Butyrát

Tuto sloučeninu zná důvěrně každý, komu někdy žluklo máslo. Právě kyselina máselná neboli butyrát je totiž příčinou zápachu, který kažení této potraviny doprovází (její sloučenina s glycerolem je naopak zodpovědná za typickou vůni másla čerstvého). Zároveň jde ale o jednu z klíčových sloučenin pro fungování lidského těla, která navíc vzniká uvnitř nás samých – coby produkt bakterií, které jsou součástí střevního mikrobiomu. A právě produkce butyrátu je přitom jedním z mechanismů, kterými střevní mikrobiom ovlivňuje procesy v celém těle.

Popis

Butyrát je sůl kyseliny máselné, mastné kyseliny s krátkým řetězcem (chemicky jde o kyselinu butanovou). Název „butyrát“ název vznikl díky skutečnosti, že sloučeniny této látky s glycerolem tvoří důležitou součást mléčného tuku (latinský výraz pro máslo je „butyrum“).

Za normálních okolností je butyrát v našem organismu produkován naprosto přirozeně, a to bakteriemi, které jsou součástí střevního mikrobiomu (zejména při procesu kvašení rozpustné vlákniny). Zároveň jej ale přijímáme i potravou, zejména prostřednictvím mléčných výrobků.

Historie

Kyselinu máselnou objevil v roce 1814 francouzský chemik Michel Eugène Chevreul a o čtyři roky později ji z másla izoloval.

Princip působení

Butyrát hraje v našem těle zcela zásadní roli. Je například nezbytný pro udržení integrity a funkce střevní sliznice. Pokud ho máme nedostatek, dochází rovněž k rozvoji zánětlivých procesů ve střevech. Nepůsobí ale pouze ve střevech. Z nich totiž proniká do krevního oběhu, a může tak ovlivňovat procesy v celé řadě orgánů a tkání našeho těle.

Butyrát přitom procesy v těle ovlivňuje pomocí tří základních mechanismů:

1. Epigenetické působení

Stěžejní roli hrají přímé epigenetické účinky butyrátu, tj. schopnost ovlivňovat aktivitu genů v naší DNA. Butyrát patří mezi výrazné inhibitory enzymů jménem histondeacetylázy, které se účastní epigenetické reakce jménem deacetylace histonů. Právě deacetylace histonů je přitom jedním z procesů, které vypínají geny – ty se pak chovají, jako by v naší DNA vůbec nebyly. Kromě toho ale butyrát ovlivňuje i další epigenetické reakce, tedy metylaci genů a regulaci pomocí microRNA.

2. Ovlivnění buněčné signalizace

Butyrát aktivuje několik typů buněčných receptorů souvisejících s G-proteinem. Tyto receptory se účastní tzv. buněčné signalizace, tedy procesu, který přenáší informace uvnitř buňky, a ovlivňuje tak její chování. Dysfukce těchto receptorů proto může buněčné děje ovlivnit zásadním způsobem.

3. Zdroj energie pro buňky

Butyrát slouží jako důležitý energetický substrát, a tím ovlivňuje přežití a fungování jak našich vlastních tělesných buněk (zejména těch střevních), tak i mikroorganismů, které jsou součástí střevního mikrobiomu.

K nedostatečné přirozené produkci butyrátu dochází zejména v případě narušené rovnováhy střevního mikrobiomu. V tomto případě je možné chybějící butyrát doplnit prostřednictvím doplňků stravy.

Role při vzniku a léčbě zdravotních potíží

Nádorová onemocnění

Butyrát účinně potlačuje proliferaci a podporuje apoptózu nádorových buněk, a to zejména prostřednictvím regulace acetylace histonů tvorby microRNA. Má také antiangiogenní efekt (tj. potlačuje tvorbu nových cév, které zajišťují krevní zásobení rostoucího nádoru) a brání tvorbě metastáz. Velmi účinný je v prevenci i léčbě rakoviny střev, plic a kůže.

Velkou roli v protinádorovém působení butyrátu přitom hraje jeho epigenetický potenciál. Zvyšuje totiž zejména aktivitu tzv. tumorsupresorových genů, které jsou součástí přirozených obranných mechanismů těla proti vzniku nádorů. Jde například o gen, podle nějž se tvoří protein p53 (tento gen je přezdíván jako „protinádorový policajt“), nebo gen SLC5A8. Podporuje také aktivitu genů pro tvorbu detoxikačních enzymů (např. glutathion-S-transferázy), které se podílejí na eliminaci škodlivých volných radikálů.

Zánětlivá střevní onemocnění

Nedostatek butyrátu byl opakovaně prokázán u osob trpících Crohnovou chorobou i ulcerózní kolitidou, což jsou dvě nejčastější zánětlivá střevní onemocnění.

Butyrát působí silně protizánětlivě (potlačuje zejména aktivitu nukleárního faktoru NF-kB a prozánětlivých interferonů) a zároveň podporuje integritu střevní sliznice, která je u zmíněných chorob zásadně narušena. Zde je efektivní jak užívání butyrátu, tak i podpora jeho produkce konzumací rozpustné vlákniny.

