Præbiotika og diæt for at reducere "utæt" tarm hos første grads pårørende til patienter med Crohns sygdom

1. Baggrund:

   Crohns sygdom (CD) er en kronisk tarmbetændelse, der rammer cirka 130.000 canadiere. Dets forekomst og udbredelse er stigende på verdensplan. Sygdommens ætiologi er ukendt; dets patogenese menes dog at være medieret af kommensale tarmbakterier, påvirket af miljøfaktorer i en genetisk modtagelig vært. Det er veletableret, at modtagelighed for CD har en stærk genetisk komponent, hvor op til 12 % af patienterne har en familiehistorie med inflammatorisk tarmsygdom (IBD). Genom-wide association studies (GWAS) har identificeret mere end 230 enkeltnukleotidpolymorfier (SNP'er) forbundet med IBD. Imidlertid ser de risikoassocierede SNP'er ud til kun at stå for en del af den observerede IBD-arvelighed, da mange raske individer og slægtninge til Crohns-patienter, som bærer disse risikoalleler, aldrig udvikler sygdom.

   Tarmmikrobiomet, som også er impliceret i CD-patogenesen, har også en vis grad af arv. Op til en tredjedel af tarmbakterierne er arvelige, hvilket øger muligheden for, at specifikke værtsgenetiske varianter former den individuelle variabilitet i mikrobielle profiler. En undersøgelse med 582 raske individer fandt, at en høj genetisk risiko for IBD var forbundet med et fald i den relative mængde af den butyratproducerende Roseburia. Kost uafhængigt kan påvirke tarmmikrobiomet på kort og lang sigt. Populationsbaserede undersøgelser af IBD indikerer en stærk sammenhæng mellem højt diætindtag af totalt fedt, n-6 flerumættede fedtsyrer (PUFA'er) og kød med øget risiko for IBD, mens højt indtag af frugt og grøntsager mindsker denne risiko. Dyreforsøg har beskrevet de mekanismer, der ligger til grund for patogenesen af ​​fedtrige diæter i colitis, herunder nedsat Paneth-celleareal og mindre produktion af antimikrobielle peptider af Paneth-celler i tyndtarmen; reduceret antal bægerceller og mindre udskilt mucin af bægerceller i tyndtarmen; reducerede niveauer af tight junction-proteiner som occludin i ileum, yderligere illustreret ved øget tyndtarmspermeabilitet; øget IL-6-sekretion i colon; og endelig udvidet overflod af pathobionter, såsom Atopobium og Proteobacteria i afføring. Disse data tyder på, at en kost med højt fedtindhold (som et eksempel på vestlig kost) har signifikant effekt på tarmens immunitet og barrierefunktion sammen med induktion af dysbiose og patobiont-ekspansion, som endelig kan disponere for udvikling af inflammatorisk tarmsygdom.

   N-6 PUFA'er er blevet identificeret som en risikofaktor for IBD. Canadiere indtager i øjeblikket 5-10% diætenergi fra n-6 PUFA på grund af øget forbrug af vegetabilske olier anbefalet af Canadas Food Guide. I mellemtiden repræsenterer forbrug af n-3 PUFA'er (docosahexaensyre og eicosapentaensyre) med anti-inflammatoriske virkninger kun 0,15% diætenergi. Både n-6 og n-3 PUFA'er er forløbere for eicosanoider, der regulerer inflammation, men i polariserende midler. N-6 PUFA'er, fremmer produktionen af ​​pro-inflammatoriske serie 2 prostaglandiner (som prostaglandin E2, PGE2), thromboxaner og serie 4 leukotriener og forværrede også murin colitis i flere modeller. I modsætning hertil har n-3 PUFA'er antiinflammatoriske egenskaber, der fører til serie 3 PGE, serie 5 leukotriener og resolviner, som reducerer translokation af inflammatoriske mediatorer til skadestedet. Imidlertid har kliniske undersøgelser vist modstridende resultater om brugen af ​​fiskeolie som kilde til n-3 PUFA'er i IBD. Tidligere har det vist sig, at fiskeolie kan forårsage berigelse med tarmpathobionter og forværret dødelighed under infektiøs colitis hos mus, når det tilsættes til n-6 PUFA-rig kost, men ikke hvis det kombineres med andre fedtsyrer, hvilket afslører vigtigheden af ​​baggrundsdiæten. Derfor foreslås en diæt med reduceret n-6 PUFA men højere fiberindtag at være beskyttende ved IBD.

