Prescription channeling of COX-2 inhibitors and traditional nonselective nonsteroidal anti-inflammatory drugs: a population-based case–control study

Affiliation: Faculté de pharmacie, Université de Montréal

Modalities of exercise training on liver fat accretion and inflammatory markers in ovariectomized rats

Les facteurs de risque des maladies cardiovasculaires, telle, que la détérioration du profil lipidique, deviennent plus prononcés après la ménopause, ce qui fait de la maladie coronarienne, l’une des principales causes de décès chez les femmes ménopausées. Une proportion importante de femmes prennent du poids après la ménopause en particulier dans la région abdominale entraînant par conséquent des perturbations métaboliques. Des données récentes suggèrent également que l’absence des œstrogènes observée à la ménopause favorise le développement de la stéatose hépatique. Cette dernière a été incriminée pour incriminée dans le développement de la résistance à l'insuline, et est de ce fait considérée comme une composante hépatique du syndrome métabolique. Il est impératif d'établir des stratégies visant à contrecarrer l'accumulation de graisse dans le foie et l’accroissement du tissu adipeux chez les femmes ménopausées, en tenant compte que l'utilisation de l'hormonothérapie substitutive est de nos jours moins soutenue. Les quatre études de la présente thèse ont été conduites pour tenter de fournir des informations sur le traitement et la prévention de l’augmentation de la masse graisseuse et de la stéatose hépatique qu’entraîne la suppression des œstrogènes, à travers les modifications du mode de vie (diète et exercice physique) chez la rate ovariectomizée (Ovx); un modèle animal de la ménopause. Dans les deux premières études nous nous sommes concentrés sur l’augmentation de la masse graisseuse et sa reprise suite à une perte de poids. Dans la première étude, nous avons montré que les rates Ovx qui ont suivi un programme de restriction alimentaire (FR) ont diminué significativement (P < 0.01) leur poids corporel, leur contenu en graisses intra-abdominales ainsi que leurs triacylglycérols (TAG) hépatiques, comparativement aux rates Ovx nourries à la diète normale. De plus, l’entraînement en résistance (RT) a prévenu la reprise de poids corporel ainsi que l’accroissement du tissu adipeux et l’accumulation de lipides dans le foie des rates Ovx, après l’arrêt du régime amaigrissant. Les résultats de la deuxième étude ont confirmé l'efficacité de la restriction alimentaire associée à l’entraînement en résistance (FR + RT) dans la réduction du poids corporel, des lipides dans le foie et le tissu adipeux chez les rates Ovx. Tenant compte des résultats de notre première étude, l’entraînement en résistance seulement a constitué un atout pour atténuer le poids corporel et la masse grasse reprise par les rates Ovx suite à un programme de perte de poids (FR + RT); bien que l'impact ait été moindre comparé au maintien seul de la restriction alimentaire. De la même manière que la supplémentation en œstrogènes, les résultats de la troisième étude indiquent que l'entraînement en endurance mené concurremment avec l’ovariectomie a significativement atténué l'accumulation de lipides dans le foie ainsi que dans le tissu adipeux. Toutefois, l’entraînement en endurance effectué avant l'ovariectomie n'a pas protégé contre l'accumulation des graisses qu’entraîne l'ovariectomie, si celui-ci est interrompu après l'ovariectomie. Enfin, pour compléter les résultats antérieurs, nous avons montré dans la quatrième étude que l’expression des gènes impliqués dans la synthèse de lipide; SREBP-1c, SCD-1, ChREBP, et ACC dans le foie a augmenté après le retrait des œstrogènes, tandis qu’une diminution (P < 0.01) des niveaux d'ARNm de PPAR-α a été observée. De plus, l'expression hépatique des gènes des cytokines pro-inflammatoires incluant IKKβ, IL-6 ainsi que le contenu protéinique de NF-кB étaient augmentés (P < 0.01) chez les rates Ovx par rapport aux rates ayant subi une Ovx simulée (Sham). Toutes ces perturbations ont été améliorées avec la supplémentation en œstrogènes seulement, ainsi qu'avec l'entraînement en endurance seulement. Dans l'ensemble, nos résultats indiquent que l'exercice physique (en résistance ou en endurance) a un impact significatif sur la réduction de l'accumulation des lipides dans le foie et dans le tissu adipeux des rates Ovx. De plus, chez les rates Ovx, l’entraînement en endurance mimerait les effets des œstrogènes sur l'expression des gènes impliqués dans l'accumulation de lipides et l’inflammation préclinique dans le foie.

