Untersuchung der Auswirkungen von Sojaexposition im frühen Leben auf die Knochenentwicklung und die Darmmikrobiota

Die maximale Knochenmasse, die am Ende der Wachstumsphase erreicht wird, spielt eine entscheidende Rolle für das Risiko osteoporotischer Frakturen, die später im Leben auftreten. Es wurde vorhergesagt, dass eine 10%ige Zunahme der maximalen Knochenmasse die Entwicklung von Osteoporose um 13 Jahre verzögert. Zu den Determinanten der maximalen Knochenmasse gehören sowohl genetische Faktoren (wie Geschlecht und Rasse), die bis zu 75 % der Knochenmasse ausmachen, als auch Lebensstilfaktoren (wie Ernährung und körperliche Aktivitäten), die die restlichen 25 % ausmachen. Lebensstilfaktoren spielen eine wichtige Rolle bei der Optimierung des Knochenzuwachses während des Wachstums, zum Beispiel wurde gezeigt, dass Kalzium aus der Nahrung 10-15 % der skelettalen Ca-Retention während der Adoleszenz vorhersagt, während Bewegung die Wirkung von Kalzium aus der Nahrung durch Verbesserung der Knochengeometrie verstärken könnte.

Jüngste Studien deuten darauf hin, dass die Darmmikrobiota ein wichtiger Regulator der Knochenmasse ist. Experimentelle Studien zeigten, dass die Knochenmineraldichte (BMD) durch die Ablation der Darmmikrobiota bei keimfreien Mäusen sowie bei mit Antibiotika behandelten Mäusen verändert wurde. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Verabreichung von Antibiotika entweder bei der Geburt oder beim Absetzen eine länger anhaltende Wirkung auf die BMD bei weiblichen C57BL/6-Mäusen im Alter von 20 Wochen ausübt, nicht jedoch bei männlichen Mäusen. Dieser Befund deutet darauf hin, dass die Veränderung der Mikrobiota in einem kritischen Entwicklungsfenster einen langfristigen Einfluss auf die Knochengesundheit hat. In der Tat wird angenommen, dass die Etablierung der Darmmikrobiota beim Menschen mit der Geburt beginnt, bei der Bakterien der Mutter den Magen-Darm-Trakt (GI) des Neugeborenen sofort besiedeln, bis sie sich in den 3 Jahren danach in Richtung einer erwachsenenähnlichen Konfiguration stabilisieren Geburt. Die Entwicklung der Darmmikrobiota während dieser kritischen Phase wird wahrscheinlich von verschiedenen Umweltfaktoren beeinflusst, darunter Stillen, Ernährung und Antibiotikabehandlung. Daher ist die Etablierung einer optimalen Darmmikrobiota während der kritischen Entwicklungsphase ein potenzielles Mittel zur Verbesserung der Knochengesundheit.

Es wurde berichtet, dass die Zusammensetzung der Darmmikrobiota durch tierische Ernährung, mediterrane Ernährung sowie verschiedene Ernährungsfaktoren wie diätetische/präbiotische Ballaststoffe und Probiotika verändert wird. Beispielsweise sind Galacto-Oligosaccharide ein präbiotischer Ballaststoff, der den Anteil von Bifidobakterien im Magen-Darm-Trakt erhöhen, kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) erhöhen und den pH-Wert des Blinddarms senken könnte, wodurch die Mineralabsorption, die biomechanische Knochenfestigkeit sowie die BMD des wachsenden Mannes erhöht werden Ratten. In ähnlicher Weise wurde gezeigt, dass die Probiotika Lactobacillus rhamnosus GG die Darmpermeabilität reduzieren, Darm- und Knochenmarksentzündungen verringern und vollständig vor Knochenschwund im Zusammenhang mit Sexualsteroidmangel schützen. Es wird auch angenommen, dass die Unterschiede in der Zusammensetzung der Darmmikrobiota zu den Unterschieden in der Fähigkeit der Person beitragen, Equol zu produzieren, ein nichtsteroidales Östrogen, das von Bakterien aus Soja-Isoflavonen metabolisiert wird, die für die östrogenen Wirkungen von Soja im Knochen verantwortlich sind. Solche Unterschiede könnten für die Wirksamkeit von Soja-Isoflavonen zum Schutz vor Knochenschwund in asiatischen, aber nicht in westlichen Bevölkerungsgruppen verantwortlich sein. Es wurde festgestellt, dass die Fähigkeit zur Produktion von Equol bei gesunden Säuglingen entwicklungsbedingt reguliert und durch die Zusammensetzung der Nahrung beeinflusst wird, bei der im Plasma von Säuglingen im Alter von 6 Monaten nur Spuren von Equol nachgewiesen werden konnten, möglicherweise aufgrund des Mangels an entwickelter Darmmikroflora. Nachfolgende Studien weisen auf die Bedeutung der gewohnheitsmäßigen Ernährung als Beitrag zur Equol-Produktion hin, bei der Equol-Produzenten anscheinend eine höhere Aufnahme von Kohlenhydraten und Ballaststoffen, Soja und Pflanzeneiweiß und eine geringere Aufnahme von Fett als Nicht-Produzenten haben. Daher ist es von großer Bedeutung, Ernährungsfaktoren zu identifizieren, die die Entwicklung der Darmmikrobiota und die Produktion von Equol optimieren können, um die Knochengesundheit zu optimieren.

