Джон Винсент Мартино

1 Детска гастроентерология, хепатология и хранене, здравен център IWK, Халифакс, НС, Канада

Йохан Ван Лимберген

1 Детска гастроентерология, хепатология и хранене, здравен център IWK, Халифакс, НС, Канада

2 Медицина, Университет Далхоузи, Халифакс, НС, Канада

Лия Е. Кахил

2 Медицина, Университет Далхоузи, Халифакс, НС, Канада

3 Nutrition, Harvard T.H. Училище за обществено здраве Чан, Бостън, Масачузетс, САЩ

Резюме

Въведение

Хранителните добавки са вещества, умишлено добавени по време на производство, преработка, опаковане, транспортиране или съхранение на търговски хранителни продукти. Карагенанът е името, отнасящо се до семейство от високомолекулни сулфатирани полизахариди, извлечени от водорасли и често използвани като сгъстяващи и емулгиращи хранителни добавки за подобряване на текстурата на търговските хранителни продукти, включително детски храни, млечни продукти, млечни алтернативи като бадемово мляко, преработени меса и продукти на основата на соя (9, 12). За първи път патентован в САЩ през 30-те години, употребата на карагенан като хранителна добавка в западната диета значително се увеличава през последните 50 години (9, 13). Карбоксиметилцелулозата (CMC) е производно на целулозата, което я прави достъпна и изобилна със сгъстяващи и емулгиращи качества и е широко разпространена в търговската хранителна индустрия с прогресивно годишно увеличение на употребата й като хранителна добавка (14, 15).

Ролята на карагенана при чревни възпаления при животински модели

Ролята на CMC при чревни възпаления в животински модели

Swidsinski et al. демонстрираха, че излагането на 2% CMC при IBD-чувствителни IL-10 генно-дефицитни мишки води до „CD-подобни ефекти“, съобщавайки, че промените в CMC-лекуваните мишки са идентични с резултатите от илеалната биопсия на пациенти с CD (14). Това беше подкрепено от наблюденията, че мишките, лекувани с 2% CMC, демонстрират повишени концентрации на бактерии в илеума, по-големи пространства между ворсинките, увеличени количества бактерии, прилепнали към ворсинките, увеличени бели кръвни клетки в лумена и в някои от мишки, бактериална инфилтрация на епитела (14).

Хранителни добавки и чревни възпаления при хората

карбоксиметилцелулоза

Предложен биологичен механизъм: карагенанът и карбоксиметилцелулозата в преработените храни водят до ерозия на защитния слой слуз и до анормална експресия на протеини с плътно свързване. След това неусвоените хранителни частици, токсини и микроорганизми могат да преминат през чревния епител, което води до транслокация на микроби и свръхколонизация от патобионти, които могат да променят състава на чревния микробиом, задействайки активирането на имунната система и развитието на възпаление.

Borthakur и сътр. предостави първия доклад за възпалителния отговор на човешките чревни епителни клетки на експозиция на карагенан, като демонстрира, че карагенанът стимулира възпалителна каскада в епителните клетки на дебелото черво в път, включващ активиране на гена на В-клетъчен лимфом/левкемия 10 (Bcl10) и увеличеното производство на IL-8 (9), ключов провъзпалителен цитокин. Тези резултати бяха подкрепени, когато Choi и сътр., Използвайки човешката аденокарциномна клетъчна линия HCT-8, демонстрираха, че карагенанът води до активиране на ядрения фактор kappaB, което впоследствие увеличава генната индукция на IL-8 (12). В допълнение, те съобщават, че карагенанът предизвиква нарушаване на епителната бариера, намалявайки плътността на стегнатите кръстови протеини zonula occludens (ZO) -1, причинявайки разстройство в разпределението на ZO-1 в епитела и намалявайки генната експресия на това протеин с плътно свързване (12). Съвсем наскоро тази група показа, че експозицията на карагенан задейства експресията на инхибиторния на проапоптотичния макрофаг цитокин 1 (MIC1), който от своя страна се противодейства от индуцираната от MIC1 експресия на активиращ транскрипционен фактор 3 (45).

Съобщава се, че карагенанът взаимодейства с гликопротеина, изтрит при злокачествени мозъчни тумори 1 (DMBT1). DMBT1 функционира като молекула за разпознаване на образци с пептиден домен, способна да свързва и агрегира широк спектър от бактерии (46) и е доказано, че предотвратява инвазията на бактерии в чревните епителни клетки in vitro (47). Карагенанът инхибира бактериалната агрегираща функция на DMBT1 чрез свързване със специфичния пептид, който разпознава бактериите, и се предполага, че карагенанът нарушава лигавичната защита, осигурена от DMBT1 (48). Това поражда възможността карагенанът да е в състояние да наруши вродената имунна функция на лигавицата, осигурена от DMBT1, която след това може да предизвика иницииране или продължаване на възпалителен отговор на чревни бактерии или бактериални антигени (48).

В човешките клетки също е доказано, че карагенанът предизвиква вродени имунни отговори чрез пътища, които включват Bc110, TLR4, NF-κB и AP-1 (9, 35, 49), което води до повишаване на регулирането на секрецията на TNF-α (50) . Например, Jiang et al. (51) демонстрира, че индуцираната от карагенан секреция на TNF-α е основният фактор, допринасящ за клетъчните увреждания в Caco-2 монослоеве, изложени на карагенан. Въпреки това, изследователите в областта отбелязват, че в тези проучвания степента на възпаление, причинено само от карагенан, е ниска, докато възпалението, генерирано по тези пътища, когато патогенът присъства допълнително, е високо, подкрепяйки хипотезата, че има ефект на взаимодействие, при който карагенанът служи като противовъзпалителен агент за усилване на съществуващото чревно възпаление (35).