Studies on the exaggerated inflammatory response caused by streptococcus suis at systemic and central nervous system levels

Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible.

Prevention of Cardiometabolic Disease in Familial Hypercholesterolemia

L’hypercholestérolémie familiale (FH) est un désordre lipidique associé aux maladies cardiovasculaires les plus fréquentes. La FH est causée par des mutations dans les gènes LDLR, APOB et PCSK9. Toutefois, chez 20% des patients souffrant de FH, aucune mutation dans ces gènes n'a été détectée et ceci suggère que d’autres gènes seraient à l’origine de la FH. Actuellement, le seul traitement de la FH est une thérapie aux statines. En général les statines sont bien tolérées, cependant, une monothérapie ne permet pas d’atteindre des niveaux thérapeutiques acceptables et dans bien des cas, une thérapie combinée devient nécessaire. De plus, l’intolérance aux statines est présente dans environ 12% des patients. Dans les trois dernières décennies, la survie des patients avec la FH a augmentée de façon notoire mais on observe aussi l’apparition d’une calcification vasculaire sévère chez certains d’entre eux. Il est donc primordial de développer des nouvelles approches thérapeutiques afin de prévenir ces complications tardives. Dans cette thèse doctorat, nous présentons l’étude d’une famille avec un phénotype de FH sévère non causé par des mutations dans les gènes LDLR, APOB et PCSK9. Par des études biochimiques et par séquençage d’ADN utilisant les technologies de nouvelle génération (NextGenSeq), nous avons découvert une mutation dans le gène de l’APOE (Leu167del). Ceci nous permet de proposer le gène codant pour l’APOE comme le 4e locus responsable de la FH (FH4). Par la suite, nous avons effectué deux études de cohortes chez les patients atteints de FH. Premièrement, dans l’étude JUPITER, nous avons démontré que la rosuvastatin augmente les niveaux sanguins de la protéine PCSK9 et ceci limiterait l’efficacité du traitement aux statines. Nous avons aussi étudié l’influence du mutant naturel R46L (perte de fonction de la PCSK9) dans la réponse aux statines. Deuxièmement, nous avons examiné les effets de la perte de fonction de la PCSK9 sur le profil cardiométabolique au sein d’une population pédiatrique. Nous avons déterminé que le génotype de l’APOE est déterminant dans ce profil cardiométabolique. Enfin, nous avons étudié la calcification vasculaire chez les patients atteints de FH. Cette calcification vasculaire progresse de façon indépendante des niveaux de cholestérol sérique et n’est pas associée aux anomalies de l’homéostasie du calcium. En utilisant des modèles murins, nous avons démontré que les souris Ldlr-/- et Tg(Pcsk9) développent des calcifications vasculaires semblables à celles observées chez l’homme. De plus, nous avons confirmé l’implication de la voie de signalisation LRP5/Wnt dans la pathophysiologie de la calcification artérielle. Avec une étude interventionnelle, nous avons trouvé que l’inhibition de l’interleukine 1β (IL-1β) diminue fortement l’apparition de calcifications vasculaire dans notre modèle murin. En conclusion, nos études ont permis l’identification d’un nouveau gène impliqué dans la FH, ont démontré aussi que les statines augmentent les niveaux sériques de PCSK9 et que la perte de fonction de la PCSK9 altère le profil cardiométabolique. Enfin, nous avons établi que la calcification vasculaire représente une complication tardive chez les patients atteints de FH et que, dans notre modèle murin, la calcification vasculaire peut être retardée par l’inhibition d’IL-1β. Ces découvertes peuvent avoir d’importantes répercussions cliniques chez l’humain.

