Повишеният прием на диетични фибри е свързан с намален апетит и загуба на тегло.

пропионат

Късоверижните мастни киселини (SCFAs), произведени чрез микробна ферментация на диетични фибри в дебелото черво, стимулират освобождаването на аноректичните чревни хормони пептид YY (PYY) и глюкагон като пептид-1 (GLP-1) от ентероендокринни L клетки на гризачи чрез активиране на рецепторът за свободни мастни киселини, свързан с G протеин (FFAR) 2.

От SCFAs, произведени чрез ферментация на дебелото черво на диетични фибри, пропионатът има най-голям афинитет към FFAR 2.

Мишки, получаващи фекална трансплантация от донор със състав на чревна микробиота, който произвежда повишени нива на пропионат в дебелото черво, имат намалено наддаване на тегло и затлъстяване.

Какви са новите открития?

Пропионатът стимулира освобождаването на PYY и GLP-1 от първично култивирани човешки клетки на дебелото черво.

Това първо проучване при хора показва, че доставката на пропионат директно в дебелото черво, увеличава остро освобождаването на PYY и GLP-1 и намалява енергийния прием.

Дългосрочното доставяне на пропионат в дебелото черво предотвратява наддаването на телесно тегло и намалява интраабдоминалното натрупване на мазнини при възрастни с наднормено тегло.

Дългосрочното доставяне на пропионат в дебелото черво значително намалява вътрехепатоцелуларното съдържание на липиди при възрастни, които отговарят на диагностичните критерии за безалкохолно мастно чернодробно заболяване.

Как може да се отрази на клиничната практика в обозримо бъдеще?

Оптимизирането на производството на пропионат на дебелото черво чрез подбор на пропиогенни диетични фибри може да представлява нов начин за предотвратяване на наддаването на тегло през целия живот и подобряване на общественото здраве.

Въведение

Данните, публикувани през последните 25 години, показват, че хормоналните и невроналните сигнали от стомашно-чревния тракт играят важна роля в регулирането на апетита.1 Има все повече доказателства, че чревната микробиота влияе върху регулацията на енергията и може да бъде основен фактор в развитието на затлъстяването. Последните проучвания показват, че диетата, чревната микробиота и съхранението на мазнини могат да бъдат свързани чрез молекулярен механизъм, включващ късоверижни мастни киселини (SCFA), основните продукти на ферментацията на диетични фибри от чревния микробиом. 3-5

Повишаването на пропионат на дебелото черво следователно е привлекателна цел за модулация на апетита. Въпреки това, орално приложените SCFA са неприятни и се абсорбират бързо в тънките черва, където L клетките са оскъдни. Освен това, добавянето на диети със смесено високо съдържание на фибри не увеличава предвидимо или надеждно производството на дебелото черво или нивата на циркулиращ пропионат във всички човешки популации поради променливостта на микробната активност на червата.31 За да се преодолеят неприятно високите нива на ферментируеми диетични фибри, необходими за значително увеличаване на дебелото черво нива на пропионат и непредсказуемостта при производството на получените SCFAs, ние разработихме нова система за доставка, насочена към освобождаването на грамови количества пропионат в проксималното дебело черво. Ние предположихме, че пропионатът ще стимулира освобождаването на аноректичен чревен хормон от дебелото черво и че целенасоченото доставяне на пропионат в дебелото черво ще намали апетита и ще предотврати дългосрочното наддаване на тегло при хората.

Методи

Експерименти със секреция на хормони in vitro

Ефектът на пропионат върху освобождаването на PYY и GLP-1 от човешки крипти на дебелото черво беше определен с помощта на модифицирана версия на утвърден метод32 (вж. Допълнителен онлайн материал).

Инулин-пропионатен естер за доставяне на пропионат в дебелото черво при хора

Разработихме нова молекула-носител, при която пропионатът е химически свързан чрез естерна връзка с инулин, естествен полимер, съставен главно от фруктоза. Този инулин-пропионатен естер е синтезиран, както е подробно описано в допълнителния онлайн материал. По-голямата част от пропионат, химически свързан с инулин, трябва да се освободи само когато инулиновият полимер е ферментирал от микробиотата на дебелото черво, като по този начин осигурява целенасочено доставяне в дебелото черво. Проведени са изследвания за етикетиране на изотопи, за да се оцени стабилността на молекулата през стомаха и тънките черва и да се предостави информация за мястото и степента на освобождаване на пропионат, както е описано в допълнителната онлайн информация. В допълнение, ефектите на инулин-пропионатния естер върху ферментационните профили и микробните популации на червата бяха изследвани с помощта на система за in vitro култура (вж. Допълнителен онлайн материал).

