Alberta FYBER-studien (mata dina tarmbakterier mer fibrer).

Att vara överviktig och feta ökar markant risken för att utveckla många sjukdomar, inklusive hjärt-kärlsjukdom (CVD), typ 2-diabetes (T2D) och vissa cancerformer. Det mikrobiella samhället (mikrobiota) som finns i tarmen spelar en anmärkningsvärd roll vid fetma och dess associerade patologier (t. CVD, T2D), och är därför ett potentiellt terapeutiskt mål. Dieten är känd för att avgöra om tarmmikrobiotans bidrag till värdmetabolismen är fördelaktiga eller skadliga. En västerländsk kost rik på fett och socker är associerad med systemisk inflammation, medan fettintag ökar lipopolysackaridtranslokationen genom tarmmembranet. Dessutom kan tarmmikrobiell metabolism av kolin och L-karnitin producera trimetylamin, som har visat sig bidra till åderförkalkning efter att ha oxiderats i levern till trimetylamin N-oxid (TMAO). Däremot är dieter med mycket kostfiber från frukt, grönsaker och fullkorn omvänt associerade med inflammation och kan potentiellt vända effekterna av en fettrik kost. Fermenterbara fibertyper kan motstå matsmältning av värd, men fermenteras sedan av tarmmikrobiotan till kortkedjiga fettsyror (SCFA), som är kända för att ha metaboliska och immunologiska fördelar. Följaktligen antyder både epidemiologiska associationer och humaninterventionsförsök ett omvänt samband mellan fiberintag, minskad systemisk inflammation och förbättrad lipid- och glukosmetabolism; men resultaten förblir inkonsekventa. Dessa avvikelser kan delvis hänföras till (I) de låga fiberdoserna som används i de flesta studier och (II) den höga graden av interindividuell variation i responsen på fiber, som kan härröra från mikrobiomens individualiserade svar på fiber. De framväxande bevisen för att fibrer och tarmmikrobiotan interagerar för att påverka värdfysiologi motiverar mänsklig klinisk forskning som undersöker kapaciteten hos kemiskt distinkta fibrer att modulera värdmetabolism och inflammation, och tarmmikrobiotans mekanistiska roll i deras fysiologiska effekter.

Vårt långsiktiga mål är att bidra till ett sådant ramverk genom klinisk forskning som tillämpar ett holistiskt synsätt för att undersöka effekten av fiber på både värden och dess tarmmikrobiota. Vi antar att fibrer visar strukturberoende effekter på inflammatoriska, metabola och hormonella markörer för fetmaassocierade patologier som kan förutsägas genom sammansättning, funktionella och genetiska egenskaper hos en individs fekala mikrobiom. Vi föreslår följande specifika mål:

SYFTE 1. Utför en parallell-arm explorativ interventionsstudie på överviktiga och lätt feta individer för att fastställa effekten av höga doser av kemiskt distinkta fibrer på värdinflammatoriska markörer, mätningar av insulinkänslighet och andra kliniska resultat.

Effekten av två fysikaliskt-kemiskt distinkta fermenterbara kostfibrer (akaciagummi och resistent stärkelse typ 4) på ​​kliniska markörer för metabol sjukdom kommer att jämföras med en relativt icke-fermenterbar kostfiber (mikrokristallin cellulosa - kontroll). Vi kommer att använda en trearmad, parallelldesignad, enkelblind, placebokontrollerad, stratifierad randomiserad explorativ studie. Fibrer kommer att administreras i relativt ren form dagligen under sex veckor utan ytterligare livsstilsjusteringar. Doserna som används i försöket kommer att vara 25 g/dag fiber för kvinnor och 35 g/dag för män (nära Health Canadas kostrekommendationer). Även om de två första dagarna av behandlingen kommer att använda halva den dagliga behandlingsdosen av fiber (kvinnor: 12,5 g/dag; män: 17,5 g/dag), för att underlätta införlivandet av fibern i kosten. Deltagarna kommer att få råd om hur de kan införliva fibrerna i sin kost för att förbättra toleransen och följsamheten.

Effekten av kostfiber på en omfattande uppsättning av väletablerade fetmarelaterade biomarkörer kommer att bestämmas via kvantifiering vid baslinjen och post-dietintervention. Högkänsligt C-reaktivt protein och andra inflammatoriska markörer (t.ex. interleukin-6, interleukin-10), såväl som etablerade markörer för metabolt syndrom (t.ex. fasteglukos och triglycerider) kommer att utgöra viktiga slutpunkter för den explorativa studien. Att få ytterligare förståelse för de mekanismer som förmedlar metabola och inflammatoriska förbättringar; fem primära tarmhormoner, inklusive mättnads-/hungersignalhormoner (t.ex. glukagonliknande peptid-1, leptin och ghrelin), kommer att inkluderas. Livsstilsindikatorer, överensstämmelse med behandling och mättnad kommer att utvärderas ytterligare genom självadministrativa frågeformulär.

SYFTE 2. Utvärdera de kort- och långsiktiga effekterna av kemiskt distinkta typer av kostfiber på tarmmikrobiotans sammansättning, genetiska egenskaper och produktion av antiinflammatoriska (SCFA) och patogena (TMAO) metaboliter.

Vi kommer att använda Illumina 16S rRNA-sekvensering och hel metagenomisk sekvensering för att karakterisera den fekala mikrobiotan (som kommer att berikas för tjocktarmsbakterier) hos våra explorativa försöksdeltagare i veckorna 0, 1 och 6, för att utforska fiberinducerade förändringar i tarmmikrobiotans sammansättning och geninnehåll. Dessa metoder kommer att användas eftersom en majoritet av tarmmikrobiotan för närvarande inte är odlingsbar. För att ytterligare undersöka tarmens mikrobiotafunktion kommer vi att kvantifiera specifika bakterieassocierade metaboliter i plasma (TMAO) och i avföring (SCFA och gallsyror). Parallellt kommer vi att kvantifiera de fekala metaboliterna efter in vitro-fermentering, för att ta hänsyn till absorptionen i den mänskliga tarmen. Detta kommer att tillåta oss att få insikt i fiberinducerade förändringar i tarmmikrobiotans sammansättning, metabolism och funktionalitet som sammanfaller med de fysiologiska effekter som observerats i värden.

SYFTE 3. Karakterisera samband mellan kliniska resultat och mikrobiomskiften och bestämma hur väl individuella mikrobiomkonfigurationer förutsäger effekterna av kostfiber.

Med etableringen av en robust mänsklig explorativ studie, en väldefinierad uppsättning värdfenotyper och deltagarmikrobiomegenskaper, kommer mål 3 statistiskt att integrera dessa data för att specifikt testa för samband mellan kost, tarmmikrobiomet och värdmetabolism, och utvärdera om mikrobiom och värdfenotypiska signaturer vid baslinjen kan förutsäga kliniska resultat av kostfibrer