Präbiotika und Ernährung zur Reduzierung von „Leaky Gut“ bei Verwandten ersten Grades von Morbus-Crohn-Patienten

1. Hintergrund:

   Morbus Crohn (CD) ist eine chronische Darmentzündung, von der etwa 130.000 Kanadier betroffen sind. Ihre Inzidenz und Prävalenz nimmt weltweit zu. Die Ätiologie der Krankheit ist unbekannt; Es wird jedoch angenommen, dass seine Pathogenese durch kommensale Darmbakterien vermittelt wird, die von Umweltfaktoren in einem genetisch anfälligen Wirt beeinflusst werden. Es ist allgemein bekannt, dass die Anfälligkeit für Zöliakie eine starke genetische Komponente hat, wobei bis zu 12 % der Patienten eine familiäre Vorgeschichte von entzündlichen Darmerkrankungen (IBD) aufweisen. Genomweite Assoziationsstudien (GWAS) haben mehr als 230 Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) identifiziert, die mit IBD assoziiert sind. Die risikoassoziierten SNPs scheinen jedoch nur für einen Teil der beobachteten IBD-Erblichkeit verantwortlich zu sein, da viele gesunde Personen und Verwandte von Morbus-Crohn-Patienten, die diese Risikoallele tragen, niemals eine Krankheit entwickeln.

   Auch das Darmmikrobiom, das ebenfalls an der CD-Pathogenese beteiligt ist, hat einen gewissen Grad an Vererbung. Bis zu einem Drittel der Darmbakterien sind vererbbar, was die Möglichkeit erhöht, dass spezifische genetische Varianten des Wirts die individuelle Variabilität der mikrobiellen Profile prägen. Eine Studie mit 582 gesunden Personen ergab, dass ein hohes genetisches Risiko für CED mit einer Abnahme der relativen Häufigkeit der Butyrat-produzierenden Roseburia verbunden war. Die Ernährung kann das Darmmikrobiom kurz- und langfristig beeinflussen. Populationsbasierte Studien zu CED weisen auf einen starken Zusammenhang zwischen einer hohen Nahrungsaufnahme von Gesamtfetten, mehrfach ungesättigten n-6-Fettsäuren (PUFAs) und Fleisch mit einem erhöhten CED-Risiko hin, während eine hohe Aufnahme von Obst und Gemüse dieses Risiko verringert. Tierstudien haben die Mechanismen beschrieben, die der Pathogenese von fettreicher Ernährung bei Colitis zugrunde liegen, einschließlich einer verringerten Paneth-Zellfläche und einer geringeren Produktion von antimikrobiellen Peptiden durch Paneth-Zellen im Dünndarm; reduzierte Anzahl von Becherzellen und weniger sezerniertes Mucin durch Becherzellen im Dünndarm; reduzierte Konzentrationen von Tight-Junction-Proteinen wie Occludin im Ileum, weiter veranschaulicht durch erhöhte Dünndarmpermeabilität; erhöhte IL-6-Sekretion im Dickdarm; und schließlich eine erhöhte Fülle von Pathobionten wie Atopobium und Proteobacteria im Stuhl. Diese Daten deuten darauf hin, dass eine fettreiche Ernährung (als Beispiel für eine westliche Ernährung) eine signifikante Wirkung auf die intestinale Immunität und Barrierefunktion hat, zusammen mit der Induktion von Dysbiose und Pathobiontenexpansion, die schließlich für die Entwicklung einer entzündlichen Darmerkrankung prädisponieren können.

