Máj-, adipocita-, enterális és hasnyálmirigy-hormonok: válasz az étrendi makrotápanyagok összetételére és kapcsolat az anyagcserével

Absztrakt

Háttér

Arra törekedtünk, hogy jellemezzük az étrendi makrotápanyagok összetételének az inzulinérzékenység (IS) és az energiafelhasználás (EE) szabályozásában szerepet játszó különféle hormonokra gyakorolt hatásait.

Mód

10–15% -os fogyást követően 21 túlsúlyos alany 3 súlycsökkentő fenntartó étrendet [alacsony zsírtartalmú (LF), alacsony glikémiás indexű (LGI) és nagyon alacsony szénhidráttartalmú (VLC)] fogyasztott véletlenszerű sorrendben, egyenként 4 héten keresztül. A kiinduláskor és az egyes kezelési időszakok végén koplalásmintákat kaptunk a fibroblaszt növekedési faktor (FGF) -21, a hem-oxigenáz-1 (HO-1), a kemerin, az irisin, a szekretált, hullámosító fehérjék (SFRP-4) alapján epesavak, ghrelin, gasztrint gátló peptid (GIP), Y-peptid és amilin; máj és perifériás IS; és EE-t kaptunk. Az elemzéseket életkor, nem, alap kiindulási testtömeg-index és étrend-szekvencia alapján ellenőriztük.

Eredmények

Az FGF-21 csökkent (P

Háttér

Korábbi adatok arra utalnak, hogy az étrendi összetétel modulálja a fogyás okozta változásokat az energiafelhasználásban, az inzulinérzékenységben és a jóllakottságban. Például az etetési protokollt betartó alanyok között az energiafogyasztás megközelítőleg 325 kcal/nap-kal csökkent többet az alacsony zsírtartalmú és alacsony szénhidráttartalmú étrend nyomán az energiafogyasztás ellenőrzése céljából [1]. Más tanulmányok anyagcsere-előnyökről és a jóllakottság javulásáról számoltak be a glikémiás terhelés csökkentésével [2, 3], de az ezeket a hatásokat közvetítő mechanizmusok hiányosan vannak leírva. A gyomor-bél traktusból és a kapcsolódó szervekből kiválasztott hormonok szerepet játszanak ezekben a kapcsolatokban.

A máj által kiválasztott fibroblaszt növekedési faktor (FGF) -21 fokozza a glükóz felvételét az adipocitákba [4]. Az FGF-21 embernek történő beadása mérsékelten csökkenti a testtömeget [5], és állatmodellekben javítja az inzulinérzékenységet, az energiafelhasználást és a máj steatosisát [6], maximális hatással alacsony dózisokban. Az elhízással és a 2-es típusú diabetes mellitusszal rendelkező embereknél azonban az FGF-21 szintje megemelkedik [7], a metabolikus szindróma markereivel összefüggésben, ami az FGF-21 rezisztencia mintázatára utal [8], amely az elhízás negyedik komponensét is tartalmazhatja. az inzulin, a leptin és a szimpatikus hang rezisztencia-triádja. Valójában az FGF-21 szintje csökken a bariatrikus műtéteknél [9], bár az étrend által kiváltott fogyás hatását nem jellemezték jól.

A Chemerin, egy új hepatocita és adipocita eredetű hormon, egy kemoattraktáns szöveti sérülés esetén, amely szabályozza az adipocyta differenciálódást és a termogenezist. A kemerin szintje megnövekszik az elhízásban [10], és korrelál a zsírmáj mértékével [11]. A kemerin szintje csökken az étrendből [12] és a bariatrikus műtétekből [11] származó fogyással, de az étrendi makrotápanyagok összetételének hatása nem ismert. Az epesavak, amelyeket szintén a hepatociták termelnek, modulálják a testtömeget, az inzulinérzékenységet és az energiafogyasztást rágcsáló modellekben [13], bár keveset tudunk a fogyás vagy az étrendi összetétel emberekre gyakorolt hatásáról. A hem-oxigenázt (HO) -1 a zsírszövet választja ki, és csökkenti az oxidatív stresszt. Az állatokban történő indukció csökkenti a testtömeget, a gyulladásos citokin profilokat és az inzulinrezisztenciát [14]. A 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő betegeknél a szint megemelkedik [15], de a fogyás és az étrendi összetétel HO-1-re gyakorolt hatása nem ismert.