Клинични проучвания

Всички субекти са предоставили информирано, писмено съгласие преди клиничното изпитване, което е одобрено от Комитета по етична изследователска дейност на Hammersmith and Queen Charlotte (08/H0707/99). Всички проучвания са проведени в съответствие с Декларацията от Хелзинки. Всички клинични изпитвания, където са регистрирани (Регистрационен номер: NCT00750438).

Изследване на остра добавка с инулин-пропионатен естер за регулиране на апетита

При първоначални проучвания при хора, острите ефекти на инулин-пропионатния естер върху регулирането на апетита, освобождаването на хормони и енергийния прием са изследвани при 20 доброволци. Основният резултат беше енергийният прием, а отделянето на хормони в червата беше вторичен резултат. Ефектите върху изпразването на стомаха са изследвани при 14 доброволци в отделно проучване. Подробни критерии и методология за включване и изключване и методология за всяко остро проучване са описани в онлайн допълнителния материал.

Доказателство за принципно изследване на ефекта от дългосрочното добавяне с инулин-пропионатен естер върху поддържането на телесното тегло

Ние предположихме, че дневният прием на инулин-пропионатен естер за 24 седмици би намалил наддаването на тегло при възрастни с наднормено тегло. Предварително определените съвместни резултати са промени в телесното тегло и приема на храна. Промяна в разпределението на мастната тъкан е вторичен резултат. Бяха наети мъже и жени на възраст 40–65 години с индекс на телесна маса (ИТМ) 25–40 kg/m 2. Потенциалните участници бяха изключени, ако отговарят на някой от следните критерии: клинично значимо заболяване (включително диабет тип 1 или тип 2), лекарства, за които е известно, че влияят на апетита и/или телесно тегло, загуба на тегло от 3 kg или повече през предходните 2 месеца, тютюнопушене, злоупотреба с вещества, психични заболявания и всякакви аномалии, открити при физикален преглед, електрокардиография или скринингови кръвни тестове (измерване на пълна кръвна картина, електролити, глюкоза на гладно, функция на щитовидната жлеза и чернодробна функция). Жените не отговарят на условията, ако са бременни или кърмят. От първоначалните 167 души, които отговориха на покани, 60 бяха разпределени на случаен принцип или към групата за добавяне на инулин-контрол, или към инулин-пропионат естер.

Уча дизайн

Телесно тегло и състав

Телесното тегло беше измерено при всички пациенти с точност до 0,1 kg (Tanita BC-418MA), докато субектите бяха облечени в леки дрехи. Съставът на тялото беше оценен с помощта на MRI и MR спектроскопия (MRS), както е описано по-рано. 33 Данните от MRI и MRS не могат да бъдат събрани при 20 субекта поради метални импланти (n = 8), клаустрофобия (n = 9) или технически проблеми с скенерът (n = 3).

Регулация на апетита, отделяне на хормони в червата и хомеостаза на глюкозата

Канюла беше поставена в антекубитална вена и изходни кръвни проби, събрани на -10 минути и 0 минути, за да се оценят плазмените концентрации на глюкоза, инсулин, PYY и GLP-1. След пробата от 0 минути на субектите беше сервирана стандартизирана закуска (398 kcal; 71,2 g въглехидрати, 7,9 g мазнини, 10,3 g протеин). На 24-та седмица закуската също съдържа 10 g инулин-пропионатен естер или 10 g инулин-контрол в зависимост от групата на добавките. Взети са кръвни проби след хранене след 15 минути, 30 минути, 60 минути, 90 минути, 120 минути, 180 минути, 240 минути и 300 минути и се събират в епруветки, покрити с хепарин, съдържащи 0,2 ml апротинин (Bayer, Великобритания). GLP-1-подобна и PYY-подобна имунореактивност бяха измерени с помощта на установен вътрешен радиоимуноанализ.34, 35 Инсулинът и лептинът бяха измерени чрез радиоимуноанализ, използвайки налични в търговската мрежа комплекти (Millipore, САЩ). Плазмената глюкоза беше измерена с помощта на анализатор Abbott Architect ci8200 (Abbott Diagnostics, САЩ). На 300 минути на субектите беше предложен обяд на шведска маса с поднасяна храна в повече и беше помолен да ядат, докато се почувстват комфортно сити. Количеството храна е количествено определено и енергийният прием е изчислен. Субективният глад, ситост и гадене бяха наблюдавани с помощта на 100 mm визуални аналогови везни (VAS) .36 Субектите бяха помолени да попълнят VAS преди всяка кръвна проба.

