Mikrobiotans roll vid fetma: Effekt efter bariatrisk kirurgi (MICROOBAR)

1. Introduktion Fetma är en kronisk sjukdom med stor påverkan på hälsan och en hög ekonomisk börda. Dess förekomst i den globala befolkningen har ökat från 5 % år 1975 till 13 % år 2014. Baserat på dessa siffror förväntas en femtedel av världens befolkning vara feta år 2025. Dessutom erkänns fetma som den viktigaste riskfaktorn för utvecklingen av typ 2-diabetes (T2DM). Därmed har en parallell ökning i förekomsten av T2DM observerats, som för närvarande drabbar 9 % av världens befolkning, med en beräknad ökning till 12 % år 2025. De metaboliska förändringarna förknippade med fetma ökar risken för hjärt-kärlsjukdomar, inklusive kranskärlssjukdom och hjärtinfarkt.

   För närvarande är bariatrisk kirurgi den rekommenderade behandlingen för viktminskning och förbättrad glykemisk kontroll hos feta patienter, särskilt hos dem som inte uppnår tillräckliga resultat genom medicinsk behandling och livsstilsförändring. Bland de olika tillgängliga kirurgiska teknikerna är laparoskopisk gastric bypass (LGB) – som drastiskt omorganiserar mag-tarmkanalens arkitektur och kombinerar tarmmalabsorption med begränsning av matintag – den mest erkända och vanligt utförda ingreppen i Europa för behandling av sjuklig fetma.

   Nyligen har metaanalyser som jämför metaboliska utfall mellan olika bariatriska procedurer publicerats; dessa är dock baserade på ett litet antal randomiserade kontrollerade studier och främst på studier med betydande begränsningar, såsom retrospektiv design, inkludering av heterogena kohorter med ett brett spektrum av kroppsmassaindex (BMI) och diabetesduration, samt korta uppföljningsperioder. De flesta av dessa studier indikerar jämförbara korttidsresultat; ändå visade STAMPEDE-studien överlägsna metaboliska resultat med LGB efter tre år. Omvänt har studier som involverar strikt malabsorptiva procedurer visat högre frekvenser av T2DM-remission och en lägre risk för sjukdomsåterfall.

   En nyligen genomförd analys av stora, heterogena kliniska kohorter identifierade kortare diabetesduration, lägre baslinjenivåer av fastande glukos och procedurer som leder maginnehållet distalt in i tunntarmen – snarare än restriktiva procedurer – som oberoende prediktorer för högre T2DM-remissionsfrekvenser efter två års uppföljning. Det är fortfarande oklart om detta är en följd av större viktminskning som uppnås genom dessa procedurer eller om andra faktorer är inblandade, särskilt tarmhormoners dynamik. Tarmbypasskirurgi som exkluderar duodenum leder till ökad utsöndring av inkretinhormoner, specifikt glukagonliknande peptid 1 (GLP-1) och den orexigena peptiden YY (PYY), på grund av snabb magtömning och tidig ankomst av odigerad mat i ileum. Den överdrivna GLP-1-utsöndringen anses vara en av de främsta mekanismerna bakom förbättrad β-cellfunktion vid T2DM efter kirurgi. Vissa studier har dock ifrågasatt GLP-1:s roll som den primära faktorn som ansvarar för diabetesremission. Dessutom leder uteslutning av magfundus till minskad utsöndring av det orexigena hormonet ghrelin, vilket resulterar i aptitnedtryckning och ökad insulinutsöndring. Båda dessa mekanismer har faktiskt beskrivits i observationsstudier efter LGB och är förknippade med förbättrad glukoshomeostas.

   Dessutom tyder nya studier på att tarmmikrobiota kan spela en viktig roll i metabolisk reglering och i moduleringen av både lokala och systemiska inflammatoriska responser. Fetma och T2DM är förknippade med förändringar i mängden och sammansättningen av tarmbakterier, samt i deras biologiska mångfald. De exakta mekanismerna genom vilka tarmmikrobiota påverkar metaboliska egenskaper är fortfarande oklara, men de kan involvera fermentationsprodukter av kostfiber, särskilt kortkedjiga fettsyror (SCFA: butyrat, propionat och acetat), som påverkar energihomeostas. Den senaste upptäckten av receptorer över ett brett spektrum av celltyper och vävnader för vilka SCFA verkar vara naturliga ligander framhäver ytterligare deras potentiella roll i tarm-mikrobiota-metabolism-interaktioner. En annan relevant mekanism för direkt mikrobiota-påverkan på metabolisk reglering kan ligga i dess koppling till uppkomsten och progressionen av subklinisk inflammation, som bidrar till utvecklingen av insulinresistens och T2DM. Det har föreslagits att fetma och T2DM är förknippade med ökad translocation av bakteriella lipopolysackarider in i cirkulationen, vilket därefter utlöser medfödd immunaktivering inom fettvävnad.

