Лиз Мадсен

1 Национален институт по хранене и изследвания на морски дарове, Берген, Норвегия

2 Лаборатория по геномика и молекулярна биомедицина, Катедра по биология, Университет в Копенхаген, Копенхаген, Дания

3 BGI-Шенжен, Шенжен, Китай

Лене С. Мирмел

1 Национален институт по хранене и изследвания на морски дарове, Берген, Норвегия

Дори Fjære

1 Национален институт по хранене и изследвания на морски дарове, Берген, Норвегия

Бьорн Лиасет

1 Национален институт по хранене и изследвания на морски дарове, Берген, Норвегия

Карстен Кристиансен

2 Лаборатория по геномика и молекулярна биомедицина, Катедра по биология, Университет в Копенхаген, Копенхаген, Дания

3 BGI-Шенжен, Шенжен, Китай

Резюме

Връзката между чревната микробиота и затлъстяването е добре документирана както при хора, така и при животински модели. Доказано е също така, че хранителните фактори могат да променят състава на микробиотата на червата и развитието на затлъстяването. Все пак знанията за това как диетата, метаболизмът и чревната микробиота си взаимодействат и модулират енергийния метаболизъм и развитието на затлъстяването все още са ограничени. Епидемиологичните проучвания показват връзка между приема на определени хранителни протеинови източници и затлъстяването. Проучванията върху животни потвърждават, че различните протеинови източници се различават по способността си да предотвратяват или предизвикват затлъстяване. Различните източници на протеини като боб, зеленчуци, млечни продукти, морски дарове и месо се различават по аминокиселинен състав. Освен това видът и нивото на други фактори, като мастни киселини и устойчиви органични замърсители (УОЗ), варират в различните хранителни източници на протеини. Всички тези фактори могат да модулират състава на чревната микробиота и по този начин могат да повлияят на техните обезогенни свойства. Този преглед обобщава доказателства за това как различните протеинови източници влияят върху енергийната ефективност, развитието на затлъстяването и чревната микробиота, свързвайки протеинозависимите промени в чревната микробиота със затлъстяването.

Въведение

Значението на чревната микробиота при затлъстяването е добре документирано (Villanueva-Millan et al., 2015; Sonnenburg and Backhed, 2016; прегледано в Baothman et al., 2016). И все пак начинът на живот и диетата са тясно свързани със затлъстяването и увеличената консумация на енергийна храна с едновременно увеличаване на общия енергиен прием вероятно е основен двигател на епидемията от затлъстяване (Swinburn et al., 2011; Romieu et al., 2017 ). При хората диетичните модели играят важна роля в оформянето на чревната микробиота (De Filippo et al., 2010; Muegge et al., 2011; Yatsunenko et al., 2012; David et al., 2014; Schnorr et al., 2014; Carmody и др., 2015; Graf et al., 2015), както и при развитието на затлъстяване (Bellissimo и Akhavan, 2015).

Съобщава се, че диетите с високо съдържание на протеини насърчават отслабването и поддържането на теглото при хората (Westerterp-Plantenga et al., 2009, 2012; Pesta and Samuel, 2014; Pasiakos, 2015), но систематичен преглед разкрива, че дългосрочните ефекти на високите -протеиновите диети не са нито последователни, нито убедителни (Lepe et al., 2011). Резултатите от опити с гризачи са по-последователни и редица проучвания показват, че високото съотношение протеин: въглехидрати предотвратява затлъстяването, предизвикано от диета с високо съдържание на мазнини (Lacroix et al., 2004; Marsset-Baglieri et al., 2004; Morens et al., 2005; Pichon et al., 2006; Madsen et al., 2008; Ma et al., 2011; Freudenberg et al., 2012, 2013; Hao et al., 2012; McAllan et al., 2014).

