Die Rolle von Zuckern bei der Fettansammlung in der Leber (FROGLOSA)

1. EINFÜHRUNG Die nichtalkoholische Fettlebererkrankung (NAFLD) ist derzeit die häufigste Ursache chronischer Lebererkrankungen. Sie betrifft etwa ein Viertel der Weltbevölkerung und die Inzidenz der Erkrankung nimmt weiter zu (doi: 10.1210/endrev/bnz009). Das Auftreten von NAFLD steht in engem Zusammenhang mit Fettleibigkeit, Insulinresistenz und/oder Typ-2-Diabetes (doi: 10.7759/cureus.20776). Einige Autoren betrachten NAFLD sogar als hepatische Manifestation des metabolischen Syndroms oder sogar als Vorstufe der Entwicklung des metabolischen Syndroms (doi: 10.1016/j.dld.2014.09.020).

   Die zunehmende Inzidenz von NAFLD wird auf einen bewegungsarmen Lebensstil, eine dem Energieverbrauch nicht entsprechende Energieaufnahme sowie eine erhöhte Aufnahme einfacher Kohlenhydrate (zugesetzter Zucker) und insbesondere eine erhöhte Aufnahme von Fruktose (sowohl als Teil des Saccharosemoleküls als auch als Teil des Saccharosemoleküls) zurückgeführt , insbesondere in den Vereinigten Staaten (US), als Bestandteil von Maissirup mit hohem Fruchtzuckergehalt (HFCS). In den letzten Jahrzehnten wurde eine Reihe von Arbeiten vorgelegt, die einen Zusammenhang zwischen dem erhöhten Konsum von zugesetztem Zucker (insbesondere Fruktose) und der Fettleibigkeits- und Insulinresistenzpandemie aufzeigten (doi: 10.1097/MOL.0b013e3283613bca, doi: 10.1007/s00394-018-1711-4, doi: 10.1016/j.nut.2013.08.014).

   Jüngste Metaanalysen haben jedoch nicht die Rolle einer erhöhten Aufnahme von zugesetztem Zucker oder Fruktose bei der Entwicklung von Fettleibigkeit, Insulinresistenz, metabolischem Syndrom und Typ-2-Diabetes bestätigt (doi: 10.1017/S0954422414000067, doi: 10.1007/s00394-016-1345-3). ). Sie deuten vielmehr darauf hin, dass der zugesetzte Zucker schädlich ist, wenn er mit einer unzureichend erhöhten Energiezufuhr einhergeht. Es wurde sogar vermutet, dass ein erhöhter Konsum von Fruktose/zugesetztem Zucker ein Zeichen für einen ungesunden Lebensstil sein könnte. Andererseits liegen nicht so viele Daten über die Rolle von zugesetztem Zucker und insbesondere Fruktose bei der Entstehung einer Fettleber vor.

   Dies kann daran liegen, dass der Stoffwechsel von Glukose und Fruktose in der Leber grundsätzlich unterschiedlich ist (doi: 10.1016/j.jada.2010.06.008, doi: 10.3390/nu9091026, doi: 10.1016/j.clnu.2020.12). 022). Im Gegensatz zu Glukose, die weitgehend von extrahepatischen Geweben verstoffwechselt wird, wird Fruktose größtenteils direkt von der Leber aufgenommen und verstoffwechselt. Darüber hinaus unterliegt die durch Fructokinase/Ketohexokinase katalysierte Phosphorylierung von Fructose zu Fructose-1-phosphat keiner Rückkopplungskontrolle und führt zu einer unkontrollierten Produktion von Trioso-3-phosphaten. Diese können in den Glukoneogenese-Weg eintreten und zur Wiederauffüllung von Glykogen (im Zustand der Glykogenerschöpfung) weiterverwendet werden, sie können aber auch ein Substrat für die De-novo-Lipogenese (DNL) bereitstellen und gleichzeitig die Oxidation von Fettsäuren hemmen. Fructose scheint auch ein wirksamer Aktivator des Regulationswegs des kohlenhydratresponsiven Elementbindungsproteins (ChREBP) zu sein, das zusammen mit dem Sterol-regulatorischen Elementbindungsprotein (SREBP) die DNL in der Leber fördert.