   Medan modulering av tarmmikrobiota har visats effektivt förhindra fetma och förbättra metabolisk status i gnagarmodeller av fetma och T2DM, är mänskliga data som stöder sådana effekter hos feta diabetiker långt ifrån slutgiltiga. En nyligen genomförd studie som utforskade effekten av fekal mikrobiota-transplantation från magra donatorer demonstrerade måttliga förbättringar i insulinkänslighet hos manliga mottagare med metabolt syndrom sex – men inte arton – veckor efter transplantation. Därmed verkar tarmmikrobiota vara en relevant bidragande faktor och är sannolikt en nyckelfaktor som länkar livsstil och värdbiologi.

   Hittills har tarmdysbios identifierats vid övervikt och måttlig fetma, vilket visas genom betydande förändringar i tarmmikrobiotans sammansättning (berikning eller utarmning av specifika bakteriegrupper) och minskad mikrobiell genrikedom, båda förknippade med metaboliska störningar som insulinresistens, låggradig inflammation och adipocyt-hypertrofi. Emellertid är tarmmikrobiotans egenskaper fortfarande dåligt utforskade vid extrema former av fetma, trots den ökande förekomsten av svår (BMI > 35 kg/m²) och sjuklig fetma (BMI > 40 kg/m²) världen över, som för närvarande drabbar 2,3 % av män respektive 5 % av kvinnor. Även om vissa individer med svår fetma förblir metabolt friska, ökar i allmänhet att nå ett BMI > 35 kg/m² risken för kroniska störningar avsevärt. Dessutom utvecklar metabolt friska feta individer ofta metaboliska förändringar och komorbiditeter över tid.

   Trots de väl dokumenterade förbättringarna i metabolism och inflammation efter bariatrisk kirurgi – och dess association med förändringar i tarmmikrobiota – indikerar nya studier att minskad mikrobiell rikedom och kompositionella förändringar är kopplade till ogynnsamma metaboliska utfall vid övervikt eller måttlig fetma, men förblir dåligt karakteriserade vid svår fetma. Dessutom tyder växande bevis på att tarmmikrobiotans sammansättning inte helt återhämtar sig efter bariatrisk kirurgi. Därtill rapporterade Santos-Marcos et al. nyligen könsskillnader i tarmmikrobiotans sammansättning, samt variationer bland kvinnor i olika hormonella stadier, vilket kan ligga till grund för den sexuella dimorfism som observerats i incidensen av metaboliska sjukdomar och relaterade komorbiditeter.

   Bariatrisk kirurgi är ett effektivt ingrepp som främjar viktminskning och förbättrar glykemisk kontroll. Förutom den positiva moduleringen av gallsyror och tarmhormoner inducerar denna kirurgi djupa förändringar i tarmmikrobiotans sammansättning, en viktig bidragande faktor till de hälsoeffekter som medieras av bariatriska procedurer. Emellertid har nya data vid svår fetma ifrågasatt den rådande uppfattningen, eftersom bakteriearter förknippade med låg mikrobiell rikedom (före kirurgi) verkar förändras endast marginellt efter bariatrisk kirurgi trots betydande metaboliska förbättringar. För att testa giltigheten eller inkonsekvensen av denna premiss etablerade vi en jämförande analys av metaboliska parametrar och riskfaktorer hos feta individer som genomgår kirurgisk viktminskande intervention. Dessutom kan uttrycket och identifieringen av perifera biomarkörer, såsom gastrointestinala peptider, möjliggöra en bättre karakterisering av fetma-fenotyper och en mer exakt diagnos, vilket därmed förbättrar behandlingen och uppföljningen av fetma på en individualiserad basis.

   Dessutom föreslår vi att utforska om förändringar i tarmmikrobiota är nära förknippade med metaboliska abnormaliteter och om viktminskande intervention genom bariatrisk kirurgi kan bestämma en differentiell respons i tarmmikrobiell diversitet och metaboliska biomarkörer över olika grader och fenotyper av fetma, samt mellan könen.

2. Material och metoder 2.1. Studiedesign och Deltagare En prospektiv, interventionell, komparativ och translationell klinisk studie designades. För att uppnå de föreslagna målen kommer 60 feta patienter planerade för bariatrisk kirurgi på Avdelningen för Allmän och Digestiv Kirurgi på samma sjukhus att rekryteras. Patienter kommer att inkluderas sekventiellt när de besöker Fetmaenheten på Endokrinologiavdelningen på Hospital Universitario Doctor Peset tills det erforderliga antalet nås och förutsatt att de uppfyller inklusions- och exklusionskriterierna som beskrivs nedan.

