Sokereiden rooli rasvan kertymisessä maksassa (FROGLOSA)

1. JOHDANTO Alkoholiton rasvamaksatauti (NAFLD) on tällä hetkellä johtava kroonisen maksasairauden aiheuttaja, se vaikuttaa noin neljäsosaan maailman väestöstä ja taudin ilmaantuvuus kasvaa edelleen (doi: 10.1210/endrev/bnz009). NAFLD:n esiintyminen liittyy tiiviisti liikalihavuuteen, insuliiniresistenssiin ja/tai tyypin 2 diabetekseen (doi: 10.7759/cureus.20776). Jotkut kirjoittajat jopa pitävät NAFLD:tä metabolisen oireyhtymän maksan ilmentymänä tai jopa metabolisen oireyhtymän kehittymisen edeltäjänä (doi: 10.1016/j.dld.2014.09.020).

   NAFLD:n lisääntyvän esiintyvyyden on katsottu johtuvan istumattomasta elämäntavasta, energiankulutukseen riittämättömästä energiansaannista sekä yksinkertaisten hiilihydraattien (lisättyjen sokerien) saannista ja erityisesti fruktoosin lisääntyneestä saannista (sekä osana sakkaroosimolekyyliä että myös , erityisesti Yhdysvalloissa (Yhdysvallat) korkeafruktoosipitoisen maissisiirapin (HFCS) komponenttina. Viime vuosikymmeninä on esitetty useita artikkeleita, jotka ovat osoittaneet yhteyden lisääntyneen sokerin (erityisesti fruktoosin) kulutuksen ja liikalihavuuden ja insuliiniresistenssin pandemian välillä (doi: 10.1097/MOL.0b013e3283613bca, doi: 10.1007/s00394-018-1711-4, doi: 10.1016/j.nut.2013.08.014).

   Viimeaikaiset meta-analyysit eivät kuitenkaan ole tukeneet lisääntyneen sokerin tai fruktoosin saannin merkitystä liikalihavuuden, insuliiniresistenssin, metabolisen oireyhtymän ja tyypin 2 diabeteksen kehittymisessä (doi: 10.1017/S0954422414000067, doi: 10.1007/s00394-016-3-134. ). Ne viittaavat pikemminkin siihen, että lisätyt sokerit ovat haitallisia, jos ne liittyvät riittämättömään lisääntyneeseen energian saantiin. On jopa ehdotettu, että lisääntynyt fruktoosin/lisättyjen sokerien kulutus voi olla merkki epäterveellisestä elämäntavasta. Toisaalta lisättyjen sokereiden ja erityisesti fruktoosin roolista rasvamaksan kehittymisessä ei ole niin paljon tietoa saatavilla.

   Tämä voi johtua siitä, että glukoosin ja fruktoosin aineenvaihdunta maksassa on olennaisesti erilainen (doi: 10.1016/j.jada.2010.06.008, doi: 10.3390/nu9091026, doi: 10.1016/j.clnu.1.20. 022). Toisin kuin glukoosi, joka metaboloituu suurelta osin maksan ulkopuolisissa kudoksissa, suurin osa fruktoosista imeytyy ja metaboloituu suoraan maksassa. Lisäksi fruktoosin fosforylaatio fruktoosi-1-fosfaatiksi fruktokinaasin/ketoheksokinaasin katalysoimana ei ole minkään takaisinkytkennän hallinnassa ja johtaa kontrolloimattomaan trioso-3-fosfaattien tuotantoon. Nämä voivat päästä glukoneogeneesireitille ja niitä voidaan käyttää edelleen täydentämään glykogeenia (glykogeenin loppumisen tilassa), mutta ne voivat myös tarjota substraattia de novo lipogeneesille (DNL) ja samalla estää rasvahappojen hapettumista. Fruktoosi näyttää olevan myös tehokas hiilihydraattiresponsiivisen elementtia sitovan proteiinin (ChREBP) säätelyreitin aktivaattori, joka yhdessä sterolia säätelevän elementtiä sitovan proteiinin (SREBP) kanssa edistää DNL:ää maksassa.