   Wichtig ist, dass trotz der Tatsache, dass aus dem Fettgewebe freigesetzte Fettsäuren die Hauptquelle des Leberfetts sind, der Beitrag von DNL zur Ansammlung von Leberfett insbesondere bei Patienten mit NAFLD signifikant zunimmt (doi: 10.1172/JCI23621, doi: 10.1053/j). .gastro.2013.11.049).

   Studien, die die Auswirkungen des Fruktosekonsums auf den Leberfettgehalt (HFC) untersuchen, kommen zu keinem eindeutigen Ergebnis. Bei gesunden Probanden scheint die Verabreichung von Fruktose unter isokalorischen Bedingungen keinen Einfluss auf HFC zu haben (doi: 10.1093/ajcn/84.6.1374, doi: 10.1093/ajcn/nqz271). Fett sammelte sich in der Leber gesunder Probanden nur dann an, wenn sie einer hyperkalorischen Diät mit hohem Fruchtzuckergehalt ausgesetzt waren (doi: 10.3945/ajcn.2008.27336). Im Gegenteil: Bauchfettleibige Männer sammelten selbst bei einer isokalorischen Diät mit hohem Fruchtzuckergehalt mehr Fett in der Leber an (doi: 10.1111/joim.12632). Interessanterweise sammelten übergewichtige Männer in der Studie, in der eine Diät mit hohem Glukose- und hohem Fruktosegehalt unter iso- und hyperkalorischen Bedingungen verglichen wurde, nur unter hyperkalorischen Bedingungen Leberfett in der Leber an, es wurde jedoch kein Unterschied in der Wirkung auf HFC zwischen Glukose und Fruktose festgestellt ( doi: 10.1053/j.gastro.2013.07.012).

2. PILOTDATEN Glukose und Fruktose können unterschiedliche Auswirkungen auf die Fettansammlung in der Leber haben, was wir in unseren Studien zu akuten Veränderungen von HFC nach Nährstoffverabreichung gezeigt haben (doi: 10.1093/ajcn/nqy386, doi: 10.26402/jpp.2021.1.05). ). In diesen Studien haben wir einen Funktionstest entwickelt und eingeführt, der es uns ermöglichte, akute Veränderungen des Leberfetts nach einer Belastung mit hoher Fett- und/oder einfacher Kohlenhydratbelastung zu überwachen. Im Test werden den Probanden zu Beginn des Experiments 150 g Fett verabreicht, während alle 2 Stunden Kohlenhydrate (50 g Fruktose oder Glukose) verabreicht werden, um die Lipolyse im Fettgewebe wirksam zu unterdrücken, was durch die Unterdrückung nicht veresterter Proteine ​​dokumentiert wird Fettsäurenkonzentration (NEFA) (doi: 10.1093/ajcn/nqy386). Auf diese Weise können wir den Einfluss von Fettsäuren aus dem Fettgewebe auf die Ansammlung von Leberfett begrenzen und die daraus resultierenden Veränderungen sollten durch den Beitrag von Nahrungsfett oder DNL erklärt werden.

   Wichtig ist, dass wir in diesem Modell gezeigt haben, dass 6 Stunden nach dem Verzehr von 150 g Fett (Sahne) HFC sowohl bei gesunden, nicht adipösen Probanden mit normalem Fettgehalt (doi: 10.1093/ajcn/nqy386) als auch bei nicht adipösen Probanden ansteigt Probanden mit Hepatosteatose (doi: 10.26402/jpp.2021.1.05). Das Leberfett nimmt auch zu, wenn Fruktose zusammen mit Fett verabreicht wird. Im Gegenteil verhindert die gleichzeitige Verabreichung von Glukose mit Fett einen solchen Anstieg des HFC (doi: 10.1093/ajcn/nqy386, doi: 10.26402/jpp.2021.1.05).

