Konverteringen av ENcapsulated GlucorAphanin, Gut Microbiota Phylogeny and gEnotype Study (ENGAGE) (ENGAGE)

Glukosinolater (GSL) er ikke-flyktige svovelholdige fytokjemikalier (sekundære metabolitter) som finnes i plantevev av korsblomstrende avlinger, som brokkoli, kål og brønnkarse. Glukosinolater akkumuleres i disse matvarene, og glucoraphanin er det dominerende glukosinolatet som finnes i brokkoli. Når vev blir forstyrret, omdannes glukosinolater til isotiocyanater (ITC) av enzymet myrosinase. Sulforaphane er den dominerende ITC oppnådd ved enzymatisk hydrolyse fra glukorafanin. Når grønnsaker tilberedes veldig grundig, denatureres myrosinase-enzymet, noe som resulterer i at GSL-er passerer gjennom mage-tarmkanalen (GI) inn i tykktarmen.

ITC-ene har vist seg i dyrestudier å utøve ulike biologiske effekter, for eksempel antioksidanteffekter; anti-inflammatoriske egenskaper; hemming av blodplateaggregering; reduksjon av systolisk blodtrykk og reduksjon av kolesterolnivåer; som alle reduserer risikoen for å utvikle hjerte- og karsykdommer. Sulforaphane har vært knyttet til helsemessige fordeler hos mennesker, som kjemoprevensjon mot kreft og bidrar til å opprettholde et sunt hjerte.

Når kokte cruciferous grønnsaker, der myrosinase-enzymet er inaktivert, konsumeres, produserer noe av mikrofloraen i tykktarmen et myrosinase-lignende enzym som også kan omdanne glukosinolater til ITC. Denne prosessen med tarmmikrobiota-konvertering av glucoraphanin til ITC blir avskaffet av enteriske antibiotika og tarmrensing. Det har vært flere in vitro-studier utført med både rene og blandede kulturer av bakterier som bekrefter evnen til bakteriestammer funnet i menneskets tarm som har evnen til å metabolisere GSL-er i kultur. Det har vist seg at omfanget av konvertering av GSL-er til ITC-er av menneskelig tarmmikrobiota varierer sterkt mellom individer, men konverteringsfrekvensen fra gjentatte bestemmelser innen individer er mye mer konsistente. En nylig studie forsøkte å korrelere omdannelsen av glukosinolat ex vivo av humane tarmbakterier til in vivo-data om glukosinolatmetabolisme fra et lite antall individer, men ingen spesifikk kobling til individuelle bakteriespesialiteter ble etablert.

Vår studie er en human diettintervensjon der deltakerne vil konsumere en kapsel som inneholder 100 mg renset glucoraphanin fra brokkoli. Nivåene av glukorafanin levert av kapselen er lik en til to porsjoner brokkoli. Siden dette er renset glucoraphanin er det ikke noe myrosinase-enzym tilstede. All omdannelse av glucoraphanin, inneholdt i kapselen, til ITC vil derfor skje av enzymer som finnes i tarmmikrobiotaen.

Evnen til glukorafanin i kapselen til å bli metabolisert til ITCs av tarmmikrofloraen er ukjent og vil bli vurdert ved å måle ITCs som skilles ut i urinen. Kort fortalt vil hver deltaker i studien bli bedt om å avstå fra matvarer som inneholder glukosinolat og ITC i tre dager før diettintervensjon, og i ytterligere 24 timer under intervensjonen. De vil bli bedt om å faste over natten før studiedagsintervensjonen og om morgenen etter fasten ta en urinprøve. Dette vil effektivt utgjøre en negativ kontrollprøve og brukes som et mål på overholdelse av kostholdsrestriksjonene. Deltakeren får deretter glucoraphanin-kapselen sammen med frokosten. Kostholdsbegrensningen vil fortsette i ytterligere 24 timer, i løpet av denne tiden vil deltakeren samle opp all urinen de produserer. ITC-ene vil bli kvantifisert i urin ved HP-LC og LC-MS ved bruk av validerte analysemetoder. Når 24-timers urininnsamlingen er fullført, vil diettrestriksjonene opphøre.

