Effects of hibisco (Hibiscus sabdariffa L.) intake on the development of preneoplastic lesions ando n the composition of the intestinal microbiota of Balb/c mice

Abstract

Colorectal câncer (CRC) includes morphological and pathological changes that affect the entire colon and rectum segment, with the appearance of aberrant crypt foci (ACF). ACFs are considered the first pre-neoplastic lesions that can progress to CRC. In addition to genetic factors, the development of CRC is also influenced by modifiable factors, that is, factors related to the individual's lifestyle. Therefore, changes related to lifestyle, such as the consumption of a diet rich in bioactive compounds, fibers, among others, contribute to reducing the risk of developing pre-neoplastic lesions and, consequently, CRC. Hibiscus sabdariffa L. is a medicinal plant belonging to the Malvaceae family, a source of bioactive compounds such as phenolic compounds, anthocyanins and dietary fiber. These compounds have antioxidant, anti-inflammatory, anti-proliferative properties, in addition to being hepatoprotective. Another possible mechanism of action of phenolic compounds in the body refers to the modulation of the intestinal microbiota, being metabolized by colonic bacteria producing metabolites and serving as a substrate for bacterial growth. In view of the above, the objective of the present study was to investigate whether the supplementation of 5% and 10% of dehydrated calyces of H. sabdariffa (DHSC) have the ability to attenuate the development of pre-neoplastic lesions, in addition to acting as prebiotics modulating the composition of the intestinal microbiota of mice. An in vivo experiment was carried out for 12 weeks, the animals were randomly divided into 3 experimental groups: the control group and the groups supplemented with 5% DHSC and 10% DHSC. During the first 8 weeks, the animals were induced to pre-neoplastic lesions with injection of the drug 1,2-Dimetilhidrazine (DMH). Manuscript 1: characterization of DHSC, determination of the activities of hepatic catalase and superoxide dismutase enzymes, ACF count, quantification of short-chain fatty acids, count of inflammatory infiltrates, goblet cells and leukocytes in the colonic mucosa. There was a significant reduction in ACF and in the presence of inflammatory infiltrates in the colon of animals in the 5DHSC and 10DHSC groups. The 10DHSC group showed an increase in the activity of the catalase enzyme, in the production of butyrate and in the presence of NK cells in the colon, in addition to more hypertrophied goblet cells. Based on these findings, it is suggested that DHSC supplementation may be recommended to attenuate cellular responses in the early stage of pre-neoplastic lesions. Manuscript 2: A systematic review was performed to elucidate the interaction of flavonoids with the microbiota and hepatic alterations in obesity-induced rats/mice. Studies were searched in PubMed, ScienceDirect and LILACS databases. Experimental studies that evaluated the influence of flavonoids on the composition of the microbiota and on hepatic alterations were included. After applying all exclusion criteria, the review consists of 15 experimental studies. It was shown that obesity-induced and flavonoid-treated mice showed an increase in bacterial diversity, a reduction in the abundance of bacteria associated with the consumption of a high-fat diet, such as Firmicutes, Proteobacteria, and an increase in the abundance of bacteria such as Bacteroidetes, Verrucomibrobia, Akkermansia, and Bifidobacterium. associated with improved metabolic and pathological status. Furthermore, flavonoids are able to reduce oxidative stress and inflammation of liver tissue. Finally, an association was observed between the composition of the microbiota and hepatic cholesterol through the metabolism of bile salts. Therefore, positive effects are suggested through the administration of flavonoids. Manuscript 3: Serum AST and ALT markers, hepatic cytokine profile, intestinal microbiota composition and expression of p53, c-Myc, caspase-3 and PCNA genes were determined. There was no difference between the experimental groups for serum markers of ASL and ALT and hepatic cytokines. Supplementation with 5% and 10% DHSC altered the composition of the intestinal microbiota, increasing the abundance of the Lachnospiraceae, Ruminococcaceae and Clostridiaceae families and the Clostridum genus, important butyrate producers. Furthermore, supplementation with 5% and 10% DHSC increased caspase-3 and c-Myc expression, respectively. Therefore, phenolic compounds, anthocyanins and dietary fiber contributed to modulate the composition of the intestinal microbiota, in addition to influencing the expression of genes associated with cellular apoptosis. Keywords: Colorectal Cancer. Microbiota. Hibiscus. Flavonoids. Anthocyanins.

