крохмалю

  • Предмети
  • Резюме
  • Вступ
  • Матеріали і методи
  • Загальні міркування щодо вивчення та аналізу дієти.
  • Вимірювання маркерів адипоцитокіну в крові
  • Аналіз структури кишкової мікробної спільноти.
  • Аналіз фекальних SCFA методом газової хроматографії-мас-спектрометрії (GC-MS)
  • Статистичний аналіз
  • Результати
  • Вихідні фізіологічні, метаболічні та мікробіологічні характеристики учасників дослідження.
  • Промивання було ефективним для відновлення характеристик мікробіому
  • Структура прийому макроелементів не змінювалася протягом дослідження
  • Диференціальні ефекти дієти RS4 після втручання порівняно з дієтою CF на мікробіоти кишечника
  • Вплив RS4 на склад кишкової мікробіоти у порівнянні до та після втручання RS4
  • Споживання RS4 змінених фекальних SCFA, пов’язаних з конкретними мікробами кишечника
  • Вплив втручання RS4 на циркуляційні адипоцитокіни
  • Вплив споживання RS4 на склад тіла, ліпіди та метаболізм глюкози.
  • Взаємозв’язки між кишковими бактеріями та метаболічними функціями.
  • Внутрішня асоціація в мікробах кишечника
  • Зв'язок між метаболічними характеристиками.
  • Обговорення
  • Додаткова інформація
  • Додаткова інформація
  • Файли PDF
  • Додаткова інформація
  • Файли Excel
  • Додаткова таблиця S2
  • Коментарі

Предмети

  • Мікробіом
  • Трансляційні дослідження

Резюме

Вступ

Метаболічний синдром (МС) охоплює супутні захворювання, такі як ожиріння, дисліпідемія, гіпертонія, резистентність до інсуліну та гіперглікемія, які збільшують ризик серцево-судинних захворювань, 1 провідної причини смерті в США. Незважаючи на те, що ці супутні захворювання можна впоратись із змінами в дієті/способі життя та/або терапевтичних втручаннях, загальна поширеність MetS зростає у всьому світі 2, 3. Сприяючим фактором може бути недотримання здорової дієтичної практики протягом короткого терміну, оскільки зручність та смак залишаються найважливішими чинниками вибору їжі 4. У цьому контексті наше недавнє подвійне сліпе дослідження дозволило учасникам дотримуватися звичної дієтичної практики під час втручання, не пристосовуючись до будь-яких змін. Це стало можливим завдяки нейтральним та адаптованим органолептичним властивостям стійкого крохмалю (RS) типу 4 (RS4), харчового інгредієнта, одержуваного з пшениці, що використовується для втручання.

У нашому дослідженні група RS4 покращила ліпідні профілі та склад тіла 6. Оскільки RS4 не засвоюється, ми висунули гіпотезу, що користь для здоров'я RS4 зумовлена ​​його здатністю впливати на структуру мікробного співтовариства кишечника, що, в свою чергу, може бути пов'язане зі зміненим бактеріальним бродінням та виробництвом. Таким чином, тут, у двадцяти учасників, відібраних за допомогою MetS, ми ретроспективно вивчили зміни у складі мікробіоти та продукції SCFA в кишечнику, виміряли концентрації трьох маркерів циркуляції адипоцитокінів та оцінили споживання калорій та макроелементів протягом періоду втручання. Крім того, антропометричні та метаболічні параметри господаря були повторно проаналізовані в цій когорті, щоб показати взаємодію мікроб-мікроб та господар-мікроб.

Матеріали і методи

Детальна інформація про методи надається як додаткова інформація.

Загальні міркування щодо вивчення та аналізу дієти.

(до) Графік плацебо-контрольованого кросинговельного дієтичного втручання із стійким крохмалем (RS4) та контрольним борошном (CF). Зразки калу та крові збирали до і після кожного періоду лікування (позначено стрілками). (b) Профіль випробування та кількість учасників дослідження.

Повнорозмірне зображення

Вимірювання маркерів адипоцитокіну в крові

Інтерлейкін-6 у сироватці крові (IL6) та фактор некрозу пухлини альфа (TNFα) визначали в пікограмах/мл за допомогою наборів ELISA Human Ready-SET-Go (eBioscience, Сан-Дієго, Каліфорнія), а концентрації адипонектину в плазмі вимірювали в мікрограмах/мл за допомогою радіоімуноаналізу на адипонектин людини (Linco Research, Сент-Чарльз, Міссурі, відповідно до інструкцій виробника).

