This comprehensive review critically evaluates whether supposed health benefits propounded upon human consumption of conjugated linoleic acids (CLAs) are clinically proven or not. With a general introduction on the chemistry of CLA, major clinical evidences pertaining to intervention strategies, body composition, cardio-vascular health, immunity, asthma, cancer and diabetes are evaluated. Supposed adverse effects such as oxidative stress, insulin resistance, irritation of intestinal tract and milk fat depression are also examined. It seems that no consistent result was observed even in similar studies conducted at different laboratories, this may be due to variations in age, gender, racial and geographical disparities, coupled with type and dose of CLA supplemented. Thus, supposed promising results reported in mechanistic and pre-clinical studies cannot be extrapolated with humans, mainly due to the lack of inconsistency in analyses, prolonged intervention studies, follow-up studies and international co-ordination of concerted studies. Briefly, clinical evidences accumulated thus far show that CLA is not eliciting significantly promising and consistent health effects so as to uphold it as neither a functional nor a medical food.

Consumer awareness of the link between dietary fats and health outcomes has led to increased demand for food products enriched with bioactive fatty acids (FA). Ruminant-derived fats, such as dairy fats, contribute significantly to the American diet and contain many unique beneficial FA, such as short- and medium-chain FA, n-3 FA, conjugated linoleic acids (CLA), vaccenic acid (VA), as well as odd-and branched-chain FA (OBCFA). Increasing these FA in dairy products by altering farm management practices, such as breed, lactation stage, and nutrition, may improve human health without a change to the diet. The overarching goal of this dissertation was to evaluate on-farm strategies to increase the content of bioactive FA in bovine milk. The first objective was to enrich milk fat with bioactive FA via supplementation with echium oil, a terrestrial oil rich in n-3 FA. Treatments were 1.5% and 3.0% dry matter as lipid encapsulated echium oil (EEO) which were compared to a control (no EEO). Milk fat contents of n-3 FA increased with EEO supplementation but the transfer of n-3 FA from EEO into milk fat was rather low (< 5%). In a subsequent trial, ruminal protection of EEO and post-ruminal release of EEO-derived FA was examined. EEO-derived FA were preferentially incorporated into plasma lipid fractions unavailable to the mammary gland. Moreover, fecal excretion of EEO-derived FA ranged from 7-14% of intake, and VA and CLA, the biohydrogenation and metabolism products of n-3 FA, increased in milk and feces with EEO supplementation. Therefore, lipid-encapsulation provided inadequate digestibility and low transfer efficiency of n-3 FA into milk. The second objective was to compare the bacterial community structure and unique bioactive FA in bacterial membranes and milk fat between Holstein (HO), Jersey (JE), and HO x JE crossbreeds (CB) across a lactation. Lactation stage had a prominent effect on rumen bacterial taxa, with Firmicutes being most abundant during early lactation. The FA composition of bacterial cells was affected by both lactation stage and genetics, and OBCFA in bacterial cells were positively correlated with several bacteria of the Firmicutes phylum. HO and CB exhibited greater contents of various bioactive FA in milk than JE. The highest content of all bioactive FA occurred at early lactation, while OBCFA were highest at late lactation. The third objective was to determine the effects of grazing a monoculture vs. a diverse pasture on rumen bacterial and protozoal taxa, their membrane FA composition, and milk FA. Microbial communities shifted in response to grazing regime accompanied with changes in their membrane FA profiles. Rumen microbiota from cows grazing a diverse pasture had higher contents of n-3 FA and VA, but lower contents of OBCFA. Microbial membrane FA correlated with microbial taxa, the contents of ALA and n-3 FA were positively correlated with the bacterial genus Butyrivibrio and the protozoal genus Eudioplodinium. Milk contents of CLA and n-3 FA increased when cows grazed a diverse pasture, while grazing a monoculture led to greater milk contents of OBCFA. In conclusion, grazing cows on a diverse pasture, when compared to genetic effects and lipid supplementation, was the most efficacious strategy to increase the content of bioactive FA in milk.