   N-6-PUFAs wurden als Risikofaktor für CED identifiziert. Kanadier verbrauchen derzeit 5-10 % Nahrungsenergie aus n-6 PUFA, aufgrund des erhöhten Verzehrs von Pflanzenölen, die von Canada's Food Guide empfohlen werden. Der Verbrauch von n-3-PUFAs (Docosahexaensäure und Eicosapentaensäure) mit entzündungshemmenden Wirkungen macht dagegen nur 0,15 % der Nahrungsenergie aus. Sowohl n-6- als auch n-3-PUFAs sind Vorläufer von Eicosanoiden, die Entzündungen regulieren, aber auf polarisierende Weise. N-6-PUFAs fördern die Produktion von entzündungsfördernden Prostaglandinen der Serie 2 (wie Prostaglandin E2, PGE2), Thromboxanen und Leukotrienen der Serie 4 und verschlimmern in mehreren Modellen auch die murine Kolitis. Im Gegensatz dazu haben n-3-PUFAs entzündungshemmende Eigenschaften, die zu PGE der Serie 3, Leukotrienen der Serie 5 und Resolvinen führen, die die Translokation von Entzündungsmediatoren zum Ort der Verletzung reduzieren. Klinische Studien haben jedoch widersprüchliche Ergebnisse zur Verwendung von Fischöl als Quelle von n-3-PUFAs bei CED gezeigt. Zuvor wurde gezeigt, dass Fischöl eine Anreicherung mit Darmpathobionten und eine verschlechterte Sterblichkeit während infektiöser Kolitis bei Mäusen verursachen kann, wenn es zu einer n-6-PUFA-reichen Ernährung hinzugefügt wird, aber nicht, wenn es mit anderen Fettsäuren kombiniert wird, was die Bedeutung der Hintergrunddiät zeigt. Daher wird eine Ernährung mit reduzierter n-6-PUFA, aber höherer Ballaststoffaufnahme als protektiv bei CED vorgeschlagen.

   Eine erhöhte Durchlässigkeit des Dünndarms oder sogenannter "undichter Darm" wurde mit vielen chronischen Erkrankungen wie Fettleibigkeit, Typ-2-Diabetes und IBD in Verbindung gebracht. Eine erhöhte intestinale Permeabilität ist auch einer der potenziellen pathogenetischen Risikofaktoren für Morbus Crohn, der in bis zu 20 % unserer 10-jährigen Längsschnittstudienpopulation von gesunden Verwandten ersten Grades (FDR) von Patienten mit Morbus Crohn identifiziert wurde. Darüber hinaus können bestimmte Diäten wie fettreiche, glukose- oder fruktosereiche Diäten ebenfalls Barrierestörungen verursachen und die Darmdurchlässigkeit erhöhen, wodurch das Risiko für die Entwicklung einer metabolischen Endotoxämie und einer chronischen Darmentzündung steigt. Im Gegensatz dazu schwächt die Verringerung der Dünndarmpermeabilität die experimentelle Kolitis ab. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Verringerung der Darmpermeabilität die Risikofaktoren reduzieren kann, die zur Entwicklung von MC bei FDR von MC-Patienten führen.

   Studien, die mit Tiermodellen und gesunden Freiwilligen durchgeführt wurden, beschrieben eine Verringerung der Darmpermeabilität nach dem Verzehr von β-Fruktanen. Die Wirksamkeit von Präbiotika bei experimenteller CED hängt jedoch auch von der Zusammensetzung der Hintergrundnahrung ab. Wir haben kürzlich herausgefunden, dass die Schutzwirkung von β-Fruktanen bei HLA-B27-Rattenkolitis durch die Einnahme von n-6- und n-3-PUFAs moduliert wird. Diese Daten unterstreichen, dass Präbiotika vom β-Fructan-Typ vorteilhaft sind, legen aber auch nahe, dass die Lipidzusammensetzung im Hintergrund die klinischen Ergebnisse modulieren kann. Da die meisten Kanadier eine Ernährung mit hohem n-6- und niedrigem n-3-PUFA-Gehalt zu sich nehmen, schlagen wir vor, dass eine Kombination von Fettsäuren, einschließlich n-3-PUFA, die Wirkung von n-6-PUFA auf β-Fruktane überwältigt und das klinische Ansprechen (weiter) verbessert.

