ブチレートは、クローディン-2レベルを変更することにより、サイトカイン誘発バリア機能障害を緩和します

セリアック病や炎症性腸疾患などの胃腸障害（GI）障害は、腸の障壁の破壊に起因しています。サイトカインの不均衡は、GI障害患者の腸上皮で報告されています。腸内の食物繊維の発酵に由来する短鎖脂肪酸（SCFA）は、腸の障壁に利益をもたらすことが報告されています。したがって、サイトカイン刺激条件下での腸内バリア機能に対する特定のSCFAの効果を評価しました。CACO-2細胞を挿入膜上で培養して単層を生成し、それを使用してSCFAの効果を調査しました。腫瘍壊死因子α（TNF-α）、インターフェロンガンマ（IFN-γ）、またはインターロイキン-13（IL-13）を膜の基底外側側に加え、SCFAを頂端側に加えました。24時間の刺激の後、トランセピセリアル電気抵抗（TEER）を測定し、クローディン-1、クローディン-2、クローディン-3、クラウディン-4、オクルディン、およびZonula occludens-1（ZO-1）のタンパク質レベルを評価しました。ウエスタンブロットによって。酪酸塩、酢酸、プロピオン酸、またはコハク酸塩ではなく、TNF-α/IFN-γ誘発性のTEERの減少を改善しました。TNF-α/IFN-γ刺激は、クローディン-2のタンパク質レベルを有意に増加させ、クローディン-3のレベルを低下させました。ブチレートは、TNF-α/IFN-γによって誘導されるクローディン-2のアップレギュレーションを有意に減衰させました。ブチレートは、他のタイト接合タンパク質のレベルを変更せずに、IL-13によって誘導されるClaudin-2のTeerの減少とClaudin-2のアップレギュレーションをブロックしました。我々の結果は、酪酸塩がバリア機能障害を緩和するためのSCFAの主要な要素であり、クローディン-2がこのSCFAの主要な標的であることを示唆しました。

Gastrointestinal (GI) disorders such as celiac disease and inflammatory bowel disease are attributed to intestinal barrier disruption. Imbalance of cytokines has been reported in the intestinal epithelium of patients with GI disorders. Short-chain fatty acids (SCFAs), derived from the fermentation of dietary fiber in the intestine, have been reported to benefit the intestinal barrier. Accordingly, we evaluated the effect of specific SCFAs on intestinal barrier function under cytokine-stimulated conditions. Caco-2 cells were cultured on insert membranes to generate monolayers, which then were used to investigate the effects of SCFAs. Tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), interferon-gamma (IFN-γ), or interleukin-13 (IL-13) was added to the basolateral side of the membrane while SCFAs were added to the apical side. After a 24 h stimulation, transepithelial electrical resistance (TEER) was measured, and the protein levels of claudin-1, claudin-2, claudin-3, claudin-4, occludin, and zonula occludens-1 (ZO-1) were evaluated by Western blot. Butyrate, but not acetate, propionate, or succinate, ameliorated the TNF-α/IFN-γ-induced decrease in TEER. TNF-α/IFN-γ stimulation significantly increased the protein level of claudin-2 and decreased the level of claudin-3. Butyrate significantly attenuated the upregulation of claudin-2 induced by TNF-α/IFN-γ. Butyrate blocked the decrease in TEER and the upregulation of claudin-2 induced by IL-13 without changing the level of other tight junction proteins. Our results suggested that butyrate is the main component of SCFAs to alleviate barrier dysfunction and that claudin-2 is the major target of this SCFA.