Důležitost a prospěšnost butyrátu pro orgánové soustavy

Věděli jste, že butyrát, což je metabolit produkovaný ve střevě určitými bakteriemi, zajišťuje dobrou funkci střev, mozku, kůže, imunitního systému a má anti karcinogenní účinky?

Takzvanou anaerobní fermentací vlákniny vznikají v lidském střevě mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA). Mezi tyto organické kyseliny s jedním až šesti uhlíky patří acetát, propionát a butyrát. V tomto článku bych se ráda zaměřila právě na butyrát, jelikož nejnovější studie poukazují na jeho důležitost a prospěšnost pro nejrůznější orgánové soustavy.

Jak tedy butyrát vlastně vzniká? Hlavními producenty butyrátu ve střevě jsou bakterie řádu Clostridiales (např. Eubacterium halli, Eubacterium rectale, Faecalibacterium prausnitzi a další). Produkce butyrátu, respektive počet bakterií produkujících butyrát, se dá testovat ze stolice.

Jaký konkrétní vliv na lidský organismus tedy butyrát má?

Butyrát a vliv na zdraví střeva

Butyrát je vhodným substrátem pro kolonocyty (epitelová buňka sliznice tlustého střeva), poskytující 60-70% energetické potřeby koloniálních epiteliálních buněk. Butyrát potlačuje zánět tlustého střeva, ve střevě působí imunoregulačně, a zlepšuje propustnost střevní bariéry zrychlením sestavování proteinů v těsných spojích.

Butyrát také ovlivňuje vrstvu hlenu ve střevě. Zdravý epitel střeva je potažen dvojitou vrstvou hlenu. Silná vnitřní vrstva je hustá a do značné míry postrádá mikroby, chrání epitel před kontaktem s patogeny. Vnější vrstva hlenu je „domovem“ mnoha bakterií, z nichž se některé živí glykoproteiny samotné vnější vrstvy hlenu. Obě tyto vrstvy hlenu jsou organizovány proteinem mucinem MUC2, který je vylučován pohárkovými buňkami v epitelu. Ukázalo se, že suplementace butyrátu zvyšuje expresi genu MUC2 a sekreci MUC2 v buněčné linii pohárkových buněk.

Studie z roku 2019 (Fachi et al), provedená na zvířecím modelu prokázala, že butyrát podávaný spolu s antibiotiky by mohl utlumit kolitidu vyvolanou Clostridioides difficile. Clostridioides difficile (dříve klasifikovaný jako Clostridium difficile a obvykle zkráceně C. diff) je gram-pozitivní bakterie vytvářející spóry, která je běžnou příčinou střevní infekce po použití antibiotik. Příznaky infekce C. diff se mohou pohybovat od mírného až středního průjmu až po těžké formy krvavých průjmů, sepse, výrazné bolesti břicha (kolitidy) či smrti.

Butyrát a vliv na lidský metabolismus

Butyrát také ovlivňuje metabolismus. U modelu myší s obezitou bylo prokázáno, že suplementace butyrátem zlepšuje citlivost na inzulín, zvyšuje energetický výdej a snižuje adipozitu. Zvýšil také počet mitochondrií a jejich aktivitu v kosterním svalstvu a hnědé tukové tkáni.

Butyrát a anti karcinogenní účinky

Bylo zjištěno, že butyrát má protirakovinné účinky, včetně rakoviny jazyka, rakoviny prostaty, rakoviny jater, rakoviny prsu, rakoviny plic, a neuroblastomu.

Butyrát a podpora funkce mozku

Většina výzkumu butyrátu ve spojení na funkci mozku je zatím bohužel omezena na zvířecí modely. Přesto se ukázalo, že butyrát má účinky na zdraví mozku. Myši, kterým byl podán butyrát sodný nebo bakterie produkující butyrát Clostridium butyricum, vykazovaly zvýšenou neurogenezi, snížený oxidační stres a zlepšené zotavení po ischemickém poškození mozku. Butyrát má také zajímavé důsledky pro tvorbu a uchování paměti

Protizánětlivé účinky butyrátu

Butyrát také hraje hlavní roli v regulaci imunitního systému a receptory reagující na butyrát byly nalezeny prakticky na každém typu imunitní buňky.

Signalizace butyrátem vede k celkovému protizánětlivému imunitnímu profilu, inhibuje produkci prozánětlivého cytokinu a zvyšuje regulaci produkce protizánětlivých cytokinů.

