De rol van suikers bij de vetophoping in de lever (FROGLOSA)

1. INLEIDING Niet-alcoholische leververvetting (NAFLD) is momenteel de belangrijkste oorzaak van chronische leverziekte, treft ongeveer een kwart van de wereldbevolking en de incidentie van de ziekte neemt nog steeds toe (doi: 10.1210/endrev/bnz009). Het optreden van NAFLD houdt nauw verband met obesitas, insulineresistentie en/of diabetes type 2 (doi: 10.7759/cureus.20776). Sommige auteurs beschouwen NAFLD zelfs als een hepatische manifestatie van het metabool syndroom of zelfs als de voorloper van de ontwikkeling van het metabool syndroom (doi: 10.1016/j.dld.2014.09.020).

   De toenemende incidentie van NAFLD wordt toegeschreven aan een sedentaire levensstijl, een energie-inname die niet in verhouding staat tot het energieverbruik en ook aan een verhoogde inname van eenvoudige koolhydraten (toegevoegde suikers), en specifiek aan een verhoogde inname van fructose (zowel als onderdeel van het sucrosemolecuul als ook , vooral in de Verenigde Staten (VS), als bestanddeel van fructose-glucosestroop (HFCS)). De afgelopen decennia zijn er een aantal artikelen gepresenteerd die een verband hebben aangetoond tussen de toegenomen consumptie van toegevoegde suikers (vooral fructose) en de pandemie van obesitas en insulineresistentie (doi: 10.1097/MOL.0b013e3283613bca, doi: 10.1007/s00394-018-1711-4, doi: 10.1016/j.nut.2013.08.014).

   Recente meta-analyses hebben echter niet de rol ondersteund van een verhoogde inname van toegevoegde suikers of fructose bij de ontwikkeling van obesitas, insulineresistentie, metabool syndroom en diabetes type 2 (doi: 10.1017/S0954422414000067, doi: 10.1007/s00394-016-1345-3 ). Ze suggereren eerder dat de toegevoegde suikers schadelijk zijn als ze gepaard gaan met een onvoldoende verhoogde energie-inname. Er werd zelfs gesuggereerd dat een verhoogde consumptie van fructose en toegevoegde suikers een teken zou kunnen zijn van een ongezonde levensstijl. Aan de andere kant zijn er niet zo veel gegevens beschikbaar over de rol van toegevoegde suikers en vooral fructose bij het ontstaan ​​van leververvetting.

   Dit kan te wijten zijn aan het feit dat het metabolisme van glucose en fructose in de lever fundamenteel verschillend is (doi: 10.1016/j.jada.2010.06.008, doi: 10.3390/nu9091026, doi: 10.1016/j.clnu.2020.12. 022). In tegenstelling tot glucose, dat grotendeels door extrahepatische weefsels wordt gemetaboliseerd, wordt het grootste deel van fructose direct door de lever opgenomen en gemetaboliseerd. Bovendien staat de fosforylering van fructose tot fructose-1-fosfaat, gekatalyseerd door fructokinase/ketohexokinase, niet onder enige feedbackcontrole en resulteert dit in een ongecontroleerde productie van trioso-3-fosfaten. Deze kunnen de gluconeogenese-route binnengaan en verder worden gebruikt om glycogeen aan te vullen (in een staat van glycogeendepletie), maar ze kunnen ook een substraat vormen voor de novo lipogenese (DNL) en tegelijkertijd de vetzuuroxidatie remmen. Fructose lijkt ook een krachtige activator te zijn van de op koolhydraten reagerende regulerende elementbindende proteïne (ChREBP) die samen met sterol regulerend elementbindend eiwit (SREBP) DNL in de lever bevordert.

   Belangrijk is dat, ondanks het feit dat vetzuren die vrijkomen uit vetweefsel de belangrijkste bron van levervet zijn, de bijdrage van DNL aan de accumulatie van levervet aanzienlijk toeneemt, vooral bij patiënten met NAFLD (doi: 10.1172/JCI23621, doi: 10.1053/j .gastro.2013.11.049).

