Effekten av Concord Grape Polyphenol-Soja Protein Isolate Complex (GP-SPI) på tarmmikrobiota

Den föreslagna studien kommer att undersöka hur korttidstillskott med GP-SPI kan modifiera tarmmikrobiella samhället hos friska deltagare samtidigt som lever- och njurfunktion/hälsa övervakas.

Betydelse:

Biokemiska egenskaper hos livsmedelsingrediensen GP-SPI är väldokumenterade och GP-SPI och SPI-tillskott har testats omfattande på möss. Den föreslagna studien är en logisk uppföljning av djurstudier, som visade att jämfört med kontrollmöss som fick en diet med hög fetthalt (HFD) kompletterad med enbart SPI, visade möss som fick en isokalorisk HFD kompletterad med GP-SPI större motståndskraft mot viktökning, fett och glukosintolerans. Dessa effekter åtföljdes av förändringar i murin tarmmikrobiotasammansättning, inklusive ökad förekomst av mikroben Akkermansia muciniphila, associerad med metabolisk motståndskraft. Liknande förändringar i tarmmikrobiota observerades hos magra möss som fick en diet med låg fetthalt (LFD) kompletterad med GP-SPI.

B-typ proantocyanidin (PAC) klass av polyfenoler som finns i druvbär, särskilt skal och frön, har associerats med hälsofördelar; PAC absorberas dock dåligt och når hög koncentration endast i tjocktarmen vilket väcker frågor om verkningsmekanism(er). Tidigare studier har visat att dietära PAC från vindruvor och tranbär förändrar tarmmikrobiotan i samband med metabolisk motståndskraft. PAC biotransformeras också av tarmbakterier för att ge mikrobiella metaboliter (MM) som kan bidra till hälsofördelar.

Forskningsdesign och metoder

Potentiella deltagare kommer att rekryteras genom flygblad som läggs upp lokalt på Rutgers Universitys campus och skickas till universitetets e-postlistor. Intresserade personer kommer att screenas enligt kriterier för inkludering och uteslutning.

Inskrivna försökspersoner kommer att påbörja den 17 dagar långa studien.

