Konverteringen af ​​ENcapsulated GlucorAphanin, gut Microbiota Phylogeny and gEnotype Study (ENGAGE) (ENGAGE)

Glucosinolater (GSL'er) er ikke-flygtige svovlholdige fytokemikalier (sekundære metabolitter), der findes i plantevæv fra korsblomstrede afgrøder, såsom broccoli, kål og brøndkarse. Glucosinolater akkumuleres i disse fødevarer, hvor glucoraphanin er det fremherskende glucosinolat, der findes i broccoli. Når væv forstyrres, omdannes glucosinolaterne til isothiocyanater (ITC'er) af enzymet myrosinase. Sulforaphane er den overvejende ITC opnået ved enzymatisk hydrolyse fra glucoraphanin. Når grøntsager koges meget grundigt, denatureres myrosinase-enzymet, hvilket resulterer i, at GSL'er passerer gennem mave-tarmkanalen (GI) ind i tyktarmen.

ITC'erne har i dyreforsøg vist sig at udøve forskellige biologiske virkninger, såsom antioxidantvirkninger; anti-inflammatoriske egenskaber; hæmning af blodpladeaggregation; reduktion af systolisk blodtryk og reduktion af kolesterolniveauer; som alle mindsker risikoen for at udvikle hjerte-kar-sygdomme. Sulforaphane er blevet forbundet med sundhedsmæssige fordele hos mennesker, såsom cancer kemoforebyggelse og hjælper med at opretholde et sundt hjerte.

Når kogte korsblomstrede grøntsager, hvor myrosinase-enzymet er blevet inaktiveret, indtages, producerer noget af mikrofloraen i tyktarmen et myrosinase-lignende enzym, der også kan omdanne glucosinolater til ITC'er. Denne proces med tarmmikrobiotakonvertering af glucoraphanin til ITC afskaffes af enteriske antibiotika og tarmrensning. Der har været adskillige in vitro undersøgelser udført med både rene og blandede kulturer af bakterier, der bekræfter evnen hos bakteriestammer, der findes i den menneskelige tarm, og som har evnen til at metabolisere GSL'er i kultur. Det har vist sig, at omfanget af konvertering af GSL'er til ITC'er af human tarmmikrobiota varierer meget mellem individer, men konverteringsraten fra gentagne bestemmelser inden for individer er meget mere konsekvente. En nylig undersøgelse forsøgte at korrelere omdannelsen af ​​glucosinolat ex vivo af humane tarmbakterier til in vivo data for glucosinolat metabolisme fra et lille antal individer, men der blev ikke etableret nogen specifik forbindelse til individuelle bakterielle specialiteter.

Vores undersøgelse er en human diætintervention, hvor deltagerne vil indtage en kapsel indeholdende 100mg renset glucoraphanin fra broccoli. Niveauerne af glucoraphanin leveret af kapslen svarer til en til to portioner broccoli. Da dette er oprenset glucoraphanin, er der intet myrosinase-enzym til stede. Al omdannelse af glucoraphanin, indeholdt i kapslen, til ITC vil derfor ske af enzymer, der findes i tarmmikrobiotaen.

Evnen af ​​glucoraphanin i kapslen til at blive metaboliseret til ITC'er af tarmmikrofloraen er ukendt og vil blive vurderet ved at måle ITC'er udskilt i urinen. Kort fortalt vil hver deltager i undersøgelsen blive bedt om at afholde sig fra madvarer indeholdende glucosinolat og ITC i tre dage før diætintervention og i yderligere 24 timer under interventionen. De vil blive bedt om at faste natten over før undersøgelsesdagsinterventionen og om morgenen efter fasten tage en urinprøve. Dette vil reelt udgøre en negativ kontrolprøve og blive brugt som et mål for overholdelse af diætrestriktionen. Deltageren vil derefter få udleveret glucoraphanin-kapslen sammen med deres morgenmad. Kostrestriktionen vil fortsætte i yderligere 24 timer, i hvilket tidsrum deltageren vil indsamle al den urin, de producerer. ITC'erne vil blive kvantificeret i urin ved HP-LC og LC-MS ved hjælp af validerede analytiske metoder. Når 24-timers urinopsamlingen er afsluttet, ophører diætrestriktionen.