Butyrát by se tedy dal použít k prevenci a léčbě chronického zánětu, který je spojený se zvýšeným rizikem vzniku inzulinové rezistence, diabetu typu II. a kardiovaskulárních onemocnění (Meijer, de Vos and Priebe 2010). Butyrát také významně snižuje expresi klíčových genů, které regulují biosyntézu cholesterolu. Mohl by hrát významnou úlohu při léčbě a prevenci hypercholesterolemie (Alvaro et al. 2008).

Butyrát po antibiotické léčbě lepší než probiotika?

V nedávném článku jsem se zmínila, že podávání probiotik po antibioticích může být kontraproduktivní a že podávání kmene saccharomyces boulardi se jeví jako bezpečná forma užívání probiotik. Nyní také existuje dostatek důkazů, které naznačují, že doplňování butyrátu by mohlo být zvláště užitečné. Pokud tedy musíte brát antibiotika, zvažte suplementaci butyrátem! 

Jak tedy zvýšit produkci butyrátu ve střevě a je suplementace vždy prospěšná?

• Zvyšujte hojnost bakterií produkujících butyrát. Především Firmicutes a Bacteroidetes phyla, zahrnující druhy jako Clostridium leptum , Eubacterium spp ., Roseburia spp ., Coprococcus spp . A Faecalibacterium prausnitzii. Rody jako Bifidobacteria a Lactobaccilus mohou také přispívat k produkci butyrátu tím, že produkují acetát a laktát, které mohou jiné bakterie převést na butyrát.
• Zvyšujte příjem substrátů pro bakterie produkující butyrát. To znamená jíst prebiotická jídla neboli fermentovatelnou vlákninu, která stimuluje produkci butyrátu. Mezi nejsilnější butyrogenní vlákninu patří rezistentní škrob a fruktooligosacharidy.
• Butyrát neboli kyselina máselná je obsažena například v másle (z krav pasených se venku, na trávě).

Co suplementace? Je prospěšná?

Pokud prohledáte studie zabývající se problematikou butyrátu, najdete ve většině případů takové, které doporučují suplementaci butyrátu a nezmiňují žádná rizika i při užívání vyšších koncentrací.  Pokud však budete hledat více do hloubky, najdete také několik studií, které naznačují, že suplementace butyrátem je kontroverzní; tj. nízké koncentrace butyrátu jsou prospěšné, ale vysoké koncentrace mohou být škodlivé, zejména u jedinců s akutním zánětlivým střevem (např. ulcerózní kolitida).

Suplementace butyrátem by tedy měla být používána s velkou opatrností, a to zejména v případech těžkého zánětu střeva a poškození epitelu, zejména u aktivní ulcerózní kolitidy!!  Suplementace vyšší dávky probiotik s prebiotiky by měla být také používána s opatrností, protože butyrogenní vláknina nebo bakterie produkující butyrát mohou také potenciálně zhoršovat kolitidu.

Nižší dávky butyrátu mohou být užitečné u osob s mírnou kolitidou nebo u lidí, kteří nemají problém s gastrointestinálním traktem. Prebiotika však pravděpodobně poskytují butyrát ve fyziologicky prospěšných koncentracích a v bezpečnější podobě.

Pokud vám váš ošetřující terapeut doporučí suplementaci butyrátem, pak volte formu s vápníkem a hořčíkem, která se momentálně jeví jako lépe vstřebatelná a účinnější.

Zdroje:

1. Donohoe, D. R. et al.The Microbiome and Butyrate Regulate Energy Metabolism and Autophagy in the Mammalian Colon. Cell Metab. 13, 517–526 (2011)
2. Suzuki, T., Yoshida, S. & Hara, H. Physiological concentrations of short-chain fatty acids immediately suppress colonic epithelial permeability.  J. Nutr.100, 297–305 (2008).