Важно е схващането, че обезогенният потенциал на диетите с високо съдържание на мазнини при гризачи се намалява чрез увеличаване на съотношението протеин: въглехидрати до голяма степен се основава на изследвания, използващи казеин или суроватка като източник на протеин. Въпреки това, има малко знания за това как различните протеинови източници могат да модулират отговора на високия прием на протеини. Наскоро демонстрирахме, че храненето на предразположени към затлъстяване мишки C57BL/6J с високо съдържание на мазнини и високо съдържание на протеини с използване на казеин, соя или филе от треска, говеждо, пилешко (без кожа) или свинско като източници на протеини води до поразителни разлики в развитието на затлъстяването при термонеутрални условия. Казеинът е най-ефективният източник на протеин, предотвратяващ наддаването на тегло и натрупването на мастна маса, докато мишките, хранени с високо протеинова диета, базирана на „бяло месо“ (постно свинско или пилешко филе), са имали най-голямо увеличение на ефективността на хранене и масата на мастната тъкан (Liisberg et al ., 2016b). Епидемиологичните проучвания също показват, че приемът на млечни и вегетариански източници на протеини е свързан със защита срещу затлъстяване, докато високият прием на месо, по-специално червено месо, предсказва по-голямо наддаване на тегло (Fogelholm et al., 2012; Smith et al., 2015; Mozaffarian, 2016). До каква степен приемът на протеин от червено месо влияе върху състава и функцията на чревната микробиота при хората, предстои да бъде установено.

Предполага се, че хранителните режими са свързани с различни бактериални съобщества в човешките черва (Wu et al., 2011). Освен това е добре известно, че хранителните характеристики, като съдържанието на мазнини, пълнозърнести храни, плодове и ядки, както и диетите с високо съдържание на фибри като цяло, влияят върху чревната микробиота (De Filippo et al., 2010; Muegge et al., 2011; David et al., 2014; Schnorr et al., 2014; Carmody et al., 2015; Graf et al., 2015; Eid et al., 2017). Все още не е установено кои хранителни съставки конкретно насърчават растежа и функцията на полезните бактерии в червата. Наскоро бяха съобщени разлики в профилите на чревните бактерии между плъхове, хранени с протеини от червено месо (говеждо и свинско месо), пиле и риба (тук дефинирани като бяло месо) и други източници (казеин и соя) (Zhu et al., 2015, 2016). И все пак се знае много малко за ефекта на източника на протеини и качеството върху регулирането на енергийния баланс.

Източници на протеини, чревна микробиота и затлъстяване

Чревната микробиота може също да преобразува компоненти от различни протеинови източници в съединения, които могат да бъдат свързани с развитието на заболяването. Добре известни примери са L-карнитин и фосфатидилхолин, присъстващи в червеното месо и яйцето, които могат да се метаболизират до триметиламин и триметиламинов оксид (TMAO). При хората циркулиращите нива на ТМАО са свързани с повишен риск от развитие на атеросклероза (Koeth et al., 2013; Tang et al., 2013) и напоследък също свързани със затлъстяването (Dumas et al., 2017). Въпреки това, рибите и морските дарове, за които е известно, че предпазват от сърдечно-съдови заболявания, съдържат големи количества TMAO (Cho et al., 2017; Landfald et al., 2017). Спекулира се, че свободният TMAO от морски дарове може да действа като електронен акцептор за факултативни анаеробни бактерии, способни да респирират с алдехидите, произтичащи от TMA реакциите на елиминиране на холин и карнитин (Cho et al., 2017).

Съобщава се, че диетата с високо съдържание на протеини и ниско съдържание на въглехидрати, когато се дава в комбинация с ограничаване на калориите при затлъстели хора, води до увеличаване на разклонените верижни мастни киселини, намаляване на бутирата и намаляване на изобилието на правоъгълника Roseburia/Eubacterium група бактерии в червата (Russell et al., 2011). Едновременно с това нивата на метаболити, свързани с предпазване от рак, намаляват, докато нивата на няколко метаболита, за които се предполага, че са опасни, се повишават. За съжаление източниците на протеини в тези диети не са описани. Използвайки казеин като източник на протеин, ние демонстрирахме, че при мишки, хранени с високо съдържание на мазнини с високо или ниско съотношение протеин: захароза, съдържанието на мазнини в храната, а не съотношението протеин: захароза, е основният двигател на състава на чревната микробиота (Kiilerich et al., 2016). С течение на времето се наблюдават и отчетливи промени в състава на чревния микробиом, което предполага, че възрастта на гостоприемника при мишки (Kiilerich et al., 2016), както и при хора (Claesson et al., 2012) също е важен фактор при определянето на чревния микробиом.