   Øget tyndtarmspermeabilitet eller såkaldt "utæt tarm" er blevet forbundet med mange kroniske tilstande som fedme, type 2-diabetes og IBD. Øget tarmpermeabilitet er også en af ​​de potentielle patogenetiske risikofaktorer for CD identificeret i op til 20 % af vores 10 års longitudinelle undersøgelsespopulation af raske førstegradsslægtninge (FDR) til Crohns sygdomspatienter. Desuden kan visse diæter såsom diæter med højt fedtindhold, højt glukose eller høj-fruktose også forårsage barrieredysfunktion og øge tarmgennemtrængeligheden, hvilket øger risikoen for at udvikle metabolisk endotoksæmi og kronisk tarmbetændelse. I modsætning hertil dæmper reduktion af tyndtarmspermeabilitet eksperimentel colitis. Disse resultater tyder på, at reduktion af tarmpermeabiliteten kan reducere risikofaktorerne, der fører til udvikling af CD i FDR hos CD-patienter.

   Undersøgelser udført med dyremodeller og raske frivillige beskrev reduktion af tarmpermeabilitet efter indtagelse af β-fruktaner. Præbiotika-effektiviteten i eksperimentel IBD afhænger dog også af baggrundsdiætsammensætningen. Vi har for nylig fundet, at β-fructans beskyttende effekt i HLA-B27 rotte colitis er moduleret af n-6 og n-3 PUFAs indtagelse. Disse data fremhæver, at præbiotika af β-fructan-typen er gavnlige, men tyder også på, at baggrundsdiætsammensætningen af ​​lipid kan modulere kliniske resultater. Da de fleste canadiere indtager en diæt med høj n-6 / lav n-3 PUFA'er, foreslår vi, at en kombination af fedtsyrer inklusive n-3 PUFA'er vil overmande n-6 PUFA's effekt på β-fructaner og (yderligere) forbedre den kliniske respons.

2. Studiehypotese og mål:

Baseret på β-fruktans effektivitet til at reducere tarmpermeabilitet og regulere tarmimmunitet vist i eksperimentelle modeller og kliniske undersøgelser med raske deltagere samt effekten af ​​kosten på tarmmikrobiom, colitis udvikling og præbiotikaaktivitet, antager vi, at β-fruktaner i kombination med høje n-3 PUFA'er/lave n-6 PUFA'er kan diæt (svarende til en middelhavsdiæt) reducere tyndtarmspermeabilitet og forhindre kronisk tarmbetændelse i FDR hos CD-patienter, forbundet med forbedret tarmmikrobiota-metabolisme.

For at opfylde denne hypotese foreslås følgende mål:

1. At vurdere om oral administration af β-fruktaner og kostændringer kan forbedre tyndtarmspermeabiliteten (målt ved urinudskilt lactulose og mannitol) i de FDR'er med unormal permeabilitet.
2. At vurdere hvilke beskyttelsesmekanismer der er forbundet med permeabilitetsændringerne såsom ændringer i cirkulerende zonulin, glucagon-lignende peptid 2 (GLP-2) og plasmaendotoksin, samt ændringer i tarmmikrobiotasammensætning og kortkædet fedtsyreproduktion.
3. Studere design:

Deltagerne (første grads slægtninge til CD-patienter; 40 i alt) vil blive randomiseret til at modtage enten β-fructaner (12 gram daglig dosis Prebiotin®, oligofructoseberiget inulin i forholdet 1:1, svarende til Orafti®Synergy1, leveret af Jackson GI Medicinsk), eller placebo (fordøjeligt maltodextrin, 5 gram daglig dosis, isokalorisk til 12 g/d Prebiotin®) samt diætintervention. For at kontrollere n-3 og n-6 PUFAs indtag vil deltagerne modtage ernæringsvejledning af en registreret diætist. Middelhavsdiætmønsteret (MDP) (også kaldet nedenfor "Low n-6 PUFA diæt") med øget n-3 PUFA, mættede fedtsyrer (SFA) og monoumættede fedtsyrer (MUFA) og reduceret n-6 PUFAs fødeindtag vil blive vedtaget som passende lav n-6 PUFA diæt. Deltagere, der ikke vil blive tildelt "Low n-6 PUFA-diæt", vil blive bedt om at følge Canadas Food Guide-anbefalinger ("Kontroldiæt"). Dette placebokontrollerede studie vil således involvere 2 interventionsgrupper med 20 deltagere i hver arm: 1) Prebiotin + "Low n-6 PUFA Diet"; 2) Placebo + kontroldiæt

