Prebiootit (Kuivatut luumut) ja immuunitoiminto postmenopausaalisilla naisilla

Yhdysvalloissa arviolta 2 miljoonaa naista (noin 6 000 naista päivittäin) saavuttaa vuosittain naisen lisääntymiskyvyn ikääntymisen kriittisen vaiheen, joka tunnetaan menopaussina. Menopaussin luonnehtii kuukautisten pysyvä lakkaaminen ja munasarjojen follikulaarisen toiminnan väheneminen, jonka aiheuttaa 17β-estradiolin väheneminen (eli estrogeenivaje). Amerikkalaisilla naisilla menopaussin mediaani-ikä on 51 vuotta [1]. Nykyisen 80,5 vuoden elinajanodotteen perusteella tämän maan naiset voivat odottaa viettävänsä jopa kolmanneksen elämästään tässä postmenopaussaalisessa vaiheessa.

17β-estradiolin vähenemisen vaikutus immuunisolujen toimintaan, erityisesti joihinkin T-solupopulaatioihin, on noussut monen naistenterveystutkimuksen kohteeksi. On laajalti hyväksytty, että menopaussin jälkeen naisten kroonisten sairauksien riski kasvaa merkittävästi, mukaan lukien gynekologiset ja rintasyövät, autoimmuunisairaudet, sydän- ja verisuonitaudit ja osteoporoosi. Luuston terveyteen liittyen, mikä on laboratorion työmme painopiste, postmenopaussaalisilla naisilla on 4 kertaa suurempi murtumariski verrattuna esimenopaussaalisiin naisiin (ikä 20-50 vuotta). Lisäksi yhdellä kolmesta yli 50-vuotiaasta naisesta on osteoporoottinen murtuma. Menopaussin yhteydessä tapahtuvaa 17β-estradiolin laskua seuraa immunologiset muutokset erilaistumisklusterin (CD)4+ effektori T-soluissa, erityisesti T-auttajasolujen lisääntyminen, jotka ilmentävät tulehdusta aiheuttavaa sytokiinia, interleukiini (IL)-17:ää (eli Th17-solut) verrattuna immunosuppressiivisiin T-sääteleviin (Treg) soluihin. Th17-solut ovat erittäin voimakkaita osteoklastogeneesin edistäjiä ja nopeuttavat luun resorptiota, joka tapahtuu estrogeenivajeen yhteydessä. Sitä vastoin Treg-solujen luuta suojaavaa roolia, joita raportoidaan joko vähenevän tai pysyvän muuttumattomina menopaussin yhteydessä, on ihmisillä vähemmän selvä niiden tulehdusta hillitsevien ominaisuuksien lisäksi. Näin ollen juuri Th17-solujen lisääntyminen on tärkein tekijä muuttuneessa Treg/Th17-suhteessa, jota raportoidaan estrogeenin laskun yhteydessä ja jolla on keskeinen rooli postmenopaussaalisen osteoporoosin patofysiologiassa.

Viimeaikaiset todisteet ovat paljastaneet, että suoliston mikrobisto on kriittinen sääteilijä tälle osteoimmunologiselle (eli T-solu)vasteelle; siten luoden suolisto-luu-akselin toimivaksi kohteeksi estrogeenivajeesta johtuvan luukadon ehkäisemiseksi. Kliiniset tutkimukset ovat osoittaneet, että probioottien ja prebioottien käytöllä suoliston mikrobiston muokkaamisella on hyödyllisiä vaikutuksia luun ja mineraalien aineenvaihduntaan. Postmenopaussaalisen osteoporoosin eläinmalleissa probiootit ja prebiootit lisäävät suolistoperäisiä aineenvaihduntatuotteita (esim. lyhytsuoluisia rasvahappoja (SCFA)), ohjelmoivat tolerogeenisemman tai tulehdusta hillitsevän immuunivasteen samalla estäen luukatoa. Laboratorion laaja työ kuivatuista luumuista ja niiden ainutlaatuisesta kyvystä paitsi ehkäistä myös kääntää luukato eläinmalleissa on paljastanut, että se parantaa T-solujen toimintaa ex vivossa ja sekä sen polyfenoliset että hiilihydraattikomponentit osallistuvat sen prebioottiseen toimintaan. Nämä löydökset yhdistettynä vahvoihin todisteisiin kolmesta erillisestä kliinisestä tutkimuksesta tukevat kuivattujen luumujen kykyä ehkäistä postmenopaussaalista luukatoa [1-3] tekevät siitä erinomaisen prebioottisen ehdokkaan testaamaan, siirtyvätkö nämä eläinmalleissa havaityt suolistovälitteiset muutokset immuunitoiminnassa ihmiskoehenkilöihin.

