Проф. Д-р Матиас Лаудес

диетична

Klinik 1 für Innere Medizin

Arnold Heller Straße 3, 24105 Кил, Германия

Сродни статии за „“

  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn
  • електронна поща

Резюме

Въведение

Затлъстяването се причинява от дисбаланс между енергийния прием и енергийните разходи и показва нарастващо разпространение. Между 1980 и 2014 г. затлъстяването се е удвоило в световен мащаб [1]. Предвид това нарастване на епидемията е важно да се идентифицират факторите, регулиращи баланса между енергийния прием и разход. По-специално, напоследък има голям интерес към чревния микробиом. Микробиомът на червата е сложна екосистема, която се състои от огромен брой микроорганизми и се състои главно от бактерии, но също така включва археи, вируси, гъби и протозои [2]. Колективните геноми на микробиотата, бактериалната фракция на микробиома, значително разшириха генетичния и метаболитния потенциал на гостоприемника и по този начин допълват физиологията на гостоприемника [2].

Изследвания на генетично затлъстели (ob/ob) мишки разкриват, че двете основни бактериални деления (phyla) на чревната микробиота, Firmicutes и Bacteroidetes, се различават при затлъстели и слаби мишки. Затлъстелите животни показват намаляване на количеството на Bacteroidetes и увеличаване на Firmicutes [6]. Освен това е показана връзка между диетата и чревната микробна екология при мишките [7]. За разлика от моделите на мишки, има противоречиви открития при хората по отношение на отношението Firmicutes/Bacteroidetes на затлъстелите спрямо слабите субекти [8]. Докато някои проучвания при хора също идентифицират повишен брой Firmicutes при затлъстяване [9], няколко други доклада не показват значителни разлики между пропорциите на Firmicutes и Bacteroidetes при слаби и затлъстели индивиди [10,11].

Освен противоречивите констатации относно съотношението Firmicutes/Bacteroidetes обаче, има сериозни доказателства, че чревният микробиом също влияе върху енергийния метаболизъм при хората:

- Доказано е, че хранителното натоварване влияе върху общата микробна общност в червата [9] и че по-здравословен хранителен режим е свързан с по-голямо богатство на чревните микробиоми [12].

- Прехвърлянето на чревна микробиота от слаби донори към пациенти с метаболитен синдром доведе до подобрена инсулинова чувствителност на реципиентите [13].

- Две неотдавнашни проучвания при хора съобщават за цялостно намаляване на богатството на чревни микробни гени, свързани с човешкото затлъстяване [14,15] и показват връзка на броя на микробните гени с ефектите от загубата на тегло при хранителна интервенция [15].

Целта на това проучване беше да се изследва i) дали структурирана, мултимодална терапевтична програма за затлъстяване, включваща 3-месечна базирана на формула много нискокалорична диета (VLCD) (приблизително 800 kcal/ден) [16], значително е променила разнообразието на чревната микробиота и/или метаболизъм, и ii) ако тези потенциално полезни промени в чревната микробиота са се запазили по време на допълнителна 3-месечна фаза на поддържане на теглото.

Пациенти и методи

Участници в проучването

Проучване на диетичната интервенция Население

маса 1

Основни характеристики на изследваната популация

Събиране на данни и биохимични анализи

ДНК беше извлечена с помощта на миниатюрен комплект за ДНК изпражнения на QIAamp, автоматизиран на QIAcube (Qiagen, Hilden, Германия). Приблизително 200 mg изпражнения се прехвърлят в 0,70 mm епруветки от гранатови зърна (Dianova, Хамбург, Германия), пълни с 1,1 ml ASL лизисен буфер. Биенето на мъниста се извършва с помощта на SpeedMill PLUS (Analytik Jena, Йена, Германия) в продължение на 45 s при 50 Hz. След това пробите се нагряват до 95 ° С в продължение на 5 минути с последващо продължение на протокола на производителя.

Бактериално 16S rRNA генно секвениране и контрол на качеството

Променливи региони V1 и V2 на 16S рРНК гена се амплифицират, като се използва праймерната двойка 27F-338R при подход на двойно баркодиране, съгласно Caporaso et al. [18]. PCR продуктите се нормализират, като се използва SequalPrep Normalization Plate Kit (Thermo Fischer Scientific, Waltham, MA, USA), обединени еквимолярно и секвенирани на Illumina MiSeq (Illumina Inc., Сан Диего, Калифорния, САЩ). Демултиплексирането след секвениране се основава на 0 несъответствия в баркод последователностите. Четенията напред и назад бяха обединени с помощта на софтуера FLASh, позволявайки припокриване на четенията между 250 и 300 bp [19]. За да се елиминират нискокачествени последователности, данните бяха филтрирани чрез отстраняване на последователности с качество на последователността по-малко от 30 в по-малко от 95% от нуклеотидите. Химерите бяха премахнати с UCHIME [20].

