Mikrobiotas rolle i fedme: Effekt etter fedmekirurgi (MICROOBAR)

1. Introduksjon Fedme er en kronisk sykdom med stor innvirkning på helsen og en høy økonomisk byrde. Prevalensen i den globale befolkningen har økt fra 5 % i 1975 til 13 % i 2014. Basert på disse tallene forventes en femtedel av verdens befolkning å være overvektig innen 2025. Videre er fedme anerkjent som den viktigste risikofaktoren for utvikling av type 2-diabetes (T2DM). Følgelig har en parallell økning i prevalensen av T2DM blitt observert, som nå rammer 9 % av verdens befolkning, med et estimert økning til 12 % innen 2025. De metabolske forandringene forbundet med fedme øker risikoen for kardiovaskulære sykdommer, inkludert koronar hjertesykdom og hjerteinfarkt.

   For øyeblikket er fedmekirurgi den anbefalte behandlingen for vektreduksjon og forbedret glykemisk kontroll hos overvektige pasienter, spesielt hos de som ikke oppnår tilstrekkelige resultater gjennom medisinsk behandling og livsstilsendringer. Blant de ulike tilgjengelige kirurgiske teknikkene er laparoskopisk gastric bypass (LGB) – som drastisk omorganiserer mage-tarmkanalens arkitektur og kombinerer tarmmalabsorpsjon med matinntaksbegrensning – den mest anerkjente og mest utførte prosedyren i Europa for behandling av sykelig overvekt.

   Nylig har metaanalyser som sammenligner metabolske resultater på tvers av ulike fedmekirurgiske prosedyrer blitt publisert; disse er imidlertid basert på et lite antall randomiserte kontrollerte studier og hovedsakelig på studier med betydelige begrensninger, som retrospektivt design, inkludering av heterogene kohorter med et bredt spekter av kroppsmasseindeks og diabetesvarighet, og korte oppfølgingsperioder. De fleste av disse studiene indikerer sammenlignbare kortsiktige resultater; likevel viste STAMPEDE-studien overlegne metabolske resultater med LGB etter tre år. Omvendt har studier som involverer strengt malabsorptive prosedyrer vist høyere rater for T2DM-remisjon og en lavere risiko for sykdomsgjenvækst.

   En nylig analyse av store, heterogene kliniske kohorter identifiserte kortere diabetesvarighet, lavere baseline-faste glukosenivåer og prosedyrer som omdirigerer mageinnholdet distalt inn i tynntarmen – i stedet for restriktive prosedyrer – som uavhengige prediktorer for høyere T2DM-remisjonsrater etter to års oppfølging. Det er fortsatt uklart om dette er et resultat av større vekttap oppnådd gjennom disse prosedyrene eller om andre faktorer er involvert, spesielt tarmhormondynamikk. Tarmbypasskirurgi som utelukker tolvfingertarmen fører til økt sekresjon av inkretinhormoner, spesielt glukagon-lignende peptid 1 (GLP-1) og det oreksigene peptidet YY (PYY), på grunn av rask mage-tømming og tidlig ankomst av ufordøyd mat i ileum. Den overdrevne GLP-1-sekresjonen anses som en av hovedmekanismene bak forbedret β-cellefunksjon i T2DM etter kirurgi. Noen studier har imidlertid satt spørsmålstegn ved GLP-1s rolle som den primære faktoren ansvarlig for diabetesremisjon. I tillegg fører utelukkelse av magefundus til redusert sekresjon av det oreksigene hormonet ghrelin, noe som fører til appetittundertrykkelse og økt insulinsekresjon. Begge mekanismene er faktisk beskrevet i observasjonsstudier etter LGB og er assosiert med forbedret glukosehomeostase.

   Videre tyder nylige studier på at tarmmikrobiota kan spille en viktig rolle i metabolsk regulering og i moduleringen av både lokale og systemiske inflammatoriske responser. Fedme og T2DM er assosiert med endringer i mengden og sammensetningen av tarmbakterier, så vel som i deres biologiske mangfold. De nøyaktige mekanismene som tarmmikrobiota påvirker metabolske trekk gjennom forblir uklare, men de kan involvere fermenteringsprodukter av kostfiber, spesielt kortkjedede fettsyrer (SCFAer: butyrat, propionat og acetat), som påvirker energi-homeostase. Den nylige oppdagelsen av reseptorer på tvers av et bredt spekter av celletyper og vev som SCFAer synes å være naturlige ligander for, fremhever ytterligere deres potensielle rolle i tarm-mikrobiota-metabolismens interaksjoner. En annen relevant mekanisme for direkte mikrobiota-påvirkning på metabolsk regulering kan ligge i dens forbindelse med oppstarten og progresjonen av subklinisk inflammasjon, som bidrar til utviklingen av insulinresistens og T2DM. Det har blitt foreslått at fedme og T2DM er assosiert med økt translokasjon av bakterielle lipopolysakkarider inn i sirkulasjonen, som deretter utløser medfødt immunaktivering i fettvev.

