Дієтичне втручання, спрямоване на мікробіоти кишечника, для полегшення хронічного запалення, що лежить в основі метаболічного синдрому

Шуймінг Сяо

1 Державна ключова лабораторія мікробного обміну, Школа наук про життя та біотехнології, Шанхайський університет Цзяо Тонг, Шанхай, Китай

На Фей

Сяоян Панг

Цзянь Шень

2 Міністерство освіти Ключова лабораторія системної біомедицини, Шанхайський центр системної біомедицини, Шанхайський університет Цзяо Тонг, Шанхай, Китай

Лінхуа Ван

Баоранг Чжан

Менгуй Чжан

Сяоцзюнь Чжан

Ченхун Чжан

Мін Лі

Lifeng Sun

Чженшеншен Сюе

Цзинцзин Ван

Цзе Фен

Фейян Ян

Найсі Чжао

Цзяці Лю

Веньмін Лонг

Ліпін Чжао

Пов’язані дані

Дані S1. Матеріали і методи.

Рис. S1. Зміна процентного співвідношення початкової маси тіла (%) під час курсу втручання.

Рис. S2. Аналіз альфа-різноманітності мікробіоти кишечника.

Рис. S3. Цілі мікробні спільноти між зразками до та після дієтичного втручання.

Рис. S4. Цитотоксичність фекальних вод (A) когорти добровольців (n = 89); (B) 26 суб’єктів, які мали цитотоксичність фекальних вод до втручання (життєздатність клітин (4,0 М)

Анотація

Вступ

Швидко зростаюча поширеність ожиріння та пов'язаних з цим метаболічних розладів стало глобальною загрозою для здоров'я населення (Джеймс, 2008). Загальновизнано, що ожиріння є результатом позитивного довгострокового енергетичного дисбалансу з багатофакторною етіологією, що включає генетичні, метаболічні та екологічні фактори. Серед складних інтерактивних процесів головним значенням вважається режим харчування (Bulló et al., 2007). Індуковане дієтою ожиріння та метаболічні відхилення тісно пов'язані з хронічним, низькоякісним, системним запаленням як важливою патологічною рушійною силою (Wellen & Hotamisligil, 2005; Shoelson et al., 2007).

Недавні дані вказують на те, що зміна складу та/або активності мікробіоти кишечника, іншого генома, що модулює здоров'я людини, відіграє ключову роль у патогенезі ожиріння та пов'язаних з ним розладів (Musso et al., 2011; Zhao, 2013). Окрім самої дієти (Bulló et al., 2007), було продемонстровано, що ліпополісахарид, компонент клітинної стінки грамнегативних бактерій, що мешкають у кишечнику, викликає хронічне запалення при ожирінні, оскільки очищений ліпополісахарид викликає ожиріння та резистентність до інсуліну при введенні підшкірно. мишам, яких годували нормальним харчуванням (Cani et al., 2007). Нокаут гена рецептора CD14, корецептора TLR4, скасував здатність індукованого ліпополісахариду, що індукує ожиріння, вказуючи на те, що спровоковане ендотоксином запалення є критичною умовою для розвитку ожиріння та резистентності до інсуліну. Збільшення кількості бактерій, що продукують ендотоксини, і підвищене навантаження ендотоксинами також спостерігалося в різних когортах ожиріння в результаті епідеміологічних досліджень (Guerra et al., 2007; Lepper et al., 2007; Moreno-Navarrete et al., 2011).

