Az arabinoxilan és a rezisztens keményítő hatása a bél mikrobiotájára és a rövid láncú zsírsavakra metabolikus szindrómás alanyokban: Véletlenszerű keresztezett vizsgálat

Egyformán közreműködött ebben a munkában: Stine Hald, Anne Grethe Schioldan

Aarhus Egyetemi Kórház Hepatológiai és Gasztroenterológiai Osztálya, Aarhus, Dánia

Egyformán közreműködött ebben a munkában: Stine Hald, Anne Grethe Schioldan

Aarhus Egyetemi Kórház Endokrinológiai és Belgyógyászati Osztálya, Aarhus, Dánia

Kaliforniai Egyetem Élelmiszertudományi és Technológiai Tanszék Davis, Davis, Kalifornia, Amerikai Egyesült Államok

Aarhus Egyetemi Kórház Hepatológiai és Gasztroenterológiai Osztálya, Aarhus, Dánia

Az Aarhusi Egyetem Állattudományi Tanszéke, Tjele, Dánia

Aarhus Egyetemi Kórház Hepatológiai és Gasztroenterológiai Osztálya, Aarhus, Dánia

Az Aarhusi Egyetem Állattudományi Tanszéke, Tjele, Dánia

Aarhus Egyetemi Kórház Endokrinológiai és Belgyógyászati Osztálya, Aarhus, Dánia

Kaliforniai Egyetem, Élelmiszertudományi és Technológiai Tanszék Davis, Davis, Kalifornia, Amerikai Egyesült Államok

Aarhus Egyetemi Kórház Endokrinológiai és Belgyógyászati Osztálya, Aarhus, Dánia

Aarhus Egyetemi Kórház Hepatológiai és Gasztroenterológiai Osztálya, Aarhus, Dánia

Stine Hald,
Anne Grethe Schioldan,
Mary E. Moore,
Anders Dige,
Helle Nygaard Lærke,
Jørgen Agnholt,
Knud Erik Bach Knudsen,
Kjeld Hermansen,
Maria L. Marco,
Søren Gregersen

Ábrák

Absztrakt

Diétás tanácsadás, energiafogyasztás és megfelelés

A klinikai dietetikus mindkét beavatkozás kezdetén minden alanyra utasítást adott. Az egyéni energiaigény alapján táplálkozási tervet dolgoztak ki a stabil testsúly fenntartása és a DF korlátozása érdekében, kivéve a legfontosabb élelmiszerekből nyerteket. Az alanyokat arra kérték, hogy tartsák fenn rendszeres életmódjukat, beleértve a fizikai aktivitást, a dohányzási szokásokat, az alkoholfogyasztást és a gyógyszeres kezelést, a vizsgálat során. Az alanyok elektronikus konyhamérlegekkel és ellenőrző listákkal látták el a legfontosabb ételeket az étrendi betartás biztosítása érdekében. A diéták előtt és alatt az alanyok három egymást követő napon teljesítették az étkezési nyilvántartásokat, amelyek közül az egyik egy hétvégi nap volt. A szokásos étrend makroelem-összetételét a Master Dietist System 1.235 (2007) verziója számította ki a Dán Nemzeti Élelmiszer-igazgatási Adatbázis alapján. A beavatkozási étrendek makrotápanyag-összetételeit a legfontosabb élelmiszerek összetételének összegeként számoltuk ki, és azt, hogy az alanyok az élelmiszer-nyilvántartás szerint miként fogyasztottak a legfontosabb élelmiszerek mellett. Feltételeztük, hogy az alanyok elfogyasztották az összes kulcsfontosságú ételt. Hét élelmiszer-nyilvántartásból (3 előzetes étrend, 2 HCD és 2 WSD) hiányoztak az adatok a nem megfelelő regisztráció miatt.

A gyomor-bélrendszeri tünetek és a széklet paramétereinek rögzítése

Az általános jólét és a gyomor-bélrendszeri tünetek felmérésére egy hitelesített pontszámítási rendszereken és minősítési skálákon alapuló, belül validált kérdőívet használtak [31–34]. Öt gyomor-bélrendszeri tünetet (hasi fájdalom, puffadás, dübörgés, puffadás és émelygés) és azok súlyosságát, valamint általános közérzetet és egészségi problémákat pontoztak vizuális analóg skálán. Felmértük a széklet paramétereit is, például a bélmozgást, a konzisztenciát, a késztetést és a nyálka előfordulását. Az alanyokat arra utasították, hogy minden étrendi beavatkozás előtt és után töltsék ki a kérdőíveket. Ezenkívül ugyanazon a három napon regisztrálták a széklet számát és állagát, amikor elkészítették az élelmiszer-nyilvántartást.

Székletmintavétel és kezelés

A székletmintákat az EasySampler® székletmintagyűjtemény (Alpha Laboratories Ltd, Hampshire, Egyesült Királyság) segítségével gyűjtöttük minden étrendi beavatkozás előtt és végén. A mintákat azonnal -20 ° C-on tárolták, és 24 órán belül -80 ° C-on tárolták őket anélkül, hogy megolvasztották volna őket.

