Prebiotika (Sušené švestky) a imunitní funkce u postmenopauzálních žen

Každý rok v USA dosáhne přibližně 2 miliony žen (~6 000 žen denně) kritického stadia ženského reprodukčního stárnutí známého jako menopauza. Menopauza je charakterizována trvalým ukončením menstruace a ztrátou ovariální folikulární aktivity způsobenou poklesem 17β-estradiolu (tj. nedostatkem estrogenu). U amerických žen je medián věku při menopauze 51 let [1]. Na základě současné délky života 80,5 let mohou ženy v této zemi očekávat, že stráví až jednu třetinu svého života v této postmenopauzální fázi.

Dopad snižujícího se 17β-estradiolu na funkci imunitních buněk, zejména některých populací T buněk, se stal předmětem mnoha výzkumů v oblasti zdraví žen. Obecně se přijímá, že po menopauze vykazují ženy výrazné zvýšení rizika chronických onemocnění, včetně gynekologických a prsních karcinomů, autoimunitních onemocnění, kardiovaskulárních chorob a osteoporózy. Pokud jde o zdraví kostí, na které se zaměřuje práce naší laboratoře, jsou postmenopauzální ženy 4krát náchylnější ke zlomeninám ve srovnání s premenopauzálními ženami (věk 20-50 let). Navíc 1 ze 3 žen nad 50 let zažije osteoporotickou zlomeninu. Pokles 17β-estradiolu, který nastává s menopauzou, je doprovázen imunologickými změnami v efektorových T buňkách s klastrem diferenciace (CD)4+, nejvýrazněji nárůstem T pomocných buněk exprimujících prozánětlivý cytokin interleukin (IL)-17 (tj. Th17 buněk) v poměru k imunosupresivním T regulačním (Treg) buňkám. Th17 buňky jsou vysoce účinnými promotory osteoklastogeneze a urychlují kostní resorpci, která se vyskytuje při nedostatku estrogenu. Naopak, osteoprotektivní role Treg buněk, u kterých bylo hlášeno, že s menopauzou buď klesají, nebo zůstávají nezměněny, je u lidí mimo jejich protizánětlivé vlastnosti méně jasná. Následně je to právě nárůst Th17 buněk, který je hlavním determinantem změněného poměru Treg/Th17, o kterém se uvádí, že reaguje na pokles estrogenu a hraje ústřední roli v patofyziologii postmenopauzální osteoporózy.

Nedávné důkazy odhalily, že střevní mikrobiom je kritickým regulátorem této osteoimunologické (tj. T buněčné) odpovědi; čímž se stanoví osa střevo-kost jako životaschopný cíl k prevenci ztráty kostní hmoty indukované nedostatkem estrogenu. Klinické studie ukázaly, že využívání probiotik a prebiotik k alteraci střevního mikrobiomu má příznivé účinky na metabolismus kostí a minerálů. V animálních modelech postmenopauzální osteoporózy probiotika a prebiotika zvyšují střevem derivované metabolity (např. mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA)), programují více tolerogenní nebo protizánětlivé imunitní odpovědi, zatímco zabraňují ztrátě kostní hmoty. Rozsáhlá práce naší laboratoře na sušených švestkách a jejich jedinečné schopnosti nejen předcházet, ale také zvrátit ztrátu kostní hmoty v animálních modelech odhalila, že zlepšují funkci T buněk ex vivo a jak jejich polyfenolové, tak sacharidové složky přispívají k jejich prebiotické aktivitě. Tato zjištění v kombinaci se silnými důkazy ze tří nezávislých klinických studií podporujících schopnost sušených švestek předcházet postmenopauzální ztrátě kostní hmoty [1-3] z nich činí vynikajícího prebiotického kandidáta k otestování, zda se tyto střevně zprostředkované změny imunitní funkce pozorované v animálních modelech přenášejí na lidské subjekty.