   Studies naar het effect van fructoseconsumptie op het levervetgehalte (HFC) hebben geen duidelijke conclusie opgeleverd. Bij gezonde proefpersonen lijkt de toediening van fructose onder isocalorische omstandigheden geen enkele invloed te hebben op de HFC (doi: 10.1093/ajcn/84.6.1374, doi: 10.1093/ajcn/nqz271). Vet hoopt zich alleen op in de lever van gezonde proefpersonen wanneer ze worden blootgesteld aan een hypercalorisch dieet met veel fructose (doi: 10.3945/ajcn.2008.27336). Integendeel, mannen met buikvet accumuleerden meer vet in de lever, zelfs op een isocalorisch dieet met veel fructose (doi: 10.1111/joim.12632). Interessant is dat in de studie waarin een dieet met een hoog glucosegehalte en een hoog fructosegehalte werd vergeleken onder zowel iso- als hypercalorische omstandigheden, mannen met overgewicht alleen onder hypercalorische omstandigheden levervet in de lever accumuleerden, maar er werd geen verschil in het effect op HFC gevonden tussen glucose en fructose. doi: 10.1053/j.gastro.2013.07.012).

2. PILOTGEGEVENS Glucose en fructose kunnen verschillende effecten hebben op de ophoping van vet in de lever, wat we hebben aangetoond in onze onderzoeken naar acute veranderingen van HFC na toediening van voedingsstoffen (doi: 10.1093/ajcn/nqy386, doi: 10.26402/jpp.2021.1.05 ). In deze onderzoeken hebben we een functionele test ontwikkeld en geïntroduceerd waarmee we acute veranderingen in het levervet konden volgen na een uitdaging met een hoge vet- en/of eenvoudige koolhydraatbelasting. In de test wordt de 150 g vet aan het begin van het experiment aan de proefpersonen toegediend, terwijl koolhydraten (50 g fructose of glucose) elke 2 uur worden toegediend om de lipolyse in vetweefsel efficiënt te onderdrukken, zoals gedocumenteerd door onderdrukking van niet-veresterde vetweefsels. concentratie vetzuren (NEFA) (doi: 10.1093/ajcn/nqy386). Op deze manier kunnen we de impact van vetzuren uit het vetweefsel op de accumulatie van levervet beperken en de daaruit voortvloeiende veranderingen moeten worden verklaard door de bijdrage van voedingsvet of DNL.

   Belangrijk is dat we in dit model hebben aangetoond dat 6 uur na consumptie van 150 g vet (room) de HFC toeneemt bij zowel gezonde, niet-zwaarlijvige proefpersonen met een normaal vetgehalte (doi: 10.1093/ajcn/nqy386) als bij niet-zwaarlijvige proefpersonen. proefpersonen met hepatosteatose (doi: 10.26402/jpp.2021.1.05). Het levervet neemt ook toe als fructose gelijktijdig met vet wordt toegediend. Integendeel, gelijktijdige toediening van glucose met vet voorkomt een dergelijke toename van HFC (doi: 10.1093/ajcn/nqy386, doi: 10.26402/jpp.2021.1.05).

3. DE RATIONALE VAN HET PROJECT De toegevoegde suikers vertegenwoordigen meer dan 12% van de dagelijkse energie-inname. Hun rol bij de ophoping van levervet is tot nu toe onderzocht met pure glucose of pure fructose. In het echte leven consumeren mensen echter geen pure glucose of fructose; ze consumeren fructose samen met glucose, zowel als onderdeel van sucrose of in fructose-glucosestroop. Het is niet helemaal duidelijk hoe het levervetgehalte zal reageren op het mengsel van beide suikers. De vraag hoe gelijktijdige consumptie van beide hexosen de accumulatie van vet in de lever beïnvloedt, kan van grote praktische betekenis zijn en het beantwoorden van deze vraag zou in grote mate kunnen bijdragen aan de wijziging van voedingsaanbevelingen voor NAFLD-behandeling.

   Belangrijk is dat we, omdat we niet in staat waren het verschil aan te tonen tussen de respons van HFC op glucose- en fructosetoediening bij niet-zwaarlijvige, niet-diabetische proefpersonen (doi: 10.26402/jpp.2021.1.05), het zou de voorkeur verdienen om de acute effecten van deze drie suikers op HFC te bestuderen na gelijktijdige toediening ervan met een hoge vetbelasting.

   Het aantal onderzoeken documenteerde duidelijk de nadelige effecten van overmatige fructoseconsumptie op de metabolische gezondheid. Aan de andere kant, als fructose de menselijke gezondheid schaadt, zou het belangrijk zijn om te weten of fructosebeperking een effect heeft op HFC. Fructosebeperking leidde inderdaad tot een significante vermindering van levervet na 9 dagen bij zwaarlijvige kinderen (doi: 10.1053/j.gastro.2017.05.043) en na 6 weken bij zwaarlijvige personen (doi: 10.1093/ajcn/nqaa332). Op basis van onze eerdere resultaten kan worden verondersteld dat het elimineren van fructose uit het dieet en het vervangen ervan door zetmeel of glucose het vetgehalte in de lever zelfs binnen een paar dagen effectief zou moeten onderdrukken.