Intestinal microbiology in Crohn's disease: a study of Escherichia coli as a potential etiologic agent

La malaltia de Crohn és una malaltia inflamatòria intestinal crònica d'etiologia encara desconeguda. Actualment es pensa que hi participen factors genètics i immunològics que confereixen una susceptibilitat a l'hoste, i factors externs o ambientals, com serien els microorganismes i/o l'estil de vida. L'objectiu principal d'aquest treball ha estat descriure les poblacions bacterianes associades especialment als malalts de Crohn, amb la intenció d'identificar possibles agents etiològics. Els resultats d'aquest treball coincideixen amb investigacions prèvies que descriuen l'alteració bacteriana present en els malalts de Crohn (disbiosi) i recolzen la hipòtesi que implica el recentment descrit patovar "Adherent- Invasive Escherichia coli" (AIEC) en l'etiologia d'aquesta malaltia inflamatòria intestinal. A més, contribuïm a la descripció de les poblacions d'E. coli associades a la mucosa intestinal aportant dades sobre aspectes ecològics i patogènics. Finalment, descrivim nous aspectes fenotípics d'AIEC que podrien estar relacionats amb la seva patogènia, com seria la capacitat de formar biofilms.

Impact of apoE genotype on oxidative stress, inflammation and disease risk

Although in developing countries an apolipoprotein E4 (apoE4) genotype may offer an evolutionary advantage, as it has been shown to offer protection against certain infectious disease, in Westernised societies it is associated with increased morbidity and mortality, and represents a significant risk factor for cardiovascular disease, late-onset Alzheimer's disease and other chronic disorders. ApoE is an important modulator of many stages of lipoprotein metabolism and traditionally the increased risk was attributed to higher lipid levels in E4 carriers. However, more recent evidence demonstrates the multifunctional nature of the apoE protein and the fact that the impact of genotype on disease risk may be in large part due to an impact on oxidative status or the immunomodulatory/anti-inflammatory properties of apoE. An increasing number of studies in cell lines, targeted replacement rodents and human volunteers indicate higher oxidative stress and a more pro-inflammatory state associated with the F,4 allele. The impact of genotype on the antioxidant and immunomodulatory/anti-inflammatory properties of apoE is the focus of the current review. Furthermore, current information on the impact of environment (diet, exercise, smoking status, alcohol) on apoE genotype-phenotype associations are discussed with a view to identifying particular lifestyle strategies that could be adapted to counteract the 'at-risk' E4 genotype.

A randomised clinical trial to assess the effect of total enteral and total parenteral nutritional support on metabolic, inflammatory and oxidative markers in patients with predicted severe acute pancreatitis (APACHE II >= 66)

Background: Total enteral nutrition (TEN) within 48 h of admission has recently been shown to be safe and efficacious as part of the management of severe acute pancreatitis. Our aim was to ascertain the safety of immediate TEN in these patients and the effect of TEN on systemic inflammation, psychological state, oxidative stress, plasma glutamine levels and endotoxaemia. Methods: Patients admitted with predicted severe acute pancreatitis (APACHE II score 15) were randomised to total enteral (TEN; n = 8) or total parenteral nutrition (TPN; n = 9). Measurements of systemic inflammation (C-reactive protein), fatigue ( visual analogue scale), oxidative stress ( plasma thiobarbituric acid- reactive substances), plasma glutamine and anti-endotoxin IgG and IgM antibody concentrations were made on admission and repeated on days 3 and 7 thereafter. Clinical progress was monitored using APACHE II score. Organ failure and complications were recorded. Results: All patients tolerated the feeding regime well with few nutrition-related complications. Fatigue improved in both groups but more rapidly in the TEN group. Oxidative stress was high on admission and rose by similar amounts in both groups. Plasma glutamine concentrations did not change significantly in either group. In the TPN group, 3 patients developed respiratory failure and 3 developed non-respiratory single organ failure. There were no such complications in the TEN group. Hospital stay was shorter in the TEN group [ 7 (4-14) vs. 10 (7-26) days; p = 0.05] as was time to passing flatus and time to opening bowels [1 (0-2) vs. 2 (1-5) days; p = 0.01]. The cost of TEN was considerably less than of TPN. Conclusion: Immediate institution of nutritional support in the form of TEN is safe in predicted severe acute pancreatitis. It is as safe and as efficacious as TPN and may be beneficial in the clinical course of this disease. Copyright (C) 2003 S. Karger AG, Basel and IAP.