   Tärkeää on, että huolimatta siitä tosiasiasta, että rasvakudoksesta vapautuvat rasvahapot ovat pääasiallinen maksan rasvan lähde, DNL:n osuus maksan rasvan kertymiseen kasvaa merkittävästi erityisesti potilailla, joilla on NAFLD (doi: 10.1172/JCI23621, doi: 10.1053/j). .gastro.2013.11.049).

   Fruktoosin kulutuksen vaikutusta maksan rasvapitoisuuteen (HFC) koskevat tutkimukset eivät ole päässeet selkeään johtopäätökseen. Terveillä koehenkilöillä fruktoosin annolla isokalorisissa olosuhteissa ei näytä olevan mitään vaikutusta HFC:hen (doi: 10.1093/ajcn/84.6.1374, doi: 10.1093/ajcn/nqz271). Rasvaa kertyi terveiden koehenkilöiden maksaan vain, kun ne altistettiin hyperkaloriselle, runsasfruktoosipitoiselle ruokavaliolle (doi: 10.3945/ajcn.2008.27336). Päinvastoin, vatsalihavat miehet kerääntyivät enemmän rasvaa maksaan jopa isokalorisella korkeafruktoosipitoisella ruokavaliolla (doi: 10.1111/joim.12632). Mielenkiintoista on, että tutkimuksessa, jossa verrattiin runsaasti glukoosia ja fruktoosia sisältävää ruokavaliota sekä iso- että hyperkalorisissa olosuhteissa, ylipainoiset miehet kerääntyivät maksan rasvaa maksaan vain hyperkalorisissa olosuhteissa, mutta glukoosin ja fruktoosin vaikutuksessa ei havaittu eroa. doi: 10.1053/j.gastro.2013.07.012).

2. PILOTTITIEDOT Glukoosilla ja fruktoosilla voi olla erilaisia ​​vaikutuksia rasvan kertymiseen maksaan, minkä olemme osoittaneet tutkimuksissamme HFC:n akuuteista muutoksista ravintoaineiden antamisen jälkeen (doi: 10.1093/ajcn/nqy386, doi: 10.26402/jpp.2021.1.05). ). Näissä tutkimuksissa kehitimme ja otimme käyttöön toiminnallisen testin, jonka avulla pystyimme seuraamaan akuutteja muutoksia maksarasvassa runsasrasvaisella ja/tai yksinkertaisella hiilihydraattikuormituksella. Testissä 150 g rasvaa annetaan koehenkilöille kokeen alussa, kun taas hiilihydraatteja (50 g fruktoosia tai glukoosia) annetaan 2 tunnin välein rasvakudoksen lipolyysin tehokkaaksi estämiseksi, mikä on dokumentoitu esteröimättömän suppressiolla. rasvahappojen (NEFA) pitoisuus (doi: 10.1093/ajcn/nqy386). Tällä tavoin voimme rajoittaa rasvakudoksesta peräisin olevien rasvahappojen vaikutusta maksan rasvan kertymiseen ja tuloksena syntyviä muutoksia pitäisi selittää ravinnon rasvan tai DNL:n vaikutuksella.

   Tärkeää on, että tässä mallissa olemme osoittaneet, että 6 tuntia 150 g:n rasvan (kerman) nauttimisen jälkeen HFC lisääntyy sekä terveillä ei-lihavilla, joilla on normaali rasvapitoisuus (doi: 10.1093/ajcn/nqy386) että myös ei-lihavilla. koehenkilöt, joilla on hepatosteatoosi (doi: 10.26402/jpp.2021.1.05). Maksan rasva lisääntyy myös, kun fruktoosia annetaan yhdessä rasvan kanssa. Päinvastoin, glukoosin antaminen yhdessä rasvan kanssa estää tällaisen HFC:n lisääntymisen (doi: 10.1093/ajcn/nqy386, doi: 10.26402/jpp.2021.1.05).