Микробиомен биоинформатичен анализ

Таксономичната класификация беше извършена с помощта на класификатора RDP [21], където класификациите с ниска увереност на ниво род (30 kg/m 2) се състоеха от индивиди със затлъстяване, които имат същото телесно тегло като интервенционната група, но не получават VLCD. Втората контролна група (LC, BMI 2) се състои от слаби, метаболитно здрави хора, които също не са получили никакъв вид диетична интервенция. Докато телесното тегло на интервенционната група намалява значително по време на периода на изследване, няма значителна промяна в теглото и в двете контролни групи. Основните характеристики на различните изследователски групи са показани в таблица 1.

Фиг. 1

ОСП на групата за диетична интервенция, обясняваща дисперсията в микробиотата. Изходно ниво (0 месеца) = 0, VLCD диетична интервенция (3 месеца) = 3, период на поддържане на теглото (6 месеца) = 6.

Фиг. 2

Неограничен PCoA на интервенционната група и на двете контролни групи. О: в началото на периода на изследване (0 месеца). Б: в края на периода на изследване (6 месеца).

Определени видове на чревния микробиом по време на отслабване и поддържане на теглото

След като идентифицирахме значителни промени в микробиомното разнообразие на червата, дължащи се на интервенцията VLCD, след това използвахме IndVal, за да идентифицираме индикаторни видове, отчитащи промяната в разнообразието в интервенционната група на 3 месеца от периода на изследване. В този анализ са включени само родове с изобилие от поне 1% в една от пробите. Интересното е, че този анализ идентифицира значителна връзка с рода Acinetobacter (IndVal = 0,998, p = 0,006, след корекция на Бенямини-Хохберг). Тази статистически значима асоциация е потвърдена от тест на Wilcoxon за ранг-сума (p = 0,042). Фигура 3 показва изобилието на Acinetobacter с течение на времето поради VLCD намеса.

Фиг. 3

Изобилие от род индикатори Acinetobacter с течение на времето в групата на VLCD. Увеличение на Acinetobacter поради намесата на VLCD е статистически значима. Изходно ниво (0 месеца) = 0, VLCD диетична интервенция (3 месеца) = 3, период на поддържане на теглото (6 месеца) = 6.

Бактериални метаболитни промени по време на отслабване и поддържане на теглото

От патофизиологична гледна точка не наличието или отсъствието на определен микроорганизъм може да е от значение, а метаболитният капацитет на микробиотата, тъй като може да е възможно 2 различни бактерии да споделят еднакъв основен метаболитен капацитет. В този случай липсата на единия организъм може да се компенсира от присъствието на другия, което води до подобна обща метаболитна активност на чревния микробиом. Поради тази причина ние също така извършихме PICRUSt/HUMAnN анализ, използвайки базата данни KEGG за метаболитни пътища. Наред с други неща, този анализ разкрива промени в пътя на рибофлавина и пътищата на разграждане на хлороциклохексана и хлоробензола през 3 месеца от периода на изследване. Тези промени са номинално статистически значими (pnom = 0,0078 и pnom = 0,039), но не са надеждни за многократно тестване. По време на фазата на поддържане на теглото тези метаболитни промени намаляват, показвайки модел на времевия ход, сравним с мерките за разнообразие (фиг. 4).

Фиг. 4

Относително изобилие на рибофлавиновия път по време на диетичната интервенция. Номинални значителни разлики между времевите точки. Изходно ниво (0 месеца) = 0, VLCD диетична интервенция (3 месеца) = 3, период на поддържане на теглото (6 месеца) = 6.

Дискусия

Докато няколко проучвания с мишки показват значителна връзка на чревния микробиом с метаболитни аномалии като затлъстяване и инсулинова резистентност [7], данните при хората все още са противоречиви [9,10,11]. В настоящото проучване използвахме VLCD-базирана програма за затлъстяване при затлъстели лица по две причини: i) Този вид диета е напълно стандартизирана и напълно балансирана с микро- и макроелементи, с изключение на различията между отделните индивиди в консумацията на храна, и ii) тя води до дълбока загуба на тегло за кратък период от време, предизвиквайки огромна промяна в човешкия метаболитен фенотип [31,32].