3. DIE GRÜNDE DES PROJEKTS Der zugesetzte Zucker macht mehr als 12 % der täglichen Energieaufnahme aus. Ihre Rolle bei der Ansammlung von Leberfett wurde bisher mit reiner Glucose oder reiner Fructose untersucht. Im wirklichen Leben konsumieren Menschen jedoch keine reine Glukose oder Fruktose, sondern Fruktose zusammen mit Glukose, entweder als Teil von Saccharose oder in Maissirup mit hohem Fruktosegehalt. Es ist nicht ganz klar, wie der Leberfettgehalt auf die Mischung beider Zucker reagiert. Die Frage, wie sich der gleichzeitige Verzehr beider Hexosen auf die Fettansammlung in der Leber auswirkt, könnte von großer praktischer Bedeutung sein und die Beantwortung dieser Frage könnte einen großen Beitrag zur Änderung der Ernährungsempfehlungen für die NAFLD-Behandlung leisten.

   Wichtig ist, dass wir den Unterschied zwischen der Reaktion von HFC auf die Verabreichung von Glukose und Fruktose bei nicht adipösen, nicht diabetischen Probanden nicht nachweisen konnten (doi: 10.26402/jpp.2021.1.05), Es wäre vorzuziehen, die akuten Auswirkungen dieser drei Zucker auf HFC nach ihrer gleichzeitigen Verabreichung mit einer hohen Fettbelastung zu untersuchen.

   Zahlreiche Studien belegen eindeutig die nachteiligen Auswirkungen eines übermäßigen Fruktosekonsums auf die Stoffwechselgesundheit. Wenn Fruktose andererseits die menschliche Gesundheit schädigt, wäre es wichtig zu wissen, ob eine Fruktoserestriktion einen Einfluss auf HFC hat. Tatsächlich führte die Fructoserestriktion bei adipösen Kindern nach 9 Tagen (doi: 10.1053/j.gastro.2017.05.043) und bei adipösen Personen nach 6 Wochen (doi: 10.1093/ajcn/nqaa332) zu einer signifikanten Reduzierung des Leberfetts. Basierend auf unseren bisherigen Ergebnissen kann die Hypothese aufgestellt werden, dass der Verzicht auf Fruktose aus der Ernährung und deren Ersatz durch Stärke oder Glukose den Leberfettgehalt bereits nach wenigen Tagen wirksam unterdrücken sollte.

4. Hypothesen

   Es werden zwei Haupthypothesen getestet:

   • Der Anstieg des Leberfettgehalts nach einer hohen Fettbelastung wird durch Glukose abgeschwächt, nicht jedoch durch Fruktose und Saccharose (Teil A des Projekts).
   • Die kurzfristige (7 Tage) diätetische Fruktoserestriktion führt zu einer Verringerung des Leberfettgehalts (Teil B des Projekts)

5. EXPERIMENTELLES DESIGN Teil A Das Design dieses Teils der Studie wird das gleiche sein wie das unserer vorherigen Studien (doi: 10.1093/ajcn/nqy386, doi: 10.26402/jpp.2021.1.05) mit der Ausnahme, dass bei jedem Experiment nur zwei Messungen des Leberfettgehalts (HFC) mittels Magnetresonanzspektroskopie (MRS) durchgeführt werden. Die drei ca. 8-stündigen Prüfungen werden in jedem Studienfach durchgeführt. Zunächst wird der Leberfettgehalt (HFC) mittels MRS gemessen (30–45 Minuten). Anschließend wird die Kanüle in die Ellenbogenvene eingeführt und die erste Blutentnahme durchgeführt. Anschließend erhalten die Probanden 460 ml Sahne (hoher Fettgehalt – insgesamt 150 g Fett) mit Früchtetee, gesüßt mit 50 g eines der Zuckerarten (Glukose/Fruktose/Saccharose). Zwei und vier Stunden später erhalten sie erneut Früchtetee, gesüßt mit dem gleichen Zucker wie zum Zeitpunkt 0 Uhr. Das Blut für biochemische Analysen wird dann nach 0,5, 1, 2 (vor dem Tee), 2,5, 3, 4 (vor dem Tee), 4,5, 5 und 6 Stunden entnommen. Tagsüber erhalten die Probanden keine Nahrung und dürfen nur Wasser oder Früchtetee trinken. Die Messung des Leberfettgehalts wird nach 6 Stunden wiederholt. Bei der Magnetresonanzuntersuchung (MR) wird auch das Volumen des viszeralen Fetts gemessen und die Körperzusammensetzung bestimmt. Die Reihenfolge der Untersuchungen wird randomisiert und sie werden in mindestens zweiwöchigen Abständen durchgeführt.