Targeting C-reactive protein for the treatment of cardiovascular disease

Complement-mediated inflammation exacerbates the tissue injury of ischaemic necrosis in heart attacks and strokes, the most common causes of death in developed countries. Large infarct size increases immediate morbidity and mortality and, in survivors of the acute event, larger non-functional scars adversely affect long-term prognosis. There is thus an important unmet medical need for new cardioprotective and neuroprotective treatments. We have previously shown that human C-reactive protein (CRP), the classical acute-phase protein that binds to ligands exposed in damaged tissue and then activates complement(1), increases myocardial and cerebral infarct size in rats subjected to coronary or cerebral artery ligation, respectively(2,3). Rat CRP does not activate rat complement, whereas human CRP activates both rat and human complement(4). Administration of human CRP to rats is thus an excellent model for the actions of endogenous human CRP2,3. Here we report the design, synthesis and efficacy of 1,6-bis(phosphocholine)-hexane as a specific small-molecule inhibitor of CRP. Five molecules of this palindromic compound are bound by two pentameric CRP molecules, crosslinking and occluding the ligand-binding B-face of CRP and blocking its functions. Administration of 1,6-bis(phosphocholine)-hexane to rats undergoing acute myocardial infarction abrogated the increase in infarct size and cardiac dysfunction produced by injection of human CRP. Therapeutic inhibition of CRP is thus a promising new approach to cardioprotection in acute myocardial infarction, and may also provide neuroprotection in stroke. Potential wider applications include other inflammatory, infective and tissue-damaging conditions characterized by increased CRP production, in which binding of CRP to exposed ligands in damaged cells may lead to complement-mediated exacerbation of tissue injury.

Rifaximin modulates the colonic microbiota of patients with Crohn's disease: an in vitro approach using a continuous culture colonic model system.

Rifaximin, a rifamycin derivative, has been reported to induce clinical remission of active Crohn's disease (CD), a chronic inflammatory bowel disorder. In order to understand how rifaximin affects the colonic microbiota and its metabolism, an in vitro human colonic model system was used in this study. We investigated the impact of the administration of 1800 mg/day of rifaximin on the faecal microbiota of four patients affected by colonic active CD [Crohn's disease activity index (CDAI > 200)] using a continuous culture colonic model system. We studied the effect of rifaximin on the human gut microbiota using fluorescence in situ hybridization, quantitative PCR and PCR–denaturing gradient gel electrophoresis. Furthermore, we investigated the effect of the antibiotic on microbial metabolic profiles, using 1H-NMR and solid phase microextraction coupled with gas chromatography/mass spectrometry, and its potential genotoxicity and cytotoxicity, using Comet and growth curve assays. Rifaximin did not affect the overall composition of the gut microbiota, whereas it caused an increase in concentration of Bifidobacterium, Atopobium and Faecalibacterium prausnitzii. A shift in microbial metabolism was observed, as shown by increases in short-chain fatty acids, propanol, decanol, nonanone and aromatic organic compounds, and decreases in ethanol, methanol and glutamate. No genotoxicity or cytotoxicity was attributed to rifaximin, and conversely rifaximin was shown to have a chemopreventive role by protecting against hydrogen peroxide-induced DNA damage. We demonstrated that rifaximin, while not altering the overall structure of the human colonic microbiota, increased bifidobacteria and led to variation of metabolic profiles associated with potential beneficial effects on the host.

Antioxidant enzymes, inflammatory indices and lifestyle factors in older men: a cohort analysis

We examined the relationship between blood antioxidant enzyme activities, indices of inflammatory status and a number of lifestyle factors in the Caerphilly prospective cohort study of ischaemic heart disease. The study began in 1979 and is based on a representative male population sample. Initially 2512 men were seen in phase I, and followed-up every 5 years in phases II and III; they have recently been seen in phase IV. Data on social class, smoking habit, alcohol consumption were obtained by questionnaire, and body mass index was measured. Antioxidant enzyme activities and indices of inflammatory status were estimated by standard techniques. Significant associations were observed for: age with α-1-antichymotrypsin (p<0.0001) and with caeruloplasmin, both protein and oxidase (p<0.0001); smoking habit with α-1-antichymotrypsin (p<0.0001), with caeruloplasmin, both protein and oxidase (p<0.0001) and with glutathione peroxidose (GPX) (p<0.0001); social class with α-1-antichymotrypsin (p<0.0001), with caeruloplasmin both protein (p<0.001) and oxidase (p<0.01) and with GPX (p<0.0001); body mass index with α-1-antichymotrypsin (p<0.0001) and with caeruloplasmin protein (p<0.001). There was no significant association between alcohol consumption and any of the blood enzymes measured. Factor analysis produced a three-factor model (explaining 65.9% of the variation in the data set) which appeared to indicate close inter-relationships among antioxidants.