4. HYPOTHESEN

   Er zullen twee hoofdhypotheses worden getest:

   • De toename van het vetgehalte in de lever na een hoge vetbelasting wordt afgestompt door glucose, maar niet door fructose en ook niet door sucrose (deel A van het project).
   • De korte termijn (7 dagen) fructosebeperking via de voeding resulteert in een afname van het levervetgehalte (deel B van het project)

5. EXPERIMENTEEL ONTWERP Deel A Het ontwerp van dit deel van het onderzoek zal hetzelfde zijn als dat in onze eerdere onderzoeken (doi: 10.1093/ajcn/nqy386, doi: 10.26402/jpp.2021.1.05) behalve dat er tijdens elk experiment slechts twee metingen van het levervetgehalte (HFC) door middel van magnetische resonantiespectroscopie (MRS) zullen worden uitgevoerd. Bij elk onderwerp van de studie worden de drie onderzoeken van ongeveer 8 uur afgenomen. Eerst zal het levervetgehalte (HFC) worden gemeten met behulp van MRS (30-45 minuten). Vervolgens wordt de canule in de antecubitale ader ingebracht en wordt de eerste bloedafname uitgevoerd. De proefpersonen krijgen dan 460 ml room (hoog vetgehalte - 150 g vet in totaal) met vruchtenthee, gezoet met 50 g van een van de suikers (glucose/fructose/sucrose). Twee en vier uur later krijgen ze opnieuw vruchtenthee gezoet met dezelfde suiker als op tijdstip 0 uur. Het bloed voor biochemische analyses wordt vervolgens afgenomen om 0,5, 1, 2 (voor de thee), 2,5, 3, 4 (voor de thee), 4,5, 5 en 6 uur. Overdag krijgen de proefpersonen geen eten en mogen ze alleen water of vruchtenthee drinken. De meting van het levervetgehalte wordt om 6 uur herhaald. Tijdens magnetische resonantie (MR) onderzoek wordt ook het volume visceraal vet gemeten en de lichaamssamenstelling bepaald. De volgorde van de onderzoeken is willekeurig en wordt uitgevoerd met tussenpozen van ten minste twee weken.

   Onderwerpen: In dit deel van het project zullen twee groepen mannelijke vrijwilligers worden bestudeerd: 15 niet-obese proefpersonen (Body Mass Index (BMI) < 30 kg/m2) en 15 zwaarlijvige proefpersonen (BMI ˃ 30 kg/m2). De proefpersonen zijn tussen de 18 en 70 jaar oud en de groepen worden op leeftijd afgestemd. Gebaseerd op onze eerdere onderzoeken met gezonde mannelijke proefpersonen zou het aantal van 13 proefpersonen in één groep voldoende moeten zijn om een ​​toename van 10 ± 10% in HFC te detecteren na de vetbelasting bij α = 0,05 (tweezijdige gepaarde t-test) en β = 0,10 . Het iets hogere aantal per groep dekt de risico's die gepaard gaan met de uitsluiting of terugtrekking van sommige proefpersonen tijdens het onderzoek.

   De uitsluitingscriteria voor beide groepen zijn diabetes mellitus (nuchtere glucose hoger dan 7 mmol/l, 2-uurs glucose na oGTT ˃ 11,1 mmol/l, of antidiabetische behandeling) of andere ernstige ziekten (hart- en vaatziekten, kanker, enz.), alcohol consumptie ˃ 30 g/dag, fructose-intolerantie, gebruik van geneesmiddelen die het lipidenmetabolisme beïnvloeden en intolerantie voor MR-onderzoek (claustrofobie, metalen implantaten, enz.). Vóór deelname aan het onderzoek ondertekenen de proefpersonen de geïnformeerde toestemming met deelname aan het onderzoek en genetische tests en vóór elk experiment ondertekenen zij de geïnformeerde toestemming met MR-onderzoek.