O CCR inclui alterações morfológicas e patológicas que acometem todo o segmento do cólon e o reto, com aparecimento dos focos de criptas aberrantes (FCA). Os FCAs são considerados as primeiras lesões pré-cancerosas que podem progredir para o CCR. Além dos fatores genéticos, o desenvolvimento do CCR também é influenciado por fatores modificáveis, ou seja, relacionados ao estilo de vida dos indivíduos. Portanto, mudanças relacionadas ao estilo de vida como o consumo de uma alimentação rica em compostos bioativos, fibras, entre outros, contribuem para a redução do risco de desenvolvimento das lesões pré-neoplásicas e consequentemente do CCR. O Hibiscus sabdariffa L. é uma planta medicinal pertencente à família Malvaceae, fonte de compostos bioativos como os compostos fenólicos, antocianinas e fibra dietética. Estes compostos apresentam propriedades antioxidantes, anti-inflamatórias, anti-proliferativas, além de serem hepatoprotetores. Outro possível mecanismo de atuação destes compostos no organismo refere-se à modulação da microbiota intestinal, sendo metabolizados pelas bactérias colônicas produzindo metabólitos e servindo de substrato para o crescimento bacteriano. Diante do exposto, o objetivo do presente estudo foi investigar se a suplementação com 5% e 10% de cálices desidratados de H. sabdariffa atenua o desenvolvimento das lesões pré-neoplásicas, além de atuar como prebióticos alterando a composição da microbiota intestinal dos camundongos. Foi realizado um experimento in vivo durante 12 semanas, os animais foram divididos aleatoriamente em 3 grupos experimentais: o grupo controle e os grupos suplementados com 5% de DHSC e 10% de DHSC. Durante as 8 primeiras semanas os animais foram induzidos as lesões pré- neoplásicas com injeção da droga DMH. Manuscrito 1: caracterização de DHSC, determinação das atividades das enzimas catalase hepática e superóxido dismutase, contagem de ACF, quantificação de ácidos graxos de cadeia curta, contagem de infiltrados inflamatórios, células caliciformes e leucócitos na mucosa colônica. Houve redução significativa do ACF e da presença de infiltrados inflamatórios no cólon dos animais dos grupos 5DHSC e 10DHSC. O grupo 10DHSC apresentou aumento na atividade da enzima catalase, na produção de butirato e na presença de células NK no cólon, além de células caliciformes mais hipertrofiadas. Com base nesses achados, sugere-se que a suplementação de DHSC possa ser recomendada para atenuar as respostas celulares no estágio inicial de lesões pré-neoplásicas. Manuscrito 2: Foi realizada uma revisão sistemática para elucidar a interação dos flavonóides com a microbiota e alterações hepáticas em ratos/camundongos induzidos a obesidade. Os estudos foram pesquisados nas bases de dados PubMed, ScienceDirect e LILACS. Foram incluídos estudos experimentais que avaliaram a influência dos flavonóides na composição da microbiota e nas alterações hepáticas. Após a aplicação de todos os critérios de exclusão, a revisão é composta por 15 estudos experimentais. Foi demonstrado que camundongos induzidos a obesidade e tratados com flavonóides mostraram aumento na diversidade bacteriana, redução na abundância de bactérias associadas ao consumo de uma dieta rica em gordura, como Firmicutes, Proteobacteria e aumento na abundância de bactérias como Bacteroidetes, Verrucomibrobia, Akkermansia e Bifidobacterium associados à melhora do estado metabólico e patológico. Ainda, os flavonóides são capazes de reduzir o estresse oxidativo e a inflamação do tecido hepático. Por fim, foi observada associação entre a composição da microbiota e o colesterol hepático através do metabolismo dos sais biliares. Portanto, são sugeridos efeitos positivos através da administração de flavonóides. Manuscrito 3: Foram determinados os marcadores séricos AST e ALT, perfil de citocinas hepáticas, composição da microbiota intestinal e expressão dos genes p53, c-Myc, caspase-3 e PCNA. Não houve diferença entre os grupos experimentais para marcadores séricos de ASL e ALT e citocinas hepáticas. A suplementação com 5% e 10% de DHSC alterou a composição da microbiota intestinal, aumentando a abundância das famílias Lachnospiraceae, Ruminococcaceae e Clostridiaceae e do gênero Clostridum, importantes produtores de butirato. Além disso, a suplementação com 5% e 10% de DHSC aumentou a expressão de caspase-3 e c-Myc, respectivamente. Portanto, compostos fenólicos, antocianinas e fibra alimentar contribuíram para modular a composição da microbiota intestinal, além de influenciar a expressão de genes associados à apoptose celular. Palavras-chave: Câncer Colorretal. Microbiota. Hibisco. Flavonoides. Antocianinas.