Intestinal injury and endotoxemia in children undergoing surgery for congenital heart disease

RATIONALE: Children with congenital heart disease are at risk of gut barrier dysfunction and translocation of gut bacterial antigens into the bloodstream. This may contribute to inflammatory activation and organ dysfunction postoperatively. OBJECTIVES: To investigate the role of intestinal injury and endotoxemia in the pathogenesis of organ dysfunction after surgery for congenital heart disease. METHODS: We analyzed blood levels of intestinal fatty acid binding protein and endotoxin (endotoxin activity assay) alongside global transcriptomic profiling and assays of monocyte endotoxin receptor expression in children undergoing surgery for congenital heart disease. MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: Levels of intestinal fatty acid binding protein and endotoxin were greater in children with duct-dependent cardiac lesions. Endotoxemia was associated with severity of vital organ dysfunction and intensive care stay. We identified activation of pathogen-sensing, antigen-processing, and immune-suppressing pathways at the genomic level postoperatively and down-regulation of pathogen-sensing receptors on circulating immune cells. CONCLUSIONS: Children undergoing surgery for congenital heart disease are at increased risk of intestinal mucosal injury and endotoxemia. Endotoxin activity correlates with a number of outcome variables in this population, and may be used to guide the use of gut-protective strategies.

Marine omega-3 fatty acids and coronary heart disease

Purpose of review: To provide an overview of the key earlier intervention studies with marine omega-3 fatty acids and to review and comment on recent studies reporting on mortality outcomes and on selected underlying mechanisms of action. Recent findings: Studies relating marine omega-3 fatty acid status to current or future outcomes continue to indicate benefits, for example, on incident heart failure, congestive heart failure, acute coronary syndrome, and all-cause mortality. New mechanistic insights into the actions of marine omega-3 fatty acids have been gained. Three fairly large secondary prevention trials have not confirmed the previously reported benefit of marine omega-3 fatty acids towards mortality in survivors of myocardial infarction. Studies of marine omega-3 fatty acids in atrial fibrillation and in cardiac surgery-induced atrial fibrillation have produced inconsistent findings and meta-analyses demonstrate no benefit. A study confirmed that marine omega-3 fatty acids reduce the inflammatory burden with advanced atherosclerotic plaques, so inducing greater stability. Summary: Recent studies of marine omega-3 fatty acids on morbidity of, and mortality from, coronary and cardiovascular disease have produced mixed findings. These studies raise new issues to be addressed in future research.

