Nutrigenomics as a tool in the prevention of lipotoxicity: the case of soy protein

Abstract Obesity is associated with an increase of several metabolic disorders leading to the development of diseases such as type 2 diabetes and cardiovascular disease. This is due in part to the ectopic accumulation of triglycerides in organs that are non-adipose tissues, leading to lipotoxicity. Particularly, in the liver, the accumulation of lipids, mainly of triglycerides, leads to the formation of fatty liver. The accumulation of lipids in skeletal muscle and pancreas associates with insulin resistance and a decrease in insulin secretion, respectively. In addition, it has been suggested that dysbiosis of the gut microbiota can contribute to the process of lipid accumulation in non-adipose tissues, especially in the liver. The aim of the present review is to highlight the mechanisms associated with the development of lipotoxicity, and how with the advances in nutrigenomics, it is now possible to understand the molecular mechanisms by which some nutrients can attenuate the ectopic accumulation of triglycerides in non-adipose tissues. Particularly, we emphasize research conducted on the molecular mechanisms of action of soy protein and some of its isoflavones, and how these can reduce lipotoxicity by preventing the accumulation of lipids in the liver, skeletal muscle, and pancreas, as well as their role on the gut microbiota to attenuate the development of fatty liver. Thus, nutrigenomics is opening new dietary strategies based on several functional foods that can be used to ameliorate the pathologies associated with lipotoxicity.

La historia del uso de la soya en México, su valor nutricional y su efecto en la salud / The importance of soy in Mexico, its nutritional value and effect on health

La proteína de soya se ha utilizado en algunos países latinoamericanos, incluido México, en diversos programas de alimentación; el propósito ha sido el de mejorar el estado nutricional de la población debido a su elevado valor nutricio y su costo relativamente bajo que mantuvo por algún tiempo. En este trabajo se describen los usos y la investigación que se ha llevado a cabo sobre la soya en México desde 1970. Además, se revisan los efectos de los diferentes componentes de la soya, en particular de su proteína y las isoflavonas, sobre la salud, su mecanismo de acción en la reducción del colesterol y los triglicéridos y la disminución de la secreción de insulina, así como su respuesta glucémica; por último, se delinean las recomendaciones del consumo de la proteína de soya parar obtener un beneficio en la salud.

Soy protein has been used in several Latin-American countries including Mexico in various food programs with the purpose to improve the nutritional status of the population due to the high nutritional value and its relatively low cost that was maintained for some time. In the present work, the use and research on soy in Mexico since 1970 is described. In addition, this review shows the effects of the different components of soy, in particular its protein and the isoflavones on health, the mechanism of action of soy protein to reduce cholesterol and triglycerides, and insulin secretion, as well as its glycemic response, and finally, the recommendations of soy protein consumption to obtain a health benefit.

Índice glicémico, índice insulinémico y carga glicémica de bebidas de soya con un contenido bajo y alto en hidratos de carbono / Glycemic, insulinemic index, glycemic load of soy beverage with low and high content of carbohydrates

Consumption of soy has increased in Western countries due to the benefits on health and the attitude of the people to consume natural products as alternative to the use of pharmacological therapies. However, there is no evidence whether the consumption of 25 g of soy protein as recommended by the Food and Drug Administration has some effect on glucose absorption and consequently on insulin secretion. The aim of the present study was to determine glycemic index (GI), insulinemic index (InIn), and glycemic load (GL) of several soy beverages containing low or high concentration of carbohydrates, and compare them with other foods such as peanuts, whole milk, soluble fiber and a mixed meal on GI and InIn. The results showed that soy beverages had low or moderate GI, depending of the presence of other compounds like carbohydrates and fiber. Consumption of soy beverages with low concentration of carbohydrates produced the lowest insulin secretion. Therefore, these products can be recommended in obese and diabetic patients. Finally soy beverages should contain low maltodextrins concentration and be added of soluble fiber.