   Mens modulering av tarmmikrobiota har vist seg å effektivt forebygge fedme og forbedre metabolsk status i gnagermodeller for fedme og T2DM, er menneskelige data som støtter slike effekter hos overvektige diabetikere langt mindre konklusive. En nylig studie som utforsket påvirkningen av fecal mikrobiota-transplantasjon fra slanke donorer viste moderate forbedringer i insulinfølsomhet hos mannlige mottakere med metabolsk syndrom seks – men ikke atten – uker etter transplantasjon. Derfor synes tarmmikrobiota å være en relevant bidragsyter og er sannsynligvis en nøkkelfaktor som bygger bro mellom livsstil og vertsbiologi.

   Hittil er tarmdysbiose identifisert hos overvekt og moderat fedme, som dokumentert av betydelige endringer i tarmmikrobiotas sammensetning (berikelse eller utarming av spesifikke bakteriegrupper) og redusert mikrobiell genrikdom, begge assosiert med metabolske forstyrrelser som insulinresistens, lavgradig inflammasjon og adipocytthypertrofi. Tarmmikrobiotas egenskaper forblir imidlertid dårlig utforsket i ekstreme former for fedme, til tross for den økende prevalensen av alvorlig (BMI > 35 kg/m²) og sykelig overvekt (BMI > 40 kg/m²) globalt, som for tiden rammer henholdsvis 2,3 % av menn og 5 % av kvinner. Selv om noen individer med alvorlig fedme forblir metabolsk friske, øker det generelt risikoen for kroniske lidelser betydelig ved å nå en BMI > 35 kg/m². Videre utvikler metabolsk friske overvektige individer ofte metabolske forandringer og komorbiditeter over tid.

   Til tross for de veldokumenterte forbedringene i metabolisme og inflammasjon etter fedmekirurgi – og dens assosiasjon med tarmmikrobiotaendringer – indikerer nylige studier at redusert mikrobiell rikdom og komposisjonsendringer er knyttet til uønskede metabolske utfall ved overvekt eller moderat fedme, men forblir dårlig karakterisert ved alvorlig fedme. Videre tyder nyere bevis på at tarmmikrobiotas sammensetning ikke fullstendig gjenopprettes etter fedmekirurgi. I tillegg rapporterte Santos-Marcos et al. nylig kjønnsrelaterte forskjeller i tarmmikrobiotas sammensetning, så vel som variasjoner blant kvinner i ulike hormonelle stadier, som kan ligge til grunn for den seksuelle dimorfismen observert i forekomsten av metabolske sykdommer og relaterte komorbiditeter.

   Fedmekirurgi er en effektiv intervensjon som fremmer vekttap og forbedrer glykemisk kontroll. I tillegg til den positive moduleringen av gallesyre og tarmhormoner, induserer denne kirurgien dype endringer i sammensetningen av tarmmikrobiota, en viktig bidragsyter til helseeffektene mediert av fedmekirurgiske prosedyrer. Imidlertid har nylige data ved alvorlig fedme utfordret den rådende oppfatningen, da bakteriearter assosiert med lav mikrobiell rikdom (før kirurgi) synes å endre seg bare marginalt etter fedmekirurgi til tross for betydelige metabolske forbedringer. For å teste gyldigheten eller inkonsistensen av denne premissen etablerte vi en komparativ analyse av metabolske parametere og risikofaktorer hos overvektige individer som gjennomgår kirurgisk vekttapsintervensjon. Videre kan uttrykket og identifiseringen av perifere biomarkører, som gastrointestinale peptider, muliggjøre bedre karakterisering av fedmefenotyper og en mer presis diagnose, og dermed forbedre behandlingen og oppfølgingen av fedme på en individualisert basis.

   I tillegg foreslår vi å utforske om endringer i tarmmikrobiota er nært knyttet til metabolske abnormaliteter og om vekttapsintervensjon gjennom fedmekirurgi kan avgjøre en differensiell respons i tarmmikrobiell diversitet og metabolske biomarkører på tvers av ulike grader og fenotyper av fedme, så vel som mellom kjønnene.

2. Materialer og metoder 2.1. Studiedesign og deltakere Et prospektivt, intervensjonelt, komparativt og translasjonelt klinisk studie ble designet. For å oppnå de foreslåtte målene vil 60 overvektige pasienter planlagt for fedmekirurgi ved Avdeling for generell og fordøyelseskirurgi ved samme sykehus bli rekruttert. Pasienter vil bli sekvensielt inkludert etter hvert som de besøker Fedmeenheten ved Endokrinologiavdelingen ved Hospital Universitario Doctor Peset inntil det nødvendige antallet er nådd og forutsatt at de oppfyller inklusjons- og eksklusjonskriteriene beskrevet nedenfor.