1. Singh, N. et al. Activation of Gpr109a, receptor for niacin and the commensal metabolite butyrate, suppresses colonic inflammation and carcinogenesis. Immunity 40, 128–139 (2014).
2. Chang, P. V., Hao, L., Offermanns, S. & Medzhitov, R. The microbial metabolite butyrate regulates intestinal macrophage function via histone deacetylase inhibition. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 111, 2247–2252 (2014).
3. Peng, L., He, Z., Chen, W., Holzman, I. R. & Lin, J. Effects of butyrate on intestinal barrier function in a Caco-2 cell monolayer model of intestinal barrier. Pediatr. Res. 61, 37–41 (2007).
4. Peng, L., Li, Z.-R., Green, R. S., Holzman, I. R. & Lin, J. Butyrate Enhances the Intestinal Barrier by Facilitating Tight Junction Assembly via Activation of AMP-Activated Protein Kinase in Caco-2 Cell Monolayers. J. Nutr. 139, 1619–1625 (2009).
5. Burger-van Paassen, N. et al. The regulation of intestinal mucin MUC2 expression by short-chain fatty acids: implications for epithelial protection. Biochem. J. 420, 211–219 (2009).
6. Hatayama, H., Iwashita, J., Kuwajima, A. & Abe, T. The short chain fatty acid, butyrate, stimulates MUC2 mucin production in the human colon cancer cell line, LS174T. Biochem. Biophys. Res. Commun. 356, 599–603 (2007).
7. Fachi, JL a kol., 2019.  
8. Pellizzaro, C., Coradini, D., Daniotti, A., Abolafio, G. & Daidone, M. G. Modulation of cell cycle-related protein expression by sodium butyrate in human non-small cell lung cancer cell lines. Int. J. Cancer 91, 654–657 (2001).
9. Denlinger, C. E., Keller, M. D., Mayo, M. W., Broad, R. M. & Jones, D. R. Combined proteasome and histone deacetylase inhibition in non–small cell lung cancer. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 127, 1078–1086 (2004).
10. Schneider, F. H. Effects of sodium butyrate on mouse neuroblastoma cells in culture. Biochem. Pharmacol. 25, 2309–2317 (1976).
11. Kim, H. J., Leeds, P. & Chuang, D.-M. The HDAC inhibitor, sodium butyrate, stimulates neurogenesis in the ischemic brain. J. Neurochem. 110, 1226–1240 (2009).
12. Sun, J. et al. Clostridium butyricum pretreatment attenuates cerebral ischemia/reperfusion injury in mice via anti-oxidation and anti-apoptosis. Neurosci. Lett. 613, 30–35 (2016).
13. Li, H. et al. Sodium butyrate exerts neuroprotective effects by restoring the blood-brain barrier in traumatic brain injury mice. Brain Res. 1642, 70–78 (2016).
14. Jeng, J.-H. et al. Toxic and metabolic effect of sodium butyrate on SAS tongue cancer cells: role of cell cycle deregulation and redox changes. Toxicology 223, 235–247 (2006).
15. Kim, J., Park, H., Im, J. Y., Choi, W. S. & Kim, H. S. Sodium butyrate regulates androgen receptor expression and cell cycle arrest in human prostate cancer cells. Anticancer Res. 27, 3285–3292 (2007).
16. Kuefer, R. et al. Sodium butyrate and tributyrin induce in vivo growth inhibition and apoptosis in human prostate cancer. Br. J. Cancer 90, 535–541 (2004).
17. Nakamura, M. et al. Reduction of telomerase activity in human liver cancer cells by a histone deacetylase inhibitor. J. Cell. Physiol. 187, 392–401 (2001).
18. Wakabayashi, K. et al. Gene expression associated with the decrease in malignant phenotype of human liver cancer cells following stimulation with a histone deacetylase inhibitor. Int. J. Oncol. 26, 233–239 (2005).
19. M, M. & R, K. Bcl-2 expression regulates sodium butyrate-induced apoptosis in human MCF-7 breast cancer cells. Cell Growth Differ. Mol. Biol. J. Am. Assoc. Cancer Res. 7, 311–318 (1996).
20. Pellizzaro, C., Coradini, D., Daniotti, A., Abolafio, G. & Daidone, M. G. Modulation of cell cycle-related protein expression by sodium butyrate in human non-small cell lung cancer cell lines. Int. J. Cancer 91, 654–657 (2001).
21. Denlinger, C. E., Keller, M. D., Mayo, M. W., Broad, R. M. & Jones, D. R. Combined proteasome and histone deacetylase inhibition in non–small cell lung cancer. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 127, 1078–1086 (2004).
22. Schneider, F. H. Effects of sodium butyrate on mouse neuroblastoma cells in culture. Biochem. Pharmacol. 25, 2309–2317 (1976).
23. Graff, E. C., Fang, H., Wanders, D. & Judd, R. L. Anti-inflammatory effects of the hydroxycarboxylic acid receptor 2. Metabolism. 65, 102–113 (2016).
24. Säemann, M. D. et al. Anti-inflammatory effects of sodium butyrate on human monocytes: potent inhibition of IL-12 and up-regulation of IL-10 production. FASEB J. Off. Publ. Fed. Am. Soc. Exp. Biol. 14, 2380–2382 (2000).
25. Cavaglieri, C. R. et al. Differential effects of short-chain fatty acids on proliferation and production of pro- and anti-inflammatory cytokines by cultured lymphocytes. Life Sci. 73, 1683–1690 (2003).