The role of bacterial metabolites derived from aromatic amino acids in non-alcoholic fatty liver disease

E S Shcherbakova,T Ya Vakhitov,E V Demyanova,S I Sitkin,T S Sall

doi:10.18786/2072-0505-2020-48-066

Abstract

The review deals with the role of aromatic amino acids and their microbial metabolites in the development and progression of non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). Pathological changes typical for NAFLD, as well as abnormal composition and/or functional activity of gut microbiota, results in abnormal aromatic amino acid metabolism. The authors discuss the potential of these amino acids and their bacterial metabolites to produce both negative and positive impact on the main steps of NAFLD pathophysiology, such as lipogenesis and inflammation, as well as on the liver functions through regulation of the intestinal barrier and microbiota-gut-liver axis signaling. The review gives detailed description of the mechanism of biological activity of tryptophan and its derivatives (indole, tryptamine, indole-lactic, indole-propyonic, indole-acetic acids, and indole-3-aldehyde) through the activation of aryl hydrocarbon receptor (AhR), preventing the development of liver steatosis. Bacteria-produced phenyl-alanine metabolites could promote liver steatosis (phenyl acetic and phenyl lactic acids) or, on the contrary, could reduce liver inflammation and increase insulin sensitivity (phenyl propionic acid). Tyramine, para-cumarate, 4-hydroxyphenylacetic acids, being by-products of bacterial catabolism of tyrosine, can prevent NAFLD, whereas para-cresol and phenol accelerate the progression of NAFLD by damaging the barrier properties of intestinal epithelium. Abnormalities in bacterial catabolism of tyrosine, leading to its excess, stimulate fatty acid synthesis and promote lipid infiltration of the liver. The authors emphasize a close interplay between bacterial metabolism of aromatic amino acids by gut microbiota and the functioning of the human body. They hypothesize that microbial metabolites of aromatic amino acids may represent not only therapeutic targets or non-invasive biomarkers, but also serve as bioactive agents for NAFLD treatment and prevention.

Highlights

Защита кишечного эпителия от поврежденийДругой метаболит триптофана – триптамин, нейромедиатор, участвующий в регуляции перистальтики кишечника и иммунной функции
Обзор посвящен роли ароматических аминокислот и их бактериальных производных в развитии и прогрессировании неалкогольной жировой болезни печени (НАЖБП)
The review deals with the role of aromatic amino acids

Summary

Защита кишечного эпителия от повреждений

Другой метаболит триптофана – триптамин, нейромедиатор, участвующий в регуляции перистальтики кишечника и иммунной функции. У мышей активация AhR приводит к снижению экспрессии нескольких генов липогенеза, включая синтазу жирных кислот (FAS) и регулятор метаболизма холестерина, стеролрегуляторный элемент-связывающий белок 1 (SREBP-1c), что предотвращает развитие стеатоза, тогда как воздействие высоких концентраций токсичного. ИУК активирует AhR, что способствует ослаблению липогенеза, опосредованного воздействием цитокинов и СЖК in vitro [20]. ИУК дозозависимым образом уменьшает секрецию провоспалительных цитокинов (ФНО-α, интерлейкин (ИЛ)-1β и моноцитарный хемоаттрактантный белок (MCP-1)), вызванную ЛПС, что приводит к снижению синтеза СЖК в клеточной линии макрофагов [20]. ИПК предотвращает развитие НАЖБП за счет снижения уровня глюкозы и инсулина [24]. В кишечнике ИПК индуцирует экспрессию белков плотных контактов ZO-1 и окклюдина, поддерживая целостность кишечного эпителия, что приводит к снижению уровня ЛПС в крови. В связи с тем что триптофан подавлял пролиферацию бактерий и клеток селезенки – органа иммунной системы – мы предполагаем, что он может способствовать подавлению иммунитета на уровне организма хозяина и микробиоты [30]

Фенилаланин и тирозин

Жизнеспособность колоноцитов

Участие авторов