Plasma amino acid imbalance: dangerous in chronic diseases?

Roth, Erich; Druml, Wilfred

doi:10.1097/mco.0b013e328341368c

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“…In C. elegans nematodes free amino acid concentrations change with age [ 1 ] and are altered in long-lived worms [ 2 ]. In humans, altered plasma amino acid concentrations are biomarkers of several diseases [ 3 ] such as type 2 diabetes [ 4 ]. Calorie restriction has long been known to delay aging [ 5 ] and protein restriction may be responsible for around half of this effect [ 6 ].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Mechanisms of amino acid-mediated lifespan extension in Caenorhabditis elegans

et al. 2015

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BackgroundLittle is known about the role of amino acids in cellular signaling pathways, especially as it pertains to pathways that regulate the rate of aging. However, it has been shown that methionine or tryptophan restriction extends lifespan in higher eukaryotes and increased proline or tryptophan levels increase longevity in C. elegans. In addition, leucine strongly activates the TOR signaling pathway, which when inhibited increases lifespan.ResultsTherefore each of the 20 proteogenic amino acids was individually supplemented to C. elegans and the effects on lifespan were determined. All amino acids except phenylalanine and aspartate extended lifespan at least to a small extent at one or more of the 3 concentrations tested with serine and proline showing the largest effects. 11 of the amino acids were less potent at higher doses, while 5 even decreased lifespan. Serine, proline, or histidine-mediated lifespan extension was greatly inhibited in eat-2 worms, a model of dietary restriction, in daf-16/FOXO, sir-2.1, rsks-1 (ribosomal S6 kinase), gcn-2, and aak-2 (AMPK) longevity pathway mutants, and in bec-1 autophagy-defective knockdown worms. 8 of 10 longevity-promoting amino acids tested activated a SKN-1/Nrf2 reporter strain, while serine and histidine were the only amino acids from those to activate a hypoxia-inducible factor (HIF-1) reporter strain. Thermotolerance was increased by proline or tryptophan supplementation, while tryptophan-mediated lifespan extension was independent of DAF-16/FOXO and SKN-1/Nrf2 signaling, but tryptophan and several related pyridine-containing compounds induced the mitochondrial unfolded protein response and an ER stress response. High glucose levels or mutations affecting electron transport chain (ETC) function inhibited amino acid-mediated lifespan extension suggesting that metabolism plays an important role. Providing many other cellular metabolites to C. elegans also increased longevity suggesting that anaplerosis of tricarboxylic acid (TCA) cycle substrates likely plays a role in lifespan extension.ConclusionsSupplementation of C. elegans with 18 of the 20 individual amino acids extended lifespan, but lifespan often decreased with increasing concentration suggesting hormesis. Lifespan extension appears to be caused by altered mitochondrial TCA cycle metabolism and respiratory substrate utilization resulting in the activation of the DAF-16/FOXO and SKN-1/Nrf2 stress response pathways.Electronic supplementary materialThe online version of this article (doi:10.1186/s12863-015-0167-2) contains supplementary material, which is available to authorized users.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Mechanisms of amino acid-mediated lifespan extension in Caenorhabditis elegans

et al. 2015

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“…In the human body, plasma amino acid imbalances occur in various diseases, and such imbalances may exert specific negative effects on various physiological processes and organ functions 1 . Several recent studies have demonstrated a strong correlation between alterations in the concentrations of various plasma free amino acids (PFAAs) and the development of lifestyle-related diseases (LSRDs), including diabetes mellitus (DM), dyslipidemia, hypertension and metabolic syndrome (MetS) 2 – 5 .…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Association of plasma free amino acids with hyperuricemia in relation to diabetes mellitus, dyslipidemia, hypertension and metabolic syndrome

Mahbub

Yamaguchi

Takahashi

et al. 2017

Sci Rep

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Previous studies demonstrated independent contributions of plasma free amino acids (PFAAs) and high uric acid (UA) concentrations to increased risks of lifestyle-related diseases (LSRDs), but the important associations between these factors and LSRDs remain unknown. We quantified PFAAs and UA amongst Japanese subjects without LSRDs (no-LSRD, n = 2805), and with diabetes mellitus (DM, n = 415), dyslipidemia (n = 3207), hypertension (n = 2736) and metabolic syndrome (MetS, n = 717). The concentrations of most amino acids differed significantly between the subjects with and without hyperuricemia (HU) and also between the no-LSRD and LSRD groups (p < 0.05 to 0.001). After adjustment, the logistic regression analyses revealed that lysine in DM, alanine, proline and tyrosine in dyslipidemia, histidine, lysine and ornithine in hypertension, and lysine and tyrosine in MetS demonstrated significant positive associations with HU among the patients with LSRDs only (p < 0.05 to 0.005). By contrast, arginine, asparagine and threonine showed significant inverse associations with HU in the no-LSRD group only (p < 0.05 to 0.01). For the first time, we provide evidence for distinct patterns of association between PFAAs and HU in LSRDs, and postulate the possibility of interplay between PFAAs and UA in their pathophysiology.