Матеріали і методи

Жителі китайської провінції Хань (25–55 років) з Тайюаня (провінція Шаньсі, Китай) були набрані на суд, якщо їх ІМТ ≥ 28 кг м −2, лінія талії ≥ 80 см (для жінок) або 90 см (для чоловіків) і талія – Співвідношення чіпів ≥ 0,85 (для жінок) або 0,90 (для чоловіків). Суб'єкти були виключені з алкоголізмом, анамнезом або наявністю шлунково-кишкових патологій, хронічних патологій, таких як діабет (включаючи діабет 1 і 2 типу), нефропатії або цироз печінки, шлунково-кишкові хірургічні втручання, анамнез прийому антибіотиків, що тривав більше 3 днів у попередній 3 місяці, психічні розлади, дисфункція гіпофіза, рак, інфекційні захворювання, деформація, анемія або схуднення за допомогою хірургічного втручання або наркотиків за останні 3 місяці. Дослідження було схвалено Комітетом з етики Китайського реєстру клінічних випробувань (№ ChiECRCT-000011), і письмова інформована згода була отримана від кожного учасника до їх прийняття до протоколу.

Дієтичне втручання

Ми прийняли проект самоконтролю та розподілили всіх набраних добровольців до групи втручання (рис. (Рис. 1), 1), яка отримала дієтичне втручання, що складається з втручання (9 тижнів, фаза I) та періоду обслуговування (14 тижнів, фаза II). Під час І фази добровольцям призначали індивідуальне меню. Рекомендували три (для жінок) або чотири (для чоловіків) банки з кашкою як основну їжу на день. Запропонована доза формули №2 складала 40 г, відновлених теплою водою у два прийоми, прийнятих всередину, перед сніданком та вечерею. Один пакетик формули №3 брали з понад 800 мл води один раз на тиждень перед сніданком. Відповідною кількістю овочевих, фруктових та бобових продуктів можна вживати щодня відповідно до вказівок дієтолога, щоб забезпечити повноцінне харчування. Дієта містила 1000-1600 ккал, і добровольцям було дозволено вживати достатньо цієї дієти, щоб уникнути відчуття голоду. На фазі II формула № 1 не постачалася, і добровольці повинні були самостійно готувати основні дієти з їжею з високим вмістом клітковини та з низьким вмістом тваринних продуктів під керівництвом дієтолога. Споживання м’яса (або риби, або креветок) становило -1)]/22,5. HOMA2 використовували для визначення чутливості до інсуліну (% S) та функції β-клітин (% B), розрахованого за допомогою калькулятора HOMA2 версії 2.2 (Wallace et al., 2004).

LBP плазми визначали за допомогою набору ELISA (USCN Life Science and Technology Co., Ltd, Ухань, Китай). Аналіз має середню мінімальну виявлену дозу (MDD) 0,2 нг мл −1 та вимірюваний діапазон концентрацій 0,78–50 нг мл −1. TNF-α (MDD 0,106 пг мл −1; діапазон 0,5–32 pg мл −1), інтерлейкін-1β (IL-1β, MDD 0,057 пг мл −1; діапазон 0,125–8 пг мл −1), IL-6 ( MDD 0,039 пг мл −1; діапазон 0,156–10 пг мл −1) та адипонектин (MDD 0,246 нг мл −1; діапазон 3,9–250 нг мл −1; R&D Systems, Inc., Міннеаполіс, Міннесота) також вимірювали за допомогою ІФА. Коефіцієнти варіації внутрішньо-аналізу та взаємовипробування були spss Statistics 17.0 Software Package (SPSS Inc.). Відповідно до розподілу змінних, дані були виражені як медіана (міжквартильний діапазон) або середнє значення ± стандартне відхилення (SD)/стандартна похибка середнього значення (SEM). Тест значимості проводили з парним t-критерієм або непараметричним парним зразком тесту з підписом Wilcoxon зі знаком, і кореляції визначали за допомогою тестів Пірсона та часткової кореляції. Швидкість помилкових відкриттів (FDR) використовувалась для контролю ймовірності помилок типу I при багаторазовому порівнянні таксонів бактерій.

Результати

Всього було залучено 123 добровольці із ожирінням (жінки: чоловіки = 69: 54). До кінця фази I 101 доброволець залишався в дослідженні дієтичного втручання. Врешті-решт 93 добровольці завершили дослідження із рівнем утримання 75,6%. Біологічні зразки на початковому етапі, наприкінці фази I та завершенні випробування були зібрані у 89 добровольців (жінки: чоловіки = 57: 32), як показано на рис. Рис. 1. 1. Під час втручання або після 2-річного спостереження не було зареєстровано серйозних побічних реакцій.

