4 nmol / l and in healthy volunteers - 56.8 ± 34.1 nmol / l. Normally, the level of quinolinic acid is 3.4 times higher than the concentration of kynurenic acid, and in case of obesity, there is a comparable increase in these acids in the blood serum.From indole derivatives, mainly of microbial origin, the concentrations of indole-3-lactate, indole-3-butyrate, and indole-3-acetate were significantly increased in the blood serum of obese patients. In obese patients, the serum concentration of 5-hydroxyindole-3-acetate was elevated to 74.6 ± 75.8 nmol / l (in healthy volunteers - 59.4 ± 36.6 nmol / l); indole-3-lactate - to 523 ± 251 nmol / l (in healthy volunteers - 433 ± 208 nmol / l); indole-3-acetate - to 1,633 ± 1,166 nmol / l (in healthy volunteers - 1,186 ± 826 nmol / l); and indole-3-butyrate - to 4.61 ± 3.31 nmol / l (in healthy volunteers - 3.85 ± 2.51 nmol / l). Conclusion. In case of obesity, the utilization of tryptophan was intensified by both the microbiota population and the macroorganism. It was found that obese patients had higher concentrations of kynurenine, quinolinic and kynurenic acids, indole-3-acetate, indole-3-lactate, indole-3-butyrate, and 5-hydroxyindole-3-acetate. Apparently, against the background of increased production of proinflammatory cytokines by adipocytes in obese patients, the “kynurenine switch” was activated which contributed to subsequent overproduction of tryptophan metabolites involved in the immune function of the macroorganism.