Diet-inducerad arrangemang av tarmmikrobiomet för förbättring av kardiometabolisk hälsa (DINAMIC)

Det uppskattas att år 2050 kommer cirka 40-50 % av den vuxna befolkningen i världen att vara överviktiga/fetma (BMI > 25/30 kg/m2), varvid 10-20 % av dem utvecklar insulinresistens vilket leder till metabolt syndrom och typ-2 diabetes (T2D). T2D förväntas bli den sjunde vanligaste dödsorsaken i världen år 2030. Fetma och T2D är stora riskfaktorer för utveckling av hjärt-kärlsjukdomar CVD. Trots för närvarande tillgängliga terapeutiska strategier för att minska kardiovaskulär risk, kan mindre än en tredjedel av alla kardiovaskulära händelser förhindras. Följaktligen är kardiovaskulära komplikationer associerade med fetma och metabolt syndrom/T2D stora hälsoproblem i västerländska samhällen, och representerar en betydande samhällelig och ekonomisk börda (40 % av alla dödsfall i Europa och 196 miljarder euro/år) som inte kan lösas med den för närvarande tillgängliga behandlingen paradigm. Baserat på den nära relationen mellan hjärt-kärlsjukdom och diabetes mellitus, kallas dessa två sjukdomar tillsammans som kardiometabola sjukdomar (CMD). När det gäller förebyggande strategier är det avgörande att förstå molekylära mekanismer som reglerar övergångsfaser från fetma och T2D till CVD. I synnerhet måste miljöfaktorer (främst kost och tarmmikroorganismer) som främjar eller fördröjer utvecklingen av kardiovaskulära komplikationer identifieras för att kunna föreslå nya förebyggande strategier för att upprätthålla kardiovaskulär hälsa. Färska data visade att samhällena av mikroorganismer i tarmen (tarmmikrobiota) har en betydande inverkan på systemisk kardiometabolisk reglering, inflammatorisk aktivering och så småningom hjärt-kärlsjukdom. Att definiera diet-mikrobiomprofiler som bidrar till resistens mot CMD-utveckling skulle vara ett stort steg framåt inom området för förebyggande av näringssjukdomar. Västerländska kostmönster, som kännetecknas av hög konsumtion av rött och bearbetat kött, raffinerade spannmål och sockerarter och mejeriprodukter med hög fetthalt, har associerats med en hög förekomst av CMD i västerländska länder. Däremot är medelhavsdieten (Med-D) ett näringsmässigt rekommenderat kostmönster som kännetecknas av högt intag av frukt, grönsaker, baljväxter, nötter, minimalt bearbetade spannmål, måttligt hög konsumtion av fisk, lågt intag av mättat fett, kött och mejeriprodukter, regelbunden men måttlig konsumtion av alkohol och extra virgin olivolja som huvudfett. Med-D har erkänts som ett immateriellt kulturarv av UNESCO (www.unesco.org/culture/ich/RL/00884) och visade sig vara fördelaktigt för behandling av fetma, T2D och CVD. Dessutom visade data från en italiensk observationsstudie som inkluderade 153 försökspersoner med olika dietregimer (allätare, vegetarianer, veganer) att individer med den högsta följsamheten till Med-D (klassad enligt Sofi et al., 2010) kännetecknades av ökade nivåer av specifika fibernedbrytande bakterier, ökade fekala nivåer av kortkedjiga fettsyror och lägre urinkoncentrationer av den aterogena föreningen TMAO. Samspelet mellan Med-D och mikrobiella populationer i tarmen förblir dock oklart.

Inom denna ram kommer det föreliggande projektet att fokusera på kostens inverkan på att upprätthålla kardiometabolisk hälsa hos människor via modifiering av tarmmikrobiella samhällen. Specifika syften med studien är att etablera nya riktade interventioner för att upprätthålla kardiometabolisk hälsa och därigenom testa orsakssambandet mellan kost och tarmmikrobiomet; att studera tarmmiljöns funktionalitet via metaomik-ansatser, med sikte på harmonisering via standardiseringsarbete. Studieviljan inkluderar etableringen av en 2-månaders dietintervention med en isokalorisk medelhavsdiet (Med-D). Tillsammans med detaljerad värdfenotypning och tarmmikrobiotaprofilering under och efter intervention, kommer detta att möjliggöra bedömning av orsakseffekterna av kosten och tarmmikrobiomet i populationer med hög risk för hjärt-kärlsjukdom.