3. PROJEKTIN PERUSTELUT Lisättyjen sokerien osuus päivittäisestä energiansaannista on yli 12 %. Niiden roolia maksan rasvan kertymisessä on toistaiseksi tutkittu puhtaalla glukoosilla tai puhtaalla fruktoosilla. Todellisessa elämässä ihmiset eivät kuitenkaan kuluta puhdasta glukoosia tai fruktoosia, he kuluttavat fruktoosia yhdessä glukoosin kanssa sekä osana sakkaroosia että runsaasti fruktoosia sisältävää maissisiirappia. Ei ole täysin selvää, kuinka maksan rasvapitoisuus reagoi molempien sokerien sekoitukseen. Kysymys siitä, kuinka molempien heksoosien samanaikainen käyttö vaikuttaa rasvan kertymiseen maksaan, voi olla erittäin käytännönläheinen, ja tähän kysymykseen vastaaminen voi suuresti myötävaikuttaa NAFLD-hoidon ravitsemussuositusten muuttamiseen.

   Tärkeää on, koska emme pystyneet osoittamaan eroa HFC:n glukoosin ja fruktoosin antamisen vasteen välillä ei-lihavilla ei-diabeettisilla henkilöillä (doi: 10.26402/jpp.2021.1.05), olisi parempi tutkia näiden kolmen sokerin akuutteja vaikutuksia HFC:hen sen jälkeen, kun niitä on annettu samanaikaisesti runsaan rasvan kanssa.

   Useat tutkimukset dokumentoivat selvästi liiallisen fruktoosin kulutuksen haitalliset vaikutukset aineenvaihdunnan terveyteen. Toisaalta, jos fruktoosi vahingoittaa ihmisten terveyttä, olisi tärkeää tietää, onko fruktoosirajoituksella vaikutusta HFC:hen. Fruktoosirajoitus johtikin maksan rasvan merkittävään vähenemiseen 9 päivän jälkeen lihavilla lapsilla (doi: 10.1053/j.gastro.2017.05.043) ja 6 viikon kuluttua lihavilla yksilöillä (doi: 10.1093/ajcn/nqaa332). Aikaisempien tulostemme perusteella voidaan olettaa, että fruktoosin poistaminen ruokavaliosta ja sen korvaaminen tärkkelyksellä tai glukoosilla vähentää tehokkaasti maksan rasvapitoisuutta jopa muutamassa päivässä.

4. HYPOTEESIT

   Kaksi päähypoteesia testataan:

   • Maksan rasvapitoisuuden nousua runsaan rasvakuormituksen jälkeen tasoittaa glukoosi, mutta ei fruktoosi eikä sakkaroosi (projektin osa A).
   • Lyhytaikainen (7 päivää) ruokavalion fruktoosirajoitus johtaa maksan rasvapitoisuuden laskuun (projektin osa B)

5. KOKEELLINEN SUUNNITTELU Osa A Tämän tutkimuksen osan suunnittelu on sama kuin aiemmissa tutkimuksissamme (doi: 10.1093/ajcn/nqy386, doi: 10.26402/jpp.2021.1.05) paitsi että vain kaksi maksan rasvapitoisuuden (HFC) mittausta magneettiresonanssispektroskopialla (MRS) suoritetaan kunkin kokeen aikana. Kolme noin 8 tuntia kestävää tenttiä suoritetaan jokaisessa tutkimuksen aineessa. Ensinnäkin maksan rasvapitoisuus (HFC) mitataan MRS:llä (30-45 min). Tämän jälkeen kanyyli asetetaan kyynärpäälaskimoon ja otetaan ensimmäinen verenotto. Koehenkilöt saavat sitten 460 ml kermaa (korkea rasvakuormitus - 150 g rasvaa yhteensä) hedelmäteetä, joka on makeutettu 50 g:lla jollakin sokereista (glukoosi/fruktoosi/sakkaroosi). Kaksi ja neljä tuntia myöhemmin he saavat jälleen hedelmäteetä samalla sokerilla makeutettuna kuin hetkellä 0 h. Veri biokemiallisia analyyseja varten otetaan sitten 0,5, 1, 2 (ennen teetä), 2,5, 3, 4 (ennen teetä), 4,5, 5 ja 6 tuntia. Päivän aikana tutkittavat eivät saa ruokaa ja he saavat juoda vain vettä tai hedelmäteetä. Maksan rasvapitoisuuden mittaus toistetaan 6 tunnin välein. Magneettiresonanssitutkimuksessa (MR) mitataan myös viskeraalisen rasvan tilavuus ja määritetään kehon koostumus. Tutkimusjärjestys satunnaistetaan ja ne suoritetaan vähintään kahden viikon välein.