В съгласие с няколко животински модела [7] и с някои от проучванията при хора [9,] идентифицирахме променено съотношение Firmicutes/Bacteroidetes между LC и VLCD групата, докато не беше открита разлика между двете затлъстели групи. Докато много проучвания сравняват данните за микробиомите в даден момент от време между по-големи кохорти с различен ИТМ, ние имаме за цел да изследваме по-малка кохорта по-задълбочено (разнообразие и бактериален метаболизъм) и в надлъжен подход, за да вземем предвид индивидуалните промени на микробиома с течение на времето. По отношение на интра-индивидуалния микробиом, нашият анализ разкри, че няма значителни промени в микробиомното разнообразие както на LC, така и на OC в рамките на 6 месеца, което показва, че независимо от индивидуалния ИТМ, стабилният начин на живот води до повече или по-малко стабилен състав на чревния микробиом.

Интервенция с VLCD на затлъстели хора за период от време от 3 месеца доведе до i) значителна промяна в разнообразието на микробиомите на червата, ii) значително увеличаване на изобилието на индикаторен вид и iii) значителна промяна на специфичните бактериални метаболитни пътища. Въпреки че не се наблюдава значително увеличение на телесното тегло в периода на поддържане на теглото, всички промени в разнообразието и бактериалния метаболизъм, споменати по-горе, намаляха. Това откритие предполага, че хранителните компоненти оказват по-силен ефект върху човешкия чревен микробиом, отколкото промените в телесното тегло или чувствителността към инсулин. Повишаването на теглото често се наблюдава в дългосрочен план след базирани на VLCD програми за затлъстяване [16], което може да се дължи на много независими фактори (напр. Диетичен състав, възраст и пол). Настоящите данни предполагат, че опрощаването на благоприятни промени в чревния микробиом, предизвикано от диета, също може да бъде отчасти отговорно.

Освен това, предишни проучвания показват, че не само калоричният прием, но и съставът на макроелементите в диетата влияят върху изместването на микробиотата. VLCD, използван в това проучване, се състои от относително голямо количество протеин и относително ниско количество мазнини. Освен това приемът на фибри по време на VLCD може да е по-висок от общия прием на фибри по време на обичайните диети на затлъстели субекти. По време на периода на поддържане на теглото, делът на протеините беше намален и делът на мазнините беше увеличен. Диета с ниско съдържание на мазнини и високо съдържание на фибри, както се провежда по време на VLCD, показва, че променя микробния състав в контролирано проучване за хранене [33]. Въздействието на диетата с високо съдържание на фибри върху микробиома е показано и от DeFillipo et al. [34]. Освен това е доказано, че диета с високо съдържание на протеини е индуцирала промяна в микробния състав при 19 здрави затлъстели пациенти [35].

Трябва също да се спомене, че нашето проучване има ограничения: i) Броят на субектите е ограничен, ii) няколко затлъстели пациенти са страдали от допълнителни заболявания и са приемали лекарства, и iii) броят на мъжете е ограничен в нашите кохорти. Въпреки това, ние смятаме, че резултатите от настоящото проучване показват, че програма за затлъстяване, базирана на VLCD, е в състояние да промени както разнообразието на чревните микробиоми, така и метаболизма при затлъстели хора, но че тези промени не се поддържат по време на поддържане на теглото. Това предполага, че насочването към микробиома (напр. Чрез пробиотици или фекална трансплантация) в допълнение към ограничаването на приема на калории може да бъде обещаващ бъдещ подход за поддържане на значителна загуба на тегло след диетична намеса.

Благодарности

Благодарим на всички пациенти, участвали в проучването. Тази работа беше подкрепена от германското федерално министерство на образованието и научните изследвания (BMBF) в рамките на програмата e: Med за изследвания и финансиране (безвъзмездна помощ № 01ZX1306A) и клъстера за върхови постижения на DFG „Възпаление на интерфейсите“.

Декларация за оповестяване

Матиас Лаудс, Доминик Шулте и Уте Сетгаст са доставчици на Програмата за терапия за затлъстяване Optifast 52 в университетската болница в Кил. Никой друг автор не декларира конфликт на интереси.