   Probanden: In diesem Teil des Projekts werden zwei Gruppen männlicher Freiwilliger untersucht – 15 nicht adipöse Probanden (Body Mass Index (BMI) < 30 kg/m2) und 15 adipöse Probanden (BMI ˃ 30 kg/m2). Die Probanden sind zwischen 18 und 70 Jahre alt und die Gruppen werden altersentsprechend zusammengesetzt. Basierend auf unseren früheren Studien mit gesunden männlichen Probanden sollte die Anzahl von 13 Probanden in einer Gruppe ausreichen, um einen Anstieg des HFC um 10 ± 10 % nach der Fettbelastung bei α = 0,05 (zweiseitiger gepaarter t-Test) und β = 0,10 festzustellen . Die etwas höhere Anzahl pro Gruppe deckt die Risiken ab, die mit dem Ausschluss oder Rückzug einiger Probanden während der Studie verbunden sind.

   Die Ausschlusskriterien für beide Gruppen sind Diabetes mellitus (Nüchternglukose über 7 mmol/l, 2-Stunden-Glukose nach oGTT ˃ 11,1 mmol/l oder antidiabetische Behandlung) oder andere schwere Erkrankungen (Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs usw.) und Alkohol Verzehr ˃ 30 g/Tag, Fruktoseintoleranz, Einnahme von Medikamenten, die den Fettstoffwechsel beeinflussen und Unverträglichkeit gegenüber MR-Untersuchungen (Klaustrophobie, Metallimplantate, usw.). Vor Beginn der Studie unterzeichnen die Probanden die Einverständniserklärung mit der Teilnahme an der Studie und den Gentests und vor jedem Experiment unterzeichnen sie die Einverständniserklärung mit der MR-Untersuchung.

   Teil B Die für diesen Teil der Studie ausgewählten Probanden werden zunächst ein detailliertes dreitägiges Ernährungsprotokoll ausfüllen, das uns unter anderem die Quantifizierung ihres Fruktoseverbrauchs ermöglicht. Anschließend werden sie ausführlich über die Umstellung ihrer Ernährung auf Fruktosefreiheit informiert und erhalten diese Empfehlungen ebenfalls schriftlich. Am ersten Tag der siebentägigen diätetischen Intervention wird ihnen Nüchternblut entnommen und anschließend der Leberfettgehalt mittels MRS gemessen. Anschließend erhalten sie zur Ergänzung ihrer Ernährung ein Paket mit Glukose und ausgewählten Lebensmitteln ohne Fruktose. Sieben Tage lang halten sie sich dann an die fruktosefreie Diät und führen ein detailliertes Ernährungsprotokoll. Am letzten Tag des Eingriffs wird ihnen Nüchternblut abgenommen und der HFC erneut mit MRS gemessen (nach genau 168 Stunden).

   Probanden: Fünfzehn Probanden im Alter von 18 bis 70 Jahren werden in die Studie einbezogen. Ähnlich wie in Teil A liegt diese Anzahl an Probanden etwas über 13 – eine Zahl, die ausreicht, um eine 10 ± 10 %ige Abnahme des HFC bei α = 0,05 (zweiseitiger gepaarter t-Test) und β = 0,10 festzustellen.