2. Studienhypothese und -ziele:

Basierend auf der Wirksamkeit von β-Fruktanen bei der Verringerung der Darmpermeabilität und der Regulierung der Darmimmunität, die in experimentellen Modellen und klinischen Studien mit gesunden Teilnehmern gezeigt wurde, sowie der Wirkung der Ernährung auf das Darmmikrobiom, die Entwicklung von Colitis und die Aktivität von Präbiotika, stellen wir die Hypothese auf, dass β-Fruktane in Kombination eine Diät mit hohem n-3-PUFAs-/niedrigem n-6-PUFAs-Gehalt (ähnlich einer Mittelmeerdiät) kann die Dünndarmpermeabilität reduzieren und chronische Darmentzündungen bei FDR von MC-Patienten verhindern, verbunden mit einem verbesserten Stoffwechsel der Darmmikrobiota.

Um diese Hypothese zu erfüllen, werden folgende Ziele vorgeschlagen:

1. Bewertung, ob die orale Gabe von β-Fructanen und Ernährungsumstellungen die Dünndarmpermeabilität (gemessen anhand der im Urin ausgeschiedenen Lactulose und Mannitol) bei FDRs mit abnormaler Permeabilität verbessern können.
2. Bewertung, welche Schutzmechanismen mit den Permeabilitätsänderungen verbunden sind, wie z. B. Änderungen des zirkulierenden Zonulins, Glucagon-ähnlichen Peptids 2 (GLP-2) und Plasmaendotoxins sowie Änderungen der Zusammensetzung der Darmmikrobiota und der Produktion von kurzkettigen Fettsäuren.
3. Studiendesign:

Die Teilnehmer (Verwandte ersten Grades von CD-Patienten; insgesamt 40) werden randomisiert, um entweder β-Fructane (12 Gramm Tagesdosis von Prebiotin®, mit Oligofructose angereichertes Inulin im Verhältnis 1:1, äquivalent zu Orafti®Synergy1, geliefert von Jackson GI Medizinisch) oder Placebo (verdauliches Maltodextrin, 5 Gramm Tagesdosis, isokalorisch zu 12 g/d Prebiotin®) sowie diätetische Intervention. Um die Aufnahme von n-3- und n-6-PUFAs zu kontrollieren, erhalten die Teilnehmer eine Ernährungsberatung durch einen registrierten Ernährungsberater. Das Mittelmeer-Diätmuster (MDP) (im Folgenden auch „Low n-6 PUFA-Diät“ genannt) mit erhöhter n-3-PUFA, gesättigten Fettsäuren (SFA) und einfach ungesättigten Fettsäuren (MUFA) und reduzierter n-6-PUFAs-Nahrungsaufnahme wird sein als geeignete Low-n-6-PUFA-Diät angenommen. Teilnehmern, die nicht der „Low n-6 PUFA-Diät“ zugewiesen werden, wird empfohlen, die Empfehlungen des kanadischen Food Guide („Kontrolldiät“) zu befolgen. Daher wird diese placebokontrollierte Studie 2 Interventionsgruppen mit 20 Teilnehmern in jedem Arm umfassen: 1) Prebiotin + „Low n-6 PUFA Diet“; 2) Placebo + Kontrolldiät

Die intestinale Permeabilität wird anhand des Lactulose/Mannitol-Verhältnisses (in den Wochen 0 und 6) sowie anhand von Serum-/Plasmamarkern für die intestinale Permeabilität einschließlich Zonulin, Glucagon-ähnlichem Peptid 2 (GLP-2) und Lipopolysacchariden (LPS) (Wochen 0 und 6). Wir werden auch die Wirkung von präbiotischen Produkten und Ernährung auf die Zusammensetzung und Aktivität der fäkalen Mikrobiota (als kurzkettige Fettsäuren und Gallensäuren im Stuhl) untersuchen (Wochen 0 und 6). Die Sicherheit und Verträglichkeit dieser Präbiotika bei FDR wird auch unter Verwendung von Fragebögen zu unerwünschten Ereignissen/Dyspepsie und Magen-Darm-Gewohnheiten (Wochen 0, 3 und 6) berücksichtigt.

