Determinación de biomarcadores nutricionales: Desarrollo de bases de datos y estudio de la interacción de los compuestos fenólicos con la microbiota intestinal en estudios de intervención con vino tinto

Abstract

El estudio de la relación entre la dieta o factores específicos de la dieta y el estado de salud requieren medidas exactas de la exposición dietética. Los análisis tradicionales de exposición alimentaria, como las encuestas dietéticas o los cuestionarios de frecuencia de consumo contienen una serie de errores sistemáticos, como la limitación en la lista de alimentos considerados o estimaciones erróneas en el tamaño y la frecuencia de la ingesta, que han provocado una cierta inconsistencia en el verdadero papel de la alimentación sobre la salud humana. Como resultado de este hecho, existe un intenso esfuerzo por parte de la comunidad científica hacia la identificación de biomarcadores nutricionales.

El objetivo principal de esta tesis ha sido el estudio de los biomarcadores de consumo de vino tinto, incluyendo principalmente aquellos metabolitos originados por la acción de la microbiota intestinal, mediante la generación de la base de datos Phenol-Explorer y su aplicación en estudios clínicos con vino tinto.

Para ello se ha desarrollado la primera base de datos que considera el metabolismo de los compuestos fenólicos, concretándose en la generación del módulo de metabolismo de la base de datos Phenol-Explorer y se ha aplicado al estudio del metabolismo del vino. El conocimiento generado de este trabajo se aplicó a un estudio clínico y a un subestudio de similares características, ambos aleatorizados, cruzados y controlados de intervención con vino tinto, vino tinto desalcoholizado y ginebra como control para la identificación de biomarcadores. Se describió el más amplio perfil metabólico de metabolitos urinarios fenólicos mayoritariamente aquellos originados por la microbiota intestinal (n=61) mediante UPLCMS/ MS tras el consumo de vino tinto desalcoholizado observando un aumento de metabolitos (n=49) respecto al momento basal, principalmente aquellos originados por el metabolismo microbiano de los antocianos y los flavan-3-oles. Cuando se comparó la ingesta de vino alcoholizado y desalcoholizado no se observaron diferencias de excreción de metabolitos entre los dos vinos, por lo que se evaluó la capacidad discriminatoria de dichos metabolitos como biomarcadores de su consumo. A través de una regresión logística se estableció un modelo que incluía derivados del ácido gálico y el etilgalato. Tras su evaluación, estos resultaron ser buenos predictores del consumo de vino tanto para plasma como para orina. Estos resultados demuestran que la combinación de diversos biomarcadores procedentes del consumo de vino mejora su capacidad discriminatoria y predictiva respecto a la consideración de biomarcadores individuales. La comparación entre ambas matrices estableció que la orina 24 horas proporciona un mayor poder discriminatorio entre consumidores o no consumidores de vino respecto a la de plasma, sin embargo, existe una correlación entre los grupos de metabolitos y el modelo generado. En el subestudio realizado con 10 participantes donde también se recogieron muestras de heces, el análisis de la flora fecal tras el consumo de vino permitió establecer el efecto prebiótico de los polifenoles del vino sobre la microbiota intestinal, aumentando significativamente Enterococcus, Bifidobacterium y Eggerthella lenta tras el consumo de polifenoles, independientemente de la presencia de alcohol. De manera adicional se observaron mejoras de parámetros bioquímicos como el colesterol o la proteína-C reactiva correlacionados con cambios en los géneros Bifidobacterium y Bacteroides. Finalmente, los cambios bacterianos se asociaron con los cambios en la excreción de metabolitos fenólicos observándose que los aumentos de las bifidobacterias se correlacionaban con aumentos de metabolitos microbianos como el siríngico y 4-hidroxibenzoico derivados de los antocianos del vino, y la existencia de una correlación inversa para el Enterococcus y la Eggerthella lenta, con el 3(4-hidroxi)fenilacético y los ácidos hidroxicinámicos respectivamente.

The study on the relationship between diet and health status require accurate measurements of dietary exposure. Traditional analysis of dietary exposure might lead to bias in the estimation of the role of food on human health. Therefore, there is an intense effort by the scientific community on the identification of biomarkers.

The principal objective of the Thesis has been to contribute to the identification and evaluation of biomarkers of red wine consumption, focusing on the intestinal microbiota metabolites. To this purpose the Phenol-Explorer database metabolism module was developed and applied to study wine metabolism. The knowledge generated in this work was applied to a clinical study and a substudy of similar characteristics, both randomized, crossed and controlled intervention with red wine, dealcoholized red wine and gin as a control for biomarkers identification.

Therefore, it has been described the broadest phenolic metabolic profile, mainly representing metabolites originated by microbiota (n=61), by UPLC-MS/MS in urine after consumption of dealcoholized red wine. Most of increased metabolites from baseline (n=49) were of anthocyanins and flavanols microbial metabolism origin. When comparing the intake of red wine and dealcoholized red wine no differences in metabolite excretion were observed, so both wines were used to evaluate the discriminatory power of these metabolites as biomarkers of wine intake. Through a logistic regression, a model including derivatives of gallic acid and ethylgallate was established. This model was found to be better predictor of wine consumption in plasma and urine than individual metabolites. These results demonstrated that the combination of different biomarkers could improve the discriminatory and predictive ability regarding the consideration of individual biomarkers.

In the substudy conducted with 10 participants, fecal samples were also collected. Their analysis on microbiota content allowed establishing the prebiotic effect of polyphenols, where significant increases of Enterococcus, Bifidobacterium and Eggerthella lenta after both wines were detected and correlated to improvements in biochemical parameters such as cholesterol or C-reactive protein. Finally, bacterial changes were associated with changes in the excretion of phenolic metabolites, as bifidobacterias, which increase was correlated with anthocyanins derived microbial metabolites.