Den intestinale permeabilitet vil blive evalueret ved hjælp af lactulose/mannitol-forholdet (i uge 0 og 6), samt serum/plasma-markører for intestinal permeabilitet, herunder zonulin, glucagon-lignende peptid 2 (GLP-2) og lipopolysaccharider (LPS) (uge 0) og 6). Vi vil også undersøge effekten af ​​præbiotiske produkter og diæt på fækal mikrobiotasammensætning og aktivitet (som fækale kortkædede fedtsyrer og galdesyrer) (uge 0 og 6). Der vil også blive lagt vægt på sikkerheden og tolerabiliteten af ​​disse præbiotika i FDR ved hjælp af spørgeskemaer relateret til bivirkninger/dyspepsi og gastrointestinale vaner (uge 0, 3 og 6).

Da kost også er en del af interventionsstudiet og menes at spille en rolle for tarmens permeabilitet og præbiotisk aktivitet, vil alle deltagere modtage kostvejledning og forventes at overholde den anbefalede diæt. Langsigtet kostindtag korrelerer med bakterietaxa hos individet, så det er vigtigt at kvantificere dette forud for diætinterventionen. Deltagerne vil udfylde online-versionen af ​​Canadian Diet History Questionnaire II (C-DHQ II), som er et spørgeskema til madfrekvens til at vurdere deres diæt før undersøgelsen (vanekost) i løbet af det seneste år. For at vurdere overholdelse af diæterne vil deltagerne gennemføre den canadiske tilpasning af den automatiske selvadministrerede 24-timers (ASA24-Canada-2016), som er en valideret 24-timers kosttilbagekaldelse. Forskningsdiætisten vil gennemgå tilbagekaldelser og give feedback til deltagerne baseret på resultater - for at understøtte ændringer af diæterne. Derudover vil deltagerne fuldføre Mediterranean Dietary Serving Score (MDSS). MDSS er et valideret instrument, der bruges til at måle MDP-overholdelse baseret på forbruget af madportioner og fødevaregrupper. ASA-24 og MDSS vil være afsluttet 0, 3 og 6 uger efter undersøgelsen.

Undersøgelsen vil vare 6 uger fra baseline, hvor deltagerne i undersøgelsen vil modtage præbiotikabehandling eller placebo (maltodextrin) foruden kostvejledning og intervention.

Oral indtagelse af oligofructoseberiget inulin i en rottemodel for colitis samt hos patienter med ulcerøs colitis (UC) var i stand til at øge fækale bifidobakterier og øge potentielt beskyttende butyratproducerende bakterier og deres butyratproduktion i tyktarmen og til at ændre cytokinproduktionen i tyktarmen. tyktarm for at favorisere en mere anti-inflammatorisk profil. I den nuværende foreslåede undersøgelse vil vi vurdere, om sådanne mikrobiotaændringer drevet af præbiotika og diæt også vil være forbundet med reduktion af tyndtarmspermeabilitet i den raske befolkning med risiko for CD-udvikling. Vi vil derfor måle tyndtarmspermeabiliteten ved starten og slutningen af ​​undersøgelsen, samt indsamle afføring, blod/serum og urinprøver under hele forsøget.

Øget tyndtarmspermeabilitet kan også være forårsaget af nogle almindeligt anvendte medikamenter såsom ikke-steroide antiinflammatoriske lægemidler (NSAID'er), herunder aspirin og ibuprofen. Stort set alle undersøgelser er enige om, at alle konventionelle NSAID'er øger intestinal permeabilitet hos mennesker inden for 24 timer efter indtagelse, og at dette er lige så tydeligt, når de tages på lang sigt. For at kontrollere for denne forvirrende faktor vil vi udelukke personer, der tager NSAID'er på daglig basis. Derudover vil vi anmode deltagerne om at stoppe med at tage NSAID'er 1 uge før screeningpermeabilitetstesten.