Da die Ernährung ebenfalls Teil der Interventionsstudie ist und vermutlich eine Rolle bei der intestinalen Permeabilität und der präbiotischen Aktivität spielt, erhalten alle Teilnehmer eine Ernährungsberatung und es wird erwartet, dass sie sich an die empfohlene Ernährung halten. Die langfristige Nahrungsaufnahme korreliert mit den Bakterientaxa im Individuum, daher ist es wichtig, diese vor der diätetischen Intervention zu quantifizieren. Die Teilnehmer füllen die Online-Version des Canadian Diet History Questionnaire II (C-DHQ II) aus, bei dem es sich um einen Fragebogen zur Lebensmittelhäufigkeit handelt, um ihre Ernährung vor der Studie (gewohnheitsmäßige Ernährung) im vergangenen Jahr zu bewerten. Um die Einhaltung der Diäten zu beurteilen, werden die Teilnehmer die kanadische Adaption des Automated Self-Administered 24-hour (ASA24-Canada-2016) absolvieren, bei dem es sich um eine validierte 24-Stunden-Erinnerung an die Ernährung handelt. Der Forschungsernährungsberater wird Rückrufe überprüfen und den Teilnehmern basierend auf den Ergebnissen Feedback geben, um Änderungen an der Ernährung zu unterstützen. Zusätzlich vervollständigen die Teilnehmer den Mediterranean Dietary Serving Score (MDSS). Der MDSS ist ein validiertes Instrument zur Messung der MDP-Einhaltung basierend auf dem Verzehr von Lebensmittelportionen und Lebensmittelgruppen. ASA-24 und MDSS werden nach 0, 3 und 6 Wochen der Studie abgeschlossen.

Die Studie dauert 6 Wochen ab Studienbeginn, wobei die Studienteilnehmer zusätzlich zu einer Ernährungsberatung und -intervention eine Präbiotikabehandlung oder ein Placebo (Maltodextrin) erhalten.

Die orale Einnahme von mit Oligofructose angereichertem Inulin in einem Rattenmodell für Kolitis sowie bei Patienten mit Colitis ulcerosa (UC) war in der Lage, die Zahl der fäkalen Bifidobakterien zu erhöhen und potenziell schützende Butyrat-produzierende Bakterien und ihre Butyrat-Produktion im Dickdarm zu erhöhen und die Zytokin-Produktion im Dickdarm zu verändern Dickdarm, um ein entzündungshemmenderes Profil zu begünstigen. In der aktuell vorgeschlagenen Studie werden wir prüfen, ob solche Mikrobiota-Veränderungen, die durch Präbiotika und Ernährung verursacht werden, auch mit einer Verringerung der Dünndarmpermeabilität bei der gesunden Bevölkerung mit einem Risiko für die Entwicklung von Zöliakie verbunden sind. Wir werden daher zu Beginn und am Ende der Studie die Dünndarmpermeabilität messen sowie während der gesamten Studie Stuhl-, Blut-/Serum- und Urinproben sammeln.

Eine erhöhte Dünndarmpermeabilität kann auch durch einige weit verbreitete Medikamente wie nichtsteroidale Antirheumatika (NSAIDs) einschließlich Aspirin und Ibuprofen verursacht werden. Nahezu alle Studien stimmen darin überein, dass alle herkömmlichen NSAIDs die Darmpermeabilität beim Menschen innerhalb von 24 h nach der Einnahme erhöhen und dass dies auch bei langfristiger Einnahme deutlich wird. Um diesen Störfaktor zu kontrollieren, schließen wir Personen aus, die täglich NSAIDs einnehmen. Darüber hinaus werden wir die Teilnehmer auffordern, die Einnahme von NSAIDs 1 Woche vor dem Screening-Durchlässigkeitstest einzustellen.