   Um einbezogen zu werden, muss der Leberfettgehalt der Probanden mehr als 6,2 % und weniger als 16,5 % betragen, was einem Steatosegrad 2 entspricht (doi: 10.1007/s10334-011-0264-9). Die Teilnehmer von Teil A der Studie, die dieses Kriterium erfüllen, können auch in Teil B aufgenommen werden. Die Ausschlusskriterien sind die gleichen wie in Teil A. Vor der Aufnahme in die Studie unterzeichnen die Probanden die Einverständniserklärung mit der Teilnahme an der Studie und Gentests und vor jedem Experiment unterzeichnen sie die Einverständniserklärung mit MR-Untersuchung.

6. METHODEN MR-Spektroskopie (MRS). Zur Messung des Leberfettgehalts (HFC) wird eine Standard-Einzelvoxel-Spektroskopiesequenz mit angehaltenem Atem (3 Tesla VIDA Siemens Magnetresonanzsystem (MR) mit Mehrkanal-Oberflächenkörperspule) verwendet. MR-Bilder in drei anatomischen Ausrichtungen werden verwendet, um das interessierende Volumen von 40 x 30 x 25 mm festzulegen. Die Korrektur der Signalintensitäten zur T2-Relaxation wird durchgeführt.

   Um Informationen über das Lipidprofil der Lebertriglyceride (TG) zu erhalten, werden die MRS-Spektren wie zuvor beschrieben analysiert (doi: 10.3390/metabo11090625.).

   HISTO-MR-Bildgebung (MRT). Die Bildgebung der Protonendichte-Fettfraktion (PDFF) wird nach dem von der Food and Drug Administration (FDA) genehmigten HISTO Siemens-Protokoll gemessen. Es umfasst spektroskopische, Dixon- und Multiecho-Dixon-Sequenzen.

   Datenauswertung. MR-Spektren werden mit dem LCModel ausgewertet (doi: 10.1002/nbm.698) und der von MRS bewertete Prozentsatz an HFC wird gemäß Longo berechnet (doi: 10.1002/jmri.1880050311).

   Messung des viszeralen Fettgehalts mittels MR-Bildgebung. Der Gehalt an viszeralem Fett wird vor oder nach der PDFF-Messung mittels Turbo-Spin-Echo-Sequenz gemessen. Um das Volumen des viszeralen und subkutanen Fetts zu bewerten, wird in MATLAB geschriebene Software verwendet. Um den Einfluss des Bedieners zu verringern, werden die viszeralen Fettbereiche von zwei unabhängigen Experten beurteilt.

   Körperzusammensetzung. Die Körperzusammensetzung während des Screenings wird mithilfe von InBody ermittelt.

   Biochemische Analyse. Das Blut wird in Röhrchen gesammelt, die alle notwendigen Inhibitoren enthalten, sofort auf Eis gestellt und zentrifugiert, um innerhalb von 15 Minuten Plasma zu sammeln. Glukose, Triglycerid (TG), nicht veresterte Fettsäuren (NEFA), Insulin und β-Hydroxybutyrat werden in allen im Rahmen der Studie gewonnenen Proben gemessen. Alle notwendigen biochemischen Methoden, Radioimmunoassays (RIA) und Enzymimmunoassays (ELISA) zur Bestimmung dieser Parameter sind derzeit in den Laboren der Antragsteller im Einsatz.

   Lipidomics. Das VLDL wird durch Ultrazentrifugation isoliert und die Analyse des Fettsäureprofils von VLDL-Triglyceriden und plasmafreien Fettsäuren wird durch Flüssigkeitschromatographie – Massenspektrometrie (LC-MS) in der Abteilung für Metabolomik des Instituts für Physiologie der Tschechischen Akademie durchgeführt Naturwissenschaften (kostenpflichtiger Service).

   Genetik. Die Polymorphismen von Genen (PNPLA, TM6SF2 und andere), von denen bekannt ist, dass sie die Ansammlung von Leberfett beeinflussen, werden bestimmt.