A közelmúltban számos új fehérje jelent meg az inzulindinamika és az energiafelhasználás potenciális közvetítőjeként. A szekretált hullámos fehérje-4 (SFRP-4) egy újonnan felfedezett hasnyálmirigy-fehérje, amely csökkenti az inzulin szekrécióját [16]. A szint megemelkedik a 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő alanyokban, és úgy tűnik, megelőzi a 2-es típusú cukorbetegség kialakulását [16]. A miokin irizin stimulálja a protein-1 expressziójának szétválasztását az adipocytákban, és megakadályozza a diéta okozta elhízást és cukorbetegséget egérmodellekben [17]. Az elhízásban és a máj steatosisában szenvedő betegeknél alacsonyabb a szérum irizinszint [18], és testmozgással nő [17]. Az étrend okozta fogyás felnőtteknél és az étrendi összetétel hatása az SFRP-4 és az irizin szintre nem jól jellemezhető.

A táplálékfelvétel fontos közvetítőjeként több enterális és hasnyálmirigy-hormon jelent meg. A gyomorból kiválasztott Ghrelin éhgyomorra hevesen emelkedik az éhség serkentése érdekében, és súlycsökkenéssel növekszik [19]. A disztális ileum által kiválasztott YY peptid (PYY) a táplálékfelvétellel növekszik, hogy jóllakottságot közvetítsen. A PYY szintje csökken az étrend okozta súlycsökkenéssel [19]. Az amilin, amelyet a hasnyálmirigy inzulinnal szekretál, csökkenti a táplálékfelvételt és a testsúlyt [20], és a szint csökken a testsúlycsökkentő fenntartás hatására [19]. Ez a hormonális elváltozás együttesen hozzájárulhat a súly visszaszerzéséhez [19].

A gyomor-gátló polipeptidet (GIP) a nyombélben lévő K-sejtek választják szét az intraluminális glükózra és zsírra reagálva. Azok az egerek, amelyeknek nincs GIP-receptoruk, a nagyobb energiafelhasználás és az inzulinrezisztencia miatt védve vannak az étrend által kiváltott elhízással szemben [21]. A testsúly fenntartása során a GIP szint általában alacsonyabb az alacsony glikémiás indexű diétákra adott válaszként [22]. A súlyvesztés GIP-szintre gyakorolt hatása kevésbé egyértelmű.

Ebben a tanulmányban arra törekedtünk, hogy jellemezzük ezeknek az anyagcsere-hormonoknak a súlycsökkenésre és az összetételükben változó étrendre adott válaszait, és elemezzük ezen hormonok potenciális hozzájárulását a fiziológia és az anyagcsere változásaihoz.

Mód

Dizájnt tanulni

Szerológiai hormonvizsgálatok

Az éhezési mintákat az alapvonalon (a súlycsökkenés előtt) és az egyes diétás kezelési időszakok végén (a fogyás fenntartása alatt) kaptuk 12 órás éjszakai böjt után. A szérumot az elemzésig -80 ° C-on fagyasztották. A HO-1 kivételével az összes időpontból 21 beteg rendelkezett mintával (N = 16) és irizin (N = 18).

FGF-21 [intra-assay variációs koefficiens (CV) 1,9–5%, inter-assay CV 1,2–9%, kimutatási határ 15,6 pg/ml; Millipore, St. Charles, MO], kemerin (vizsgálaton belüli CV 5%, inter-assay CV 4–6%, kimutatási határ 1,56 ng/ml; Millipore), hem-oxigenáz-1 (intra-assay CV)

Eredmények

Vizsgálati populáció

A résztvevők demográfiai adatait, amint arról korábban beszámoltunk [1, 25], és a kiindulási jellemzőket az 1. táblázat mutatja be . A résztvevők 30,3 ± 5,7 (SD) évesek voltak, 62% férfi, BMI 34,4 ± 4,9 (SD) kg/m 2. Minták álltak rendelkezésre mind a 21 résztvevő számára, aki befejezte a vizsgálatot. Az FFA-koncentrációt 8 résztvevő részcsoportjában mértük, akik nagyrészt reprezentálták az elsődleges kohortot [átlagéletkor 30,8 ± 6,4 (SD) éves, 50% férfi, BMI 33,4 ± 4,8 (SD) kg/m 2] [24] . Minden résztvevő a testtömeg 10–15% -át vesztette a kezdeti súlycsökkenési periódus alatt, és egyetlen személy sem kapta vissza a kezdeti súlycsökkenés 2% -ánál többet, vagy további 4% -nál többet nem fogyott a testsúly-fenntartási időszak alatt. Az átlagos BMI 30,2 ± 0,9 kg/m 2 -re csökkent a súlycsökkenés után, és stabilizálódott a testsúly-fenntartási időszak alatt (alacsony zsírtartalom 29,8 ± 0,9, alacsony glikémiás index 29,7 ± 0,9 és nagyon alacsony szénhidráttartalom 29,8 ± 0,9 kg/m 2, P = 0,29).