Рискови фактори за сърдечно-съдови заболявания и диабет

Взема се кръвна проба на гладно и се анализира за нива на триглицериди, общ холестерол, липопротеинов холестерол с ниска плътност, липопротеинов холестерол с висока плътност, гликозилиран хемоглобин (HbA1c), С реактивен протеин и тестове за чернодробна функция (аланин трансаминаза, алкална фосфатаза, аспартат трансаминаза ). Всички анализи бяха измерени от Катедрата по химическа патология, Национален здравен фонд на здравеопазването на Imperial College. Кръвното налягане и пулсът също се измерват, след като пациентите са били в легнало положение в продължение на поне 15 минути.

Статистически анализ

Острото добавяне с инулин-пропионатен естер увеличава секрецията на PYY и GLP-1 и намалява приема на храна

Острата добавка на инулин-пропионатен естер увеличава нивата на плазмен пептид YY (PYY) и глюкагон като пептид-1 (GLP-1) и намалява енергийния прием при хората. (А) Средното намаляване на енергийния прием след контрол на инулина спрямо инулин-пропионат естера. (Б) Намаляване на енергийния прием се наблюдава при 16 от 20 доброволци. (C – F) Плазмени нива на чревния хормон след остро добавяне на инулин-контрол спрямо инулин-пропионатен естер. Стрелките показват стандартизирани ястия. Пунктираните линии означават времевата точка, след която> 80% естер на инулин-пропионат навлиза в дебелото черво, както е определено чрез обогатяването на 13 С в метода за издишване на въздух и дъх H2 (фигура 1С). Данните са представени като средно ± SEM, * p Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец

Изходни характеристики на субектите и промени в сърдечно-съдовите и диабетните рискови фактори след 24 седмици инулин-контрол и добавка на инулин-пропионат естер

Телесно тегло и състав

Депа на телесните мазнини на изходно ниво и след 24 седмици на контрол на инулина и добавки на инулин-пропионат естер

Възможно ограничение на нашия дизайн на изследването би бил изборът на инулин като контрола за инулин-пропионатния естер. Инулинът се използва като контрол за конкретно отчитане на всички ефекти, които могат да произтичат от ферментацията на дебелото черво на самия инулин, а не освобождаването на естерифицирания пропионат. Както показват нашите данни за in vitro фекална ферментация, нивата на пропионат, произведен от инулин-контрола, са сравнително малки в сравнение с тези, произведени от инулин-пропионатния естер, но производството на ацетат и бутират са сравними. Предишни проучвания показват, че са необходими много по-големи дози фруктани от инулинов тип (> 30 g/ден), за да се модулира освобождаването на червата и регулирането на апетита, отколкото използваните като контрол в настоящия дизайн. 40, 49 Ето защо е малко вероятно 10-те g/дневна доза инулин, използвана като контрола, прикрива всички ефекти на инулин-пропионатния естер върху нашите първични и вторични изходни мерки. Независимо от това, производството на SCFA от 10 g/ден инулин може да е достатъчно, за да обясни някои от значителните дългосрочни промени, наблюдавани в групата за контрол на инулина, особено намаляването на холестерола на гладно.

В обобщение, тези проучвания предоставят първите преки доказателства, че пропионатът на дебелото черво може остро да намали енергийния прием и да предотврати дългосрочното наддаване на тегло при хората. Настоящите резултати подкрепят роля специално за дебелото черво пропионат в управлението на теглото и могат да предоставят молекулярно обяснение на последните данни, които са наблюдавали промени в чревния микробиом и свързаните с тях производствени профили на SCFA при загуба на тегло. При хората полезните действия на пропионат изглежда се медиират от различни механизми в краткосрочен план в сравнение с дългосрочния, което изисква допълнителни проучвания. Оптималното доставяне на пропионат до дебелото черво чрез подбор на пропиогенни компоненти от диетата може да представлява нов начин за подобряване на управлението на теглото на ниво популация.

Благодарности

Авторите благодарят на Робин Стюарт, Дейвид Барн, Ема Хамилтън и Скот Маклаклан за техническа помощ при синтеза на пропионатния естер и Сандра Смол и Елинор Маккей за съдействието при подготовката и анализа на изотопно маркирани проби. Това проучване беше подкрепено от Британския съвет за биотехнологии и биологични науки (BB/H004971/1). Всички клинични проучвания са проведени в NIHR/Wellcome Trust Imperial Clinical Research Facility. Катедрата в Imperial College се финансира от безвъзмездни средства от MRC, BBSRC, NIHR, награда за изграждане на капацитет за интегративна биология на бозайници (IMB), безвъзмездна помощ от FP7- ЗДРАВЕ- 2009- 241592 EurOCHIP и финансиране от схемата за финансиране на Имперския център за биомедицински изследвания на NIHR.