Az étrendi súlycsökkentő beavatkozás jótékony hatásai az emberi bél mikrobioma sokféleségére és anyagcseréjére nem tartják fenn a testsúly fenntartása során

Prof. Dr. Matthias Laudes

beavatkozásának

Klinik 1 für Innere Medizin

Arnold Heller Straße 3, 24105 Kiel, Németország

Kapcsolódó cikkek a következőhöz: "

  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn
  • Email

Absztrakt

Bevezetés

Az elhízást az energiafogyasztás és az energiafogyasztás egyensúlyhiánya okozza, és egyre gyakoribb. 1980 és 2014 között az elhízás megduplázódott világszerte [1]. E járványnövekedés miatt fontos meghatározni azokat a tényezőket, amelyek szabályozzák az energiafogyasztás és a ráfordítás egyensúlyát. Különösen, a közelmúltban nagy az érdeklődés a bélmikrobiom iránt. A bélmikrobiom egy összetett ökoszisztéma, amely hatalmas számú mikroorganizmusból áll, és főleg baktériumokból áll, de magában foglalja az archeákat, vírusokat, gombákat és protozoákat is [2]. A mikrobiota kollektív genomjai, a mikrobiom baktériumfrakciója jelentősen kibővítette a gazda genetikai és metabolikus potenciálját, és ezáltal kiegészíti a gazda fiziológiáját [2].

A genetikailag elhízott (ob/ob) egerek vizsgálata feltárta, hogy a bél mikrobiota két fő bakteriális osztódása (phyla), a Firmicutes és a Bacteroidetes különbözik az elhízott és a sovány egerek között. Az elhízott állatok a Bacteroidetes mennyiségének csökkenését és a Firmicutes növekedését mutatják [6]. Ettől eltekintve összefüggést mutattak ki az étrend és az egerek bélmikrobiális ökológiája között [7]. Az egérmodellekkel ellentétben ellentmondásos eredmények merültek fel az elhízott és a sovány alanyok Firmicutes/Bacteroidetes arányában [8]. Míg egyes humán vizsgálatok az elhízásban a Firmicutes növekvő számát is kimutatták [9], számos más jelentés nem mutatott szignifikáns különbséget a Firmicutes és a Bacteroidetes arányai között sovány és elhízott egyéneknél [10,11].

A Firmicutes/Bacteroidetes arányra vonatkozó ellentmondásos megállapítások mellett azonban szilárd bizonyíték van arra, hogy a bél mikrobiomja az emberek energiacseréjét is befolyásolja:

- Kimutatták, hogy a táplálékterhelés befolyásolja a bél teljes mikrobaközösségét [9], és hogy az egészségesebb táplálkozási szokások nagyobb bél mikrobiomgazdagsággal társultak [12].

- A bél mikrobiota átvitele a sovány donoroktól a metabolikus szindrómás betegek felé javította a befogadók inzulinérzékenységét [13].

- Két nemrégiben végzett emberi tanulmány arról számolt be, hogy az emberi elhízáshoz kapcsolódó bélmikrobiális géngazdagság összességében csökkent [14,15], és megmutatta a mikrobiális génszám összefüggését a táplálkozási beavatkozás súlycsökkentő hatásával [15].

A tanulmány célja az volt, hogy megvizsgálja i) ha egy strukturált, multimodális elhízási terápiás program 3 hónapos tápszer alapú, nagyon alacsony kalóriatartalmú étrendet (VLCD) tartalmaz (kb. 800 kcal/nap) [16], jelentősen megváltoztatta-e a bél mikrobiota sokféleségét és/vagy anyagcsere, és ii) ha a bél mikrobiotájában ezek a potenciálisan előnyös változások fennmaradtak egy további 3 hónapos súlymegtartó szakaszban.

