Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.34
no.5
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pp.573-580
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2005
Cholesterol $7\alpha-hydroxylase$ (CYP7A1) is the rate-limiting enzyme in the conversion of cholesterol to bile acids and plays a central role in regulating cholesterol homeostasis. We previously showed that a fermentable $\beta-glucan$ ingestion decreased plasma cholesterol levels due to fecal bile acid excretion elevation involved inincrease of cholesterol $7\alpha-hydroxylase$ mRNA expression and activity. It is proposed that short chain fatty acids (SCFA) produced by cecal and colonic fermentation of soluble fiber are associated with cholesterol-lowering effect of fiber. In the present study, we investigated whether CYP7A1 expression is up-regulated by short chain fatty acids or by hormones in cultured human hepatoma (HepG2) cells. Confluent HepG2 cell were incubated with acetate, propionate, or butyrate at 1 mM concentration for 24 hrs. Acetate as well as propionate increased to 1.8-fold expression of CYP7A1 mRNA than the control. Butyrate also increased 1.5-fold expression of CYP7A1 mRNA. Our data show for the first time that SCFA increase expression of CYP7A1 mRNA. Adding insulin, dexamethasone and triiodothyronine $(1\;{\mu}M)$ to HepG2 cell increased the expression of CYP7A1 mRNA to $150\%,\;173\%,\;141\%$, respectively. These results suggest that SCFA produced by cecal fermentation stimulate enteric nervous system, in which secreted some neuropeptides may be responsible for change in cholesterol and bile acid metabolism. These findings suggest that SCFA are involved in lowering plasma cholesterol levels due to the up-regulation of CYP7A1 and bile acid synthesis.
Kim, Dong-Woon;Chae, Su-Jin;Cho, Sung-Back;Hwang, Ok-Hwa;Lee, Hyun-Jeong;Chung, Wan-Tae;Park, Jun-Cheal;Kim, In-Cheul;Kim, In-Ho
Journal of Animal Science and Technology
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v.52
no.3
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pp.199-204
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2010
The objective of this study was to evaluate the effect of the different types and levels of prebiotics on intestinal microflora and fermentation products in the in vitro fermentation model. The prebiotcs used in this study were IMO (iso-malto oligosaccharide), CI (partially digested chicory-inulin), RA (raffinose) and CD (cyclodextrin). Experimental diet for growing pigs was predigested by digestive enzymes and this hydrolyzed diet was mixed with buffer solution containing 5% fresh swine feces. Then, the mixture was fermented with or without prebiotics at the concentrations of 0.5 and 1.0% for 24 h. Samples were taken at 24 h, and viable count of micoflora, gas, pH, volatile organic compounds and short-chain fatty acids were determined. The viable count of Enterobacteriaceae was significantly decreased (p<0.001) in all treatments added with prebiotics in comparison to control without prebiotics. However, the increase of lactic acid bacteria was observed in the prebiotics treatment. Gas production increased as the level of prebiotics increased. The pH values in the fermentation fluid decreased in a dose-dependent manner with increasing the concentration of prebiotics. The fermentation with prebiotics resulted in the reduction of malodorous compounds such as ammonia, hydrogen sulfide, indole and skatole. The increase in short-chain fatty acid (SCFA) production was observed in the treatments with prebiotics. In conclusion, the results of this study demonstrated that the fermentation with prebiotics was effective in reducing the formation of malodorous compounds and increasing lactic acid bacteria and SCFA. These effects depended on the concentration of prebiotics. Moreover, further study is needed to determine whether the in vitro efficacy on the reduction of malodorous compounds and increase of SCFA would also be observed in animals.
An, Su Jin;Kim, Jae Yeong;Choi, In Soon;Cho, Kwang Keun
Journal of Life Science
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v.23
no.10
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pp.1295-1303
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2013
According to facts revealed up until the present, there are a total of 68 known phyla on earth, including 55 phyla of bacteria and 13 phyla of archaea. The human large intestine has 9 phyla of microorganisms, which is a relatively lower diversity compared to the general environments of soil or sea. The diversity of intestinal microorganisms is affected by the characteristics of the host (genetic background, sex, age, immune system, and gut motility), the diet (non-digestible carbohydrates, fat, prebiotics, probiotics), and the intake of antibiotics, which in turn have an effect on energy storage processes, gene expressions, and even metabolic diseases like obesity. Probiotics are referred to as living microorganisms that improve the intestinal microbiota and contribute to the health of the host; in addition, probiotics usually comprise lactic acid bacteria. Recently, bacteriotherapy using probiotics has been utilized to treat sicknesses like diarrhea and irritable bowel syndrome. Prebiotics are a food ingredient which can selectively adjust intestinal microorganisms and which comprise inulin, fructooligosaccharides, galactooligosaccharides, and lactulose. In recent days, attention has been paid to the use of dietary cellulose in the large intestine and the production of short chain fatty acids (short-chain fatty acids) in relation to obesity and anticancer. More research into microorganisms in the large intestine is necessary to identify specific microorganism species, which are adjusted by diverse non-digestible carbohydrates, prebiotics, and probiotics in the large intestine and to understand the connection between sicknesses and metabolites like short chain fatty acids produced by these microorganism species.
