Rata obezității și a altor tulburări cardiometabolice în majoritatea țărilor în curs de dezvoltare a crescut rapid în paralel cu o tranziție de la dieta tradițională cu conținut scăzut de grăsimi la o dietă relativ bogată în grăsimi, dar mai scăzută în carbohidrați.

efectele

Dibioza microbiotei intestinale s-a dovedit a fi asociată cu un risc ridicat de obezitate, diabet de tip 2 și multe alte boli cardiometabolice.

Studiile folosind modele de rozătoare sugerează că o dietă bogată în grăsimi dezechilibrează microbiota intestinală și afectează bariera intestinală, rezultând boli cardiometabolice.

Studiile observaționale efectuate în populații umane distincte la nivel global sugerează că dieta are un efect puternic asupra compoziției microbiotei intestinale și a metabolomicii fecale aferente, în timp ce dovezile din studiile de intervenție dietetică sugerează că efectul dietei asupra microbiotei intestinale ar putea fi mai modest.

Semnificația acestui studiu

Care sunt noile descoperiri?

La nivel de filum, dietele cu conținut moderat de grăsimi și cu conținut ridicat de grăsimi au scăzut raportul dintre Firmicutes și Bacteroidete după intervenție.

La nivel de gen, dieta cu conținut ridicat de grăsimi a scăzut abundența Faecalibacterium, a crescut abundența de Alistipes și Bacteroides, în timp ce dieta cu conținut scăzut de grăsimi a crescut abundența Faecalibacterium și Blautia după intervenție.

Concentrația acizilor butirici fecali a fost crescută după intervenția dietelor cu conținut scăzut de grăsimi și a scăzut după intervenția dietelor cu conținut ridicat de grăsimi. Cometaboliții p-crezol și indol au scăzut după consumul dietei cu conținut scăzut de grăsimi, în timp ce acidul palmitic (C16: 0), acidul stearic (C18: 0) și acidul arahidonic au crescut după consumul cu diete mai bogate în grăsimi.

Modificarea abundenței relative de Blautia a fost asociată negativ cu modificările colesterolului total seric, ale colesterolului lipoproteic cu densitate scăzută și ale colesterolului lipoproteinelor cu densitate mică, în timp ce modificarea abundenței bacteroidelor a fost corelată pozitiv cu modificările acestor trei markeri ai lipidelor din sânge.

Pentru factorii proinflamatori circulanți, dieta cu conținut ridicat de grăsimi a fost asociată cu proteine ​​C-reactive plasmatice crescute și tromboxan B2 față de dieta cu conținut scăzut de grăsimi, în timp ce leucotriena B4 și prostaglandina E2 din dieta cu conținut scăzut de grăsimi au fost cele mai scăzute dintre trei grupuri de diete.

Cum ar putea avea impact asupra practicii clinice în viitorul previzibil?

Descoperirile noastre demonstrează că în rândul adulților tineri sănătoși a căror dietă se află într-o stare de tranziție, o dietă cu conținut ridicat de grăsimi a avut un impact deosebit de nefavorabil asupra taxonilor microbieni intestinali, a profilurilor metabolomice fecale și a biomarkerilor plasmatici proinflamatori, în timp ce dieta cu conținut scăzut de grăsimi a fost asociată cu o profil mai favorabil al acestor biomarkeri. Aceste constatări furnizează dovezi confirmatoare că liniile directoare nutriționale din țările aflate într-o stare de tranziție nutrițională ar trebui să sfătuiască împotriva consumului crescut de grăsimi dietetice. Rezultatele ar putea avea relevanță și în țările dezvoltate în care aportul de grăsimi este deja ridicat.