El consumo de soya se ha incrementado en países occidentales debido a sus beneficios sobre la salud y por la toma de conciencia de la gente a consumir productos naturales como alternativa a los medicamentos. Sin embargo, no se conoce totalmente si el consumo de 25 g de proteína de soya como recomienda la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA) tiene algún efecto sobre la absorción de glucosa y su respuesta sobre la secreción de insulina. Por lo que el objetivo del presente trabajo fue determinar el índice glicémico (IG), índice insulinémico (InIn) y la carga glicémica (CG) de diferentes bebidas de soya con un bajo y alto contenido de hidratos de carbono y compararlos con otros alimentos como cacahuates, la leche entera, la fibra soluble y una comida para ver el efecto de los hidratos de carbono, la fibra y la grasa sobre los IG e InIn. Los resultados muestran que las bebidas de soya presentan un IG bajo a moderado dependiendo de la presencia de otros componentes como son los hidratos de carbono y la fibra. La secreción de insulina fue significativamente menor en las bebidas de soya con bajo contenido de hidratos de carbono, por lo que pueden ser recomendadas en pacientes obesos con resistencia a la insulina o en pacientes diabéticos. Se recomienda que estas bebidas tengan bajo contenido en maltodextrinas y de preferencia con la adición de fibra soluble.

Regulación del metabolismo del colesterol y ácidos grasos en el síndrome nefrótico experimental por las proteínas que se unen a los elementos regulatorios de esteroles (SREBP's): efecto de la soya / Metabolism of cholesterol and fatty acids in nephrotic syndrome and its regulation by sterol regulatory element brinding proteins (SREBP's): Effect of soy protein consumption

El síndrome nefrótico (SN) cursa con hiperlipidemia. Se conoce que la biosíntesis del colesterol y de los ácidos grasos es regulada por los factores transcripcionales que se unen a los elementos de respuesta a esteroles (SREBP's). El consumo de proteína de soya disminuye la concentración de estos lípidos, aunque su mecanismo de acción no es del todo conocido. El objetivo de este estudio fue conocer si el consumo de la proteína de soya reduce los niveles de colesterol y triglicéridos a través de una regulación de las SREBP 's. Se estudiaron ratas Wistar macho con SN experimental por 64 días. Se observó que las concentraciones plasmáticos de colesterol y triglicéridos plasmáticos, así como de la proteinuria eran significativamente menores en las ratas alimentadas con proteína de soya que aquellas que consumían caseína. Estos cambios se asociaron con disminución de la expresión del ARNm SREBP 1 y de las enzimas de la síntesis de ácidos grasos. Los análisis por Western Blot revelaron que en los núcleos de hepatocitos obtenidos de ratas alimentadas con proteína de soya hubo menor presencia del factor transcripcional SREBP 1. Los resultados de este estudio indican que el consumo de proteína de soya produce efectos benéficos durante el síndrome nefrótico.

Hyperlipidemia occurs during nephrotic syndrome (NS). It is known that cholesterol and fatty acid biosynthesis is controlled by the transcription factors sterol regulatory element binding proteins (SREBPs). Soy protein consumption reduces the concentration of these lipids, although its mechanism of action is not well known. The aim of the present study was to establish whether soy protein consumption reduces cholesterol and triglycerides levels by regulating of SREBPs. Male Wistar rats with experimental NS were studied for 64 days. The results showed that rats fed with soy protein had significantly lower plasma cholesterol and triglyceride concentrations as well as proteinuria than rats fed with casein diet. These decrements were associated with a decrease in the expression of SREBP 1 and fatty acid biosynthetic enzymes. In addition, Western blot analysis revealed that in nuclear extracts from hepatocytes of rats fed with soy protein, there was a lower concentration of SREBP 1 than in rats fed with casein. The results of this study indicate that consumption of a soy protein diet has beneficial effects on nephrotic syndrome.

Mecanismos moleculares de acción de los ácidos grasos poliinsaturados y sus beneficios en la salud / Molecular mechanisms of action and health benefits of polyunsaturated fatty acids

Essential polyunsaturated fatty acids (PUFAs), linoleic acid n6 (LA) and linolenic acid (ALA) n3 obtained from the diet are precursors of the long-chain polyunsaturated fatty acids (Lc-PUFAs) arachidonic acid (AA) and docosahexaenoic acid (DHA) respectively. Consumption of PUFAs is related with a better neurological and cognitive development in newborns. It has been demonstrated that consumption of n-6 and n-3 PUFAs decreases blood triglycerides by increasing fatty acid oxidation through activation of PPARα or by reducing the activation of SREBP-1 inhibiting lipogenesis. Dietary PUFAs activate PPARα and PPARγ increasing lipid oxidation, and decreasing insulin resistance leading in a reduction of hepatic steatosis. Beneficial effects of PUFAs have been observed in humans and in animals models of diabetes, obesity, cancer, and cardiovascular diseases. It is important to promote the consumption of PUFAs. Main food sources of PUFAs n-6 are corn, soy and safflower oil, and for PUFAs n-3 are fish, soy, canola oil and, flaxseed. Finally FAO/WHO recommends an optimal daily intake of n6/n3 of 5-10:1.

