Diæt-induceret arrangement af tarmmikrobiomet til forbedring af kardiometabolisk sundhed (DINAMIC)

Det anslås, at ca. 40-50% af den voksne befolkning på verdensplan vil være overvægtige/fedme (BMI > 25/30 kg/m2), hvor 10-20% af dem udvikler insulinresistens, hvilket resulterer i metabolisk syndrom og type-2 i 2050. diabetes (T2D). T2D forventes at blive den 7. hyppigste dødsårsag på verdensplan i 2030. Fedme og T2D er store risikofaktorer for udvikling af hjerte-kar-sygdomme CVD. På trods af nuværende tilgængelige terapeutiske strategier til at reducere kardiovaskulær risiko, kan mindre end en tredjedel af alle kardiovaskulære hændelser forebygges. Derfor er kardiovaskulære komplikationer forbundet med fedme og metabolisk syndrom/T2D store sundhedsproblemer i vestlige samfund, der repræsenterer en betydelig samfundsmæssig og økonomisk byrde (40 % af alle dødsfald i Europa og 196 mia. EUR/år), som ikke kan løses med den aktuelt tilgængelige behandling paradigmer. Baseret på det tætte forhold mellem CVD og diabetes mellitus, omtales disse to sygdomme sammen som kardiometaboliske sygdomme (CMD). Med hensyn til forebyggelsesstrategier er det afgørende at forstå molekylære mekanismer, der regulerer overgangsfaser fra fedme og T2D til CVD. Især skal miljøfaktorer (primært diæt og tarmmikroorganismer), der fremmer eller forsinker udviklingen af ​​kardiovaskulære komplikationer, identificeres for at foreslå nye forebyggende strategier til opretholdelse af kardiovaskulær sundhed. Nylige data viste, at fællesskaber af mikroorganismer i tarmen (tarmmikrobiota) har en væsentlig indflydelse på systemisk kardiometabolisk regulering, inflammatorisk aktivering og i sidste ende hjerte-kar-sygdomme. At definere diæt-mikrobiom-profiler, der bidrager til resistens mod CMD-udvikling, ville være et stort skridt fremad inden for ernæringsforebyggelse af sygdomme. Vestlige kostmønstre, karakteriseret ved højt forbrug af rødt og forarbejdet kød, raffineret korn og sukker og mejeriprodukter med højt fedtindhold, er blevet forbundet med en høj forekomst af CMD i vestlige lande. I modsætning hertil er middelhavsdiæten (Med-D) et ernæringsmæssigt anbefalet kostmønster karakteriseret ved et højt indtag af frugt, grøntsager, bælgfrugter, nødder, minimalt forarbejdede kornprodukter, moderat højt forbrug af fisk, lavt indtag af mættet fedt, kød og mejeriprodukter, regelmæssigt men moderat forbrug af alkohol og ekstra jomfru olivenolie som hovedfedt. Med-D er blevet anerkendt som en immateriel kulturarv af UNESCO (www.unesco.org/culture/ich/RL/00884) og viste sig at være gavnlig til behandling af fedme, T2D og CVD. Desuden viste data fra en italiensk observationsundersøgelse, der omfattede 153 forsøgspersoner med forskellige kostregimer (altædende, vegetarer, veganere), at personer med den højeste overholdelse af Med-D (klassificeret ifølge Sofi et al., 2010) var karakteriseret ved øgede niveauer af specifikke fibernedbrydende bakterier, øgede fæcesniveauer af kortkædede fedtsyrer og lavere urinkoncentrationer af den aterogene forbindelse TMAO. Samspillet mellem Med-D og mikrobielle populationer i tarmen forbliver dog uklart.

I denne ramme vil nærværende projekt fokusere på kostens indvirkning på opretholdelse af kardiometabolisk sundhed hos mennesker via modifikation af intestinale mikrobielle samfund. Specifikke formål med undersøgelsen er at etablere ny målrettet intervention til opretholdelse af kardiometabolisk sundhed og derved teste årsagssammenhængen mellem kost og tarmmikrobiomet; at studere tarmmiljøets funktionalitet via meta-omics tilgange, med henblik på harmonisering via standardiseringsindsats. Undersøgelsen vil omfatte etablering af en 2-måneders diætintervention med en isokalorisk middelhavsdiæt (Med-D). Kombineret med detaljeret værtsfænotyping og tarmmikrobiotaprofilering under og efter intervention, vil dette muliggøre vurdering af de kausale virkninger af kost og tarmmikrobiomet i populationer med høj risiko for CVD.