   Deel B De proefpersonen die voor dit deel van het onderzoek zijn geselecteerd, zullen eerst een gedetailleerd driedaags voedingsoverzicht invullen, waardoor we onder andere hun fructoseconsumptie kunnen kwantificeren. Ze zullen dan gedetailleerd worden geïnstrueerd hoe ze hun dieet kunnen veranderen om fructose te elimineren en deze aanbevelingen ook schriftelijk ontvangen. Op de eerste dag van de zevendaagse dieetinterventie wordt nuchter bloed afgenomen en vervolgens wordt het vetgehalte in de lever gemeten met MRS. Daarna krijgen ze een pakket glucose en geselecteerde voedingsmiddelen zonder fructose als aanvulling op hun dieet. Zeven dagen lang zullen ze zich dan aan het dieet zonder fructose houden en een gedetailleerd voedingsverslag bijhouden. Op de laatste dag van de interventie wordt er opnieuw nuchter bloed afgenomen en wordt de HFC opnieuw gemeten via MRS (precies na 168 uur).

   Onderwerpen: Vijftien proefpersonen van 18 tot 70 jaar oud zullen in het onderzoek worden opgenomen. Net als in deel A is een dergelijk aantal proefpersonen iets hoger dan 13 – een aantal dat voldoende is om een ​​afname van de HFC van 10 ± 10% te detecteren bij α = 0,05 (tweezijdige gepaarde t-test) en β = 0,10.

   Om te worden opgenomen, moet het levervetgehalte bij de proefpersonen hoger zijn dan 6,2% en minder dan 16,5%, wat overeenkomt met steatose graad 2 (doi: 10.1007/s10334-011-0264-9). De deelnemers aan deel A van het onderzoek die aan dit criterium voldoen, kunnen ook worden opgenomen in deel B. De uitsluitingscriteria zijn dezelfde als in deel A. Vóór deelname aan het onderzoek ondertekenen de proefpersonen de geïnformeerde toestemming voor deelname aan het onderzoek en genetische tests en vóór elk experiment ondertekenen zij de geïnformeerde toestemming met MR-onderzoek.

6. METHODEN MR-spectroscopie (MRS). Standaard single voxel spectroscopiesequentie met adem inhouden (3 Tesla VIDA Siemens magnetische resonantie (MR) systeem uitgerust met meerkanaals oppervlaktelichaamsspoel) zal worden gebruikt om het levervetgehalte (HFC) te meten. MR-beelden in drie anatomische oriëntaties zullen worden gebruikt om het gewenste volume van 40x30x25 mm in te stellen. De correctie van signaalintensiteiten voor T2-relaxatie zal worden uitgevoerd.

   Om informatie te verkrijgen over het lipidenprofiel van de levertriglyceriden (TG) zullen de MRS-spectra worden geanalyseerd zoals eerder beschreven (doi: 10.3390/metabo11090625.).

   HISTO MR-beeldvorming (MRI). Proton Density Fat Fraction (PDFF)-beeldvorming zal worden gemeten volgens het HISTO Siemens-protocol dat is goedgekeurd door de Food and Drug Administration (FDA). Het omvat spectroscopische, Dixon- en multi-echo Dixon-sequenties.

   Evaluatie van gegevens. MR-spectra zullen worden geëvalueerd met behulp van het LCModel (doi: 10.1002/nbm.698) en het percentage HFC beoordeeld door MRS zal worden berekend volgens Longo (doi: 10.1002/jmri.1880050311).

   Meting van het viscerale vetgehalte door middel van MRI. Het gehalte aan visceraal vet wordt vóór of na de PDFF-meting gemeten door middel van een turbo-spin-echoreeks. Om het volume visceraal en onderhuids vet te evalueren, zal software geschreven in MATLAB worden gebruikt. Om de impact van de operator te verminderen, zullen viscerale vetgebieden worden geëvalueerd door twee onafhankelijke experts.

   Lichaamssamenstelling. De lichaamssamenstelling tijdens de screening wordt bepaald met behulp van InBody.

   Biochemische analyse. Het bloed wordt verzameld in buisjes die alle noodzakelijke remmers bevatten, onmiddellijk op het ijs geplaatst en gecentrifugeerd om binnen 15 minuten plasma te verzamelen. Glucose, triglyceriden (TG), niet-veresterde vetzuren (NEFA), insuline en β-hydroxybutyraat zullen worden gemeten in alle monsters die in het onderzoek worden verkregen. Alle noodzakelijke biochemische, radio-immunoassay (RIA) en enzym-gekoppelde immunosorbent assay (ELISA) methoden voor het bepalen van deze parameters worden momenteel gebruikt in de laboratoria van aanvragers.