Los ácidos grasos poliinsaturados indispensables (AGPIs), ácido linoleico n-6 y ácido linolénico n-3 se obtienen a través de la dieta y son precursores de los ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga (AGPIs-CL) araquidónico (AA) y docosahexaenoico (ADH), respectivamente. El consumo de AGPIs está relacionado con un mejor desarrollo cerebral fetal y cognoscitivo del recién nacido. Los AGPIs pueden reducir la concentración de triacilgliceroles en la sangre a través de la oxidación de ácidos grasos por medio de la activación de PPARα o a través de la represión de SREBP-1 que inhibe la lipogénesis. El consumo de AGPIs puede ser benéfico en el control de ciertas enfermedades como la diabetes mellitus y la obesidad en la que los AGPIs activan a PPARα estimulando la oxidación de lípidos y disminuyendo la resistencia a la insulina y la esteatosis hepática. En el caso del cáncer los AGPIs pueden servir como agentes citotóxicos para ciertas células tumorales. Debido a su efecto hipolipémico y a su efecto antiinflamatorio, los AGPIs podrían tener efectos benéficos en la prevención de enfermedades cardiovasculares. Las principales fuentes alimenticias de AGPIs n-6 son los aceites de maíz, de cártamo y de soya, y las de AGPIs n-3 son la linaza y los aceites de pescados, canola y de soya. Finalmente, la FAO/ OMS recomienda un consumo óptimo de AGPIs diario en una proporción n-6: n-3 de 5-10: 1/día.

Effect of nutritional rehabilitation of undernourished rats on serum insulin-like growth factor (IGF)-I and IGF-binding proteins

El propósito del presente trabajo fue estudiar el efecto de la rehabilitación nutricia con dietas que contenían diferente concentración de proteína (6, 18 o 50 por ciento) en ratas previamente desnutridas sobre los niveles del factor de crecimiento semejante a la insulina (IGF-I) y de las proteínas que unen al factor semejante a la insulina (IGFBPs). La desnutrición se indujo alimentando ratas en crecimiento con 0.5 por ciento de caseína por cinco semanas. En este periodo, el crecimiento, las proteínas totales en el suero, las concentraciones de IGF-I en suero y la relación IGFBP-3/IGFBP-2 se encontraron significativamente disminuidas comparados con el grupo con libre acceso a una dieta con 18 por ciento de caseína. La rehabilitación nutricia por 21 días con 6 por ciento de caseína no cambió ninguno de estos parámetros. La rehabilitación nutricia con una dieta con 18 o 50 por ciento de caseína por un día no inició el restablecimiento de las concentraciones de IGF-I y la relación IGFBP-3/IGFBP-2. Sin embargo, después de 10 días con dietas al 18 o 50 por ciento de caseína por un día no inició el restablecimiento de las concentraciones de IGF-I y la relación IGFBP-3/IGFBP-2. Sin embargo, después de 10 días con dietas al 18 o 50 por ciento de caseína, las ratas aumentaron 12 veces las concentraciones de IGF-I y siete veces la relación IGFBP-3/IGFBP-2. Finalmente, la rehabilitación por 21 días con 18 o 50 por ciento de caseína produjo un incremento de 21 y 16 veces en las concentraciones de IGF-I y 6.1 y 14.5 veces en la relación IGFBP-3/IGFBP-2 respectivamente. Estos resultados sugieren que la rehabilitación nutricia con 18 por ciento o 50 por ciento de caseína son más efectivas que dietas que contienen 6 por ciento de caseína para restablecer el peso corporal. Las concentraciones de IGF-I e IGFBP-3 fueron indicadores sensibles de la evolución del estado nutricio dependiendo de la concentración de proteína en la dieta

Aminoácidos libres en plasma y leche de mujeres lactantes rurales / Free aminoacids in plasma and milk of mexican rural lactating women