Betegek és módszerek

A tanulmány résztvevői

Diétás beavatkozási tanulmány népessége

Asztal 1

A vizsgált populáció alapvető jellemzői

Adatgyűjtés és biokémiai elemzések

A DNS-t a QIAcube-on (Qiagen, Hilden, Németország) automatizált QIAamp DNS széklet mini készlet segítségével extraháltuk. Körülbelül 200 mg székletet viszünk át 0,70 mm-es Garnet Bead csövekbe (Dianova, Hamburg, Németország), amelyek 1,1 ml ASL lízispufferrel vannak feltöltve. A gyöngyverést egy SpeedMill PLUS (Analytik Jena, Jena, Németország) alkalmazásával végeztük 45 másodpercig 50 Hz-en. A mintákat ezután 5 percig 95 ° C-ra melegítettük, majd a gyártó protokollját folytattuk.

Baktérium 16S rRNS génszekvenálás és minőségellenőrzés

A 16S rRNS gén variábilis V1 és V2 régióit amplifikáltuk a 27F-338R primer pár alkalmazásával, kettős vonalkódolási módszerrel Caporaso és mtsai. [18]. A PCR-termékeket a SequalPrep Normalization Plate Kit (Thermo Fischer Scientific, Waltham, MA, USA) segítségével normalizáltuk, ekvimolárisan egyesítettük és szekvenáltuk az Illumina MiSeq-en (Illumina Inc., San Diego, Kalifornia, USA). A szekvenálás utáni demultiplexelés a vonalkód-szekvenciák 0 eltérésén alapult. Az előre- és a visszalépés a FLASh szoftver segítségével egyesült, lehetővé téve az olvasások átfedését 250 és 300 bp között [19]. Az alacsony minőségű szekvenciák kiküszöbölése érdekében az adatokat szűrjük, 30-nál kisebb szekvenciaminőségű szekvenciák eltávolításával a nukleotidok kevesebb, mint 95% -ában. A kimérákat eltávolítottuk UCHIME-val [20].

Mikrobiom bioinformatikai elemzés

A taxonómiai osztályozást az RDP osztályozóval [21] hajtották végre, ahol a nemzetség szintjén alacsony magabiztosságú (30 kg/m 2) besorolások elhízott egyénekből álltak, akiknek ugyanolyan a testtömege, mint az intervenciós csoportnak, de nem kaptak VLCD-t. A második kontroll csoport (LC, BMI 2) karcsú, metabolikusan egészséges humán alanyokból állt, akik szintén nem részesültek semmilyen diétás beavatkozásban. Míg az intervenciós csoport testtömege jelentősen csökkent a vizsgálati időszak alatt, egyik kontrollcsoportban sem volt jelentős súlyváltozás. A különböző vizsgálati csoportok alapvető jellemzőit az 1. táblázat mutatja.

1. ábra

Az étrendi intervenciós csoport CAP-ja, magyarázva a mikrobiota varianciáját. Kiindulási érték (0 hónap) = 0, VLCD diétás beavatkozás (3 hónap) = 3, testsúly-fenntartási időszak (6 hónap) = 6.

2. ábra

Az intervenciós csoport és mindkét kontrollcsoport kötetlen PCoA-ja. V: a vizsgálati időszak elején (0 hónap). B: a vizsgálati időszak végén (6 hónap).

A bélmikrobiom meghatározott fajai a fogyás és a testsúly fenntartása során

Miután meghatároztuk a bél mikrobiom sokféleségében bekövetkezett jelentős változásokat a VLCD beavatkozás következtében, ezt követően az IndVal-t alkalmaztuk annak érdekében, hogy azonosítsuk azokat az indikátorfajokat, amelyek figyelembe veszik a változatosság változását az intervenciós csoporton belül a vizsgálati időszak 3 hónapjában. Csak azokat a nemzetségeket vettük fel ebbe az elemzésbe, amelyekben az egyik mintában legalább 1% volt a bőség. Érdekes módon ez az elemzés jelentős összefüggést azonosított a nemzetséggel Acinetobacter (IndVal = 0,998, p = 0,006, Benjamini-Hochberg kiigazítás után). Ezt a statisztikailag szignifikáns összefüggést egy Wilcoxon rang-összeg teszt igazolta (p = 0,042). A 3. ábra mutatja a bőségét Acinetobacter idővel a VLCD beavatkozása miatt.