Introducere

Creșterile paralele ale carbohidraților dietetici și prevalența obezității și a diabetului de tip 2 (T2D) în Statele Unite și în alte țări occidentale au condus la sugestia că această schimbare a dietei, rezultată dintr-o creștere a consumului de carbohidrați și o reducere a grăsimilor totale aportul, ar putea fi un factor determinant al tulburărilor cardiometabolice.1–3 În contrast, în China, tranziția nutrițională de la dieta tradițională cu conținut scăzut de grăsimi, cu conținut ridicat de carbohidrați la o dietă relativ mai mare în grăsimi și mai scăzută în carbohidrați a fost asociată cu o în riscul de obezitate, T2D și boli cardiovasculare în ultimii 30 de ani.4 5 Am arătat anterior într-un studiu randomizat de hrănire controlată că, în rândul adulților tineri sănătoși, o dietă cu conținut scăzut de grăsimi și carbohidrați este probabil asociată cu un risc mai mic de creștere excesivă în greutate și creșterea circumferinței taliei și un profil lipidic mai favorabil decât o dietă cu conținut ridicat de grăsimi, cu conținut scăzut de carbohidrați.

A existat interes în rolul microbiotei intestinale în dezvoltarea obezității și a bolilor cardiometabolice.7 Studiile pe rozătoare au sugerat că dieta bogată în grăsimi de tip occidental are un efect puternic asupra compoziției genetice și asupra activității metabolice a microbiotei intestinale 9 9. Dovezile au arătat că la om diversitatea și bogăția microbiotei intestinale sunt reduse atunci când se compară astfel de diete bogate în grăsimi cu diete mai tradiționale cu proporții relativ mai mari de carbohidrați10. O astfel de „disbioză” indusă de dietă în comunitățile microbiene asociate intestinului a fost postulată ca un factor declanșator major al deficiențelor metabolice asociate cu obezitatea.12 O mare parte din literatura relevantă existentă pe oameni se bazează pe studii observaționale și relativ puține studii de intervenție dietetică pe termen scurt sugerează că efectul modificării dietei ar putea fi relativ modest.13-16 Nu sunt disponibile informații referitoare la tinerii sănătoși sau la populațiile a căror dietă este în tranziție de la cea consumată în mod tradițional la unul asociat cu un risc crescut de boală cardiometabolică.

Astfel, într-un studiu randomizat de 6 luni cu hrănire controlată în rândul adulților tineri sănătoși, am comparat o serie de atribute ale microbiotei intestinale și profilurilor metabolomice fecale, precum și markeri de inflamație pentru diete cu proporții diferite de grăsimi și carbohidrați.

Metode

Proiectarea studiului și populația

Acest studiu a investigat microbiota intestinală, răspunsul profilurilor metabolomice fecale și relația lor cu factorii de risc cardiometabolici la 217 adulți sănătoși care au furnizat probe fecale în studiul de distribuție optimă a macronutrienților dietetici din China. China și Universitatea Zhejiang din sudul Chinei și a fost aprobată de comitetele de etică. Fiecare participant a furnizat consimțământul scris în scris și nu a primit nicio compensație financiară sau cadouri. Procesul a fost înregistrat la ClinicalTrials.gov, numărul NCT02355795.

Studiați dietele și intervenția

Dosar suplimentar 1

Recoltarea probelor de sânge și evaluarea factorilor proinflamatori

Probele de sânge au fost colectate prin venopunctură după un post de 12 ore. Plasma și serul au fost centrifugate din probele de sânge și depozitate imediat la -80 ° C pentru analize suplimentare. Concentrațiile serice ale biomarkerilor clinici, incluzând profilurile lipidice, glucoza și insulina, au fost măsurate așa cum s-a descris anterior. α), prostaglandina E2 (PGE2), tromboxanul B2 (TXB2) și leucotriena B4 (LTB4), au fost măsurate folosind kituri ELISA (Cayman Chemical Co., Ann Arbor, Michigan, SUA și MultiSciences Biotech Co., Hangzhou, China). În plus, proteina C-reactivă cu sensibilitate ridicată (hs-CRP) a fost măsurată printr-o metodă de imunoanaliză turbidimetrică îmbunătățită cu latex. Toate măsurătorile au fost efectuate la sfârșitul studiului pentru a minimiza variabilitatea.