Es wird berichtet, dass Soja-haltige Diäten im frühen Leben Ernährungsfaktoren sind, die den Knochenaufbau optimieren. Es wurde festgestellt, dass die Exposition gegenüber Soja im frühen Leben das Knochenwachstum fördert, und die Verabreichung von Soja-Isoflavonen an Neugeborene könnte den Knochenabbau im Erwachsenenalter abschwächen. Die Auswirkungen von Sojabestandteilen auf die Darmmikrobiota wurden in diesen Studien jedoch nicht charakterisiert, und es ist unklar, ob diese Auswirkungen auf den Knochenaufbau mit den Wirkungen von Soja auf die Zusammensetzung der Darmmikrobiota zusammenhängen. Darüber hinaus ist zu beachten, dass in verschiedenen präklinischen und klinischen Studien verschiedene Sojapräparate verwendet wurden, darunter Soja-Isoflavonextrakt oder gereinigte Verbindungen (Genistein und Daidzein), Sojaproteinisolate mit Isoflavonen, ganze Sojaprodukte (Sojamilch und andere Sojabohnenprodukte). Die Unterschiede in Sojazubereitungen könnten unterschiedliche Auswirkungen auf die Darmflora und damit auf die Knochen haben. Tatsächlich sind Sojabohnen nicht nur eine Nahrungsquelle für Protein und Isoflavone, sondern auch reich an Ballaststoffen (Polysaccharide und Oligosaccharide). Es wurde berichtet, dass Sojabohnen-Oligosaccharide (SBOS) die Population von Bifidobakterien in menschlichen Stuhlproben erhöhen. Darüber hinaus könnten lösliche Fasern aus Soja durch Dickdarmbakterien fermentiert werden, was zur Bildung von SCFAs führt und dadurch möglicherweise positive Auswirkungen auf die Knochen hat. Daher ist es wichtig zu identifizieren, welche Nahrungsbestandteile von Soja (Sojafaser oder Soja-Isoflavone), die im frühen Leben exponiert werden, einen optimalen Knochenaufbau und eine optimale Darmmikrobiota erreichen.

Die Veränderung der Zusammensetzung der Darmmikrobiota im frühen Lebensalter durch diätetische Soja scheint ein vielversprechender Ansatz zur Verbesserung des Knochenwachstums zu sein. Es sind jedoch weitere Studien erforderlich, um die folgenden Fragen zu beantworten, bevor Ernährungsempfehlungen für die Verwendung von Soja zur Optimierung des Knochenwachstums gegeben werden können: Wann ist der beste Zeitpunkt (vor der Geburt, Stillzeit oder nach dem Absetzen) für eine diätetische Sojaexposition für eine optimale Darmtätigkeit Mikrobiota und Knochenwachstum? Welche Komponente in Soja (Ballaststoffe oder Isoflavone oder beides) bietet eine bessere Wirkung auf das Knochenwachstum durch die Modulation des Darmmikrobioms? Welche durch Soja veränderten Mikroben werden mit optimalem Knochenwachstum in Verbindung gebracht? Welche Biomarker/Metaboliten (SCFAs, Equol oder neuartige Metaboliten) können für das optimale Knochenwachstum bei Sojaexposition verantwortlich sein?