3. ábra

A mutató nemzetség bősége Acinetobacter idővel a VLCD csoportban. A növekedés Acinetobacter a VLCD beavatkozása miatt statisztikailag szignifikáns. Kiindulási érték (0 hónap) = 0, VLCD diétás beavatkozás (3 hónap) = 3, testsúly-fenntartási időszak (6 hónap) = 6.

Baktériumok anyagcsere-változásai a fogyás és a testsúly fenntartása során

Kórélettani szempontból nem egy bizonyos mikroorganizmus jelenléte vagy hiánya lehet a fontos, hanem a mikrobiota metabolikus képessége, mert lehetséges, hogy 2 különböző baktériumnak ugyanaz a fő metabolikus képessége van. Ebben az esetben az egyik szervezet hiányát kompenzálhatja a másik jelenléte, ami a bél mikrobiomjának hasonló általános metabolikus aktivitását eredményezi. Ezért PICRUSt/HUMAnN elemzést is végeztünk, a KEGG adatbázist felhasználva az anyagcsere útjaihoz. Ez az elemzés egyebek mellett a riboflavin útvonal, valamint a klorociklohexán és klórbenzol lebomlási útvonalának változását tárta fel a vizsgálati időszak 3 hónapjában. Ezek a változások nominálisan statisztikailag szignifikánsak voltak (pnom = 0,0078 és pnom = 0,039), de nem voltak robusztusak a többszörös teszteléshez. A súlyfenntartó szakaszban ezek az anyagcsere-változások csökkentek, a sokszínűség mértékéhez hasonló időbeli mintázatot mutatva (4. ábra).

4. ábra

A riboflavin út viszonylagos bősége az étrendi beavatkozás során. Névleges szignifikáns különbségek az időpontok között. Kiindulási érték (0 hónap) = 0, VLCD diétás beavatkozás (3 hónap) = 3, testsúly-fenntartási időszak (6 hónap) = 6.

Vita

Míg számos egérvizsgálat kimutatta a bél mikrobiómájának jelentős összefüggését az anyagcsere-rendellenességekkel, például az elhízással és az inzulinrezisztenciával [7], az emberekre vonatkozó adatok még mindig ellentmondásosak [9,10,11]. Jelen tanulmányunkban VLCD-alapú elhízási programot alkalmaztunk elhízott alanyoknál két okból: i) Ez a fajta étrend teljesen egységes és kiegyensúlyozott a mikro- és makrotápanyagokkal, kizárva az egyének közötti élelmiszer-fogyasztási különbségeket, és ii) rövid időn belül mély súlycsökkenést eredményez, ami óriási elmozdulást vált ki az emberi metabolikus fenotípusban [31,32].

Számos állatmodellel [7] és néhány humán vizsgálattal [9] összhangban egy megváltozott Firmicutes/Bacteroidetes arányt azonosítottunk az LC és a VLCD csoport között, miközben nem találtunk különbséget mindkét elhízott csoport között. Míg számos tanulmány összehasonlítja a mikrobiómia adatait egyetlen időpontban a különféle BMI nagyobb kohorszai között, egy kisebb kohorsz mélyebb (diverzitás és baktériumok anyagcseréje) és longitudinális megközelítésének tanulmányozását tűztük ki célul az egyénen belüli változások figyelembevétele érdekében. a mikrobiom mennyisége az idő múlásával. Az egyénen belüli mikrobiom tekintetében elemzésünk kimutatta, hogy az LC és az OC mikrobiom sokféleségében 6 hónapon belül nem történt jelentős változás, ami azt jelzi, hogy az egyéni BMI-től függetlenül a stabil életmód többé-kevésbé stabil összetételt eredményez. a bél mikrobiómája.