Secvențierea ARNr 16S și măsurarea metabolomicii fecale

Probele fecale au fost colectate la momentul inițial și la sfârșitul intervenției de 6 luni. Fiecare probă fecală a fost congelată rapid în azot lichid în câteva minute de la donare și apoi a fost menținută la -80 ° C. ADN-ul a fost extras din probe de scaun (200 mg) folosind QIAamp DNA Stool Mini Kit (Qiagen, Hilden, Germania) urmând instrucțiunile producătorului, cu pași suplimentari omogenizați într-un bătător de mărgele (FastPrep, Thermo Electron Co, Boston, Massachusetts, SUA). Regiunile hipervariabile V3-V4 ale bacteriei genei ARNr 16S au fost amplificate cu primeri indexați cu coduri de bare 338F (5’-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3 ’) și 806R (5’-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3’). Ampliconii purificați s-au reunit în concentrație echimolară și s-a efectuat o secvențiere suplimentară cu ajutorul unui instrument Illumina Miseq (Illumina, San Diego, California, SUA). Datele brute de secvențiere au fost depozitate în baza de date a Centrului Național pentru Biotehnologie Secvența de citire a arhivei cu numărul de acces PRJNA480547. Identificarea și măsurarea direcționate a metabolomicii fecale au fost efectuate pe baza unei metode validate.18 Detalii despre pregătirea și analiza datelor secvenței ARNr 16S, precum și măsurarea cantitativă a metabolomicii fecale sunt disponibile în materiale suplimentare online.

Analize statistice

Proiecția ortogonală către analiza latentă a structurii discriminante (OPLS-DA) cu scalarea varianței unitare a fost efectuată pentru a examina distribuția globală a metaboliților microbieni înainte și după intervenție în fiecare grup. Calitățile tuturor modelelor OPLS-DA au fost evaluate cu R 2 X (variația totală fiind explicată de model) și Q2 (denotând predictibilitatea modelului). Semnificația modelelor a fost validată în continuare prin analiza de varianță încrucișată (CV-ANOVA). Analiza univariată a fost, de asemenea, efectuată cu valori p ajustate pentru testarea multiplă prin abordarea Benjamini-Hochberg. Corelațiile dintre modificările metaboliților fecali și modificările abundenței relative a genului, precum și markerii proinflamatori au fost calculate prin testul de rang al lui Spearman sau testul de corelație Pearson, atunci când este cazul, în cohorta completă. Valorile P pentru corelațiile dintre modificările metabolitilor fecali și modificările abundenței relative ale genului au fost corectate pentru comparații multiple.

Au fost efectuate, de asemenea, analize pentru a examina diferența de profiluri metabolomice ale microbiotei intestinale și fecale între grupuri. PCoA pe baza distanței Bray-Curtis și PERMANOVA au fost efectuate pentru a compara compoziția globală a microbiotei între cele trei grupuri la nivelurile de filum, gen și OTU, la momentul inițial și, respectiv, după intervenție. OPLS-DA cu scalarea varianței unitare și CV-ANOVA au fost efectuate pentru a examina distribuția globală a metaboliților microbieni în cele trei grupuri la momentul inițial și după intervenție. Pentru bacteriile modificate semnificativ și metaboliții fecali după corecția FDR în fiecare grup, testul Wilcoxon a fost efectuat în continuare pentru a compara modificările valorilor dintre grupurile dietetice.

OPLS-DA și CV-ANOVA au fost efectuate cu software-ul SIMCA-P + versiunea 14.0, iar toate celelalte analize statistice au fost efectuate în versiunea R versiunea 3.4. Principalele pachete R utilizate au fost „maimuță” și „vegan” pentru analizele PCoA și PERMANOVA și „ade4” și „clusterSim” pentru analiza enterotipului.