диетичните

Мастна маса (А) и постна маса (Б) на мъжки мишки C57BL/6J, хранени с високо съдържание на мазнини, с високо съдържание на протеини и различни протеинови източници; казеин, соя, треска, говеждо, пилешко или свинско за 11 седмици при термонеутрални условия. За справка бяха използвани мишки, хранени с ниско съдържание на мазнини и високо съдържание на мазнини, захароза, базирана на казеин. Диетичният състав и анализите са описани в Liisberg et al. (2016b). Данните представляват средна стойност ± SEM (n = 9). Различни букви над лентите означават значителни разлики между групите (p -/- и мишки от див тип (Parseus et al., 2017). Следователно дали аминокиселинният състав в богатата на протеини храна е в състояние да повлияе на развитието на затлъстяването чрез ефекти върху метаболизмът на жлъчните киселини в микробиотата изисква по-нататъшно проучване.

Състав на мастни киселини

Доказано е, че включването на постна риба в диети с ниска енергия е толкова ефективно, колкото включването на мазна риба или добавка от рибено масло за ускоряване на загубата на тегло при хората (Thorsdottir et al., 2007). Общото съдържание на n-3 PUFAs е много по-ниско в постните, отколкото в мазните морски дарове, но в постните морски дарове по-голямата част от мастните киселини присъстват във фосфолипидната (PL) фракция (Lie and Lambertsen, 1991). Съобщава се, че бионаличността на ейкозапентаеновата киселина (EPA) и докозахексаеновата киселина (DHA) е по-висока, когато те са свързани с PL, отколкото свързаните с триацилглицерол (TAG) (Murru et al., 2013). Трябва да се отбележи, че анти-обезогенните ефекти на PL-свързани n-3 PUFAs превъзхождат тези, свързани с TAG n-3 PUFAs при мишки (Rossmeisl et al., 2012). Предполага се, че високата биологична активност на свързаните с PLFA PUFAs включва ефекти, медиирани чрез ендоканабиноидната сигнална система (Batetta et al., 2009; Rossmeisl et al., 2012).

Ендоканабиноидната сигнална система може да свърже чревната микробиота с адипогенезата, тъй като CBI рецепторите контролират чревната пропускливост чрез взаимодействия с чревната микробиота (Muccioli et al., 2010). Освен това, промените в състава на чревната микробиота по време на затлъстяване предизвикват дисфункция на чревната бариера, което може да доведе до изтичане от червата на компоненти от Грам-отрицателни бактерии и метаболитна ендотоксемия, предизвикваща началото на метаболитни нарушения, свързани със затлъстяването (Cani et al., 2016). Обратно, прилагането на чревна бактерия A. muciniphila на диети с високо съдържание на мазнини, хранени с мишки, доведе до повишаване на чревните нива на ендоканабиноидите, 2-арахидоноилглицерол, 2-олеоилглицерол и 2-палмитоилглицерол, заедно с подобрена чревна бариерна функция и намален метаболизъм ендотоксемия (Everard et al., 2013). Молекулярните механизми, които свързват чревните микроорганизми и синтеза на ендоканабиноиди или други биоактивни липиди, все още са неизвестни и не е известно до каква степен такива молекули играят значителна роля в развитието на затлъстяването или метаболитните дисфункции, свързани със затлъстяването.

Устойчиви органични замърсители

Заключение

Авторски приноси

LM: Проучих данни и написа статията; KK, LSM, EF и BL: Допринесе за обсъждане на съдържанието, илюстрацията, преработен и/или редактиран ръкопис преди изпращане.

Изявление за конфликт на интереси

Авторите декларират, че изследването е проведено при липса на каквито и да било търговски или финансови отношения, които биха могли да се тълкуват като потенциален конфликт на интереси.