   Aiheet: Projektin tässä osassa tutkitaan kahta ryhmää vapaaehtoisia miespuolisia - 15 ei-lihavaa henkilöä (Body Mass Index (BMI) < 30 kg/m2) ja 15 lihavaa henkilöä (BMI ˃ 30 kg/m2). Aiheet ovat 18 - 70 -vuotiaita ja ryhmät ovat iän mukaan. Aiempien, terveillä miespuolisilla koehenkilöillä tehtyjen tutkimustemme perusteella 13 koehenkilön määrän yhdessä ryhmässä pitäisi riittää havaitsemaan 10 ± 10 %:n lisäys HFC:ssä rasvakuormituksen jälkeen, kun α = 0,05 (kaksipyrstöparillinen t-testi) ja β = 0,10 . Hieman suurempi määrä ryhmää kohden kattaa riskit, jotka liittyvät joidenkin koehenkilöiden poissulkemiseen tai vetäytymiseen tutkimuksen aikana.

   Molempien ryhmien poissulkemiskriteerit ovat diabetes mellitus (paastoglukoosi yli 7 mmol/l, 2 tunnin glukoosi oGTT:n jälkeen ˃ 11,1 mmol/l tai diabeteslääkitys) tai muut vakavat sairaudet (sydän- ja verisuonisairaudet, syöpä jne.), alkoholi kulutus ˃ 30 g/vrk, fruktoosi-intoleranssi, rasva-aineenvaihduntaan vaikuttavien lääkkeiden käyttö ja MR-tutkimuksen intoleranssi (klaustrofobia, metalli-implantit jne.). Ennen tutkimukseen tuloa koehenkilöt allekirjoittavat tietoiset suostumukset osallistumisesta tutkimukseen ja geenitesteihin ja ennen jokaista koetta he allekirjoittavat tietoisen suostumuksen MR-tutkimuksella.

   Osa B Tutkimuksen tähän osaan valitut koehenkilöt täyttävät ensin yksityiskohtaisen kolmen päivän ruokavalion, jonka avulla voimme kvantifioida muun muassa heidän fruktoosinkulutuksensa. Heille opastetaan yksityiskohtaisesti, kuinka ruokavaliotaan muutetaan fruktoosin poistamiseksi, ja he saavat nämä suositukset myös kirjallisesti. Seitsemän päivän ruokavaliointervention ensimmäisenä päivänä heiltä otetaan paastoveri ja sitten MRS:llä mitataan maksan rasvapitoisuus. Sen jälkeen he saavat ruokavalionsa täydennykseksi paketin glukoosia ja valikoituja fruktoosittomia ruokia. He noudattavat sitten seitsemän päivän ajan ruokavaliota ilman fruktoosia ja pitävät yksityiskohtaista ruokavaliota. Toimenpiteen viimeisenä päivänä heiltä otetaan paastoveri ja HFC mitataan uudelleen MRS:llä (tarkan 168 tunnin kuluttua).

   Koehenkilöt: Tutkimukseen otetaan mukaan viisitoista 18–70-vuotiasta henkilöä. Samoin kuin osassa A, tällainen koehenkilömäärä on hieman suurempi kuin 13 - luku, joka riittää havaitsemaan 10 ± 10 %:n HFC:n laskun arvolla α = 0,05 (kaksisuuntainen parillinen t-testi) ja β = 0,10.