Rezultate

Caracteristicile participanților la studiu

Caracteristicile inițiale ale participanților incluși în studiul microbiotei intestinale (n = 217)

Efectele intervențiilor dietetice asupra microbiotei intestinale

Bogăția comunitară microbiană indicată de estimatorii Ace și Chao1 nu a prezentat modificări semnificative între cele trei grupuri, în timp ce diversitatea comunității estimate de indicele Shannon a fost semnificativ crescută în grupul cu diete cu conținut scăzut de grăsimi în raport cu grupul cu diete cu conținut ridicat de grăsimi (p = 0,03 ) (figura 1A). Nu s-a observat nicio schimbare semnificativă la cele trei diete ale compoziției generale a microbiotei intestinale la nivelurile de filum, gen și OTU, după cum se indică prin analiza PERMANOVA (figura 1B-D). În mod similar, enterotipurile nu s-au modificat semnificativ în niciunul dintre cele trei grupuri (figura 2 și figura suplimentară online 3).

Modificări ale microbiotei intestinale globale după intervenție în fiecare grup. (A) α-Diversitate la nivel de gen estimată de Ace, Chao 1 și estimatorul Shannon. * p 2 teste.

Regruparea microbiotei intestinale în enterotipuri la nivel de gen folosind distanța Jensen-Shannon. (A) Două clustere există cel mai natural în setul de date prin metoda PAM. Axa x arată numărul clusterului, axa y arată indicele Calinski-Harabasz (CH). (B) Clusterizarea primelor două componente principale. (C) Abundența relativă a taxei bacteriene caracteristică fiecărui enterotip. Casetele reprezintă IQR, iar linia din interior reprezintă mediana. Mustățile indică cele mai mici și cele mai mari valori în 1,5 × IQR. (D) Proporții de enterotipuri în fiecare grup înainte și după intervenție. Nu s-au observat modificări semnificative statistic în fiecare grup înainte și după intervenție prin tests 2 teste.

Corelația dintre modificările metaboliților fecali și modificările abundenței genului. Harta termică arată coeficientul de corelație Spearman între modificările concentrațiilor de metabolit fecal și modificările abundenței relative a genurilor individuale. Intensitatea culorilor reprezintă gradul de asociere între modificările concentrației metaboliților fecali și modificările abundenței relative a genurilor individuale, măsurată prin corelațiile Spearman. Valorile P au fost corectate pentru mai multe teste folosind rata de descoperire falsă Benjamini-Hochberg. * p Vizualizați acest tabel:

  • Vizualizați în linie
  • Vizualizați fereastra pop-up

Efectele intervențiilor dietetice asupra markerilor proinflamatori ai plasmei (n = 217)

Discuţie

Credem că prezentul studiu randomizat, cu hrănire controlată, este primul studiu care a investigat efectul diferitelor proporții ale aportului de grăsimi dietetice asupra microbiotei intestinale, a profilurilor metabolomice fecale și a factorilor inflamatori ai plasmei la adulții tineri sănătoși, proveniți dintr-o populație a cărei dietă este în o stare de tranziție. Rezultatele studiului nostru sugerează că, deși cele trei diete nu au indus modificări majore ale compoziției globale a microbiotei intestinale, dieta cu conținut ridicat de grăsimi a avut în general efecte nefavorabile asupra mai multor biomarkeri importanți, în timp ce dieta cu conținut scăzut de grăsimi cu o distribuție a macronutrienților corespunzătoare celor consumat în China până acum aproximativ 30 de ani, părea să aibă efecte benefice.

Am constatat că Blautia și Faecalibacterium, genuri cunoscute pentru a conține bacterii producătoare de butirat, au fost crescute în grupul cu diete cu conținut scăzut de grăsimi. Blautia este un grup de bacterii care conțin diferiți producători de acetat și butirat și a raportat că prezintă o abundență relativă mai mică la pacienții cu T2D decât la controalele sănătoase.31 32 Faecalibacterium conține bacterii antiinflamatoare și funcționale importante.33 A fost asociată o abundență mai mare de F. prausnitzii. cu o reducere a inflamației sistematice de nivel scăzut la subiecții obezi care au primit intervenții chirurgicale bariatrice.34 Multe studii anterioare au raportat beneficiile fibrelor dietetice asupra microbiotei intestinale35. În studiul nostru, cantitatea de carbohidrați a fost cea mai mare în grupul cu diete cu conținut scăzut de grăsimi, în principal din orez alb și făină de grâu (pâine). S-a raportat că proporția de amidon rezistent este de 3% la orezul alb și de 2% la pâine.36 37 Având în vedere că aportul de fibre din dietă nu diferă între cele trei grupuri, este posibil ca efectele favorabile ale dietei cu conținut scăzut de grăsimi în studiul nostru s-ar putea datora cantității crescute de amidon rezistent care poate, la fel ca fibrele dietetice, să fie fermentate de microbiota intestinală, cu beneficii asociate pentru sănătate.