   Lipidomics. Het VLDL zal worden geïsoleerd door ultracentrifugatie, en de analyse van het vetzuurprofiel van VLDL-triglyceriden en plasmavrije vetzuren zal worden uitgevoerd door middel van vloeistofchromatografie - massaspectrometrie (LC-MS) op de afdeling Metabolomics van het Instituut voor Fysiologie, Tsjechische Academie van Wetenschappen (betaalde dienst).

   Genetica. De polymorfismen van genen (PNPLA, TM6SF2 en andere) waarvan bekend is dat ze de accumulatie van levervet beïnvloeden, zullen worden bepaald.

   Statistieken. Statistische data-analyse en correlaties zullen worden uitgevoerd met PRISM 9.1- of JMP-software.

7. TIJDSCHEMA VAN HET PROJECT 2024: Deel A: Voorbereiding van studieprotocollen, zoeken en screenen van proefpersonen, start van de studie-examens in eerste vakken - er zullen ongeveer 20 hele dag examens worden afgenomen van een totaal van 90 examens (3 examens per elk van 30 onderwerpen). Het aantal onderwerpen dat kan worden bestudeerd, wordt beperkt door de beschikbaarheid van MR-tomografen voor onderzoeksstudies (1 dag per week) en de complexiteit van onderzoeken. Er zullen continu fundamentele biochemische analyses worden uitgevoerd, maar alle monsters van elke proefpersoon (30 in totaal) zullen bij -80°C worden opgeslagen en tegelijkertijd worden geanalyseerd.

Deel B: Opstellen van onderzoeksprotocollen en voedingsgegevens die kunnen worden gebruikt voor het kwantificeren van de fructoseconsumptie. Zoeken en screenen van onderwerpen.

2025: Deel A: Screening van vakken, studie-examens - min. Er worden 30 onderzoeken gedurende een hele dag uitgevoerd. Voortzetting van biochemische analyses.

Deel B: Screening van proefpersonen (proefpersonen met hepatosteatose die in deel A zijn bestudeerd, kunnen ook in deel B worden opgenomen). Dieetinterventie-experimenten (ca. n=20) over ca. 10 proefpersonen (er kan 1 proefpersoon per week worden geïntervenieerd, inclusief MR-onderzoek en nachtelijke isolatie van VLDL op de eerste en de laatste dag van de interventie). Biochemische analyses.

2026: Deel A: Screening van vakken, studie-examens - min. Er worden 30 onderzoeken gedurende een hele dag uitgevoerd. Voortzetting van biochemische analyses. Start van intensieve data-analyse.

Deel B: Screening van proefpersonen. Dieetinterventie-experimenten (n = 10) bij de overige proefpersonen op de eerste en de laatste dag van de interventie. Biochemische analyses. Gespecialiseerde biochemische analyses (bijvoorbeeld ELISA voor fibroblast-rijfactor 19 (FGF-19), geselecteerde hepatokines of andere eiwitten die betrokken kunnen zijn bij de regulatie van de novo lipogenese) en lipidomische analyse van het vetzuurprofiel in de vrije vetzuurpool (FFA) en TG in VLDL. Analyse van de gegevens en publicatie van de resultaten.

2027: Deel A: Examens overige vakken - max. Er worden 10 hele dagen examens afgenomen. Voortzetting van routinematige biochemische analyses. Gespecialiseerde biochemische analyses (zie hierboven). Analyse van de gegevens en publicatie van de resultaten.

Deel B: Eindanalyse van de gegevens en publicatie van de resultaten.

8. VERWACHTE RESULTATEN Dit project zal nieuwe inzichten opleveren in de mechanismen waarmee eenvoudige koolhydraten de accumulatie van levervet beïnvloeden. Van bijzonder belang zal de vergelijking zijn van de rol van fructose en glucose (die intensief worden bestudeerd maar niet door de bevolking worden gebruikt) en die van sucrose, de suiker die over het algemeen door de hele bevolking wordt gebruikt om te zoeten. Bovendien moet het experiment met fructosebeperking uit de voeding uitwijzen of een dergelijke interventie nuttig kan zijn voor de behandeling van hepatosteatosis. Over het geheel genomen moeten beide delen van de projecten resultaten opleveren die kunnen worden geïmplementeerd in praktische voedingsaanbevelingen en die de strategieën voor het beheer van NAFLD kunnen verbeteren.