Аналіз структури кишкової мікробної спільноти.

Результати

Вихідні фізіологічні, метаболічні та мікробіологічні характеристики учасників дослідження.

Двадцять учасників, які мали ознаки метаболічного синдрому на початковому етапі та мали адекватні зразки стільця у чотири пункти збору даних, були включені в поточне дослідження (рис. 1), що дозволило порівняти мікробні профілі кишечника та SCFA до та після втручань. а також між кінцевими точками втручань RS4 та CF (контроль). Можливі побічні шлунково-кишкові побічні ефекти втручань у цій когорті не оцінювались, оскільки жодної з них не спостерігалося у батьківській когорті 6. Базові характеристики 20 учасників зведені в Додаткову таблицю S1. Таксономічна класифікація в цілому 55 079 послідовностей (принаймні в одній із зразків) була класифікована в 5949 ОТУ, з яких

78% були пов'язані з типом Firmicutes і

9% з типом Bacteroidetes (додатковий малюнок S1).

Промивання було ефективним для відновлення характеристик мікробіому

Перш ніж змінити дієти RS4 та CF у проекті кросоверного дослідження, усі учасники отримували CF протягом 2-тижневого періоду змиву, щоб уникнути можливих наслідків перенесення втручання RS4. Для порівняння кінцевих точок між групами RS4 та CF потрібно було перевіряти узгоджені вихідні показники перед кожним періодом лікування. При використанні пермутаційного багатофакторного дисперсійного аналізу для матриць відстані не спостерігали суттєвих відмінностей між базовими мікробіомами груп RS4 та CF (дані не наведені), що також підтвердило, що двотижневе змивання було ефективним і що будь-які відмінності, що спостерігалися після втручання відбувається завдяки самому втручанню.

Структура прийому макроелементів не змінювалася протягом дослідження

Аналіз основних координат показав зміни на 26% та 13% у осях 1 та 2 відповідно, що свідчить про важливу зміну між двома групами (p = 0,01, рис. 2). Дієта RS4 диференційовано модифікувала 71 мікробну OTU (q 121,2 рази, q 6 разів, q 5 разів, q 24. Фірмикути та Bacteroidetes є двома основними типами, і видовий склад у кожному з них може сильно відрізнятися за певною темою. Можливо, що обидва phyla включає види, які можуть бути характерними для певного фенотипу. Тому склад на видовому рівні може представляти фенотип маси тіла точніше, ніж широка оцінка співвідношення F: B.

Двовимірний головний координатний аналіз (PCoA) на основі зваженої відстані UniFrac між зразками, враховуючи чисельність 5831 таксонів, присутніх принаймні в одній пробі (n = 19). Осі 1 і 2 пояснюють 26% і 13% варіацій відповідно (p = 0,01).

Повнорозмірне зображення

(до) Відносна чисельність видів бактерій (логарифмічна зміна) у групі RS4 порівняно з групою CF після втручання (n = 19). Раніше були виключені значні композиційні розбіжності між двома групами до втручання. (b) Співвідношення твердих речовин/бактеріоїдів після втручання (n = 14). Пунктирна лінія представляє це співвідношення на базовій лінії. (c) Ряд основних видів бактерій (логарифмічна зміна складок) до та після лікування RS4. #, найближчий результат з бази даних кРНК NCBI 16S з перехресними посиланнями на OTU з бази даних Greengenes. * q ≤ 0,05, ** q ≤ 0,01, *** q ≤ 0,001, § q ≤ 0,09 (значення/близьке значення), n = 19.

Повнорозмірне зображення

Вплив RS4 на склад кишкової мікробіоти у порівнянні до та після втручання RS4

Види Firmicutes з кластеру Clostridium XIVa представляють майже 60% мікробіоти, що прилипає до муцину 25. Загальним спостереженням було те, що види групи клостридійської групи XIVa, але не групи IV, збагачувались шляхом доповнення раціону RS4. На видовому рівні (рис. 3в) споживання RS4 збільшило чисельність Bifidobacterium adolescentis (у 90,5 рази, q = 0,087) та Parabacteroides distasonis (1180,2 рази, q 0,05), Faecalibacterium prausnutzii (-1, 2 рази, q> 0,05), або Dorea formicigenerans (1,1 рази, q> 0,05), що було підтверджено попереднім звітом 8. Нові спостереження включають індуковане RS4 збільшення чисельності хрістенсенелли хвилини (119,7 рази, q = 0,038, 97% охоплення запитів, 88% ідентичності та E 5 разів, q

