Præbiotika (Tørret Blomme) og immunfunktion hos postmenopausale kvinder

Hvert år i USA når anslået 2 millioner kvinder (~6.000 kvinder hver dag) det kritiske stadie af den kvindelige reproduktive aldring kendt som menopause. Menopause er karakteriseret ved den permanente ophør af menstruation og tabet af ovarial follikulær aktivitet forårsaget af nedgangen i 17β-estradiol (dvs. østrogenmangel). Blandt amerikanske kvinder er medianalderen for menopause 51 år [1]. Baseret på en nuværende forventet levetid på 80,5 år, kan kvinder i dette land forvente at tilbringe op til en tredjedel af deres levetid i dette postmenopausale stadie.

Virkningen af faldende 17β-estradiol på immuncellefunktion, især nogle T-cellepopulationer, er blevet fokus for meget kvinders sundhedsforskning. Det er almindeligt accepteret, at efter menopause udviser kvinder en signifikant stigning i deres risiko for kroniske sygdomme, herunder gynækologiske og brystkræft, autoimmune sygdomme, hjerte-kar-sygdomme og osteoporose. I forhold til knoglesundhed, som er fokus for vores laboratoriums arbejde, er postmenopausale kvinder 4 gange mere tilbøjelige til knoglebrud sammenlignet med præmenopausale kvinder (alder 20-50 år). Desuden vil 1 ud af 3 kvinder over 50 år opleve et osteoporotisk knoglebrud. Nedgangen i 17β-estradiol, der forekommer med menopause, er ledsaget af immunologiske ændringer i cluster of differentiation (CD)4+ effektor T-celler, mest bemærkelsesværdigt en stigning i T-helper-celler, der udtrykker den proinflammatoriske cytokin, interleukin (IL)-17 (dvs. Th17-celler) i forhold til de immundæmpende, T-regulatoriske (Treg) celler. Th17-celler er højt potentielle promotorer af osteoklastogenese og fremskynder den knogleresorption, der forekommer ved østrogenmangel. Derimod er den osteoprotektive rolle af Tregs, som rapporteres enten at falde eller forblive uændrede med menopause, mindre klar hos mennesker ud over deres antiinflammatoriske egenskaber. Følgelig er det stigningen i Th17-celler, der er den største determinant for den ændrede Treg/Th17-ratio, der rapporteres som reaktion på faldende østrogen og har en central rolle i patofysiologien af postmenopausal osteoporose.

Nylig evidens har afsløret, at tarmmikrobiotaen er en kritisk regulator af denne osteoimmunologiske (dvs. T-celle) respons; derved etablerer tarm-knogle-aksen som et levedygtigt mål for at forebygge østrogenmangel-induceret knogletab. Kliniske undersøgelser har vist, at anvendelse af probiotika og prebiotika til at ændre tarmmikrobiotaen har gavnlige effekter på knogle- og mineralstofskifte. I dyremodeller af postmenopausal osteoporose øger probiotika og prebiotika tarmafledte metabolitter (f.eks. kortkædede fedtsyrer (SCFA)), programmerer mere tolerogene eller antiinflammatoriske immunresponser, samtidig med at de forebygger knogletab. Vores laboratoriums omfattende arbejde med tørrede blommer og deres unikke evne til ikke kun at forebygge, men også vende knogletab i dyremodeller, har afsløret, at det forbedrer T-cellefunktion ex vivo og både dets polyfenoliske og kulhydratkomponenter bidrager til dets prebiotiske aktivitet. Disse fund kombineret med stærk evidens fra tre separate kliniske forsøg understøtter evnen af tørrede blommer til at forebygge postmenopausal knogletab [1-3] gør det til en fremragende prebiotisk kandidat til at teste, om disse tarmmedierede ændringer i immunfunktion observeret i dyremodeller oversættes til menneskelige forsøgspersoner.