   Sisällyttämiseksi koehenkilöiden maksan rasvapitoisuuden on oltava yli 6,2 % ja alle 16,5 %, mikä vastaa asteatoosia 2 (doi: 10.1007/s10334-011-0264-9). Tämän kriteerin täyttävät tutkimuksen osan A osallistujat voidaan sisällyttää myös osaan B. Poissulkemiskriteerit ovat samat kuin osassa A. Ennen tutkimukseen tuloa koehenkilöt allekirjoittavat tietoiset suostumukset tutkimukseen osallistumisesta ja geneettiset testit ja ennen jokaista koetta he allekirjoittavat tietoisen suostumuksen MR-tutkimukseen.

6. MENETELMÄT MR-spektroskopia (MRS). Maksan rasvapitoisuuden (HFC) mittaamiseen käytetään vakiomuotoista yhden vokselispektroskopiasekvenssiä, jossa on hengityspidätys (3 Teslan VIDA Siemensin magneettiresonanssijärjestelmä (MR), joka on varustettu monikanavaisella kehon pintakelalla). MR-kuvia kolmessa anatomisessa suunnassa käytetään määrittämään kiinnostava tilavuus 40x30x25 mm. Signaalin intensiteetit korjataan T2-relaksaatioon.

   Maksan triglyseridien (TG) lipidiprofiilin saamiseksi MRS-spektrit analysoidaan aiemmin kuvatulla tavalla (doi: 10.3390/metabo11090625.).

   HISTO MR-kuvaus (MRI). Protonitiheysrasvafraktion (PDFF) kuvantaminen mitataan Food and Drug Administrationin (FDA) hyväksymällä HISTO Siemens -protokollalla. Se sisältää spektroskooppisia, Dixon- ja multiecho Dixon -sekvenssejä.

   Tietojen arviointi. MR-spektrit arvioidaan käyttämällä LCModelia (doi: 10.1002/nbm.698) ja MRS:n arvioima HFC:n prosenttiosuus lasketaan Longon mukaan (doi: 10.1002/jmri.1880050311).

   Viskeraalisen rasvapitoisuuden mittaus MR-kuvauksella. Viskeraalisen rasvan pitoisuus mitataan turbo-spin kaikusekvenssillä ennen PDFF-mittausta tai sen jälkeen. Viskeraalisen ja ihonalaisen rasvan määrän arvioimiseen käytetään MATLABissa kirjoitettua ohjelmistoa. Käyttäjän vaikutuksen vähentämiseksi sisäelinten rasva-alueet arvioivat kaksi riippumatonta asiantuntijaa.

   Kehon koostumus. Kehon koostumus seulonnan aikana määritetään InBodylla.

   Biokemiallinen analyysi. Veri kerätään putkiin, jotka sisältävät kaikki tarvittavat inhibiittorit, asetetaan välittömästi jäälle ja sentrifugoidaan plasman keräämiseksi 15 minuutin kuluessa. Kaikista tutkimuksessa saaduista näytteistä mitataan glukoosi, triglyseridi (TG), esteröimättömät rasvahapot (NEFA), insuliini ja β-hydroksibutyraatti. Kaikki tarvittavat biokemialliset, radioimmunomääritys (RIA) ja entsyymikytkentäiset immunosorbenttimääritysmenetelmät (ELISA) näiden parametrien määrittämiseen ovat tällä hetkellä käytössä hakijoiden laboratorioissa.

   Lipidomics. VLDL eristetään ultrasentrifugoimalla, ja VLDL-triglyseridien ja plasman vapaiden rasvahappojen rasvahappoprofiilin analyysi suoritetaan nestekromatografialla - massaspektrometrialla (LC-MS) Tšekin fysiologian instituutin metabolomiikkaosastolla. Tieteet (maksullinen palvelu).

   Genetiikka. Geenien polymorfismit (PNPLA, TM6SF2 ja muut), joiden tiedetään vaikuttavan maksan rasvan kertymiseen, määritetään.