Det er vist i humane diætinterventionsundersøgelser, at omfanget af omdannelse af glucosinolater varierer meget. For at vurdere mulige årsagsfaktorer for variation i hastigheden af ​​glucoraphaninmetabolisme vil hver deltager give en fækal prøve, hvorfra deres fækale tarmmikrobiota-fylogeni vil blive analyseret. En detaljeret beskrivelse af, hvordan prøven skal indsamles sammen med alt nødvendigt udstyr vil blive givet. Fækale prøver vil blive returneret til undersøgelsesforskeren inden for to timer efter produktionen for at opretholde fækale bakteriers levedygtighed.

For et lille antal deltagere vil der blive anmodet om en anden afføringsprøve (maks. 3 deltagere). Målet er at vælge en lav, en medium og en høj ITC udskiller. Ideelt set vil de lave og høje udskillere være inden for den laveste og højeste 5 % udskillelse af ITC, og den tredje deltager vil være så tæt på den gennemsnitlige ITC udskillelse som muligt. Målet er at dyrke den fæces mikrobiota over tid med gentagen dosering af glucoraphanin for at selektere for mikrobiota, der er i stand til at metabolisere glucoraphanin. Det er kendt, at det vigtigste hydrolyseprodukt af glucoraphanin, sulforaphane, har en række fordele for menneskers sundhed, men der er ingen kendt klinisk relevans for at være en høj, medium eller lav udskiller af ITC.

Adskillige epidemiologiske og interventionsundersøgelser tyder på, at de sundhedsmæssige fordele og den fysiologiske respons på korsblomstrede grøntsager kan være medieret af en persons GSTM1-genotype (glutathion-S-transferaser (GST) genfamilie). Når ITC'er absorberes i kroppen, konjugerer de med glutathion og metaboliseres derefter gennem mercapturinsyre-vejen. Konjugering sker spontant på grund af den relativt høje koncentration af glutathion i celler sammenlignet med ITC-koncentrationen. Men da ikke-konjugerede ITC'er forekommer i plasmaet, skal der på et tidspunkt være dissociation af ITC-thiol-konjugatet. Det menes, at dette kan katalyseres af GSTM1-enzymet. Cirka 50 % af befolkningen har en homolog deletion af GSTM1-genet, hvilket resulterer i en nul-genotype, og 20 % har en deletion af GSTT1-genet. Der er nogle undersøgelser, herunder en af ​​vores egne, der tyder på, at GSTM1-genotypen kan påvirke ITC-udskillelseshastigheden i urinen, men som ikke har antydet, at GSTM1-genotypen påvirker den maksimale plasma-ITC-koncentration.

Upublicerede resultater fra en tidligere intervention, kost- og karsundhedsundersøgelsen; Clinical Trials.gov: NCT01114399 har tilføjet troværdighed til ideen om, at GSTM1 nuller metaboliserer sulforaphane på en anden måde end dem med en funktionel GSTM1-allel. Sammen med GST-genfamilien og deres tilknytning til korsblomstrede grøntsager kan der være andre gener af interesse, som kan være i stand til at bestemme omfanget af glucoraphanin-omdannelse til sulforaphane. Arbejdet med vores tidligere intervention, kost- og karsundhedsstudiet, har forsøgt at undersøge mulige kandidatgener. Med en væsentlig ændring, der søger at tage en mere global tilgang til at identificere kandidatgener af interesse ved at udføre en Affymetrix SNP-analyse på prøver fra deltagere, der havde været på en diæt med højt glucoraphanin.

Derfor vil GSTM1-genotypen og andre, endnu uidentificerede kandidatgener for hver deltager, blive bestemt for at vurdere, om genotypen påvirker hastigheden af ​​ITC-udskillelse i urin, enten alene eller i kombination med deres fylogene profil. En 5 ml blodprøve vil blive taget fra hver deltager og DNA'et ekstraheret, PCR vil derefter blive brugt til at teste om genet er til stede eller ej.