Ud over aldersrelaterede ændringer i østrogen, kunne andre faktorer, der påvirker T-cellebiologien hos postmenopausale kvinder (f.eks. D-vitaminstatus), yderligere forværre deres osteoporoserisiko. Blandt amerikanske kvinder i alderen 51-70 år er 28% D-vitaminutilstrækkelige og 10% er D-vitaminmanglende ifølge Institute of Medicine retningslinjer. Selvom D-vitamin er kendt for sin rolle i skelethelbred, fortsætter evidens for dets vigtige ekstraskeletale funktioner med at dukke op. 1,25-(OH)2D3 hæmmer samtidigt den proinflammatoriske Th17-celle og øger den antiinflammatoriske Treg-celle, antal og funktion. Desuden er D-vitamins indflydelse på immunfunktion for nylig blevet forbundet, omend indirekte, til tarmmikrobiotaen. Således kan postmenopausale kvinder, der har kompromitteret D-vitaminstatus, stå overfor endnu større risiko for T-celle-medierede patologier (f.eks. autoimmune sygdomme & osteoporose), hvilket yderligere fremhæver vigtigheden af at målrette tarmmikrobiotaen.

Formålet med denne undersøgelse er at forstå, hvordan kosttilskud med tørrede blommer, en fødevare med prebiotisk aktivitet, påvirker T-effektor-celler (dvs. Th17 & Treg) og deres funktion; og at undersøge, om værtens D-vitaminstatus ændrer denne respons. De grundlæggende spørgsmål, der skal besvares, er: 1) om supplementering af kosten med tørrede blommer påvirker immunfunktion (dvs. T-effektor-celler); 2) om resultaterne fra vores prækliniske studier, der demonstrerer, at tarmmikrobiotaen er et mål for at modvirke T-celleændringer forbundet med østrogenmangel, oversættes til postmenopausale kvinder; og 3) om værtens D-vitaminstatus påvirker responsen på dette prebiotikum.

For at opnå dette vil vi rekruttere sunde postmenopausale kvinder, alder 60-75 år, til at deltage i et randomiseret crossover kontrolforsøg med og uden tørrede blommer. Vi planlægger at inddrage n=30 kvinder. Kvalificerede frivillige vil gennemføre 5 studiebesøg på Clinical Research Center ved IU Health University Hospital. Ved besøg 1 vil frivillige gennemgå screening for at sikre, at de er berettigede til at deltage, og efter at have givet informeret samtykke, vil de have antropometri, en baseline knoglemineraltæthedsskanning og fysiske funktionsvurderinger. Før besøg 2, og alle efterfølgende besøg, vil deltagerne indsamle afføringsprøver og indtaste deres 3-dages kostregistrering i Automated Self-administered 24-hour (ASA24).

De primære studiebesøg (besøg 2-5) er opdelt i to arme (hver 4 uger i varighed med 1 uges run-in) og en washout-periode (2-4 uger). Ved besøg 2 vil deltagerne derefter blive tilfældigt tildelt arm A (med tørret blomme intervention) eller arm B (uden tørret blomme intervention) ved hjælp af en computer-genereret liste over tilfældige tal. Når deltagerne er på arm A, vil der blive givet instruktioner om run-in protokollen og inkorporering af tørrede blommer i kosten (50 g/dag eller 5-6 tørrede blommer per dag). Deltagerne vil registrere mængden og tidspunktet på dagen, hvor de tørrede blommer indtages, og returnere eventuel resterende produkt. Studiepersonale vil levere de tørrede blommer i snackpakker uden omkostninger. Bemærk at snackpakkerne leveres af California Prune Board. Ved besøg 3 vil deltagerne gennemføre dataindsamling og prøveindsamling som beskrevet for besøg 2 og derefter starte washout-perioden. Besøg 4 vil blive planlagt efter washout-perioden og de samme procedurer beskrevet i besøg 3 vil blive gentaget med crossover til den anden arm. Ved besøg 5 (sidste besøg) vil deltagerne gennemføre dataindsamling og prøveindsamling.

Ved besøg 2-5 vil deltagerne også udfylde spørgeskemaer om fysisk aktivitet og soleksponering. De vil give en blodprøve og opdatere studiepersonale om eventuelle ændringer i deres sundhedsstatus. Gennem begge arme af studiet vil deltagerne vurdere deres tarmvaner på daglig basis.