   Tilastot. Tilastollinen data-analyysi ja korrelaatiot suoritetaan PRISM 9.1- tai JMP-ohjelmistolla.

7. PROJEKTIN AIKATAULU 2024: Osa A: Tutkimuspöytäkirjojen laatiminen, koehenkilöiden haku ja seulonta, opintojen aloitus ensimmäisissä koeaineissa - yhteensä 90 tentistä tehdään noin 20 koko päivän tenttiä (3 tenttiä kutakin kohden). 30 aihetta). Opiskeltavien aineiden määrää rajoittavat MR-tomografin saatavuus tutkimusta varten (1 päivä viikossa) ja tutkimusten monimutkaisuus. Biokemiallisia perusanalyysejä tehdään jatkuvasti, mutta kaikki näytteet jokaiselta koehenkilöltä (yhteensä 30) säilytetään -80°C:ssa ja analysoidaan samanaikaisesti.

Osa B: Tutkimuspöytäkirjojen ja ruokavaliotietojen laatiminen, joita voidaan käyttää fruktoosin kulutuksen kvantifiointiin. Aiheiden haku ja seulonta.

2025: Osa A: Aiheiden seulonta, opintokokeet - min. Koko päivän mittaisia ​​tutkimuksia tehdään 30. Biokemiallisten analyysien jatkaminen.

Osa B: Koehenkilöiden seulonta (osassa A tutkitut hepatosteatoosipotilaat voidaan sisällyttää myös osaan B). Ruokavaliointerventiokokeet (n. n = 20) noin. 10 koehenkilöä (1 henkilö viikossa voidaan hoitaa, mukaan lukien MR-tutkimus ja VLDL:n yön ylieristys ensimmäisenä ja viimeisenä interventiopäivänä). Biokemialliset analyysit.

2026: Osa A: Aiheiden seulonta, opintokokeet - min. Koko päivän mittaisia ​​tutkimuksia tehdään 30. Biokemiallisten analyysien jatkaminen. Intensiivinen data-analyysi alkaa.

Osa B: Aiheiden seulonta. Ruokavaliointerventiokokeet (n = 10) jäljellä olevilla koehenkilöillä ensimmäisenä ja viimeisenä interventiopäivänä. Biokemialliset analyysit. Erikoistuneet biokemialliset analyysit (esimerkiksi ELISA fibroblastien kasvutekijä 19:lle (FGF-19), valitut hepatokiinit tai muut proteiinit, jotka voivat osallistua de novo -lipogeneesin säätelyyn) ja rasvahappoprofiilin lipidominen analyysi vapaiden rasvahappojen (FFA) poolissa ja TG VLDL:ssä. Tietojen analysointi ja tulosten julkaiseminen.

2027: Osa A: Opintokokeet muissa aineissa - max. Koko päivän mittaisia ​​tutkimuksia tehdään 10. Rutiininomaisten biokemiallisten analyysien jatkaminen. Erikoisbiokemialliset analyysit (katso edellä). Tietojen analysointi ja tulosten julkaiseminen.

Osa B: Tietojen lopullinen analyysi ja tulosten julkaiseminen.

8. ODOTETUT TULOKSET Tämä projekti tarjoaa uusia näkemyksiä mekanismeista, joilla yksinkertaiset hiilihydraatit vaikuttavat maksan rasvan kertymiseen. Erityisen tärkeää on fruktoosin ja glukoosin (jotka ovat tutkittu intensiivisesti, mutta joita väestö ei käytä) ja sakkaroosin, sokerin, jota koko väestö yleensä käyttää makeuttamiseen, roolin vertailu. Lisäksi ruokavalion fruktoosin rajoittamista koskevan kokeen pitäisi määrittää, voiko tällainen interventio olla hyödyllinen hepatosteatoosin hoidossa. Kokonaisuutena molempien hankkeiden osien tulee tarjota käytännön ravitsemussuosituksiin toteutettavissa olevia tuloksia ja parantaa NAFLD:n hallintastrategioita.