Alberta FYBER(장내 박테리아에 더 많은 섬유를 공급) 연구

과체중 및 비만은 심혈관 질환(CVD), 제2형 당뇨병(T2D) 및 특정 암을 비롯한 수많은 질병의 발병 위험을 상당히 증가시킵니다. 장 내에 상주하는 미생물 군집(microbiota)은 비만 및 관련 병리(예: CVD, T2D), 따라서 잠재적인 치료 대상입니다. 식단은 장내 미생물이 숙주 대사에 기여하는 바가 유익한지 해로운지를 결정하는 것으로 알려져 있습니다. 지방과 설탕이 많은 서구식 식단은 전신 염증과 관련이 있는 반면, 지방 섭취는 장막을 통한 리포다당류 전위를 증가시킵니다. 또한, 콜린과 L-카르니틴의 장내 미생물 대사는 트리메틸아민을 생성할 수 있으며, 이는 간에서 트리메틸아민 N-옥사이드(TMAO)로 산화된 후 죽상동맥경화증에 기여하는 것으로 나타났습니다. 대조적으로, 과일, 채소 및 통곡물의 식이 섬유가 많은 식단은 염증과 반비례 관계가 있으며 잠재적으로 고지방 식단의 효과를 역전시킬 수 있습니다. 발효 가능한 섬유질 유형은 숙주의 소화에 저항할 수 있지만 이후 장내 미생물군에 의해 신진대사 및 면역학적 이점이 있는 것으로 알려진 단쇄 지방산(SCFA)으로 발효됩니다. 따라서 역학적 연관성과 인간 개입 실험 모두 섬유질 섭취, 전신 염증 감소, 지질 및 포도당 대사 개선 사이의 역의 연관성을 시사합니다. 그러나 결과는 일관성이 없습니다. 이러한 불일치는 부분적으로 (I) 대부분의 연구에서 사용된 낮은 섬유 용량과 (II) 섬유에 대한 마이크로바이옴의 개별화된 반응에서 비롯될 수 있는 섬유에 대한 반응의 높은 수준의 개인 간 변동에 기인할 수 있습니다. 섬유소와 장내 미생물군이 상호작용하여 숙주의 생리학에 영향을 미친다는 새로운 증거는 화학적으로 구별되는 섬유소가 숙주의 신진대사와 염증을 조절하는 능력과 생리학적 효과에서 장내 미생물군의 역학적인 역할을 조사하는 인간 임상 연구를 보증합니다.

우리의 장기적인 목표는 섬유질이 숙주와 장내 미생물에 미치는 영향을 조사하는 전체론적 접근 방식을 적용하는 임상 연구를 통해 이러한 프레임워크에 기여하는 것입니다. 우리는 섬유가 비만 관련 병리의 염증, 대사 및 호르몬 마커에 대한 구조 의존적 효과를 나타낸다고 가정합니다. 이는 개인의 배설물 미생물군유전체의 구성, 기능 및 유전적 특성을 통해 예측할 수 있습니다. 우리는 다음과 같은 구체적인 목표를 제안합니다.

목표 1. 과체중 및 경미한 비만인 개인에서 평행 암 탐색 개입 연구를 수행하여 화학적으로 구별되는 고용량의 섬유가 숙주 염증 마커, 인슐린 감수성 측정 및 기타 임상 결과에 미치는 영향을 결정합니다.

물리화학적으로 구별되는 2개의 발효성 식이 섬유(아카시아 검 및 저항성 전분 유형 4)가 대사 질환의 임상 지표에 미치는 영향을 상대적으로 비발효성 식이 섬유(미정질 셀룰로오스 - 대조군)와 비교합니다. 우리는 3군, 평행 설계, 단일 맹검, 위약 대조, 층화 무작위 탐색 시험을 사용할 것입니다. 섬유질은 더 이상의 생활 방식 조정 없이 6주 동안 매일 상대적으로 순수한 형태로 투여됩니다. 시험에 사용되는 용량은 여성의 경우 25g/일, 남성의 경우 35g/일입니다(캐나다 보건부의 식이 권장 사항에 근접). 그러나 치료 첫 2일 동안은 섬유소 일일 치료 용량의 절반(여성: 12.5g/일, 남성: 17.5g/일)을 사용하여 섬유질을 식단에 쉽게 포함시킵니다. 참가자는 내성과 순응도를 개선하기 위해 섬유질을 식단에 통합하는 방법에 대해 조언을 받을 것입니다.

잘 확립된 포괄적인 비만 관련 바이오마커 세트에 대한 식이 섬유의 영향은 기준선 및 식이 후 개입에서 정량화를 통해 결정됩니다. 고감도 C 반응성 단백질 및 기타 염증 마커(예: 인터루킨-6, 인터루킨-10)뿐만 아니라 대사 증후군에 대한 확립된 마커(예: 공복 혈당 및 트리글리세리드)는 탐색적 시험의 주요 종점으로 구성될 것입니다. 대사 및 염증 개선을 중재하는 메커니즘에 대한 추가 이해를 얻기 위해; 포만감/배고픔 신호 호르몬(예: 글루카곤 유사 펩티드-1, 렙틴 및 그렐린)이 포함됩니다. 라이프 스타일 지표, 치료 준수 및 포만감은 자가 관리 설문지를 통해 추가로 평가됩니다.

목표 2. 장내 미생물 구성, 유전적 특성, 항염증(SCFA) 및 병원성(TMAO) 대사산물 생성에 대한 화학적으로 구별되는 유형의 식이 섬유의 장단기 영향을 평가합니다.

Illumina 16S rRNA 시퀀싱 및 전체 metagenomic 시퀀싱을 활용하여 0주, 1주 및 6주차에 탐색적 시험 참가자의 분변 미생물(대장균이 풍부해질 것임)을 특성화하여 장내 미생물 구성의 섬유 유도 변화를 탐색합니다. 그리고 유전자 내용. 이러한 방법은 대부분의 장내 미생물이 현재 배양할 수 없기 때문에 사용될 것입니다. 장내 미생물군 기능을 추가로 조사하기 위해 혈장(TMAO)과 대변(SCFA 및 담즙산)에서 특정 박테리아 관련 대사산물을 정량화할 것입니다. 이와 병행하여 우리는 체외 발효 후 배설물 대사 산물을 정량화하여 인간의 장에서 흡수되는 것을 설명할 것입니다. 이를 통해 숙주에서 관찰되는 생리적 효과와 일치하는 장내 미생물 구성, 대사 및 기능의 섬유 유도 변화에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

목표 3. 임상 결과와 마이크로바이옴 변화 사이의 연관성을 특성화하고 개별 마이크로바이옴 구성이 식이 섬유의 영향을 얼마나 잘 예측하는지 결정합니다.

견고한 인간 탐구 시험, 잘 정의된 숙주 표현형 세트 및 참여자 미생물 특성을 확립함으로써 Aim 3는 이러한 데이터를 통계적으로 통합하여 식단, 장내 미생물 및 숙주 대사 사이의 연관성을 구체적으로 테스트하고 다음을 평가할 것입니다. 베이스라인에서 미생물 및 숙주 표현형 시그니처는 식이 섬유의 임상 결과를 예측할 수 있습니다.