Ikään liittyvien estrogeenimuutosten lisäksi muut tekijät, jotka vaikuttavat postmenopaussaalisten naisten T-solubiologiaan (esim. D-vitamiinitaso), voivat edelleen lisätä heidän osteoporosiriskiään. Yhdysvaltojen 51-70-vuotiaista naisista 28 % on D-vitamiinipuutteisia ja 10 % D-vitamiinivajaita Institute of Medicine -ohjeistuksen perusteella. Vaikka D-vitamiini tunnetaan roolistaan luuston terveydessä, sen tärkeistä luuston ulkopuolisista toiminnoista tulee jatkuvasti uusia todisteita. 1,25-(OH)2D3 samanaikaisesti estää tulehdusta aiheuttavia Th17-soluja ja lisää tulehdusta hillitsevien Treg-solujen määrää ja toimintaa. Lisäksi D-vitamiinin vaikutus immuunitoimintaan on äskettäin yhdistetty, vaikkakin epäsuorasti, suoliston mikrobistoon. Siten postmenopaussaalisilla naisilla, joilla on heikentynyt D-vitamiinitaso, voi olla vielä suurempi riski T-soluvälitteisiin sairauksiin (esim. autoimmuunisairaudet & osteoporoosi), mikä korostaa edelleen suoliston mikrobistoon kohdistamisen tärkeyttä.

Tämän tutkimuksen tavoitteena on ymmärtää, kuinka ruokavalion täydentäminen kuivatuilla luumuilla, prebioottista toimintaa omaavalla ruoalla, vaikuttaa T-effektorisoluihin (eli Th17 & Treg) ja niiden toimintaan; ja tutkia, muuttaako isäntäorganisman D-vitamiinitaso tätä vastetta. Keskeiset tutkittavat kysymykset ovat: 1) vaikuttaako ruokavalion täydentäminen kuivatuilla luumuilla immuunitoimintaan (eli T-effektorisoluihin); 2) siirtyvätkö esikliinisten tutkimustemme havainnot, jotka osoittavat suoliston mikrobiston olevan kohde estrogeenivajeen yhteydessä tapahtuvia T-solumuutoksia vastaan, postmenopaussaalisiin naisiin; ja 3) vaikuttaako isäntäorganisman D-vitamiinitaso vastetta tähän prebioottiin.

Tämän saavuttamiseksi rekrytoimme terveitä 60-75-vuotiaita postmenopaussaalisia naisia osallistumaan satunnaistettuun ristiinlomitettavaan kontrolloitavaan tutkimukseen kuivattujen luumujen kanssa ja ilman. Suunnittelemme ottavamme mukaan n=30 naista. Kelvolliset vapaaehtoiset suorittavat 5 tutkimuskäyntiä IU Health University Hospitalin kliinisessä tutkimuskeskuksessa. Käynnillä 1 vapaaehtoiset läpäisevät seulonnan varmistaakseen kelpoisuutensa osallistua ja antamansa tietoisen suostumuksen jälkeen heille mitataan antropometriset mittaukset, perustason luutiheysskannaus ja fyysisen toimintakyvyn arviot. en käyntiä 2 ja kaikkia myömpiä käyntejä osallistujat keräävät ulostenäytteitä ja syöttävät 3-päiväisen ruokailutietueensa Automated Self-administered 24-hour (ASA24) -järjestelmään.

Päätutkimuskäynnit (Käynnit 2-5) jaetaan kahteen haaraan (kukin 4 viikon kestoinen 1 viikon aloitusjakson kanssa) ja peseytymisjaksoon (2-4 viikkoa). Käynnillä 2 osallistujat satunnaistetaan sitten Haaraan A (kuivattujen luumujen interventio) tai Haaraan B (ilman kuivattujen luumujen interventiota) käyttäen tietokoneella generoitua satunnaislukulistaa. Kun osallistujat ovat Haarassa A, heille annetaan ohjeet aloitusjaksoon ja kuivattujen luumujen sisällyttämiseen ruokavalioon (50 g/päivä tai 5-6 kuivattua luumua päivässä). Osallistujat kirjaavat kulutetun kuivattujen luumujen määrän ja päiväajan sekä palauttavat mahdolliset jäljellä olevat tuotteet. Tutkimushenkilöstö toimittaa kuivattuja luumuja välipalapakkauksissa ilman kustannuksia. Huomioi, että välipalapakkaukset toimittaa California Prune Board. Käynnillä 3 osallistujat suorittavat tiedon ja näytteenkeruyn kuten käynnillä 2 kuvattu ja sitten alkavat peseytymisjaksoon. Käynti 4 ajoitetaan peseytymisjakson jälkeen ja samoja käynnissä 3 kuvattuja menettelyjä toistetaan ristiinlomituksella toiseen haaraan. Käynnillä 5 (viimeinen käynti) osallistujat suorittavat tiedon ja näytteenkeruyn.

Käynneillä 2-5 osallistujat täyttävät myös liikunta- ja auringonaltistuskyselyt. He antavat verinäytteen ja ilmoittavat tutkimushenkilöstölle terveydentilassaan tapahtuneista muutoksista. Molempien tutkimushaarien ajan osallistujat arvioivat päivittäin suoliston toimintatapojaan.