Yan Sun;Hai Qu;Xiaohong Niu;Ting Li;Lijuan Wang;Hairui Peng
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.28
no.1
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pp.1-10
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2024
Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is characterized by hyperglycemia and dyslipidemia. Carvacrol (CAR) has demonstrated the potential to mitigate dyslipidemia. This study aims to investigate whether CAR can modulate blood glucose and lipid levels in a T2DM rat model by regulating short-chain fatty acids (SCFAs) and the GPR41/43 pathway. The T2DM rat model was induced by a high-fat diet combined with low-dose streptozocin injection and treated with oral CAR and/or mixed antibiotics. Fasting blood glucose, oral glucose tolerance, and insulin tolerance tests were assessed. Serum lipid parameters, hepatic and renal function indicators, tissue morphology, and SCFAs were measured. In vitro, high glucose (HG)-induced IEC-6 cells were treated with CAR, and optimal CAR concentration was determined. HG-induced IEC-6 cells were treated with SCFAs or/and GPR41/43 agonists. CAR significantly reduced blood lipid and glucose levels, improved tissue damage, and increased SCFA levels in feces and GPR41/43 expression in colonic tissues of T2DM rats. CAR also attenuated HG-induced apoptosis of IEC-6 cells and enhanced GPR41/43 expression. Overall, these findings suggest that CAR alleviates blood lipid and glucose abnormalities in T2DM rats by modulating SCFAs and the GPR41/43 pathway.
Cho, Sung Back;Hwang, Ok Hwa;Lee, Jun Yeop;Kim, Jong Kon;Choi, Dong Yoon;Park, Sung Kwon
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.33
no.4
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pp.252-256
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2013
This study investigated the effect of slurry additives on reducing the concentration of odorous compounds. Slurry treatments included control, horseradish, spent mushroom, and almond hull (n = 4 each group). Odorous compounds including volatile organic compounds (VOCs phenols and indoles) and volatile fatty acids (VFAs short chain FA, SCFA, and branched chain FA, BCFA) were analyzed. Pigs of 85~120 kg body weight were fed diets formulated to meet the Korean Feeding Standard (2012) and their excretion was sampled from slurry pits. VOCs decreased (p<0.05) in horseradish, spent mushroom, and almond hull, compared to the control. SCFA was lower (p<0.05) in the horseradish group and BCFA was lower (p<0.05) in all three treatment groups compared to the control. Taken together, the tested additives are effective in reducing odorous compounds in pig slurry, indicating that the use of spent mushroom and almond hull can not only recycle the agri-byproduct but also reduce the impact of odors on surrounding communities.
On earth, there are about 5,400 kinds of mammals, of which about 1,000 kinds are herbivores. Among herbivores, about 250 kinds are known to be ruminants. As for cattle and sheep, which are ruminants, fermentation takes places mainly in their rumen; in contrast, for pigs and men, which are non-ruminants, fermentation takes place mainly in their caecum, colon, and rectum. As for the kind and dominance of rumen microorganisms, Bacteroidetes account for 51% and Firmicutes for 43%. As for the dominance of the large intestine microorganisms in men, Firmicutes account for 65% and Bacteroidetes for 25%. Cell wall components are decomposed by microorganisms, and short chain fatty acids (SCFAs) are generated through fermentation; the ratio of acetate, propionate, and butyrate generate is 60:25:15. Butyrate absorbed through the primary butyrate transporter MCT1 (mono carboxylate transports-1) in the intestines activates such SCFA receptors as GPR43 and GPR41. Butyrate has a strong anti-tumorigenic function. Butyrate is characterized by the fact that it has an effect on many cancer cells, contributes to the coordination of functions in the cells, and induces cancer apoptosis. Butyrate activates caspase but inhibits the activity of HDAC (histone deacetylase), so as to induce apoptosis. In addition, it increases p53 expression, so as to induce cell cycle arrest and apoptosis. Anti-inflammation actions of SCFA include the reduction of IL-8 expression in intestinal epithelial cells, the inhibition of NO synthesis, and the restraint of the activity of NF-${\kappa}B$ (nuclear factor ${\kappa}B$), so as to suppress the occurrence of cancers caused by inflammation. Butyrate plays an important role in maintaining physiological functions of intestinal mucous membranes and is used as a cure for inflammatory bowel disease (IBD).
Kim, Sunhong;Kim, Jeong-Hoon;Park, Bi Oh;Kwak, Young Shin
BMB Reports
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v.47
no.3
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pp.173-178
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2014
There is rapidly growing interest in the human microbiome because of its implication in metabolic disorders and inflammatory diseases. Consequently, understanding the biology of short chain fatty acids and their receptors has become very important for identifying novel therapeutic avenues. GPR41 and GPR43 have been recognized as the cognate receptors for SCFAs and their roles in metabolism and inflammation have drawn much attention in recent years. GPR43 is highly expressed on immune cells and has been suggested to play a role in inflammatory diseases such as inflammatory bowel disease. Both GPR41 and GPR43 have been implicated in diabetes and obesity via the regulation of adipose tissue and gastrointestinal hormones. So far, many studies have provided contradictory results, and therefore further research is required to validate these receptors as drug targets. We will also discuss the synthetic modulators of GPR41 and GPR43 that are critical to understanding the functions of these receptors.