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“…Heute sollen nur Lösungen verwendet werden, die essenzielle und nicht essenzielle Aminosäuren entweder in einem Standardmuster oder in einer spezifisch an den bei Niereninsuffizienz gestörten Metabolismus orientierten Zusammensetzung enthalten. In Anbetracht neuerer Untersuchungen zu Funktionen von Aminosäuren, die weit über den Proteinhaushalt hinausgehen, wie intrazelluläres Signalling im mTOR-Weg, dürften spezielle Lösungen in Zukunft wieder verstärkt diskutiert werden [23].…”

Section: Empfehlungunclassified

S1-Leitlinie der Deutschen Gesellschaft für Ernährungsmedizin (DGEM) in Zusammenarbeit mit der AKE, der GESKES und der DGfN

Druml

Contzen²,

Joannidis³

et al. 2015

Aktuel Ernahrungsmed

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Zusammenfassung Fragestellung: Patienten mit Niereninsuffizienz bilden eine sehr heterogene Gruppe von Personen mit unterschiedlichen metabolischen St?rungen und Bedarf an N?hrstoffen. Zu diesen geh?ren Patienten mit akutem Nierenversagen (ANV), die rasch zunehmende Zahl von Patienten mit akut-auf-chronischem Nierenversagen (A-C-NV), Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz (CNI) und Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz unter Nierenersatztherapie (H?modialyse, Peritonealdialyse), jeweils ohne bzw. mit begleitenden Akuterkrankungen. In der vorliegenden Leitlinie sollen die ern?hrungstherapeutischen Interventionen, welche in der Betreuung aller dieser Patientengruppen eine entscheidende Rolle f?r Krankheitsverlauf und Prognose spielen, evidenzbasiert dargestellt werden. Methodik: Die Leitlinie basiert auf den fr?heren Leitlinien der Deutschen Gesellschaft f?r Ern?hrungsmedizin (DGEM, 2003, 2007), der European Society for Parenteral and Enteral Nutrition (ESPEN, 2006, 2009) und der International Society for Renal Nutrition and Metabolism (ISRNM 2008, 2013). Es wurde eine systematische Analyse der Literatur 2006???2014 zur oralen Supplementierung, zur enteralen und parenteralen Ern?hrung und intradialytischen Ern?hrung bei diesen Patientengruppen vorgenommen. Die Empfehlungen wurden innerhalb der Arbeitsgruppe sowie dem DGEM Steering Committee verabschiedet. Ergebnisse: Zur klinischen Ern?hrung bei Patienten mit Nierenversagen liegen nur wenige randomisiert-kontrollierte Studien vor, sodass die meisten Empfehlungen Expertenmeinungen darstellen. Die Leitlinie umfasst 15 Aussagen und 27 Empfehlungen, wobei in einem Einleitungskapitel die gemeinsamen Aspekte in 15 Aussagen bzw. Empfehlungen abgehandelt werden. Zu der Ern?hrung von akut-kranken Patienten ohne Nierenersatztherapie gibt es in dieser Leitlinie 5, zu stabilen CNI-Patient ohne Nierenersatztherapie 5, zu akut-krankem Patient unter Nierenersatztherapie 9 und zu chronisch-malnutrierten H?modialysepatienten 8 Aussagen bzw. Empfehlungen. Schlussfolgerung: Ern?hrungsbehandlung und metabolische F?hrung spielen eine zentrale Rolle in der Betreuung von Patienten mit Nierenfunktionsst?rungen. Dabei m?ssen die metabolischen Folgen der Nierendysfunktion per se, der Komorbidit?ten und begleitenden Akuterkrankungen sowie der ausgepr?gte Einfluss der Nierenersatztherapie auf Metabolismus und N?hrstoffbilanz ber?cksichtigt werden. N?hrstoffbedarf und Ern?hrungstherapie k?nnen sich grunds?tzlich zwischen diesen unterschiedlichen Patientengruppen unterscheiden und sich auch individuell im Krankheitsverlauf ganz wesentlich ?ndern. Damit erfordern gerade Patienten mit Nierenfunktionsst?rungen eine individualisierte Planung, Durchf?hrung und ?berwachung der Ern?hrungstherapie.

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Plasma amino acid imbalance: dangerous in chronic diseases?

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Mechanisms of amino acid-mediated lifespan extension in Caenorhabditis elegans

Mechanisms of amino acid-mediated lifespan extension in Caenorhabditis elegans

Association of plasma free amino acids with hyperuricemia in relation to diabetes mellitus, dyslipidemia, hypertension and metabolic syndrome

S1-Leitlinie der Deutschen Gesellschaft für Ernährungsmedizin (DGEM) in Zusammenarbeit mit der AKE, der GESKES und der DGfN

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