   • Inklusjonskriterier: pasienter med en kroppsmasseindeks (BMI) større enn 40 kg/m² (eller > 35 kg/m² med minst én fedmekomorbiditet), i alderen 18 til 65 år, og med en kjent varighet av fedme over fem år.
   • Eksklusjonskriterier: på grunn av studiens natur vil pasienter med akutte eller kroniske inflammatoriske sykdommer, etablert leversvikt eller nyresvikt (definert som transaminasenivåer ±2 SD fra gjennomsnittet og estimert glomerulær filtreringsrate [CKD-EPI-formel] >60), neoplastiske sykdommer eller sekundære årsaker til fedme (f.eks. hypotyreose, Cushings syndrom) bli ekskludert.

Før deltakelse vil alle pasienter – eller deres juridiske representanter – signere et informert samtykkeskjema etter å ha mottatt en detaljert forklaring av studiemålene og fått alle spørsmål besvart. Studien vil følge de etiske prinsippene i Helsinkideklarasjonen og dens påfølgende endringer og vil motta godkjenning fra sykehusets etiske komité. All medisinsk informasjon og data innsamlet under studien vil holdes konfidensielt i henhold til nasjonale lover.

For å vurdere påvirkningen av fedmegrad, vil pasientene klassifiseres i tre grupper i henhold til BMI: 1) Alvorlig fedme: BMI 35–40 kg/m², 2) Sykelig overvekt: BMI 40–50 kg/m², 3) Ekstrem fedme: BMI >50 kg/m².

For å evaluere påvirkningen av metabolsk profil, vil pasientene også deles inn i to grupper: metabolsk friske overvektige (MHO) og metabolsk abnorme overvektige (MAO), justert for alder og kjønn. I henhold til tidligere etablerte kriterier er MAO-individer definert som å ha minst to av følgende kardiometaboliske forandringer: 1) Faste plasmaglukose ≥100 mg/dL eller bruk av antidiabetisk medikament; 2) Systolisk blodtrykk (SBP) ≥130 mmHg og/eller diastolisk blodtrykk (DBP) ≥85 mmHg, eller bruk av antihypertensiv medikament; 3) Triglyseridkonsentrasjoner ≥150 mg/dL; 4) HDL-kolesterol <40 mg/dL hos menn eller <50 mg/dL hos kvinner, eller bruk av lipid-senkende legemidler. Omvendt er MHO-individer definert som de som ikke oppfyller noen av kriteriene ovenfor. I tillegg vil kjønnsrelaterte forskjeller også bli analysert.

Før kirurgi vil ernæringsfysiologen implementere en ernæringsmessig intervensjon bestående av en hypokalorisk diett individualisert i henhold til pasientens ernæringsmessige behov og justert for fedme. Kostplanen vil være kvalitativt komplett og følge følgende makronæringsfordeling: 55 % karbohydrater, 30 % fett og 15 % proteiner. I løpet av de to ukene før den metabolske kirurgiske prosedyren vil en svært lavkaloridiett administreres ved bruk av Optisource®-poser, delt inn i tre daglige inntak. Den post-fedmekirurgiske ernæringsmessige intervensjonen vil bli utført progresivt, med mål om vekttap og metabolsk normalisering. Oppfølgingsbesøk vil finne sted ved 1, 6 og 12 måneder, med hensyn til individuell toleranse og ernæringsmessige behov.

2.2. Datainnsamling og analyse Alle deltakere vil gjennomgå en innledende evaluering, inkludert vurdering av ernæringstilstand og kardiovaskulære risikofaktorer og komorbiditeter (hypertensjon, obstruktiv søvnapné, dyslipidemi), så vel som evaluering for å utelukke sekundære årsaker til fedme. Gjennom hele studien, både ved baseline og under post-kirurgiske oppfølginger, vil pasientene gjennomgå analytiske vurderinger, kroppssammensetning og basal metabolisme evaluering, mikrobiotastudier og gastrointestinalt hormondeterminasjon. De oppnådde resultatene vil bli analysert ved bruk av SPSS 17.0. For kategoriske variabler vil fordelingen av frekvenser og total prosentandel av tilfeller bli evaluert. For kvantitative variabler vil gjennomsnitt, rekkevidde og standardavvik bli analysert. Kolmogorov-Smirnov-testen vil bli utført for å avgjøre om kvantitative variabler følger en normalfordeling. Forskjeller i metabolske variabler mellom grupper (kjønn, metabolsk profil) vil bli analysert ved bruk av en uparet t-test eller Mann-Whitney U-test, og for fedmegrader vil en ANOVA bli utført. For å evaluere endringer etter kirurgisk intervensjon, vil en gjentatt målinger ANOVA eller parret t-test bli utført. Til slutt vil korrelasjoner bli vurdert ved bruk av Pearson eller Spearman bivariat korrelasjon. I tillegg vil logistiske regresjonsanalyser bli utført for å utvikle prediktive modeller for spesifikke grupper.