カプセル化されたグルコアファニンの変換、腸内微生物叢の系統発生および gEnotype 研究 (ENGAGE) (ENGAGE)

グルコシノレート (GSL) は、ブロッコリー、キャベツ、クレソンなどのアブラナ科作物の植物組織に見られる不揮発性の硫黄含有植物化学物質 (二次代謝産物) です。 グルコシノレートはこれらの食品に蓄積し、グルコラファニンはブロッコリーに見られる主なグルコシノレートです. 組織が破壊されると、グルコシノレートは酵素ミロシナーゼによってイソチオシアネート (ITC) に変換されます。 スルフォラファンは、グルコラファニンからの酵素加水分解によって得られる主要な ITC です。 野菜が非常に完全に調理されると、ミロシナーゼ酵素が変性し、GSL が胃腸 (GI) 管を通過して結腸に入ります。

ITC は動物実験で、抗酸化効果などの多様な生物学的効果を発揮することが示されています。抗炎症特性;血小板凝集の阻害;収縮期血圧の低下とコレステロール値の低下;これらはすべて、心血管疾患を発症するリスクを軽減します。 スルフォラファンは、がんの化学予防や健康な心臓の維持など、人間の健康上の利点に関連しています。

ミロシナーゼ酵素が不活性化された調理済みのアブラナ科の野菜が消費されると、結腸内の微生物叢の一部が、グルコシノレートを ITC に変換することもできるミロシナーゼ様酵素を生成します。 グルコラファニンから ITC への腸内微生物叢の変換のこのプロセスは、腸内抗生物質と腸洗浄によって廃止されます。 培養中のGSLを代謝する能力を有するヒト腸内に見られる細菌株の能力を確認する、細菌の純粋培養および混合培養の両方で実施さ​​れたいくつかのin vitro研究がありました。 ヒトの腸内微生物叢による GSL から ITC への変換の程度は個人間で大きく異なることが示されていますが、個人内で繰り返される測定からの変換率ははるかに一貫しています。 最近の研究では、ヒト腸内細菌によるエクスビボでのグルコシノレートの変換を、少数の個人からのグルコシノレート代謝のインビボデータと相関させようとしましたが、個々の細菌の特殊性への特定のリンクは確立されていません.

私たちの研究は、参加者がブロッコリーから精製された100mgのグルコラファニンを含む1つのカプセルを消費する人間の食事介入です. カプセルによって送達されるグルコラファニンのレベルは、ブロッコリーの 1 ～ 2 部分に似ています。 これは精製されたグルコラファニンであるため、ミロシナーゼ酵素は存在しません。 したがって、カプセル内に含まれるグルコラファニンの ITC への変換はすべて、腸内細菌叢に見られる酵素によって行われます。

カプセル内のグルコラファニンが腸内微生物叢によって ITC に代謝される能力は不明であり、尿中に排泄された ITC を測定することによって評価されます。 手短に言えば、研究の各参加者は、食事介入の3日前、および介入中のさらに24時間、グルコシノレートおよびITCを含む食品を控えるように要求されます. 彼らは、研究日の介入の前に一晩絶食し、絶食後の朝に尿サンプルを収集するように要求されます。 これは効果的に陰性対照サンプルを構成し、食事制限の順守の尺度として使用されます。 参加者には、朝食とともにグルコラファニンカプセルが与えられます。 食事制限はさらに 24 時間続き、その間、参加者は自分が生成したすべての尿を収集します。 ITC は、検証済みの分析方法を使用して、HP-LC および LC-MS によって尿で定量化されます。 24 時間の尿収集が完了すると、食事制限は終了します。

人間の食事介入研究では、グルコシノレートの変換の程度が大きく異なることが示されています. グルコラファニン代謝率の変動の原因となる可能性のある要因を評価するために、各参加者は糞便サンプルを提供し、そこから糞便腸内細菌叢の系統発生を分析します。 必要なすべての機器とともに、サンプルを収集する方法の詳細な説明が提供されます。 糞便細菌の生存能力を維持するために、糞便サンプルは製造から 2 時間以内に研究科学者に返却されます。

参加者が少数の場合は、2 回目の糞便サンプルが要求されます (最大 3 名の参加者)。 目的は、低 ITC 排泄物、中 ITC 排泄物、高 ITC 排泄物 1 つを選択することです。 理想的には、低排泄者と高排泄者は ITC の最低および最高 5% 排泄内にあり、3 番目の参加者は平均 ITC 排泄に可能な限り近くなります。 目的は、グルコラファニンを代謝できる微生物叢を選択するために、グルコラファニンを繰り返し投与しながら糞便微生物叢を時間をかけて培養することです。 グルコラファニンの主な加水分解生成物であるスルフォラファンは、人間の健康にさまざまな利点があることが知られていますが、ITC の高、中、低排泄物との臨床的関連性は知られていません。

いくつかの疫学的および介入研究は、アブラナ科野菜に対する健康上の利点と生理学的反応が、個人の GSTM1 遺伝子型 (グルタチオン-S-トランスフェラーゼ (GST) 遺伝子ファミリー) によって媒介される可能性があることを示唆しています。 ITC が体内に吸収されると、グルタチオンと結合し、メルカプツール酸経路を介して代謝されます。 抱合は、ITC 濃度と比較して細胞内のグルタチオン濃度が比較的高いため、自発的に起こります。 しかし、非結合 ITC は血漿中に存在するため、ある段階で ITC-チオール結合が解離する必要があります。 これは GSTM1 酵素によって触媒される可能性があると考えられています。 人口の約 50% が GSTM1 遺伝子の相同な欠失を持っており、その結果ヌル遺伝子型になり、20% が GSTT1 遺伝子の欠失を持っています。 GSTM1 遺伝子型が尿中の ITC 排泄速度に影響を与える可能性があることを示唆する研究がいくつかありますが、GSTM1 遺伝子型がピーク血漿 ITC 濃度に影響を与えることは示唆されていません。

以前の介入であるダイエッ​​トと血管の健康研究の未発表の結果。 Clinical Trials.gov: NCT01114399 は、GSTM1 が機能的な GSTM1 対立遺伝子を持つものとは異なる方法でスルフォラファンの代謝を無効にするという考えに信憑性を追加しました。 GST遺伝子ファミリーとアブラナ科野菜との関連性に加えて、グルコラファニンからスルフォラファンへの変換の程度を決定できる可能性のある他の興味深い遺伝子があるかもしれません. 私たちの以前の介入で行われた研究であるダイエッ​​トと血管の健康研究は、可能性のある候補遺伝子を調査しようとしました. 高グルコラファニン食を行っていた参加者からのサンプルで Affymetrix SNP 分析を実行することにより、関心のある候補遺伝子を特定するためのよりグローバルなアプローチを取ることを検討する大幅な修正があります。

したがって、各参加者の GSTM1 遺伝子型およびその他のまだ特定されていない候補遺伝子を決定して、遺伝子型が単独で、または系統発生プロファイルと組み合わせて尿中の ITC 排泄率に影響を与えるかどうかを評価します。 各参加者から 5 ml の血液サンプルを採取し、DNA を抽出し、PCR を使用して遺伝子が存在するかどうかをテストします。