Background: Major amino acids in pig diets are Lys, Met, Thr, and Trp, but little is known about the requirements for the other essential amino acids, especially on odorous compounds and microbial characteristics in feces of growing-finishing pigs. To this end, different levels of amino acid composition added to diets to investigate the effects of amino acid composition on microbial characteristics and odorous compounds concentration. Methods: A total eight (n = 8) barrows (Landrace ${\times}$ Yorkshire ${\times}$ Duroc) with an average bodyweight of $89.38{\pm}3.3kg$ were individually fed diets formulated by Korean Feeding Standards 2007 (old version) or 2012 (updated with ideal protein concept) in metabolism crates with two replication. After 15-day adaptation period, fresh faecal samples were collected directly from pigs every week for 4 weeks and analysed for total volatile fatty acids (VFA), phenols and indoles by using gas chromatography. The nitrogen was determined by Kjeldahl method. Bacterial communities were detected by using a 454 FLX titanium pyrosequencing system. Results: Level of VFA tended to be greater in 2012 than 2007 group. Among VFAs, 2012 group had greater (p < 0.05) level of short chain fatty acids (SCFA) than control.Concentration of odorous compounds in feces was also affected by amino acid composition in pig diet. Levels of ammonium and indoles tended to be higher in 2012 group when compared with 2007 group.Concentration of phenols, p-cresol, biochemical oxygen demand, and total Kjeldahl nitrogen, however, were lower (P < 0.05) in 2012 treatment group compare to 2007. The proportion of Firmicute phylum were decreased, while the Bacteriodetes phylum proportion increased and bacterial genera includingCoprococcus, Bacillus, and Bacteroides increased (p < 0.05) in 2012 compare to 2007 group. Conclusion: Results from our current study indicates that well balanced amino acid composition reduces odor by modulating the gut microbial community. Administration of pig diet formulated with the ideal protein concept may help improve gut fermentation as well as reduce the odor causing compounds in pig manure.
Wu, Xuangao;Jin, Bo Ram;Yang, Hye Jeong;Kim, Min Jung;Park, Sunmin
Journal of Applied Biological Chemistry
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v.62
no.3
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pp.229-237
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2019
More effective treatments are needed for non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). We hypothesized that water extracts of blackberry fruits (BF) and leaves (BL) and their combinations (BFL) reduce fat deposition in HepG2 cells and modulate shor-tchain fatty acids (SCFA) and fecal bacteria in vitro. HepG2 cells were treated with BF, BL, BFL1:2, and BFL1:3 for 1 h, and 0.5 mM palmitate was added to the cells. Moreover, low ($30{\mu}g/mL$) and high doses ($90{\mu}g/mL$) of BL and BF were applied to fecal bacteria in vitro, and SCFA was measured by GC. BL, BF, BFL1:2, and BFL1:3 reduced triglyceride deposition in the cells in a dose-dependent manner, and BFL1:2 and BFL1:3 had a stronger effect than BF. The content of malondialdehyde, an index of oxidative stress, was also reduced in BL, BF, and BFL1:2 with increasing superoxide dismutase and glutathione peroxidase activities. The mRNA expression of acetyl CoA carboxylase, fatty acid synthase, and sterol regulatory element-binding protein-1c was reduced in BL, BF, BFL1:2, and BFL1:3 compared to the control, and BFL1:2 had the strongest effect. By contrast, the carnitine palmitolytransferase-1expression, a regulator of fatty acid oxidation, increased mostly in BFL1:2 and BFL1:3. Tumor necrosis factor-${\alpha}$ and interleukin-$1{\beta}$ expression was reduced in BL compared to that in BF and BFL1:2 in HepG2 cells. Interestingly, BL increased propionate production, and BF increased butyrate and propionate production and increased total SCFA content in fecal incubation. BF increased the contents of Bifidobacteriales and Lactobacillales and decreased those of Clostridiales, whereas BL elevated the contents of Bacteroidales and decreased those of Enterobacteriales. In conclusion, BFL1:2 and BFL1:3 may be potential therapeutic candidates for NAFLD.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.34
no.3
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pp.351-355
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2005
This study was performed to investigate the influences of resistant starch (HM: HI-MAIZE) and HM-D (HI-MAIZE DIET) fortified with D-factor (consisted of Psyliium husk, polydextrose and hydrocitric acid) on the glucose and bile acid absorption and production of short chain fatty acids (SCFA). HM-D absorbed more glucose and bile acid than did HM. The glucose transport of HM and HM-D against dialysis membrane showed 77% and 68% for 4h, respectively. After 24h, bile acid transport of HM and HM -D showed 65% and 62.3%, respectively. The HM and HM-D produced 217.8 mM and 264.0mM of SCFA, respectively. The production of butyric acid in HM-D (32.7mM) showed higher than that of HM (26.9mM). The addition of D-factor to HM increased the physiological function of dietary fiber through the glucose and bile acid absorption and production of SCFA.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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