Human microbiota in health and disease

Each human body plays host to a microbial population which is both numerically vast (at around 1014 microbial cells) and phenomenally diverse (over 1,000 species). The majority of the microbial species in the gut have not been cultured but the application of culture-independent approaches for high throughput diversity and functionality analysis has allowed characterisation of the diverse microbial phylotypes present in health and disease. Studies in monozygotic twins, showing that these retain highly similar microbiota decades after birth and initial colonisation, are strongly indicative that diversity of the microbiome is host-specific and affected by the genotype. Microbial diversity in the human body is reflected in both richness and evenness. Diversity increases steeply from birth reaching its highest point in early adulthood, before declining in older age. However, in healthy subjects there appears to be a core of microbial phylotypes which remains relatively stable over time. Studies of individuals from diverse geopraphies suggest that clusters of intestinal bacterial groups tend to occur together, constituting ‘enterotypes’. So variation in intestinal microbiota is stratified rather than continuous and there may be a limited number of host/microbial states which respond differently to environmental influences. Exploration of enterotypes and functional groups may provide biomarkers for disease and insights into the potential for new treatments based on manipulation of the microbiome. In health, the microbiota interact with host defences and exist in harmonious homeostasis which can then be disturbed by invading organisms or when ‘carpet bombing’ by antibiotics occurs. In a portion of individuals with infections, the disease will resolve itself without the need for antibiotics and microbial homeostasis with the host’s defences is restored. The administration of probiotics (live microorganisms which when administered in adequate amounts confer a health benefit on the host) represents an artificial way to enhance or stimulate these natural processes. The study of innate mechanisms of antimicrobial defence on the skin, including the production of numerous antimicrobial peptides (AMPs), has shown an important role for skin commensal organisms. These organisms may produce AMPs, and also amplify the innate immune responses to pathogens by activating signalling pathways and processing host produced AMPs. Research continues into how to enhance and manipulate the role of commensal organisms on the skin. The challenges of skin infection (including diseases caused by multiply resistant organisms) and infestations remain considerable. The potential to re-colonise the skin to replace or reduce pathogens, and exploring the relationship between microbiota elsewhere and skin diseases are among a growing list of research targets. Lactobacillus species are among the best known ‘beneficial’ bacterial members of the human microbiota. Of the approximately 120 species known, about 15 are known to occur in the human vagina. These organisms have multiple properties, including the production of lactic acid, hydrogen peroxide and bacteriocins, which render the vagina inhospitable to potential pathogens. Depletion of the of the normal Lactobacillus population and overgrowth of vaginal anaerobes, accompanied by the loss of normal vaginal acidity can lead to bacterial vaginosis – the commonest cause of abnormal vaginal discharge in women. Some vaginal anaerobes are associated with the formation of vaginal biofilms which serve to act as a reservoir of organisms which persists after standard antibiotic therapy of bacterial vaginosis and may help to account for the characteristically high relapse rate in the condition. Administration of Lactobacillus species both vaginally and orally have shown beneficial effects in the treatment of bacterial vaginosis and such treatments have an excellent overall safety record. Candida albicans is a frequent coloniser of human skin and mucosal membranes, and is a normal part of the microbiota in the mouth, gut and vagina. Nevertheless Candida albicans is the most common fungal pathogen worldwide and is a leading cause of serious and often fatal nosocomial infections. What turns this organism from a commensal to a pathogen is a combination of increasing virulence in the organism and predisposing host factors that compromise immunity. There has been considerable research into the use of probiotic Lactobacillus spp. in vaginal candidiasis. Studies in reconstituted human epithelium and monolayer cell cultures have shown that L. rhamnosus GG can protect mucosa from damage caused by Candida albicans, and enhance the immune responses of mucosal surfaces. Such findings offer the promise that the use of such probiotic bacteria could provide new options for antifungal therapy. Studies of changes of the human intestinal microbiota in health and disease are complicated by its size and diversity. The Alimentary Pharmabiotic Centre in Cork (Republic of Ireland) has the mission to ‘mine microbes for mankind’ and its work illustrates the potential benefits of understanding the gut microbiota. Work undertaken at the centre includes: mapping changes in the microbiota with age; studies of the interaction between the microbiota and the gut; potential interactions between the gut microbiota and the central nervous system; the potential for probiotics to act as anti-infectives including through the production of bacteriocins; and the characterisation of interactions between gut microbiota and bile acids which have important roles as signalling molecules and in immunity. The important disease entity where the role of the gut microbiota appears to be central is the Irritable Bowel Syndrome (IBS). IBS patients show evidence of immune activation, impaired gut barrier function and abnormal gut microbiota. Studies with probiotics have shown that these organisms can exert anti-inflammatory effects in inflammatory bowel disease and may strengthen the gut barrier in IBS of the diarrhoea-predominant type. Formal randomised trials of probiotics in IBS show mixed results with limited benefit for some but not all. Studies confirm that administered probiotics can survive and temporarily colonise the gut. They can also stimulate the numbers of other lactic acid bacilli in the gut, and reduce the numbers of pathogens. However consuming live organisms is not the only way to influence gut microbiota. Dietary prebiotics are selectively fermented ingredients that can change the composition and/or activity of the gastrointestinal microbiota in beneficial ways. Dietary components that reach the colon, and are available to influence the microbiota include poorly digestible carbohydrates, such as non-starch polysaccharides, resistant starch, non-digestible oligosaccharides (NDOs) and polyphenols. Mixtures of probiotic and prebiotic ingredients that can selectively stimulate growth or activity of health promoting bacteria have been termed ‘synbiotics’. All of these approaches can influence gut microbial ecology, mainly to increase bifidobacteria and lactobacilli, but metagenomic approaches may reveal wider effects. Characterising how these changes produce physiological benefits may enable broader use of these tactics in health and disease in the future. The current status of probiotic products commercially available worldwide is less than ideal. Prevalent problems include misidentification of ingredient organisms and poor viability of probiotic microorganisms leading to inadequate shelf life. On occasions these problems mean that some commercially available products cannot be considered to meet the definition of a probiotic product. Given the potential benefits of manipulating the human microbiota for beneficial effects, there is a clear need for improved regulation of probiotics. The potential importance of the human microbiota cannot be overstated. ‘We feed our microbes, they talk to us and we benefit. We just have to understand and then exploit this.’ (Willem de Vos).