Testtömeg és zsírszázalék

A derék kerületének, testtömegének (TANITA WB-100A CLASS 111. osztály) és a testzsír százalékának (Body Fat Monitor F306, OMRON, Hoofddorp, Hollandia) mérését minden beavatkozás előtt és végén értékeltük, amikor az alanyok koplaltak, viseltek egy réteg könnyű ruhát, és éppen kiürítette a hólyagját.

Kémiai elemzések

Az élelmiszerek teljes RS-szintjét AOAC módszerrel (AOAC Official Method 2002.02) határozták meg, McCleary & Monaghan [35], valamint nem keményítő poliszacharidok (NSP) leírása az élelmiszerekben és a székletben, Bach Knudsen leírása szerint [36] a savas hidrolízist 2 M H2SO4-ban 1 órán át, 1 M H2SO4-ban két órán át végezzük. A két RS forrás, a nyers burgonyakeményítő és a HI-MAIZE260® NSP eljárással történő elemzésével felfedeztük, hogy a HI-MAIZE260® keményítő egy része ellenállt a zselatinizációnak és a hidrolízisnek, és az NSP frakció részeként elemeztük. Ezen interferencia elkerülése érdekében dimetil-szulfoxidot (DMSO) alkalmaztak az RS [37] diszpergálására az NSP eljárás során. A két módszerrel becsült RS-szinteket RSENZ-nek, illetve RSDMSO-nak jelöltük. Az élelmiszerek kémiai összetételének jellemzésére használt egyéb analitikai módszereket korábban Nielsen és munkatársai írták le [15].

A széklet SCFA-k és más savak, köztük a tejsavat, koncentrációját gáz-folyadék kromatográfiával (HP-6890 sorozat Hewlett Packard Palo Alto, CA) határoztuk meg Jensen és munkatársai szerint [38]. A teljes SCFA-koncentrációt a hangyasav, az acetát, a propionát, az izobutirát, a butirát, az izovalerinsav és a valerinsav koncentrációinak összegeként, az elágazó láncú zsírsavak (BCFA) koncentrációját pedig az izobutirát és az izovaleránsav összegeként számoltuk ki. koncentrációk.

Bakteriális genomi DNS-extrakció és 16S rRNS-gén szekvenálás

A genomi DNS-t kétszer extraháltuk alanyonként négy székletmintából (WSD és HCD fogyasztás előtt és után) QIAamp Fast DNA Stool Mini Kit (Qiagen, Hilden, Németország) alkalmazásával. Körülbelül 200 mg-ot csiszoltunk fel minden mintából felolvasztás nélkül, és közvetlenül egy steril 2 ml-es csövekbe helyeztünk, amelyek 16 ml QIAamp InhibitEx puffert és 300 mg 0,1 mm átmérőjű cirkónium-dioxid/szilícium-dioxid-gyöngyöt tartalmaztak (Biospec Products, Bartlesville, Oklahoma, USA). A mintákat kétszer 1 percig rázzuk 6,5 m/s sebességgel MP FastPrep-24 szövet- és sejthomogenizátorban (MP Bio, Santa Ana, Kalifornia, USA), mielőtt a DNS-kivonást és tisztítást befejeznénk, a gyártó utasításainak megfelelően. kórokozók kimutatására. A DNS-koncentrációt NanoDrop spektrofotométerrel (Thermo Scientific, Wilmington, Delaware, USA) mértük, és 20 ng/μl-re hígítottuk. Az egyes székletmintákból azonos mennyiségű duplikált DNS-extrakciót egyesítettünk a PCR-amplifikáció előtt.

A 16S rRNS V4 régiót PCR-rel amplifikáltuk vonalkódolt F515 előreindító és R806 alkalmazásával. [39, 40] Az amplifikációt Ex Taq DNS-polimeráz (TaKaRa, Otsu, Japán) alkalmazásával végeztük 30 ciklus alatt, 94 ° C-on 45 másodpercig, 54 ° C 60 másodpercig, és 72 ° C 30 másodpercig. A PCR termékeket Wizard® SV gél és PCR tisztító rendszer (Promega, Madison, Wisconsin, USA) segítségével tisztítottuk, és az egyesített amplikonokat Illumina MiSeq-vel szekvenáltuk a Genome Center DNA Technologies Core-ban, Kaliforniai Egyetem, Davis. Kalifornia, USA.

A nyers Illumina FASTQ szekvenciákat Quantitative Insights Into Microbial Ecology (QIIME) szoftvercsomag 1.8.0 verziójával elemeztük. [41] A demultiplexelést és a minőségszűrést az alapértelmezett beállításokkal hajtották végre, azzal a különbséggel, hogy a minőségi szűréshez minimum 30 átlagos minőségi pontszámot használtak az alapértelmezett 25 pont helyett, és a fordított primer szekvenciákat eltávolították. A QIIME nyílt referenciájú OTU-választási stratégiáját alkalmazták az operatív taxonómiai egységek (OTU-k) kiválasztására 97% -os szekvenciaazonossággal a Greengenes (13_8 kiadás) adatbázis szekvenciáihoz [42] és egymáshoz az UCLUST algoritmus szerint. [43] A kloroplasztokhoz hasonló vagy nagyon alacsony mennyiségben található OTU-k (1. ábra. Alany áramlása.