Ämnen i Med-D-gruppen kommer att tilldelas en personlig diet beredd på grundval av egna matvanor som fastställts av 7-d matdagboksåterkallelser. Energivärdena och hela makronäringsämnessammansättningen i vanliga dieter kommer att hållas oförändrade under Med-D intervention. Däremot kommer förändringar i sammansättningen av kolhydrater (kostfiber kontra stärkelse), kostfett (mättade vs enkel-/fleromättade fettsyror) och protein (vegetabiliskt vs djur) att tillämpas. Kortfattat kommer Med-D att förberedas för att uppnå: 1) 2 % ökning av energi från kostfiber, främst genom att ersätta raffinerade veteprodukter med fullkornsveteprodukter och/eller med frukt/grönsaker; 2) en fördelning av energi från fett 1:3:1 (mättad: enkelomättad: fleromättad), ersättning av animaliskt fett med vegetabiliskt fett och införande/ökning av konsumtionen av jungfruolja; 3) en fördelning av energi från proteiner 1:4 (animaliska: vegetabiliska proteiner), som ersätter kött och/eller mejeriprodukter med baljväxter. Kontrollpersoner kommer inte att ändra sin vanliga diet under interventionen. Alla försökspersoner kommer att uppmanas att inte ändra fysisk aktivitetsnivå under den 8 veckor långa interventionsperioden. Efterlevnaden kommer att bedömas varannan vecka genom självregistrerade 4-dagars (3 arbetsdagar och 1 helgdagar) matdagböcker och av International Physical Activity Questionnaire (IPAQ). Vid baslinjen, efter 1 månad och efter 2 månader från start av protokollet, kommer blodtagningar att utföras och urin och avföring kommer att samlas in från fastande personer.

I en undergrupp av deltagare kommer den postprandiala blodsocker- och lipidresponsen att utvärderas efter en testmåltid som liknar medelhavslunchen eller kontrolldieten enligt den tilldelade dieten. Testmåltider kommer att utföras vid baslinjen och i slutet av interventionen med prov tagna vid fasta och under 4 timmar efter måltiden för bestämning av glukos, insulin, lipider och SCFA.

Ytterligare analys av efterlevnad kommer att genomföras baserat på metabolomik, vilket möjliggör diskriminering av animaliskt/vegetabiliskt protein, intag av olivolja och ökat intag av livsmedel med fenoler. Metabolomer (välkända för att spegla både diet och mikrobiell metabolism) kommer också att jämföras mellan kategorier för att identifiera skydds- eller riskprofiler med användning av både bioinformatik och kemometri. Metagenomer kommer att analyseras efter SOP som används i redan publicerade landmärkestudier. Jämförelse av fördefinierade grupper av individer kommer att möjliggöra identifiering av mikrobiella gener som har olika mängder i grupperna (t. tvillingar disharmoniska för CMD). Vidare kommer gener att associeras med kontinuerliga variabler av kliniskt och näringsmässigt intresse (t.ex. insulinkänslighet, intag av specifika kostkomponenter) genom kovariansanalys. Sammanfogade datauppsättningar av fysiologiska utdata, metagenomiska och metabolomprofiler från interventionsstudierna för att förutsäga undergrupper av egenskaper genom multivariat analys (PLS-DA) som kan klassificera försökspersoner enligt deras relativa vidhäftning till en Med-D. Profilen kommer att användas för att undersöka mikrobiomet för specifika förändringar som en funktion av ingreppen.

Den provstorlek som behövs för att upptäcka en effekt av Med-D på individuella antioxidant- och inflammatoriska markörer definieras på basis av en tidigare studie utförd av UNINA som visar att 30 deltagare i varje behandlingsgrupp skulle ge tillräcklig kraft (a-fel 0,05, 80 % kraft, 2-sidig testning) för att detektera en 50 % förändring i urin- och fekal ferulsyra och en 30 % förändring av fastande TNF. Dessutom uppskattas det att en urvalsstorlek på 28 deltagare skulle vara tillräcklig för att upptäcka en förändring på 10 % i fastande totalkolesterol genom att använda variation i enlighet med andra studier. Antalet deltagare utökas till 40 per grupp för att kompensera för avhopp. Prover (avföring, venöst blod och icke-surgjord 24-timmarsurin) kommer att tas vid baslinjen, 4 och 8 veckor efter påbörjad dietintervention.