Objetivo. Determinar el contenido de aminoácidos libres en plasma y en leche de mujeres lactantes del medio rural. Métodos. Veintiocho mujeres de una comunidad rural con edad de 24 ñ 5.0 años, (ñ DE) peso corporal de 50 ñ 4.9 kg y talla de 148 ñ 4.8 cm, fueron estudiadas en condiciones de balance metabólico. Las participantes fueron divididas en 5 grupos (3 grupos en el 1º, 3º, y 6º mes de lactancia, uno de post-destete y un grupo control de no embarazadas y no lactantes). La dieta del balance fue similar a la dieta habitual local. La concentración de aminoácidos en la dieta, plasma y leche se determinó en un autoanalizador de aminoácidos. Resultados. El aspartato plasmático fue mayor (p< 0.05) en el 6º mes de lactancia y leucemia, valina e isoleucina menores en el 3er. mes. En leche, valina, prolina y taurina presentaron concentraciones gradualmente menores a lo largo de la lactancia (p < 0.05), en tanto que la serina y treonina fueron mayores en el 3er mes (4 veces el control). La concentración de aminoácidos de cadena ramificada, y la de los básicos, aromáticos y neutros fue cuatro veces mayor en plasma versus leche, mientras que la de glutamato fue 40 veces mayor en leche que en plasma. Conclusiones. No existió una relación entre la concentración de aminoácidos libres de plasma versus los de leche durante los seis primeros meses de lactancia. Las variaciones observadas en el patrón de aminoácidos libres de leche y plasma estuvieron posiblemente mediados por cambios metabólicos

leucine catabolism in mammary tissue, liver and skeletal muscle of dam rat during lactation and weaning

Background. This study designed to determine the effect of lactation and weaning on the catabolism of branched-chain amino acids (BCAA). Methods. Rates of transamination and oxidation of leucine and branched chain a-ketoacid dehydrogenase(BCKD) activity were mesured in homogenates of mammary gland, skeletal muscle and liver on day 12 of lactation and 24 h after separation of dams from the litter (weaning). Results. Lactating dams consumed 250 percent more protein than control rats, extra protein is required for protein synthesis by the mammary gland, the extent to which the excess of amino acids consumed during lactation is utilized or oxidized by different tissues is not known. The rate of transamination of [1-14C] leucine by mammary tissue of lactating dams was sixfold higher than in virgin rats. The rate of transamination remained elevated fourfold in post-weaning dams. Rates of transamination were three times higher in mammary tissue than in muscle of lactating dams. Rate of oxidation [1-14C] leucine by lactanting mammary tissue was tenfold higher than in control tissue. Conclusions. The capacity of mammary tissue for transamination and oxidation of leucine increased greatly during lactation, suggesting that the mammary gland may play an important role in the catabolism of BCAA during lactation

Nuevos conocimientos del transporte de aminoácidos aniónicos y catiónicos / Advances in the study of anionic and cationic amino acid transport

En las células de mamíferos, los aminoácidos son captados por diferentes sistemas de transporte presentes en la membrana plasmática. Los sistemas de transporte originalmente se caracterizaron a través de estudios cinéticos y de competencias. Sin embargo, el asignamiento de algunos aminoácidos a un sistema de transporte específico había sido difícil. Con los avances en biología molecular ha sido posible identificar a las proteínas de los transportadores para aminoácidos específicos. En esta revisión se describen los sintomas de transporte para aminoácidos aniónicos y catiónicos que se han reportado a nivel molecular. Los aminoácidos aniónicos se movilizan principalmente a través de los sistemas XAG- y Xc-, los cuales son de particular relevancia en la inactivación de la transmisión nerviosa glutamatérgica en el cerebro y en la síntesis de glutation, respectivamente. Se han descrito cuatro isoformas cerebrales del sistema XAG- pertenecientes a la familia de transportadores de aminoácidos dependientes de Na+. Los sistemas de transporte para los aminoácidos catiónicos también reconocen sustratos zwitteriónicos, y los más estudiados son el y+, y+L, bº + y Bº + La regulación de la entrada de aminoácidos catiónicos tales como la arginina, lisina, y ornitina es importante en la biosíntesis de oxido nítrico, creatina, carnitina y poliaminas. La cisteinuría es un defecto hereditario asociado al sistema bº +

Transporte de aminoácidos zwitteriónicos en células de mamíferos / Zwitterionic amino acid transport in mammalian cell