С оглед на последните референтни доклади на Chassaing et al. (38) и Desai et al. (39), с нетърпение се очакват още изследвания на чревния отговор на широко използваните емулгатори, карагенан и CMC, заедно с други характеристики на западната диета, като намален прием на диетични фибри (52). Прави впечатление, че разпоредбите на Администрацията по храните и лекарствата не съдържат определение за диетични фибри, а по-скоро разчитат на аналитични методи за измерване на нивата на диетични фибри, присъстващи в храната. Следователно изолиран или синтетичен несмилаем въглехидрат като карагенан и CMC може да се добавя към храни и да се определя количествено като диетични фибри, дори ако това не осигурява полезния физиологичен ефект върху човешкото здраве, който диетичните фибри трябва да осигурят. Например CMC е изброена сред 26-те най-често срещани фибри, които се добавят към храната и е декларирана на етикета Nutrition Facts като диетични фибри (40).

Широко разпространена употреба на хранителни добавки

Патентован в Съединените щати през 30-те години, карагенанът получава статут GRAS (обикновено считан за безопасен) през 1959 г. и понастоящем остава включен като хранителна добавка със статут GRAS в Кодекса на федералните разпоредби в САЩ (13). Карагенанът действа за сгъстяване, стабилизиране и емулгиране на голямо разнообразие от храни, обикновено консумирани в западната диета, включително млечни продукти като шоколадово мляко, сладолед, извара, заквасена сметана и кисело мляко; преработени меса; соево мляко; бадемово мляко; майонеза; и адаптирано мляко (53). Оценките относно средния дневен прием на карагенан варират от 20 до 200 mg/ден (13, 54) и понастоящем е трудно да се поставят в контекст без стандарт за сравнение в проучвания при хора или при проучвания върху животни.

Карбоксиметилцелулозата се използва широко в хранително-вкусовата промишленост в продукти, които обикновено се консумират от деца, включително бонбони, дъвки, „закуски“, кетчуп и различни хлебни изделия, като в момента няма количествени ограничения за употребата й, нито добавянето й към храна да бъдат декларирани (14, 15). CMC е включен в базата данни на Администрацията по храните и лекарствата за веществата GRAS (55), а CMC също е включен в базата данни за безопасност и токсичност на помощните вещества за педиатрия (STEP) (56, 57), ресурс, разработен от Европейската педиатрична формула и Инициативата за педиатрични форми на Съединените щати в сътрудничество за съхранение и бърз/лесен достъп до данните за безопасността и токсикологията на често използваните помощни вещества.

Роля на диетата при IBD: Епидемиология и лечение

Нарастващата честота на ВБИ в световен мащаб, като най-висока е честотата и разпространението в западните страни (3), е свързана с увеличената консумация на западна диета (5). Проучване за контрол на случая, проведено в Япония, оценява рисковите фактори на околната среда за UC при 101 пациенти и установява, че консумацията на храни, типични за западна диета, включително хляб, масло и колбаси, е свързана значително с увеличаване на риска от UC (58). Освен това D’Souza et al. демонстрираха, че консумацията на пържени и бързи храни, меса, закуски и десерти, които те обозначават като традиционен западен хранителен режим, увеличава вероятността от придобиване на CD при юноши (59). И обратно, те откриха, че както мъжете, така и жените, изложени на разумен хранителен режим, състоящ се предимно от зеленчуци, риба, зърнени храни и ядки, имат намалена вероятност да развият CD (59).

Заключение

Принос на автора

Всички изброени автори са направили съществен, пряк и интелектуален принос в произведението и са го одобрили за публикуване.

Изявление за конфликт на интереси

JVL е участвал в консултативен съвет за Nestlé и е получавал такси за изказване и подкрепа за научни изследвания от Nestlé. Другите автори не декларират конфликт на интереси.

Благодарности

Авторите биха искали да благодарят на Лия Булос от Морското звено за подкрепа на спорта за нейните инструкции към JM за търсене на литература и извличане на статии от списания за този преглед.

Финансиране

JVL беше подкрепена от награда за развитие на младите изследователи на NASPGHAN/CCFA (2013–2015), награда за създаване на Фондация за научни изследвания в Нова Шотландия (NSHRF) (2015–2017), безвъзмездна помощ от програма „Лидери на бъдещите заболявания на възпалителните черва“ (FLIBD) ( 2015–2016), грант за оборудване на Фондация за медицински изследвания на Далхуси (2015–2016), дарение от семейство MacLeod, изследователско сдружение на IWK Health Center и Cat. Безвъзмездна помощ и канадски институт за здравни изследвания (CIHR) -CAG-CCC New Investigator Award (2015–2020: 201412XGP-340307-205026) и канадска фондация за иновации Джон Р. Еванс Лидерски фонд (# 35235). JVL се подкрепя от грант CIHR-SPOR-Хронични заболявания (Възпаление, микробиом и изхранване: Стомашно-чревни и невропсихиатрични ефекти: мрежата от хронични заболявания IMAGINE-SPOR).