Az étrendi makrotápanyagok összetételének hatása a hormonszintre

Az FGF-21 csökkent az étrendi beavatkozás hatására (P 2. táblázat A fogyás és az étrendi összetétel hatása a fogyás fenntartása során az éhgyomri hormon szintjére *

A metabolikus hormonok változásai, az inzulinérzékenység és az energiafelhasználás összefüggései

Korábban beszámoltunk a teszt étrend hatásáról az inzulinérzékenység és az energiafelhasználás abszolút változásaira [1, 25]. Az FGF-21 szintjének nagyobb csökkenése [β = −0,565 egység/log (ng/ml), P = 0,02, 2. ábra] a máj, de nem perifériás inzulinérzékenység nagyobb javulásával járt. A szabad zsírsavszintet mért betegek azon alcsoportjában az FGF-21 változásainak és a máj inzulinérzékenységének kapcsolata független volt az FFA-tól [β = -1,23 egység/log (ng/ml), P = 0,04]. Az inzulin és a HO-1 változásai nem jósolták az inzulinérzékenységi indexek változását vagy a teljes vagy a nyugalmi energia kiadások változását.

Az FGF-21 változásának és a máj inzulinérzékenységében bekövetkezett változás összefüggése a fogyás fenntartása során, az életkor, az alap BMI, a nem, az étrend összetétele és az étrend szekvenciája alapján. A máj IS egységei Abdul-Ghani és mtsai szerint számítva. [23]

Vita

A tanulmány fő megállapítása az, hogy az FGF-21 szintje csökkent az étrendi beavatkozás hatására, amelynek makrotápanyag-összetétele jelentős hatást gyakorolt. A vizsgálati típus különbségei miatt az FGF-21 abszolút értékei tanulmányunkban alacsonyabbak, mint néhány publikált jelentés [26], ugyanakkor összhangban vannak a legújabb publikációkkal [27, 28]. Az FGF-21 legnagyobb csökkenése a nagyon alacsony szénhidráttartalmú étrenden történt. Ez a megállapítás kiterjeszti azokat a közelmúltbeli megfigyeléseket, amelyek szerint a szénhidrát, elsősorban a cukor fogyasztása növeli az FGF-21 szintjét [29,30,31,32], és befolyásolja az édességek preferenciáját [30, 32], és hogy az édes preferencia változásai a cukor korlátozása mellett következnek be. Míg a pontos mechanizmus, amellyel az FGF-21 reagál a tápanyagbevitelre, nem világos, az FGF-21-et az FFA [33], az inzulin [33] és a ketonok [34] stimulálják, és szükséges a lipid- és glükóz-anyagcsere változásaihoz, amelyeket nagyon alacsony szénhidráttartalmú étrend [35]. Vizsgálatunkban az étrend FGF-21-re gyakorolt hatása független volt az FFA koncentrációjától, alternatív mechanizmust sugallva.

Spekulálunk (de nem tudjuk bizonyítani), hogy az FGF-21 csökkenése fokozta az FGF-21 érzékenységét, amit a többi fiziológiailag releváns változóval való szoros kapcsolat is bizonyít. Az FGF-21 szint csökkenése korrelál a máj inzulin érzékenységének javulásával, összhangban a korábbi vizsgálatokkal, amelyek azt mutatják, hogy az FGF-21 adagolása javítja a máj inzulin érzékenységét [34]. Ebben az összefüggésben megállapításaink arra utalnak, hogy az elhízás az FGF-21 rezisztencia állapotát foglalja magában. Ez a hipotézis összhangban van a nemrégiben közzétett adatokkal, amelyek szerint az FGF-21 csökkenése súlycsökkenéssel jár egy serdülő populációban [36]. Ezenkívül az eredmények aggodalomra adnak okot az FGF-21 javasolt elhízás esetén történő farmakológiai kezelésében, amíg a fiziológiai hatások tovább tisztázódnak [35]. Ez a forgatókönyv analóg lehet az elhízás és a 2-es típusú cukorbetegség inzulinkezelésével járó leptin-kezeléssel, amelyben az endogén hormonrezisztencia korlátozhatja a hatékonyságot és mellékhatásokat eredményezhet.