Inflammatory modulation of exercise salience: using hormesis to return to a healthy lifestyle

Most of the human population in the western world has access to unlimited calories and leads an increasingly sedentary lifestyle. The propensity to undertake voluntary exercise or indulge in spontaneous physical exercise, which might be termed "exercise salience", is drawing increased scientific attention. Despite its genetic aspects, this complex behaviour is clearly modulated by the environment and influenced by physiological states. Inflammation is often overlooked as one of these conditions even though it is known to induce a state of reduced mobility. Chronic subclinical inflammation is associated with the metabolic syndrome; a largely lifestyle-induced disease which can lead to decreased exercise salience. The result is a vicious cycle that increases oxidative stress and reduces metabolic flexibility and perpetuates the disease state. In contrast, hormetic stimuli can induce an anti-inflammatory phenotype, thereby enhancing exercise salience, leading to greater biological fitness and improved functional longevity. One general consequence of hormesis is upregulation of mitochondrial function and resistance to oxidative stress. Examples of hormetic factors include calorie restriction, extreme environmental temperatures, physical activity and polyphenols. The hormetic modulation of inflammation, and thus, exercise salience, may help to explain the highly heterogeneous expression of voluntary exercise behaviour and therefore body composition phenotypes of humans living in similar obesogenic environments.

Interaction between vitamin D receptor gene polymorphisms and 25-hydroxyvitamin D concentrations on metabolic and cardiovascular disease outcomes

AIM: 25-hydroxyvitamin D (25OHD) concentrations have been shown to be associated with major clinical outcomes, with a suggestion that individual risk may vary according to common genetic differences in the vitamin D receptor (VDR) gene. Hence, we tested for the interactions between two previously studied VDR polymorphisms and 25OHD on metabolic and cardiovascular disease-related outcomes in a large population-based study. METHODS: Interactions between two previously studied VDR polymorphisms (rs7968585 and rs2239179) and 25OHD concentrations on metabolic and cardiovascular disease-related outcomes such as obesity- (body mass index, waist circumference, waist-hip ratio (WHR)), cardiovascular- (systolic and diastolic blood pressure), lipid- (high- and low-density lipoprotein, triglycerides, total cholesterol), inflammatory- (C-reactive protein, fibrinogen, insulin growth factor-1, tissue plasminogen activator) and diabetes- (glycated haemoglobin) related markers were examined in the 1958 British Birth cohort (n up to 5160). Interactions between each SNP and 25OHD concentrations were assessed using linear regression and the likelihood ratio test. RESULTS: After Bonferroni correction, none of the interactions reached statistical significance except for the interaction between the VDR SNP rs2239179 and 25OHD concentrations on waist-hip ratio (WHR) (P=0.03). For every 1nmol/L higher 25OHD concentrations, the association with WHR was stronger among those with two major alleles (-4.0%, P=6.26e-24) compared to those with either one or no major alleles (-2.3%, P≤8.201e-07, for both) of the VDR SNP rs2239179. CONCLUSION: We found no evidence for VDR polymorphisms acting as major modifiers of the association between 25OHD concentrations and cardio-metabolic risk. Interaction between VDR SNP rs2239179 and 25OHD on WHR warrants further confirmation.