Le tissu adipeux blanc (TA) joue un rôle central dans la physiopathologie de l'obésité et la résistance à l'insuline. Durant ma thèse, j’ai étudié la réponse cellulaire et moléculaire du TA au stress métabolique induit chez la souris par l'administration d'un isomère de l'acide linoléique (CLA). Nous avons utilisé l’isomère trans10,cis12 de l'acide linoléique (t10,c12-CLA) pour promouvoir un syndrome lipoatrophique chez la souris C57BL/6J. La dynamique de cette réponse a été explorée dans le TA, l'intestin et au niveau systémique, sur deux périodes consécutives de 7 jours d’administration de t10,c12-CLA puis d’interruption du traitement. Nos résultats montrent que t10,c12-CLA induit une dérégulation des gènes métaboliques et un dépôt de matrice extracellulaire (ECM) dans le TA. Le profil immunologique est perturbé, avec l'accumulation de macrophages M2 anti-inflammatoires. Ces altérations métaboliques, immunitaires et structurelles sont inversées, mais pas toujours normalisées, après 7 jours de récupération. La réversibilité des modifications observées dans le TA indique que cette réponse est plus adaptative que pathologique. Cependant, les altérations induites par t10, c12-CLA dans le TA sont temporellement liées à l'hyperinsulinémie, ce qui renforce l’idée que l'intégrité du TA est cruciale pour l'homéostasie glucidique. Bien qu’aucune réponse immunitaire n’ait été observée dans l'intestin, l’expression des gènes codant pour des protéines de jonctions serrées (claudine et occludine) est diminuée. Une partie des effets de t10,c12-CLA pourrait être relayée par l’augmentation de la perméabilité intestinale. Cette étude montre que, en réponse à un stress nutritionnel de courte durée, le TA regagne rapidement son homéostasie. Lorsque la contrainte est plus chronique, comme dans l'obésité, la plupart des interventions ne parviennent pas à inverser l'état dysfonctionnel du TA. Le grand défi dans les années à venir reste de trouver des stratégies thérapeutiques à long terme dans les maladies métaboliques. / White adipose tissue (WAT) plays a central role in the physiopathology of obesity and insulin resistance. During my PhD, I studied the cellular and molecular response of WAT to metabolic stress induced in mice by the administration of an isomer of linoleic acid (CLA). We used trans10,cis12 isomer of linoleic acid (t10,c12-CLA) as a tool to promote a lipoatrophic syndrome in C57BL/6J lean female mice. The short-term dynamics of this response was explored in WAT, gut and at systemic level, over two consecutive 7-day periods of t10,c12-CLA administration and withdrawal. Our results show that t10,C12-CLA-induced alterations in WAT included metabolic gene deregulation and extracellular matrix deposition. The immunological profile of WAT was markedly disturbed, with anti-inflammatory M2-polarized macrophage accumulation. Metabolic, immune and structural alteration were fully revered, but not always normalized after 7 days without treatment. The reversibility of WAT alterations indicates a more adaptive than pathological response to t10,C12-CLA. However, t10,c12-CLA-induced WAT deregulation is temporally linked to hyperinsulinemia supporting the primacy of WAT integrity for glucose homeostasis. No immune alteration was observed in response to t10,C12-CLA in the gut, where genes encoding tight junction proteins (claudin and occludin) were down regulated. Thus, part of the effects of t10,c12-CLA could be mediated by increased intestinal permeability. This study shows that in response to an acute nutritional stressor, WAT and glucose homeostasis could be rapidly regained. When the stress is more chronic, as in obesity, most of the interventions fail to reverse WAT dysfunctional state, underlining the big challenge in the years ahead of finding long-term therapeutic strategies in metabolic diseases.