Studieprocedurer

• Trettio ämnen kommer att registreras.
• Matlista: Deltagarna kommer att behålla sin vanliga diet med undantag för en lista med PAC-rika livsmedel som de kommer att bli ombedda att avstå från under en 5-dagars uttvättningsperiod och under den 10-dagars interventionen. Matlistan finns nedan. Målet är att ha GP-SPI som den huvudsakliga/enda källan till PAC i kosten under studieperioden.
• Wash-out och SPI (Dag -5 till -1): Dag -5 (pre-baseline) före eventuellt tillskott kommer varje försöksperson att samla in sitt fekala och urinprov. Varje försöksperson kommer sedan att konsumera SPI två gånger om dagen (tillhandahålls som förvägda paket med 20 g) under en 5-dagars uttvättningsperiod (dagarna -5, -4, -3, -2 och -1). Försökspersonerna kommer att instrueras att blanda varje paket SPI i 250 ml vatten eller i en smoothie (receptexempel nedan kommer att tillhandahållas) med tillåten mat enligt instruktionerna och konsumera en gång på morgonen före frukost och en gång på kvällen före middagen.
• Dag 0: Följande dag kommer varje försöksperson att samla in sina baslinje (dag 0) avförings- och urinprover. De kommer att få ett blodprov taget av en studiesköterska. Blod kommer att användas för CMP-test och preparerat serum kommer att alikvoteras och lagras vid -80 °C tills bearbetning för marköranalys och metabolomik. Analys av dag 0-prover bör hjälpa till att isolera eventuella effekter på grund av enbart SPI från efterföljande prover som samlats in under GP-SPI-intervention. På dag 0 kommer försökspersonerna att lämna urin- och avföringsprover på IFNH och samla in GP-SPI-paket. På dag 0 kommer deltagarna också att ta en paus från att konsumera SPI och kommer att påbörja GP-SPI-tillskott på morgonen på dag 1.
• GP-SPI (dag 1 - 10): Varje försöksperson kommer att få tjugo förvägda 20 g-paket med GP-SPI. På dag 1 kommer försökspersonerna att instrueras att blanda varje paket GP-SPI i 250 ml vatten eller i smoothie (receptexempel kommer att tillhandahållas, se nedan) med tillåten mat enligt instruktionerna och konsumera GP-SPI-blandningen en gång i morgonen före frukost och en gång på kvällen före middagen i 10 dagar i följd.
• Försökspersonerna kommer att förses med en personlig mixer för smoothieberedning (värde ~ $25) som de kan behålla.
• Digital matdagbok: Deltagarna kommer att bli ombedda att ta bilder av all sin mat och dryck (förutom vatten) inklusive studietillskotten med sin personliga mobila datorenhet (t.ex. smartphone, iPad eller liknande). Deltagarna kommer att behöva ladda ner den gratis mobilappen WhatsApp för att skicka bilder med en kort beskrivning av matvarorna. Foton och matbeskrivningar kan också skickas till en e-postadress som skapats för denna studie (food4microbes@sebs.rutgers.edu). Matdagboken måste föras under 5-dagars SPI- och uttvättningsperioden, dag 0 (uppehållsdag), 10-dagars GP-SPI-interventionsperioden och fram till den sista blodtagningen dag 11 (totalt 17 dagar) .
• Avföringsprover: Försökspersonerna kommer att förses med rör som innehåller 95 % etanol och/eller rör som innehåller 50 % glycerol (50 % vatten) tillsammans med toaletttillbehör av papper för enkel självinsamling av fekala prover; varje deltagare kommer att instrueras om användningen av avföringsmaterial. Fekala prover kommer att alikvoteras och förvaras vid -80 °C fram till extraktion. Insamling av fekala prover i 50 % glycerol och omedelbar frysning kommer att möjliggöra odling av tarmbakterier för in vitro-experiment.
• Blankett för avföringsskala: Försökspersonerna kommer att förses med formuläret för avföringsskala (BSS) och ombeds att fylla i det för avföringsprover som de samlar in på dagarna -5, 0, 2, 4, 6, 8 och 10 av studien. Avföringskonsistens har visat sig starkt korrelera med tarmmikrobiotans rikedom och sammansättning, enterotyper och bakterietillväxthastigheter. Försökspersoner som rapporterar minst en tarmrörelse per dag kommer att rekryteras för att underlätta överensstämmelse med studieprotokollet. Dessutom innehåller BSS-formuläret en extra kolumn för att fånga information om menstruation under tiden för provtagningar eftersom denna variabel kan påverka metabolit- eller bakterieprofiler.
• Urinprover: Försökspersonerna kommer att förses med sterila uppsamlingsbehållare för insamling av urinprov dag 2, 4, 6, 8, 10 och ombeds att förvara proverna i 4 °C kylskåp tills de transporteras till laboratoriet för att bibehålla metabolitens stabilitet. Försökspersonerna kommer att uppmanas att ta med sina prover till laboratoriet så snart som möjligt, inom 2-3 dagar efter insamling, för bearbetning. Urinprover kommer att alikvoteras och förvaras vid -80 °C fram till bearbetning för metabolomiska studier.
• Blodprov: På dag 11 kommer försökspersonerna att få ett sista blodprov taget. Blod kommer att användas för CMP-test och preparerat serum kommer att alikvoteras och lagras vid -80 °C tills bearbetning för marköranalys och metabolomik.

Prover kommer att användas för en longitudinell, mikrobiomomfattande associationsstudie (MWAS) för att identifiera tarmbakteriearter/stammar som är positivt eller negativt associerade med GP-SPI-tillskott. Metabolomisk analys kommer att utföras på insamlade urin-, avförings- och blodprover för att identifiera/kvantifiera kända och okända metaboliter. Metagenomisk sekvensering av hagelgevär kommer att utföras på fekala prover för att generera draggenom av hög kvalitet för identifiering av art/stamnivå. Dessa dynamiska datauppsättningar kommer att fungera som indata för MWAS för att korrelera ökande/minskande nivåer av tarmbakteriearter/stammar med ökande/minskande metaboliter. Dessa bakterier-metabolit-associationer kommer sedan att användas för att sluta orsak-verkan-samband som kan testas ytterligare in vitro och i musmodeller. Vi förväntar oss att ett framgångsrikt slutförande av dessa studier kommer att bidra till mekanistiska förklaringar till hur polyfenoler i kosten som druvor PAC förändrar tarmmikrobiotan och resulterande MM för att främja metabol hälsa.