Høy fruktosediett, tarmmikrobiomet og metabolsk helse

Amerikanere bruker vanligvis overskytende mengder fruktose i kosten. Tilsatt fruktose har vist seg å ha en negativ innvirkning på metabolsk helse, inkludert økt insulinresistens og type 2 diabetes (T2D) risiko. Imidlertid er mekanismene som forbinder kostholdsfruktose og metabolsk helse dårlig forstått. Malabsorpsjon eller ufullstendig metabolisme av fruktose i tynntarmen er vanlig i befolkningen. Overflødig fruktose når tykktarmen hvor det kan endre strukturen og funksjonen til tarmmikrobiomet, endre bakterielle metabolitter og utløse inflammatoriske responser som påvirker T2D-risiko. For å avklare om vanlige konsumerte nivåer av kostholdsfruktose påvirker metabolske utfall gjennom å endre tarmmikrobiomet, vil forskerteamet randomisere 30 deltakere til en kontrollert cross-over diettintervensjon, der deltakerne vil innta 12-dagers isokaloriske dietter, tilsatt fruktose eller glukose. (25 % av totale kalorier) adskilt av en 10-dagers kontrollert diettutvaskingsperiode.

Forskergruppen har som mål å:

1. Bestem forholdet mellom høyt fruktoseforbruk, tarmmikrobiomet og metabolsk risiko.
2. Karakteriser årsaksrollen(e) som fruktoseinduserte endringer i tarmmikrobiomet har på metabolsk risiko ved å bruke en bakteriefri musemodell.

Forskerteamet vil måle 1) mikrobiotasamfunnets struktur og funksjon via metagenomisk sekvensering av avføring, 2) fekale metabolitter via målrettet og ikke-målrettet metabolomikk, 3) antropometri, 4) insulinresistens, serummarkører for T2D-risiko og inflammatoriske cytokiner, 5) fekal mikrobiel karbohydratoksidasjonskapasitet og 6) leverfett via MR-elastografi. Forskerteamet vil bruke nye statistiske tilnærminger, inkludert distribuert lagmodellering, for å forstå de komplekse sammenhengene mellom kosthold, mikrobiomet, metabolitter og helseutfall.

Forskerteamet vil deretter gjennomføre kontrollerte diettintervensjoner og fekale mikrobiomtransplantasjonsstudier i bakteriefrie mus. Avføringsprøver fra donorer fra menneskelige deltakere i både glukose- og fruktosearmene til den kliniske intervensjonen vil bli transplantert til bakteriefrie og koloniserte mus for å etablere en årsakssammenheng mellom fruktoseinduserte endringer i tarmmikrobiomet, leverfett og kjente metabolske og inflammatoriske endringer for å øke risikoen for T2D.

Forskerteamet tar sikte på å vurdere de strukturelle og funksjonelle endringene i tarmmikrobiomet som følge av et høyt fruktosediett. Å bestemme virkningen av overflødig fruktose på mikrobiomet vil bidra til å identifisere nye måter fruktose bidrar til risiko for metabolsk sykdom. I tillegg til å identifisere strategier for å forbedre metabolsk helse hos voksne, kan data fra dette forslaget bidra til å informere målrettede tilnærminger for å redusere fremtidig sykdomsrisiko i sårbare populasjoner som bruker høye nivåer av fruktose, for eksempel barn.