Kromě změn souvisejících s věkem v estrogenu mohou další faktory ovlivňující biologii T buněk u postmenopauzálních žen (např. stav vitaminu D) dále zhoršovat jejich riziko osteoporózy. Mezi americkými ženami ve věku 51-70 let je 28 % s nedostatečným a 10 % s deficitním stavem vitaminu D podle směrnic Institute of Medicine. Ačkoli je vitamin D známý svou rolí v kostním zdraví, stále se objevují důkazy o jeho důležitých mimokostních funkcích. 1,25-(OH)2D3 současně inhibuje prozánětlivé Th17 buňky a zvyšuje počet a funkci protizánětlivých Treg buněk. Navíc byl vliv vitaminu D na imunitní funkci nedávno spojen, byť nepřímo, se střevním mikrobiomem. Proto mohou postmenopauzální ženy s narušeným stavem vitaminu D čelit ještě většímu riziku T buněčně zprostředkovaných patologií (např. autoimunitních onemocnění a osteoporózy), což dále zdůrazňuje důležitost zaměření na střevní mikrobiom.

Cílem této studie je pochopit, jak doplňování stravy sušenými švestkami, potravinou s prebiotickou aktivitou, ovlivňuje efektorové T buňky (tj. Th17 a Treg) a jejich funkci; a prozkoumat, zda stav vitaminu D hostitele tuto odpověď mění. Základní otázky, které budou řešeny, jsou: 1) zda doplňování stravy sušenými švestkami ovlivňuje imunitní funkci (tj. efektorové T buňky); 2) zda se zjištění našich preklinických studií demonstrujících, že střevní mikrobiom je cílem pro potlačení změn T buněk spojených s nedostatkem estrogenu, přenášejí na postmenopauzální ženy; a 3) zda stav vitaminu D hostitele ovlivňuje odpověď na toto prebiotikum.

K dosažení tohoto cíle budeme rekrutovat zdravé postmenopauzální ženy ve věku 60-75 let, aby se účastnily randomizované kontrolované studie s křížovým designem se sušenými švestkami a bez nich. Plánujeme zařadit n=30 žen. Způsobilí dobrovolníci dokončí 5 studijních návštěv v Clinical Research Center v IU Health University Hospital. Při Návštěvě 1 podstoupí dobrovolníci screening, aby se zajistilo, že jsou způsobilí k účasti, a po podání informovaného souhlasu jim budou provedena antropometrická měření, základní sken kostní denzity a hodnocení fyzické funkce. Před Návštěvou 2 a všemi následujícími návštěvami budou účastníci sbírat vzorky stolice a zapisovat svůj 3denní záznam stravy do Automatizovaného samo-administrovaného 24hodinového dotazníku (ASA24).

Hlavní studijní návštěvy (Návštěvy 2-5) jsou rozděleny do dvou větví (každá trvající 4 týdny s 1týdenním úvodním obdobím) a obdobím vyplachování (2-4 týdny). Při Návštěvě 2 budou účastníci náhodně přiřazeni k Větvi A (s intervencí sušených švestek) nebo Větvi B (bez intervence sušených švestek) pomocí počítačem generovaného seznamu náhodných čísel. Když jsou účastníci ve Větvi A, budou jim poskytnuty pokyny k úvodnímu protokolu a zařazení sušených švestek do stravy (50 g/den nebo 5-6 sušených švestek denně). Účastníci budou zaznamenávat množství a denní dobu konzumace sušených švestek a vracet jakékoli zbývající produkty. Studijní personál poskytne sušené švestky v svačinových balíčcích bezplatně. Poznámka: svačinové balíčky poskytuje California Prune Board. Při Návštěvě 3 účastníci dokončí sběr dat a vzorků popsaný pro Návštěvu 2 a poté začne období vyplachování. Návštěva 4 bude naplánována po období vyplachování a stejné postupy popsané v Návštěvě 3 budou opakovány s přechodem na druhou větev. Při Návštěvě 5 (závěrečné návštěvě) účastníci dokončí sběr dat a vzorků.

Při Návštěvách 2-5 účastníci také vyplní dotazníky o fyzické aktivitě a sluneční expozici. Poskytnou vzorek krve a informují studijní personál o jakýchkoli změnách ve svém zdravotním stavu. Během obou větví studie budou účastníci denně hodnotit své vyprazdňovací návyky.