Megmértünk számos új, elhízással kapcsolatos hormont is. Adataink elsőként bizonyítják, hogy a keringő hem-oxigenáz-1 szintje étrendi beavatkozással nő, ami endogén gyulladáscsökkentő válasz lehet az oxidatív stressz és a gyulladás csökkentésére [14], bár a klinikai jelentőség továbbra sem világos. Bár statisztikailag nem szignifikáns, a HO-1 szint legnagyobb javulását az alacsony glikémiás indexű étrendre adott válaszként tapasztaltuk. Noha nagyon kevés adat áll rendelkezésre a HO-1 táplálkozási szabályozásáról, ez a hatás a HO-1 makrotápanyag-összetételének közvetlen eredményeként, vagy közvetett módon a súlycsökkenés által kiváltott inzulinhatás javulása révén jelentkezhet [37]. Megmutatjuk, hogy a kemerin, a szöveti sérülések kemoattraktánsa, a korábbi beszámolókhoz hasonlóan csökkentette az étrendi beavatkozást [12]. A javult citokinprofil valószínűleg a súlycsökkenésre adott válasz, de tükrözheti az étrend javult minőségét is. Megmértük az új SFRP-4 hormonokat, a 2-es típusú cukorbetegség biokémiai hírnökeit [16], valamint az irizint, a myokinet, amely közvetítheti a testmozgás jótékony hatásait [17], valamint az epesavakat, amelyek szerepet játszanak az energiafelhasználás szabályozásában [13]. . Ezek a vizsgálat során nem változtak.

A korábbi adatokkal [19] összhangban az éhezési ghrelin szint csökkent az étrendi beavatkozást követően, az étrend összetételének specifikus hatása nélkül. Míg a nagyon alacsony szénhidráttartalmú étrend általában a jóllakottság javulásához és az étkezés utáni bevitel csökkenéséhez kapcsolódik [3], a ghrelinszint nem változott a teszt étrendek során, valószínűleg az éhség komplex szabályozásának eredménye. A korábbi adatokkal [19] ellentétben nem figyeltük meg az étrendi beavatkozásnak a PYY vagy az amilin jóllakottsági hormonokra gyakorolt hatását.

Ezeknek az elemzéseknek az elsődleges korlátja, hogy a hormonkoncentrációkat nem közvetlenül a súlycsökkenés után mértük. Ezenkívül többszörös összehasonlítás növelheti a hamis felfedezési arányt. Mindazonáltal az FGF-21-tel kapcsolatos elsődleges megállapításaink ellenállnának a több összehasonlítással történő kiigazításnak. Az étrendi betartást a résztvevő által kitöltött napi napló segítségével mértük. A világos differenciálás számos metabolikus változóban, ismert étrendi hatásokkal, például trigliceridekkel [korábban Ebbeling et al. [1]], kitűnő megfelelésre utal. Az erősségek közé tartozik a szigorúan elvégzett adagolási protokoll, a kiemelkedő retenciós ráta és a keresztező kialakítás, amely maximális teljesítményt és vezérlést tesz lehetővé a nem mérhető zavaró változók számára.

Következtetések

Összefoglalva: az FGF-21 szintje csökkent a makrotápanyag-tartalomban változó étrendi beavatkozásokra reagálva, valószínűleg a szénhidráttartalom csökkenése miatt másodlagos, és korrelált a máj inzulinérzékenységével. Összességében ez a mintázat az FGF-21 rezisztencia javítására utal, függetlenül az étrend által kiváltott, a szabad zsírsavkoncentrációra gyakorolt hatásoktól. Az étrendi beavatkozás hatással volt a HO-1 és a kemerin koncentrációjára, összhangban a javult gyulladásos citokinprofillal. Jövőbeni vizsgálatokra van szükség az étrend és a metabolikus hormonokra gyakorolt súlycsökkentő hatások mögött álló mechanizmusok további meghatározásához.