Fogyókúrák, energiafogyasztás és antropometriai adatok

Nem volt szignifikáns különbség az alanyok energiafogyasztásában (P = 0,75) vagy fehérje (P = 0,91), zsír (P = 0,82), szénhidrát (P = 0,36) vagy DF (P = 0,12) fogyasztásában. két befutási időszak. A kiindulási jellemzőket és a szokásos makrotápanyagok bevitelét az első befutási periódusból a 2. táblázat mutatja. A kulcsfontosságú élelmiszerek DF-koncentrációja HCD esetén 64 g/nap, WSD esetén 18 g/nap volt (1. táblázat). Így az alanyok a teljes DF-bevitelüket a kiindulási érték 18 g/nap (IQ 14–25 g/nap) mediánjáról (2. táblázat) 68 g/nap (IQ 66–75 g/nap) mediánra növelték. a HCD (P. 001) (3. táblázat), miközben stabil maradt, a WSD alatt 21 (IQ 18–22) g/nap mediánnal (P = 0,38) (3. táblázat). A legfontosabb élelmiszerek hétszeres különbséget jelentettek az RS-koncentrációban a WSD (2,8 g/nap) és a HCD (20,7 g/nap) között, és csaknem 4,5-szeres különbséget mutattak az AX-koncentrációban a WSD (3,6 g/nap) között és HCD (16,0 g/nap) (3. táblázat).

Az energiatartalom 12% -kal volt magasabb a WSD kulcsélelmiszerekben, mint a HCD kulcsélelmiszerekben (1. táblázat), mivel a WSD kenyér és tészta váratlanul magas fehérjetartalma volt a HCD egyenértékekkel összehasonlítva (S1 táblázat). A teljes táplálékbevitel figyelembevételével a legfontosabb élelmiszerek energia- és tápanyag-összetevőinek különbségei csökkentek (3. táblázat). Az alanyok átlagos energiaszükségletét 10 605 kJ (teljes tartomány: 7 992–13 402 kJ) határozták meg naponta, és a HCD és WSD kulcsfontosságú élelmiszereiből származó energia az alanyoknak számított medián energia 44% -át és 50% -át biztosította igényeinek, ill. Az alanyok testtömege, derékbősége és testzsírszázaléka a vizsgálat során változatlan maradt (S2 táblázat).

A széklet jellemzői és a gyomor-bélrendszeri tünetek

A három napos regisztrációs periódus alatt a bélmozgás a medián 4-ről (teljes tartomány 1–8) a WSD alatt 5-re (2–13 teljes tartomány) (01. oldal) emelkedett a HCD alatt. A széklet konzisztenciája szignifikánsan (P = 0,02) különbözött a két beavatkozás között. Hat alany számolt be székrekedésről a WSD alatt, míg egy alany a HCD alatt. A székrekedési nehézségeket a fokozott vízbevitelre és a testmozgásra vonatkozó útmutatás kezelte, és nem volt szükség hashajtóra.

Puffadás (P 4. táblázat. Széklet szénhidrátmaradványai (a szárazanyag% -a) az egészséges szénhidráttartalmú étrend (HCD) előtti időszakaiban és fogyasztása után, összehasonlítva a nyugati stílusú étrenddel (WSD).

Széklet mikrobiális összetétele

16S rRNS gén amplikon szekvenálást végeztünk a mikrobiális összetételek azonosítására az alapvonalon és a beavatkozások végén összegyűjtött székletmintákban. A minőségi szűrést követően minden mintához átlagosan 59 113 szekvenálási leolvasást kaptak, beleértve mintánként átlagosan 863 OTU-t. A megfigyelt fajok száma (alfa-változatosság) szignifikánsan alacsonyabb volt a HCD után összegyűjtött székletben (átlagosan 615 faj), mint a WSD után gyűjtött fajokban (675 faj) (P 2. ábra. A súlyozott UniFrac fő koordinátanalízise értékek a széklet mikrobiális közösségei között.

A zöld és a vörös nyilak az egészséges szénhidrát-étrend (HCD) és a nyugati stílusú étrend (WSD) fogyasztása előtti és végén lévő baktériumközösségeket jelentik. A szaggatott vonalak összekötik a két alaptáplálék fogyasztása során jelenlévő mikrobiotát minden egyes ember számára. B A súlyozott UniFrac távolságok dobozdiagramja. Az egyénen belüli mikrobiota távolságok a bal oldalon, az egyének közötti távolságok pedig a jobb oldalon láthatók. * P 3. ábra: Az egészséges szénhidrát-étrend (HCD) fogyasztása végén összegyűjtött ürülékben a taxonok relatív bőségének log2-transzformált hajtásváltozásai. A nyugati stílusú étrendhez (WSD) tartozó diagram ).

Csak azok a taxonok, amelyekre az étrend szignifikánsan hatott (P 4. ábra. Széklet rövid láncú zsírsav (SCFA) és elágazó láncú zsírsav (BCFA) koncentrációk.