Analiza corelației ne-a permis identificarea mai multor genuri bacteriene noi potențial implicate în sănătatea metabolică a gazdei. Am observat asocieri negative ale abundenței Blautia cu concentrația serică de TC, LDL-C și non-HDL-C, în timp ce s-a observat opusul pentru Bacteroides, un gen pe care l-am găsit a fi crescut după un consum mai ridicat de grăsimi. Un studiu clinic anterior a raportat că pacienții cu T2D și hiperlipidemie au fost ameliorați de metformină și o formulă pe bază de plante cu abundență crescută de Bautia, care a fost corelată semnificativ cu îmbunătățirea glucozei și lipidelor circulante.52 De asemenea, în conformitate cu un studiu clinic în care Blautia a fost găsit a fi asociat negativ cu TC și non-HDL-C, am observat asocieri negative similare între profilele Blautia și lipidele din sânge. la homoeostaza lipidelor gazdă la adulții tineri sănătoși și, eventual, să fie o țintă viitoare pentru gestionarea subiecților cu boli cardiometabolice.

O limitare a acestui studiu a fost că eșantionarea fecală a fost efectuată numai la momentul inițial și la sfârșitul studiului. O imagine mai completă a modificărilor microbiotei intestinale ar fi fost posibilă prin prelevarea de probe mai frecvente. În plus, toate cele trei grupuri au pierdut în greutate și pierderea în greutate a diferit între grupuri după intervenția dietetică. Dacă scăderea în greutate a condus la modificări ale microbiotei intestinale și a metabolomicii fecale sau invers, trebuie studiat în continuare. O altă limitare se referă la generalizarea studiului nostru, deoarece subiecții noștri erau adulți tineri sănătoși, neobezi; rezultatele s-ar putea să nu se aplice persoanelor cu risc crescut de boli cardiometabolice. Punctele forte ale acestui studiu au inclus designul alimentării controlate, dimensiunea mare a eșantionului și perioada de intervenție relativ lungă. Spre deosebire de studiile anterioare, am aplicat profilarea ampliconului ARNr 16S și metabolomica bacteriană direcționată cantitativ, ceea ce ne-a permis să înțelegem atât răspunsul microbiotei intestinale, cât și metaboliții bacterieni pentru a obține mai multe informații despre interacțiunile metabolice gazdă - intestin microbiota ca răspuns la conținutul de grăsimi din dietă.

Concluzie

Pe scurt, comparativ cu o dietă cu conținut scăzut de grăsimi, consumul pe termen lung al unei diete cu conținut ridicat de grăsimi pare a fi nedorit din cauza modificărilor microbiotei intestinale, a profilurilor metabolomice fecale și a factorilor proinflamatori pentru adulții tineri sănătoși a căror dietă este în tranziție de la consumul tradițional un nivel mai scăzut de grăsimi, o dietă mai bogată în carbohidrați la una caracterizată printr-un conținut semnificativ mai mare de grăsimi. Aceste descoperiri ar putea avea relevanță și în țările dezvoltate în care aportul de grăsimi este deja ridicat.

Mulțumiri

Mulțumim tuturor participanților, anchetatorilor, personalului de la fața locului, personalului din bucătărie și tuturor membrilor Laboratorului Duo Li pentru participarea la discuții științifice despre manuscris.