   Statistiken. Statistische Datenanalysen und Korrelationen werden mit PRISM 9.1 oder JMP-Software durchgeführt.

7. ZEITPLAN DES PROJEKTS 2024: Teil A: Erstellung von Studienprotokollen, Suche und Sichtung der Fächer, Beginn der Studienprüfungen in den ersten Fächern – von insgesamt 90 Prüfungen werden ca. 20 ganztägige Prüfungen durchgeführt (jeweils 3 Prüfungen). 30 Fächer). Die Anzahl der Fächer, die studiert werden können, ist durch die Verfügbarkeit eines MR-Tomographen für Forschungsstudien (1 Tag pro Woche) und die Komplexität der Untersuchungen begrenzt. Grundlegende biochemische Analysen werden kontinuierlich durchgeführt, aber alle Proben von jedem Probanden (insgesamt 30) werden bei -80 °C gelagert und gleichzeitig analysiert.

Teil B: Erstellung von Studienprotokollen und Ernährungsaufzeichnungen, die zur Quantifizierung des Fruktosekonsums verwendet werden können. Suche und Screening von Themen.

2025: Teil A: Fächerprüfung, Studienprüfungen - min. Es werden 30 ganztägige Prüfungen durchgeführt. Fortsetzung biochemischer Analysen.

Teil B: Screening von Probanden (Probanden mit Hepatosteatose, die in Teil A untersucht wurden, können auch in Teil B einbezogen werden). Ernährungsinterventionsexperimente (ca. n=20) in ca. 10 Probanden (1 Proband pro Woche kann interveniert werden, einschließlich MR-Untersuchung und Isolierung von VLDL über Nacht am ersten und letzten Tag der Intervention). Biochemische Analysen.

2026: Teil A: Fächerprüfung, Studienprüfungen - min. Es werden 30 ganztägige Prüfungen durchgeführt. Fortsetzung biochemischer Analysen. Beginn der intensiven Datenanalyse.

Teil B: Prüfung der Probanden. Ernährungsinterventionsexperimente (n = 10) bei den übrigen Probanden am ersten und letzten Tag der Intervention. Biochemische Analysen. Spezialisierte biochemische Analysen (z. B. ELISA für Fibroblasten-Rowth-Faktor 19 (FGF-19), ausgewählte Hepatokine oder andere Proteine, die an der Regulierung der De-novo-Lipogenese beteiligt sein können) und Lipidomanalyse des Fettsäureprofils im Pool freier Fettsäuren (FFA). und TG in VLDL. Analyse der Daten und Veröffentlichung der Ergebnisse.

2027: Teil A: Studienprüfungen in den übrigen Fächern – max. Es werden 10 ganztägige Prüfungen durchgeführt. Fortführung routinemäßiger biochemischer Analysen. Spezialisierte biochemische Analysen (siehe oben). Analyse der Daten und Veröffentlichung der Ergebnisse.

Teil B: Abschließende Analyse der Daten und Veröffentlichung der Ergebnisse.

8. ERWARTETE ERGEBNISSE Dieses Projekt wird neue Erkenntnisse über die Mechanismen liefern, durch die einfache Kohlenhydrate die Ansammlung von Leberfett beeinflussen. Von besonderer Bedeutung wird der Vergleich der Rolle von Fructose und Glucose (die intensiv untersucht, aber von der Bevölkerung nicht verwendet werden) und der von Saccharose, dem Zucker, der im Allgemeinen von der gesamten Bevölkerung zum Süßen verwendet wird, sein. Darüber hinaus sollte der Versuch mit einer Fructoserestriktion aus der Nahrung klären, ob ein solcher Eingriff zur Behandlung von Hepatosteatose sinnvoll sein kann. Insgesamt sollen beide Projektteile Ergebnisse liefern, die in praktische Ernährungsempfehlungen umgesetzt werden können und die Strategien zur Behandlung von NAFLD verbessern.