Det har vist seg i humane diettintervensjonsstudier at omfanget av omdannelse av glukosinolater varierer sterkt. For å vurdere mulige årsaksfaktorer for variasjon i hastigheten av glukorafaninmetabolisme vil hver deltaker gi en avføringsprøve som deres avføringsmikrobiota-fylogeni vil bli analysert. En detaljert beskrivelse av hvordan prøven skal samles sammen med alt nødvendig utstyr vil bli gitt. Avføringsprøvene vil bli returnert til studieforskeren innen to timer etter produksjon for å opprettholde levedyktigheten til avføringsbakterier.

For et lite antall deltakere vil det bli bedt om en ekstra avføringsprøve (maksimalt 3 deltakere). Målet er å velge en lav, en middels og en høy ITC utskiller. Ideelt sett vil de lave og høye utskillerne være innenfor den laveste og høyeste 5 % utskillelsen av ITC, og den tredje deltakeren vil være så nær den gjennomsnittlige ITC-utskillelsen som mulig. Målet er å dyrke den fekale mikrobiotaen over tid med gjentatt dosering av glucoraphanin for å selektere for mikrobiota som er i stand til å metabolisere glucoraphanin. Det er kjent at hovedhydrolyseproduktet av glukorafanin, sulforafan, har en rekke fordeler for menneskers helse, men det er ingen kjent klinisk relevans for å være en høy, middels eller lav utskiller av ITC.

Flere epidemiologiske og intervensjonsstudier antyder at helsefordelene og den fysiologiske responsen på korsblomstgrønnsaker kan formidles av et individs GSTM1-genotype (glutation-S-transferaser (GST) genfamilie). Når ITC-er absorberes i kroppen, konjugerer de med glutation og metaboliseres deretter gjennom merkaptursyreveien. Konjugering skjer spontant på grunn av den relativt høye konsentrasjonen av glutation i celler sammenlignet med ITC-konsentrasjonen. Men siden ikke-konjugerte ITC-er forekommer i plasma, må det på et tidspunkt være dissosiasjon av ITC-tiol-konjugatet. Det antas at dette kan katalyseres av GSTM1-enzymet. Omtrent 50% av befolkningen har en homolog sletting av GSTM1-genet som resulterer i en null genotype, og 20% ​​har en sletting av GSTT1-genet. Det er noen studier, inkludert en av våre egne, som antyder at GSTM1-genotype kan påvirke hastigheten på ITC-utskillelse i urin, men har ikke antydet at GSTM1-genotypen påvirker maksimal plasma-ITC-konsentrasjon.

Upubliserte resultater fra en tidligere intervensjon, Diet and Vascular Health-studien; Clinical Trials.gov: NCT01114399 har lagt tiltro til forestillingen om at GSTM1 null metaboliserer sulforafan på en annen måte enn de med en funksjonell GSTM1-allel. Sammen med GST-genfamilien og deres assosiasjon med korsblomstrede grønnsaker kan det være andre gener av interesse som kan være i stand til å bestemme omfanget av glucoraphanin-konvertering til sulforafan. Arbeidet utført på vår tidligere intervensjon, Diet and Vascular Health-studien, har forsøkt å undersøke mulige kandidatgener. Med en betydelig endring som ønsker å ta en mer global tilnærming for å identifisere kandidatgener av interesse ved å utføre en Affymetrix SNP-analyse på prøver fra deltakere som hadde vært på en diett med høyt glukorafanin.

Derfor vil GSTM1-genotypen og andre, foreløpig, uidentifiserte kandidatgener for hver deltaker bli bestemt for å vurdere om genotypen påvirker hastigheten på ITC-utskillelse i urin, enten alene eller i kombinasjon med deres fylogene profil. En 5 ml blodprøve vil bli tatt fra hver deltaker og DNA ekstrahert, PCR vil deretter bli brukt for å teste om genet er tilstede eller ikke.