   • Inklusionskriterier: patienter med ett kroppsmassaindex (BMI) större än 40 kg/m² (eller > 35 kg/m² med minst en fetmakomorbiditet), ålder mellan 18 och 65 år, och med en känd varaktighet av fetma som överstiger fem år.
   • Exklusionskriterier: på grund av studiens natur kommer patienter med akuta eller kroniska inflammatoriska sjukdomar, etablerad leversvikt eller njursvikt (definierad som transaminasnivåer ±2 SD från medelvärdet och uppskattad glomerulär filtrationshastighet [CKD-EPI-formel] >60), neoplastiska sjukdomar eller sekundära orsaker till fetma (t.ex. hypotyreos, Cushings syndrom) att uteslutas.

Innan deltagande kommer alla patienter – eller deras juridiska företrädare – att underteckna ett informerat samtycke efter att ha fått en detaljerad förklaring av studiemål och fått alla frågor besvarade. Studien kommer att följa de etiska principerna i Helsingforsdeklarationen och dess efterföljande ändringar och kommer att få godkännande från sjukhusets etikkommitté. All medicinsk information och data som samlas in under studien kommer att hållas konfidentiella i enlighet med nationella lagar.

För att bedöma inflytandet av fetmagrad kommer patienter att klassificeras i tre grupper enligt BMI: 1) Svår fetma: BMI 35-40 kg/m², 2) Sjuklig fetma: BMI 40-50 kg/m², 3) Extrem fetma: BMI >50 kg/m².

För att utvärdera inflytandet av metabolisk profil kommer patienter också att delas in i två grupper: metabolt friska feta (MHO) och metabolt onormala feta (MAO), justerat för ålder och kön. Enligt tidigare etablerade kriterier definieras MAO-individer som att ha minst två av följande kardiometabola förändringar: 1) Fastande plasmaglukos ≥100 mg/dL eller användning av antidiabetisk medicin; 2) Systoliskt blodtryck (SBP) ≥130 mmHg och/eller diastoliskt blodtryck (DBP) ≥85 mmHg, eller användning av antihypertensiv medicin; 3) Triglyceridkoncentrationer ≥150 mg/dL; 4) HDL-kolesterol <40 mg/dL hos män eller <50 mg/dL hos kvinnor, eller användning av lipidsänkande läkemedel. Omvänt definieras MHO-individer som de som inte uppfyller något av ovanstående kriterier. Dessutom kommer även könsskillnader att analyseras.

Innan kirurgi kommer dietist-näringsfysiologen att genomföra en dietintervention bestående av en hypokalorisk diet individualiserad enligt patientens näringsbehov och anpassad för fetma. Dietplanen kommer att vara kvalitativt komplett och följa följande makronäringsdistribution: 55 % kolhydrater, 30 % fett och 15 % protein. Under de två veckorna före den metaboliska kirurgiproceduren kommer en mycket lågkaloridiet att administreras med hjälp av Optisource® påsar, uppdelade i tre dagliga intag. Den post-bariatriska kirurgidietinterventionen kommer att utföras progressivt, med målet om viktminskning och metabolisk normalisering. Uppföljningsbesök kommer att ske vid 1, 6 och 12 månader, med hänsyn till individuell tolerans och näringsbehov.

2.2. Datainsamling och analys Alla deltagare kommer att genomgå en initial utvärdering, inklusive bedömning av näringstillstånd och kardiovaskulära riskfaktorer och komorbiditeter (högt blodtryck, obstruktiv sömnapné, dyslipidemi), samt utvärdering för att utesluta sekundära orsaker till fetma. Genom hela studien, både vid baslinje och under postkirurgiska uppföljningar, kommer patienter att genomgå analytiska bedömningar, utvärdering av kroppssammansättning och basmetabolism, mikrobiotastudier och bestämning av gastrointestinala hormoner. De erhållna resultaten kommer att analyseras med SPSS 17.0. För kategoriska variabler kommer frekvensfördelning och totalt fallprocent att utvärderas. För kvantitativa variabler kommer medelvärde, intervall och standardavvikelse att analyseras. Kolmogorov-Smirnov-testet kommer att utföras för att avgöra om kvantitativa variabler följer en normalfördelning. Skillnader i metaboliska variabler mellan grupper (kön, metabolisk profil) kommer att analyseras med hjälp av ett oparat t-test eller Mann-Whitney U-test, och för fetmagrader kommer en ANOVA att utföras. För att utvärdera förändringar efter kirurgisk intervention kommer en upprepade mätningar ANOVA eller parade t-test att genomföras. Slutligen kommer korrelationer att bedömas med Pearson eller Spearman bivariat korrelation. Dessutom kommer logistiska regressionsanalyser att utföras för att utveckla prediktiva modeller för specifika grupper.