(до) Рясність SCFA до та після втручання RS4 (* p ≤ 0,05, n = 19). (b) Позитивна кореляція шести видів бактерій із підвищеним рівнем SCFA певним чином RS4 (усі, с. 26. Крім того, адипонектин виділяється адипоцитами в крові і відіграє важливу роль у метаболізмі ліпідів та глюкози. 27 Знижені рівні адипонектину пов'язані з різними аспектами метаболічної дисфункції 28. Порівняно з вихідним рівнем IL6 знизився на 38% (p = 0,04), а рівень адипонектину зріс на 20% (p = 0,002) у групі RS4, тоді як TNFα суттєво не змінився. TNFα та адипонектин концентрації були нижчими після дієти RS4 порівняно з дієтою після CF (p = 0,08 та p = 0,02 відповідно, таблиця 2). де ми знаємо, це перший звіт про зміни адипоцитокінів, які допомагають визначити прогресування до серцево-судинних аномалій 28, 29 у відповідь на споживання RS4 у людини.

Повний розмір таблиці

Вплив споживання RS4 на склад тіла, ліпіди та метаболізм глюкози.

У людей був нижчий відсоток жиру в організмі (р = 0,05) і не високий ліпопротеїд низької щільності (не ЛПВЩ, р = 0,003), ЛПВЩ (р = 0,005) та загальний холестерин (ТС, р. 30. Глюкоза натще і HbA1C були більш виражений у цій когорті (-8,6% та -1% відповідно) порівняно з початковою когортою (-4,2% і відсутність зменшення відповідно).% затухання жиру в тілі в поєднанні з меншою окружністю талії вказує на можливе зменшення центрального ожиріння в Ці зміни були хоч і незначними, оскільки показники складу тіла не змінюються швидко у дорослих, і може знадобитися кілька місяців або років, щоб показати більшу зміну Окружність талії, ТК, ЛПВЩ та не-ЛПВЩ також були зменшені в RS4 групи порівняно з вихідним (усі, с

(до) Теплова карта, що показує r-значення Пірсона (усі, с

Теплова карта, що показує значення r Пірсона, що відповідають розміру кола (n = 19). Чорна облямівка позначає групування видів (* p ≤ 0,05, ** p ≤ 0,01, *** p ≤ 0,001, показано лише у верхньому трикутнику). #, найближче потрапляння з бази даних NCBI 16S rNNA з перехресними посиланнями на OTU з бази даних Greengenes. †, види значно збагатилися або досягли значущості в групі RS4.

Повнорозмірне зображення

Зв'язок між метаболічними характеристиками.

Доступність складних вуглеводів або глікану є основним фактором формування мікрофлори кишечника 42. Оскільки багато ферментів, що руйнують крохмаль, представлені у вигляді системи утилізації крохмалю (SUS)

20% геному видів Bacteroidetes 42, 43, 44, збагачення Bacteroides ovatus і Parabacteroides distasonis після втручання RS4 у цьому дослідженні було належним. Подальше підтвердження з базою вуглеводних активних ферментів (CAZy) (//www.cazy.org/) 45 підтверджує, що види Bacteroidetes є домінуючими бактеріями, що руйнують крохмаль, після втручання RS4.

На закінчення, це дослідження пропонує докази того, що дієтичні добавки RS4 вибірково змінюють мікробне середовище та метаболіти кишечника, а також пов'язані з ними метаболічні функції господаря. Наскільки нам відомо, це перше цілісне дослідження, яке досліджувало вплив ферментованого клітковини, RS4, на екологію мікрофлори кишечника, функціональні метаболіти, такі як SCFA, та фізіологічні реакції у господаря в одному добре розробленому дослідженні у вільноживучій кавказькій когорті. з ознаками MetS. Отримані дані підтверджують сприйнятливу роль взаємодії мікробіоти та господаря у дієтичних терапіях, що має важливе значення для дієтичних рекомендацій для осіб з порушеннями обміну речовин, що є основною проблемою громадського здоров'я сьогодні.

Додаткова інформація

Як цитувати цю статтю: Upadhyaya, B. et al. Вплив дієтично стійкого крохмалю типу 4 на мікробіоти кишечника людини та імунометаболічні функції. Науковий співробітник . 6, 28797; doi: 10.1038/srep28797 (2016).