Forsøgspersoner i Med-D-gruppen vil blive tildelt en personlig diæt, der er tilberedt på basis af egne spisevaner, som fastlagt ved 7-d maddagbogsindkaldelser. Energiværdier og hele makronæringsstofsammensætningen af ​​sædvanlige diæter vil blive holdt uændret under Med-D intervention. Dog vil ændringer i sammensætningen af ​​kulhydrat (kostfibre vs. stivelse), kostfedt (mættede vs. mono/flerumættede fedtsyrer) og protein (vegetabilsk vs. animalsk) sammensætning blive anvendt. Kort fortalt vil Med-D blive forberedt, således at der opnås: 1) 2 % stigning i energi fra kostfibre, hovedsageligt ved at erstatte raffinerede hvedeprodukter med fuldkornshvedeprodukter og/eller med frugt/grøntsager; 2) en fordeling af energi fra fedt 1:3:1 (mættet: enkeltumættet: flerumættet), erstatning af animalsk fedt med vegetabilsk fedt og introduktion/øgning af jomfruolivenolieforbrug; 3) en fordeling af energi fra proteiner 1:4 (animalsk: vegetabilsk proteiner), der erstatter kød og/eller mejeriprodukter med bælgfrugter. Kontrolpersoner vil ikke ændre deres sædvanlige kost under intervention. Alle forsøgspersoner vil blive bedt om ikke at ændre fysisk aktivitetsniveau i løbet af den 8 ugers interventionsperiode. Overholdelse vil blive vurderet hver anden uge ved selvregistrerede 4-dages (3 arbejds- og 1 weekenddage) maddagbøger og af International Physical Activity Questionnaire (IPAQ). Ved baseline, efter 1 måned og efter 2 måneder fra start af protokollen, vil der blive taget blodprøver, og urin og fæces vil blive opsamlet fra fastende forsøgspersoner.

I en undergruppe af deltagere vil den postprandiale blodsukker- og lipidrespons blive evalueret efter et testmåltid, der ligner frokosten i Middelhavet eller kontroldiæten i henhold til den tildelte diæt. Testmåltider vil blive udført ved baseline og ved slutningen af ​​interventionen med prøver taget ved faste og i 4 timer efter måltidet til bestemmelse af glukose, insulin, lipider og SCFA.

Yderligere analyse af overholdelse vil blive udført baseret på metabolomik, hvilket muliggør diskrimination af animalsk/vegetabilsk protein, olivenolieindtag og øget indtag af fødevarer med phenoler. Metabolomer (velkendt for at afspejle både diæt og mikrobiel metabolisme) vil også blive sammenlignet mellem kategorier for at identificere beskyttende eller risikoprofiler ved brug af både bioinformatik og kemometriske tilgange. Metagenomer vil blive analyseret efter SOP'er brugt i skelsættende undersøgelser, der allerede er offentliggjort. Sammenligning af foruddefinerede grupper af individer vil tillade identifikation af mikrobielle gener, der har forskellige mængder i grupperne (f. tvillinger uenige for CMD). Yderligere vil gener være forbundet med kontinuerlige variabler af klinisk og ernæringsmæssig interesse (f. insulinfølsomhed, indtagelse af specifikke kostkomponenter) ved kovariansanalyse. Sammenkædede datasæt af fysiologiske outputdata, metagenomiske og metabolomprofiler fra interventionsundersøgelserne for at forudsige undergrupper af funktioner ved multivariat analyse (PLS-DA), der kan klassificere forsøgspersoner i henhold til deres relative overholdelse af en Med-D. Profilen vil blive brugt til at sondere mikrobiomet for specifikke ændringer som funktion af indgrebene.

Prøvestørrelsen, der er nødvendig for at påvise en effekt af Med-D på individuelle antioxidant- og inflammatoriske markører, er defineret på basis af en tidligere undersøgelse udført af UNINA, der viser, at 30 deltagere i hver behandlingsgruppe ville give tilstrækkelig kraft (a-fejl 0,05, 80 % kraft, 2-sidet test) for at påvise en 50 % ændring i urin- og fækal ferulinsyre og en 30 % ændring af fastende TNF. Derudover anslås det, at en stikprøvestørrelse på 28 deltagere ville være tilstrækkelig til at påvise en 10 % ændring i fastende totalkolesterol ved at bruge variation i overensstemmelse med andre undersøgelser. Antallet af deltagere øges til 40 pr. gruppe for at kompensere for frafald. Prøver (fæces, venøst ​​blod og ikke-forsuret 24-timers urin) vil blive indsamlet ved baseline, 4 og 8 uger efter start af diætintervention.