Поліпшення клінічних показників

ІМТ, індекс маси тіла; FPG, глюкоза в плазмі натще; FPI, інсулін у плазмі натще; HOMA1-IR, оцінка моделі гомеостазу на інсулінорезистентність; HOMA2-% S, модель оцінки гомеостазу оцінка чутливості до інсуліну; HOMA2-% B, оцінка моделі гомеостазу функцією β-клітин; HbA1c, глікований гемоглобін; HDL-C, холестерин ліпопротеїдів високої щільності; LDL-C, холестерин ліпопротеїдів низької щільності; SBP, систолічний артеріальний тиск; DBP, діастолічний артеріальний тиск.

Результати були виражені як медіана (інтерквартильний діапазон) або середнє значення ± SD.

Значно відрізняється від базового рівня,

Таблиця 2

Зміна компонентів метаболічного синдрому під час втручання. Граничне значення відповідає визначенню метаболічного синдрому Міжнародної федерації діабету (IDF)

Кількість добровольців, що перевищують межу граничного значення МС IDF Базелін (-30 днів) Фаза I (9 тижнів) Фаза II (23 тиждень) Відключення MS MS IDF

ІМТ a (кг м −2; n = 75)	32,1 (31,1–35,0)	30,3 ** (29,0–32,7)	29,9 ** † (28,6–32,9)	> 30
FPG (мМ; n = 12)	6,03 ± 0,36	5,29 ± 0,63 **	5,66 ± 0,71	≥ 5,6
TG (мМ; n = 38)	2,49 (2,01–3,41)	1,83 ** (1,42–2,19)	1,80 ** (1,30–2,37)	> 1,7
HDL-C (мМ; n = 68)	0,99 ± 0,16	0,96 ± 0,21	1,06 ± 0,21 ** ††	-
Чоловік (n = 20)	0,86 ± 0,14	0,79 ± 0,15	0,94 ± 0,20 * †	*	1,10 ± 0,20 ††	** (125–137)	130 ** (126–140)	≥ 130
DBP (мм рт. Ст.; N = 54)	95 (90–101)	90 ** (82–100)	94 ** (84–100)	≥ 85

ІМТ, індекс маси тіла; FPG, глюкоза в плазмі натще; ТГ, тригліцериди; HDL-C, холестерин ліпопротеїдів високої щільності; SBP, систолічний артеріальний тиск; DBP, діастолічний артеріальний тиск.

Результати були виражені як медіана (інтерквартильний діапазон) або середнє значення ± SD.

Значно відрізняється від базового рівня,

Модуляція складу мікробіоти кишечника

Штрихкодовий 454 піросеквенування гена 16S рРНК гена V3 використовували для глибокої молекулярної інвентаризації мікробіоти кишечника із середнім значенням 3150 ± 937 зчитувань на зразок. Всього було отримано 156 867 унікальних послідовностей, що використовуються, і 3664 OTU були розмежовані при 96% відсіченні гомології. Послідовності доступні в архіві зчитування послідовностей NCBI під номерами приєднання SAMN02143695 – SAMN02143977. Альфа-різноманітність зменшилася наприкінці фази II після дієтичного втручання (рис. S2). Цілі мікробні спільноти між зразками порівнювали за допомогою зваженого (рис. S3A) та незваженого аналізу UniFrac (рис. S3B). manova показала, що мікробіота кишечника суттєво змінилася після дієтичного втручання [рис. S3C (зважений) і D (незважений)]. Міжіндивідуальна мінливість відстані UniFrac була набагато більшою, ніж внутрішньо-індивідуальна варіація між кожною точкою часу [рис. S3E (зважений) та F (незважений)].