Cereal alkylresorcinols as dietary biomarkers-absorption and occurrence in biological membranes

Several studies link the consumption of whole-grain products to a lowered risk of chronic diseases, such as certain types of cancer, type II diabetes, and cardiovascular diseases. However, the final conclusions of the exact protective mechanisms remain unclear, partly due to a lack of a suitable biomarker for the whole-grain cereals intake. Alkylresorcinols (AR) are phenolic lipids abundant in the outer parts of wheat and rye grains usually with homologues of C15:0- C25:0 alkyl chains, and are suggested to function as whole-grain biomarkers. Mammalian lignan enterolactone has also previously been studied as a potential whole-grain biomarker. In the present work a quantified gas chromatography-mass spectrometry method for the analysis of AR in plasma, erythrocytes, and lipoproteins was developed. The method was used to determine human and pig plasma AR concentrations after the intake of whole-grain wheat and rye products compared to low-fibre wheat bread diets to assess the usability of AR as biomarkers of whole-grain intake. AR plasma concentrations were compared to serum ENL concentrations. AR absorption and elimination kinetics were investigated in a pig model. AR occurrence in human erythrocyte membranes and plasma lipoproteins were determined, and the distribution of AR in blood was evaluated. Plasma AR seem to be absorbed via the lymphatic system from the small intestine, like many other lipophilic compounds. Their apparent elimination half-life is relatively short and is similar to that of tocopherols, which have a similar chemical structure. Plasma AR concentrations increased significantly after a one- to eight-week intake of whole-grain wheat and further on with whole-grain rye bread. The concentrations were also higher after habitual Finnish diet compared to diet with low-fibre bread. Inter-individual variation after a one-week intake of the same amount of bread was high, but the mean plasma AR concentrations increased with increasing AR intake. AR are incorporated into erythrocyte membranes and plasma lipoproteins, and VLDL and HDL were the main AR carriers in human plasma. Based on these studies, plasma AR could function as specific biomarkers of dietary whole-grain products. AR are exclusively found in whole-grains and are more suitable as specific biomarkers of whole-grain intake than previously investigated mammalian lignan enterolactone, that is formed from several plants other than cereals in the diet. Plasma AR C17:0/C21:0 -ratio could distinguish whether whole-grain products in the diet are mainly wheat or rye. AR could be used in epidemiological studies to determine whole-grain intake and to better assess the role of whole-grains in disease prevention.

Kokojyväviljojen käytön on todettu vähentävän riskiä sairastua useisiin kroonisiin sairauksiin, kuten tiettyihin syöpäsairauksiin, tyypin II diabetekseen ja sydän- ja verisuonisairauksiin. Lopulliset päätelmät suojaavista mekanismeista puuttuvat. Osaltaan tähän on vaikuttanut sopivan kokojyvätuotteiden käytön mittarin puute. Alkyyliresorsinolit (AR) ovat rasvaliukoisia yhdisteitä, joita esiintyy vehnän ja rukiin viljan kuorikerroksissa C17:0-C25:0 -pituisten hiiliketjujen kanssa. Niiden on ehdotettu toimivan kokojyväviljojen saannin mittarina. Enterolaktonin toimimista tällaisena mittarina on myös tutkittu. Tässä työssä kehitimme kaasukromatografia-massaspektometrisen menetelmän, jolla mittasimme AR:n pitoisuuksia plasmassa, punasoluissa ja lipoproteiineissa. Vertasimme pitoisuuksia ihmisen plasmassa kokojyvävehnäleivän ja -ruisleivän syönnin jälkeen sekä matalakuituisen vehnäleivän syönnin jälkeen. Tutkimme AR:n toimimista kokojyvätuotteiden saannin mittareina ja vertasimme niitä enterolaktoniin. AR:n kinetiikkaa tutkittiin porsailla tehdyssä kokeessa. Tutkimme myös AR:n esiintymistä ihmisen punasoluissa ja lipoproteiineissa. Plasman AR imeytyvät imujärjestelmän kautta ohutsuolesta, kuten monet muutkin rasvaliukoiset yhdisteet. Niiden puoliintumisaika on verraten lyhyt ja verrattavissa rakenteeltaan samankaltaiseen tokoferoliin. AR:n plasmapitoisuudet nousivat merkittävästi kokojyvävehnäleivän syönnin jälkeen ja vielä enemmän kokojyväruisleivän syönnin jälkeen. Pitoisuudet olivat korkeat myös keskimääräisen suomalaisen ruokavalion jälkeen verrattuna matalakuituisen vehnäleivän syöntiin. Ihmisten väliset pitoisuudet erosivat melko paljon yhden ja kahdeksan viikon kokojyväleivän syönnin jälkeen, mutta nousivat suhteessa AR:n saantiin ruokavaliosta. AR:a esiintyy punasolujen solukalvoissa ja lipoproteiineissa. Lipoproteiinit HDL ja VLDL ovat AR:n pääasialliset kuljettajat ihmisen plasmassa. Tutkimuksemme pohjalta voimme päätellä, että AR:t, joita ihmisen ravinnossa esiintyy vain kokojyvävehnässä ja -rukiissa, voivat toimia erityisesti kokojyvätuotteiden mittarina verrattuna esimerkiksi enterolaktoniin. Enterolaktonia muodostuu paljon kokojyvätuotteista mutta myös muista kasvituotteista. Plasman AR C17:0/C21:0 -suhde voi erottaa, onko kokojyvätuote ravinnossa pääasiassa peräisin vehnästä vai rukiista. AR:a voidaan käyttää epidemiologisissa tutkimuksissa kokojyvätuotteiden saannin mittarina ja siten pystytään paremmin määrittämään alkyyliresorsinolien mahdollisia sairauksilta suojaavia mekanismeja.