Az elhízott emberek VLCD-beavatkozása 3 hónapos időtartam alatt i) jelentős változást eredményezett a bél mikrobiom sokféleségében, ii) jelentősen megnövelte egy indikátorfaj bőségét, és iii) jelentősen megváltoztatta a baktériumok specifikus anyagcsere útvonalait. Bár a testsúly-fenntartási periódusban nem történt jelentős testtömeg-növekedés, a sokféleségben és a baktériumok anyagcseréjében a fent említett összes változás csökkent. Ez a megállapítás arra utal, hogy a táplálkozási összetevők erősebb hatást gyakorolnak az emberi bél mikrobiomjára, mint a testtömeg vagy az inzulinérzékenység változásai. A súlygyarapodás hosszú távon gyakran megfigyelhető a VLCD-alapú elhízási programok után [16], ami sok független tényezőnek köszönhető (pl. Étrendi összetétel, életkor és nem). Jelen adatok arra utalnak, hogy a bél mikrobiómjában a diéta által kiváltott kedvező változások remissziója szintén részben felelős lehet.

Sőt, korábbi tanulmányok azt mutatják, hogy nemcsak a kalóriabevitel, hanem az étrend makroelem-összetétele is befolyásolja a mikrobiota elmozdulását. Az ebben a vizsgálatban használt VLCD viszonylag nagy mennyiségű fehérjéből és viszonylag alacsony zsírtartalomból állt. Ezenkívül a VLCD során a rostbevitel magasabb lehet, mint az elhízott alanyok szokásos étrendje során alkalmazott szokásos rostbevitel. A súlymegőrzési időszak alatt csökkent a fehérje és a zsír aránya. Az alacsony zsírtartalmú/magas rosttartalmú étrend, amint azt a VLCD során hajtották végre, kimutatták, hogy egy kontrollált táplálkozási vizsgálat során megváltoztatja a mikrobiális összetételt [33]. A magas rosttartalmú étrend mikrobiomra gyakorolt ​​hatását DeFillipo et al. [34]. Továbbá kimutatták, hogy a magas fehérjetartalmú étrend 19 egészséges, elhízott alanynál változott a mikrobiális összetételben [35].

Azt is meg kell említeni, hogy vizsgálatunknak korlátai vannak: i) az alanyok száma korlátozott, ii) több elhízott alany további betegségekben szenvedett és gyógyszert szedett, és iii) a férfi alanyok száma korlátozott volt kohorszunkban. Úgy érezzük azonban, hogy a jelen tanulmány eredményei azt mutatják, hogy a VLCD-alapú elhízási program képes megváltoztatni mind a bél mikrobiom sokféleségét, mind az anyagcserét elhízott embereknél, de ezeket a változásokat nem tartják fenn a testsúly fenntartása során. Ez azt sugallja, hogy a mikrobióm célzása (például probiotikumokkal vagy széklettranszplantációval) a kalóriabevitel korlátozása mellett ígéretes jövőbeli megközelítés lehet a jelentős súlycsökkenés fenntartására diétás beavatkozás után.

Köszönetnyilvánítás

Köszönetet mondunk minden betegnek, aki részt vett a vizsgálatban. Ezt a munkát a Német Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (BMBF) támogatta az e: Med kutatási és finanszírozási program (támogatás # 01ZX1306A) és a DFG „Gyulladás az interfészeken” kiválósági csoportja keretében.

Közzétételi nyilatkozat

Matthias Laudes, Dominik Schulte és Ute Settgast az Optifast 52 elhízási terápiás program szolgáltatói a kieli egyetemi kórházban. Egyetlen másik szerző sem nyilatkozott összeférhetetlenségről.