Changes in intestinal inflammatory cytokine and microbiota under high-fructose corn syrup

Abstract

Background: There is very limited evidence whether High-fructose corn syrup (HFCS) could induce or aggravate the intestinal mucosa inflammation, and the influence of HFCS on intestinal microbiota. The aim of this study is to investigate the direct influence of HFCS on the small and large intestine, and phenotypic changes, systemic metabolic changes, and intestinal microbiota in DSS-induced chronic colitis murinemodel. Methods: C57BL/6 male mice, of 8 weeks of age were used. For the study of HFCS influence on chronic colitis, animals were divided into four groups randomly; Group 1 (control with normal diet/water; control), Group 2 (control with HFCS water; HFCS), Group 3 (DSSinduced colitis group with normal diet/water; DSS), Group 4 (DSS induced colitis group with HFCS water; DSS + HFCS). Study for HFD was also designed with a same method for a supplemental study. Clinical data were recorded every 5 days. After mice scarification at day 30, blood samples for biochemical assay, and intestinal tissue of jejunum and colon for measurement of mRNA expression of inflammatory markers (IL-1ß, IL-6, IL-17, IL-10, TNF-α) and permeability markers (occludin, ZO-1, claudin-1 and 4) were collected. MPO of colon tissue, plasma/fecal endotoxin contents were measured. And intestinal microbiota and extracellular vesicles (EVs) were analyzed for HFCS study. Results: In the chronic colitis group, HFCS could not cause significant changes of serum metabolic parameters, but grossly noted visceral fat mass was increased. HFCS in the chronic colitis induced site-specific colon inflammation revealing significant increase of IL-6(P= 0.027) and fecal endotoxin(P= 0.034) as well as increasing tendency of IL-1ß, without phenotypic deterioration. The change of intestinal permeability was not evident, and the influence of HFCS on the small intestine of the colitis model was negligible although significant decreased was found in claudin-4 (P = 0.014) showing the possible increased gut permeability. HFCS in the chronic colitis increased diversity both of colonic bacteria and their EVs compared with the microbial diversity in just colitis group. Conclusion: In chronic colitis, HFCS could exacerbate inflammation although the phenotypic deterioration was less severe compared to the change by HFD, and HFCS increase the diversity of gut microbiota. Therefore, HFCS likewise HFD, should be restricted in the patients with IBD.;배경: 합성감미료인 액상과당이 대사질환을 비롯한 전신적으로 미치는 영향에 대한 연구는 많이 보고되어 왔으나 장점막, 특히 장염이 동반된 장 점막에 미치는 영향과 장내 미생물군집에 미치는 영향에 대한 연구는 거의 보고된 바가 없다. 이에 본 연구에서는 액상과당이 1차적으로 접촉하는 소장 및 대장에 미 치는 영향 및 표현형의 변화, 대사 변화와 장내 미생물군집에 대한 영향을 dextran sulfate sodium (DSS)로 유도된 만성 장염 마우스 모델에서 알아보고자 하였다. 방법: 8주령의 C57BL/6 마우스를 실험에 사용하였다. 액상과당이 만성장염에 미치는 영향을 분석하기 위해, 쥐들은 다음의 4군중 한 군에 무작위로 배정되었다; 1군(정상 대조), 2군(액상과당을 투여한 정상군), 3군(DSS로 만성장염을 유발한 군), 4군(DSS로 만성장염을 유발한 뒤 액상과당을 투여한 군). 고지방식이 만성 장염에 미치는 영향을 보조연구로 시행하였으며, 위와 같은 설계방법을 사용하여 쥐들을 4군으로 무작위 배정하였다. 실험 30일째 쥐를 희생하였으며, 생화학검사를 위한 혈액 채취와 염증 지표 및 장투과성을 대표하는 지표들의 mRNA 발현량을 측정하기 위해 공장 및 대장 조직을 획득하였다. 그 외 대장 조직의 MPO 발현량 및 혈장 및 대변내 내독소(endotoxin) 양을 측정하였으며, 액상과당에 의한 장내 세균군집 및 세균에 의한 세포외 소포(extracellular vesicles, EVs)의 발현량의 변화를 분석하였다. 결과: 만성장염군에서 액상과당으로 인한 대사성 지표의 변화는 유의하지 않았으나, 액상과당을 주지 않은 경우에 비해 육안으로 관찰된 내장지방의 부피는 증가하였다. 또한 액상과당은 IL-1ß의 증가 경향과 함께 IL-6 및 대변 내독소의 유의한 증가로 대변되는 대장 특이적인 염증을 악화시켰다. 그러나 표현형의 변화 및 대장 투과도의 변화는 뚜렷하지 않았다. 소장에서는 claudin-4의 유의한 감소가 확인되어 소장 점막 투과도를 증가시킬 가능성을 시사하였으나, 다른 지표들의 변화는 유의성을 보이지는 않았다. 또한 액상과당은 장내 미생물군집 및 이들의 세포외 소포의 다양성을 증가시키는 등 장내 미생물군집에도 유의한 변화를 유발하였다. 결론: 비록 액상과당에 의한 질병 발현의 변화는 고지방식에 의해 의한 변화보다는 덜 심각하지만, 액상과당을 만성장염이 동반된 개체에 투여하였을 경우 장염을 악화시키고 장내 미생물균총의 다양성을 증가시킬 수 있다. 따라서 염증성장질환과 같이 만성장염이 있는 경우, 고지방식이와 마찬가지로 액상과당을 적절히 제한하여야 할 것이다.