腸遺伝子発現に対する消化されたオニオン抽出物の効果：異なる腸モデルを使用した種間比較

栄養化合物の潜在的な健康上の利点を研究するために、ヒトの腸組織サンプルはほとんどアクセスできません。ただし、動物の試験で使用される動物の数は最小限に抑える必要があります。したがって、食物化合物の効果を研究するために、in vitro（ヒトCACO-2細胞）とex vivo腸のモデル（ラット精密切断腸スライスとピッグのin-situ小腸セグメント灌流（SISP）技術）の適用性を調査しました。in vitroで消化した黄色（YOD）および白オニオン抽出物（WOD）をモデル食品化合物として使用し、トランスクリプトミクスを適用して、作用のモードがモデルに依存する程度の洞察を得ました。3つの腸モデルは、モデル間で消化されたタマネギに対する応答を比較するために使用された9,140の遺伝子を共有しました。監視されていないクラスタリング分析により、ヒトCACO-2細胞およびラット腸のスライスのWODによって上昇または下方制御された遺伝子がYODによって同様に調節され、2つのタマネギ種の同等の作用モードが示されていることが示されました。タマネギに対する非常に多様な応答が、豚SISPモデルで見つかりました。1.5> 1.5> 1.5と組み合わせて、有意な微分発現の遺伝子のみに焦点を当てることにより、15の遺伝子がヒトCACO-2細胞とラット腸のスライスで類似のタマネギ誘導発現を示し、ヒトCACO-2とPIG SISPモデルの間に2つの重複遺伝子が見つかりました。経路分析により、主に酸化ストレス、特にKEAP1-NRF2経路に関連するプロセスが、3つのモデルすべてのタマネギの影響を受けていることが明らかになりました。私たちのデータは、タマネギの有益な効果が主に抗酸化特性に関連していることを示す以前のin vivo研究に適合しています。まとめると、我々のデータは、この研究で使用されているin vitroおよびex vivo腸モデルのそれぞれが、その制限を考慮して、栄養化合物の作用モードを決定するために使用できることを示しており、それにより、従来の栄養介入研究で使用される動物の数を減らすことができます。

Human intestinal tissue samples are barely accessible to study potential health benefits of nutritional compounds. Numbers of animals used in animal trials, however, need to be minimalized. Therefore, we explored the applicability of in vitro (human Caco-2 cells) and ex vivo intestine models (rat precision cut intestine slices and the pig in-situ small intestinal segment perfusion (SISP) technique) to study the effect of food compounds. In vitro digested yellow (YOd) and white onion extracts (WOd) were used as model food compounds and transcriptomics was applied to obtain more insight into which extent mode of actions depend on the model. The three intestine models shared 9,140 genes which were used to compare the responses to digested onions between the models. Unsupervised clustering analysis showed that genes up- or down-regulated by WOd in human Caco-2 cells and rat intestine slices were similarly regulated by YOd, indicating comparable modes of action for the two onion species. Highly variable responses to onion were found in the pig SISP model. By focussing only on genes with significant differential expression, in combination with a fold change > 1.5, 15 genes showed similar onion-induced expression in human Caco-2 cells and rat intestine slices and 2 overlapping genes were found between the human Caco-2 and pig SISP model. Pathway analyses revealed that mainly processes related to oxidative stress, and especially the Keap1-Nrf2 pathway, were affected by onions in all three models. Our data fit with previous in vivo studies showing that the beneficial effects of onions are mostly linked to their antioxidant properties. Taken together, our data indicate that each of the in vitro and ex vivo intestine models used in this study, taking into account their limitations, can be used to determine modes of action of nutritional compounds and can thereby reduce the number of animals used in conventional nutritional intervention studies.