El transporte de aminoácidos es un proceso de gran trascendencia metabólica ya que regula el flujo de aminoácidos entre la célula y el espacio extracelular. Los aminoácidos ingresan a las células de mamífero a través de proteínas de la membrana plasmática bien caracterizadas cinéticamente. El sistema A transporta aminoácidos zwitteriónicos de cadena lateral corta, y posiblemente participa en la regulación de la gluconeogénesis a partir de aminoácidos, especialmente alanina, así como también se le implica en la duplicación celular. El sistema N transporta aminoácidos con cadena lateral nitrogenada entre los que destacan la glutamina, importante en el control de la síntesis de proteínas. El sistema L permite el acceso de aminoácidos de cadena lateral larga como los aminoácidos aromáticos y de cadena ramificada. Este sistema generalmente constitutivo es crucial en el control del ingreso de estos aminoácidos hacia el cerebro, en donde algunos de ellos son precursores de neutrotransmisores. El transporte de aminoácidos se ha estudiado a nivel molecular partiendo de la clonación de los ácidos desoxirribonucleicos complementarios de varios transportadores, abriendo la posibilidad de realizar estudios estructurales y de regulación de su actividad y expresión. Se han descubierto isoformas de algunos transportadores de aminoácidos zwitteriónicos como el ASC, Gli, ß y de prolina, clasificados en una superfamilia de proteínas transportadoras de solutos que presentan de 6 a 12 dominios transmembrana. Esta revisión describe las generalidades del transporte de aminoácidos y de los adelantos recientes en el estudio de los sistemas de transporte de aminoácidos zwitteriónicos, enfatizando las características moleculares de los sistemas clonados y sus factores de regulación

Regulación de la expresión génetica por nutrimentos / Regulation of gene expression by nutrients

Los nutrimentos pueden, de manera directa o indirecta, regular la vía de expresión de genes que codifican para proteinas, principalmente enzimas involucradas en las rutas metabólicas relacionadas con la utilización de hidratos de carbono, lípidos y aminóacidos. Estos nutrimentos pueden actuar directamente o generar un estado hormonal específico en el organismo que regulen algunos genes. La presente revisión tiene como objetivo mostrar ejemplos específicos de regulación dietaria y hormonal de genes de enzimas involucradas en el metabolismo de hidratos de carbono (fosfoenol piruvato carboxicinasa), lípidos (enxima málica) y aminoácidos (serina deshidratasa)

Riboflavin and pyridoxine status in a group of pregnant Mexican women

In order to assess the nutritional status of riboflavin and pyridoxine during pregnancy, 24 Mexican women were studied during the second trimester and 17 during the third trimester of gestation. The biochemical evaluation of the riboflavin and pyridoxine status was performed by measuring the activation coefficients (AC) of the erythrocyte glutathione reductase (eGR) and aspartate aminotranferase (eAAT), respectively. Dietary protein, riboflavin, thiamin, and calcium intake decreased significantly in the last trimester of gestation. The women presented biochemical deficiency of pyridoxine in the second and third trimester of pregnancy, but they developed biochemical deficiency of riboflavin and pyridoxine deficiency. None showed clincial signg of vitamin deficiency. No significant correlation was found between individual serum concentrations of estradiol or progesterone and eGR-AC or eAAT-AC in both trimesters of pregnancy. Six newborns studied showed normal eGR-AC and eAAT-AC

Regulation, characterization and factors affecting the amino acid transport systems

En esta revisión se describen los diferentes sistemas de transporte para aminoácidos, la caracterización de éstos y de sus componentes, los factores que afectan las características cinéticas de los acarreadores específicos de los sistemas de transporte, y la importancia del transporte de aminoácidos en el mantenimiento de las concentraciones plasmáticas e intracelulares de aminoácidos en diversos tejidos, así como su papel en el control del metabolismo de aminoácidos.

Concentraciones de IgA secretoria en la saliva de niños sanos de la ciudad de México / Levels of secretory IgA in the saliva of healthy children in México city

Con el fin de documentar la concentración de inmunoglobulina A secretoria (IgAs) en la saliva de niños mexicanos, se estudiaron 56 prescolares sanos de la ciudad de México cuya edad fluctuaba entre los 2 y los 6 años de edad. Se aisló y purificó IgAs de calostro humano, la cual servió para establecer la curva patrón del método de inmunodifusión raidal; se describe el método de purificación de IgAs. En el grupo estudiado se encontraron concentraciones de IgAs entre 10 y 85 mg/dl de saliva, con un promedio y desviación estándar de 37 ñ 30 mg/dl. La distribución de los valores por intervalo fue la siguiente: 48.2% de los valores entre 10 y 29 mg/dl, 30.4% entre 30 y 50 mg/dl y 21.4% entre 70 y 90 mg/dl. Las diferencias entre los distintos grupos de edad no fueron significativas