Obezita a diabetes

Butyrát omezuje pronikání imunitních buněk do tukové tkáně, čímž výrazně přispívá ke snížení zánětu a usnadňuje hubnutí. Zároveň pomáhá zmírnit inzulinovou rezistenci, což je důležité nejen při hubnutí, ale i v prevenci a léčbě diabetu. U obézních osob bylo rovněž zaznamenáno výrazné snížení počtu bakterií produkujících butyrát. Podávání butyrátu pokusným myším pak u nich vedlo k výraznému snížení inzulinové rezistence, přestože byly krmeny nezdravou stravou.

Podle některých teorií by měl butyrát (přesněji řečeno jeho nedostatek) hrát rovněž důležitou roli při vzniku diabetu I. typu, jehož podstata je autoimunitního charakteru. Měl by totiž mít ochrannou úlohu proti tvorba autoprotilátek proti beta-buňkám Langerhansových ostrůvků slinivky, v nichž je produkován inzulin.

Kardiovaskulární choroby

Butyrát omezuje produkci cholesterolu v těle a výrazně zasahuje do procesů tvorby aterosklerotických plátů v cévách.

Imunita a alergie

Butyrát ovlivňuje široké spektrum signálních drah souvisejících s fungováním imunitního systému. Ovlivňuje proliferaci, diferenciaci a apoptózu imunitních buněk a také jejich pronikání do tkání, aktivaci a produkci cytokinu, což jsou mechanismy uplatňující se při vzniku autoimunitních onemocnění.

Zajímavým účinkem je také podpora produkce bílkoviny jménem katelicidin. Ta vzniká ve střevních, žaludečních a jaterních buňkách a hraje důležitou roli ve vrozené imunitě, konkrétně v obraně před bakteriálním infekcemi. Prokázána byla i účinnost butyrátu v boji proti několika konkrétním infekcím (např. proti salmonelóze).

Nedostatek butyrátu pravděpodobně souvisí i s alergickými projevy. Například u šestiměsíčních kojenců trpících atopickým ekzémem byl zaznamenán nedostatek bakterií Coprococcus eutactus, které butyrát produkují.

Mozková mrtvice, paměť a neurodegenerativní choroby

Butyrát má výrazné neuroprotektivní účinky (tj. chrání nervové buňky), což se uplatňuje například při léčbě následků ischemie (nedostatku kyslíku), k níž dochází například při mozkové mrtvici. Podporuje totiž produkci růstového faktoru BDNF, který působí na buněčné mechanismy v mozkové tkáni. Zlepšuje například proliferaci (tj. vznik nových neuronů), jejich migraci a diferenciaci.

Butyrát má také příznivý vliv na paměť, a i zde je to díky epigenetickému působení. Blokuje totiž tvorbu histondeacetyláz, a tím brání deacetylaci, která „vypíná“ geny nutné pro synaptickou plasticitu (tj. tvorbu nových spojů mezi nervovými buňkami) a tvorbu dlouhodobé paměti.

Nadějně vypadají rovněž výzkumy na využití při Huntingtonově chorobě (druh demence) a Alzheimerově chorobě.

Autismus

Přesné příčiny vzniku autismu jsou sice stále ještě neznámé, v poslední době ale řada výzkumů potvrdila, že u lidí s tímto problémem dochází k dysfunkci mitochondrií, která je do značné míry podmíněna epigeneticky. A právě butyrát dokáže spolu s dalšími nasycenými mastnými kyselinami s krátkým řetězcem (tj. propionátem a acetátem) funkci mitochondrií pozitivním způsobem ovlivnit. Představují totiž důležitý zdroj energie pro mozkové buňky, a zejména to platí v časných fázích vývoje mozku.

Ve střevech pacientů s poruchou autistického spektra byl zároveň pozorován nedostatek bakterií, které tyto kyseliny produkují, a zároveň nadměrný výskyt bakterií rodu Clostridia a Desulfovibrio. Velmi diskutována je proto i souvislost rostoucího počtu autistických dětí s nadužíváním antibiotik.

Dědičná onemocnění

Velmi nadějně vypadají výzkumy mapující možné využití butyrátu v léčbě pacientů trpících cystickou fibrózou, srpkovitou anemií a beta-thalassemií.

Užívání a kontraindikace

Studií, které by zkoumali bezpečnost užívání butyrátu, bylo zatím provedeno jen málo, obecně je považován za bezpečný. Za normálních podmínek totiž buňky střeva kyseliny s krátkým mastným řetězcem velice rychle absorbují – takto je obvykle rychle absorbováno cca 95 % butyrátu (produkovaného bakteriemi i přijatého potravou) a zbylých 5 % je bezpečně vyloučeno stolicí.

Kromě užívání samotného butyrátu je ovšem zároveň vhodné podpořit obnovu rovnováhy střevního mikrobiomu, a zajistit tak obnovu přirozené produkce této látky. Zásadní je v tomto směru dostatečná konzumace prebiotik, tj. rozpustné vlákniny, která tvoří substrát nezbytný pro přežití střevních mikroorganismů. Konzumace rozpustné vlákniny se ostatně projevila pozitivním způsobem i u většiny výše uvedených nemocí a obtíží.