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Einflussnahme von konjugierten Linolsäuren (CLA) und strukturverwandten Fettsäuren auf Pansenepithelzellen (PEZ) in Kultur. Die in-vitro Untersuchungen mit primär kultivierten PEZ vom Schaf haben gezeigt, dass eine 48-stündige Inkubation mit CLA C18:2 cis-9, trans-11 (c9t11) und CLA C18:2 trans-10, cis-12 (t10c12) sowie Linolsäure, Ölsäure und trans-Vaccensäure (TVA) zu Veränderungen im Fettsäuremuster der Zellen sowie in der Expression der mRNA verschiedener Proteine führte. Aus den Veränderungen im Fettsäuremuster wurde die Aufnahme sowie die Metabolisierung der supplementierten Fettsäuren abgeleitet. Als wesentlicher Metabolit der TVA wurde die c9t11 identifiziert. Mit dem Nachweis der Stearoyl-CoA-Desaturase (SCD) -mRNA in den PEZ sowie im nativen Gewebe konnte so die endogene CLA-Synthese in den PEZ bestätigt werden. Analysiert wurden außerdem mittels quantitativer rt-PCR die Expression der SCD-mRNA und die mRNA von zwei Transportproteinen, den Monocarboxylat-Transportern (MCT) 1 und 4. Von beiden ist bekannt, dass sie in den Transport kurzkettiger Fettsäuren (SCFA) involviert sind. Die Inkubation mit den einzelnen Fettsäuren führte einheitlich zur Abnahme der SCD-mRNA Expression sowie zu einem verminderten Gehalt der Hauptprodukte der SCD, der C16:1 cis-9 und der C18:1 cis-9. Bezüglich der MCT1 und 4 mRNA-Expression wurde in der Regel eine Heraufregulierung nach Zugabe der Fettsäuren beobachtet. Des Weiteren wurden regulative Einflüsse von PPARα auf die MCTs und die SCD und von PPARγ auf den MCT1 und die SCD nach c9t11-Inkubation mit entsprechenden Antagonisten-Versuchen festgestellt. Die Studien beleuchten somit grundlegende Mechanismen des Stoffwechsels von langkettigen ungesättigten Fettsäuren in PEZ und deren Einflussnahme auf Transkriptionsfaktoren und auf spezifische, für den Wiederkäuer bedeutende Transportproteine für SCFA. Die funktionelle Relevanz dieser Ergebnisse für den Pansen und den Wiederkäuer aber auch für andere Gewebe und Species muss in weiteren Studien geklärt werden.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 3 1 Einleitung 5 Allgemein 5 1.1 CLA-Nomenklatur 6 1.2 Bildung von CLAs und deren Vorkommen 7 1.3 CLA-Supplementierung beim Rind 9 1.4 Zu CLAs strukturverwandte Fettsäuren im Pansen 10 1.5 Potenzielle Wirkungen von CLAs und strukturverwandten Fettsäuren auf das Pansenepithel 11 1.5.1 Aufbau und Bedeutung des Pansenepithels 11 1.5.2 Resorption von langkettigen Fettsäuren über das Pansenepithel 11 1.5.3 Veränderungen der Fettsäurezusammensetzung nach Supplementierung 11 1.5.3.1 Metabolisierung 12 1.5.3.2 SCD und die endogene Synthese von CLA c9t11 13 1.5.4 CLA-Targets im Pansenepithel 15 1.5.4.1 SCD 15 1.5.4.2 Monocarboxylattransporter 16 1.5.4.3 PPAR als Transkriptionsfaktor für die SCD und die MCTs 19 2 Zielstellung 21 3 Originalarbeit 22 4 Ergänzung zur Originalarbeit 43 4.1 Nachweis von SCD-mRNA im nativen Pansenepithel des Schafes 43 Zusammenfassung der Arbeit 44 Literaturverzeichnis 49 Anhang (Supplemental Material) 59 Erklärung zum Eigenanteil der Dissertationsschrift 67 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 69 Publikationen und Vorträge im Rahmen der Dissertation 70