Afinul american (Vaccinium macrocarpon Aiton), un fruct consumat pe scară largă în America de Nord și o sursă importantă de polifenoli, este recunoscut ca o strategie promițătoare împotriva sindromului metabolic.

afine

Afinul exercită efecte remarcabile de susținere a sănătății, inclusiv efecte antiinflamatorii și antimicrobiene.

Compoziția microbiotei intestinale joacă un rol decisiv în homeostazia energetică prin modularea echilibrului energetic, a metabolismului glucozei și a stării inflamatorii cronice asociate cu rezistența la insulină indusă de obezitate.

Proporția crescută a speciei degradatoare de mucină Akkermansia muciniphila a fost legată de protecția împotriva trăsăturilor sindromului metabolic.

Care sunt noile descoperiri?

Administrarea extractului de afine (CE) a scăzut creșterea în greutate indusă de dietă și obezitatea viscerală, care a fost asociată cu o acumulare mai mică de trigliceride hepatice, intestinale și plasmatice, inflamație tocită și stres oxidativ redus.

Administrarea CE a îmbunătățit sensibilitatea la insulină, după cum s-a evidențiat prin toleranța la insulină ameliorată, evaluarea scăzută a modelului de homeostazie a rezistenței la insulină și scăderea hiperinsulinemiei induse de glucoză în timpul unui test de toleranță la glucoză pe cale orală.

Tratamentul CE a prevenit creșterea indusă de grăsimi/zaharoză ridicată (HFHS) a lipopolizaharidelor circulante (adică endotoxemie metabolică).

Administrarea CE a fost asociată cu o schimbare importantă a microbiotei intestinale a șoarecilor prin creșterea izbitoare a abundenței relative de Akkermansia la animalele hrănite cu HFHS tratate cu CE.

Cum ar putea avea impact asupra practicii clinice în viitorul previzibil?

Până în prezent, acesta este primul raport al unui extract de fructe care exercită un efect major asupra prezenței Akkermansiei în microbiota intestinală a unui model animal de obezitate indusă de dietă.

Rezultatele noastre oferă dovezi puternice că manipularea nutrițională a microbiotei intestinale de către administrarea CE poate îmbunătăți metabolismul la pacienții obezi și diabetici de tip 2.

Akkermansia poate deveni un biomarker interesant pentru impactul pozitiv al produselor fitochimice și al altor intervenții nutriționale pentru sănătate.

Introducere

Dovezi în creștere susțin că microbiota intestinală joacă un rol decisiv în homeostazia energetică prin modularea echilibrului energetic, 14, 15 metabolismul glucozei16–, 18 și starea inflamatorie cronică asociată cu obezitatea.16–, 21 Lipopolizaharida derivată din microbiota intestinală (LPS), un puternic inductor al inflamației, joacă un rol important în apariția și progresia inflamației și a bolilor metabolice conexe.17 De exemplu, aportul bogat în grăsimi s-a dovedit a fi asociat cu niveluri crescute de portal și sistemice circulante ale LPS (adică, metabolice endotoxemie) .17, 22 Aceste descoperiri sugerează o legătură între endotoxina derivată din microbiota intestinală și patogeneza bolii hepatice grase nealcoolice (NAFLD), evidențiind astfel un rol cheie pentru microbiota intestinală ca orchestrator al axei intestin-ficat . Endotoxemia metabolică este determinată de permeabilitatea intestinală crescută la LPS datorită perturbării funcției barierei intestinale16, 17, 23 și/sau transportului LPS îmbunătățit prin particule de chilomicroni ca răspuns la hrănirea cu grăsime.24, 25

S-a raportat că o dietă bogată în grăsimi remodelează microbiota intestinală, în special prin creșterea proporției de Firmicutes în raport cu Bacteroidetes, 22, 26, despre care se crede că joacă un rol cheie în patogeneza bolilor metabolice induse de obezitate.16, 19, 27 În plus, dovezile în creștere indică faptul că abundența intestinală crescută a Akkermansia spp. poate proteja împotriva sindromului metabolic legat de obezitate28 și contribuie la efectele metabolice benefice ale intervenției chirurgicale de by-pass gastric și a medicamentului antidiabetic metformin.29, 30 Akkermansia este o bacterie Gram-negativă, strictă, anaerobă și care degradează mucina, care trăiește în stratul de mucus intestinului și reprezintă 1% –3% din totalul microbiotei intestinale.31 În ciuda progreselor constante în înțelegerea fiziopatologiei complexe a tulburărilor metabolice, obezitatea și T2D au crescut până la proporții pandemice îngrijorătoare, îndemnând astfel căutarea de noi abordări terapeutice.

Afinul american (Vaccinium macrocarpon Aiton) este o sursă importantă de fitochimicale, în special polifenoli, 32 și este consumat pe scară largă în America de Nord. Conținutul său ridicat de polifenoli este legat de o activitate antioxidantă importantă, 33, 34, care este deosebit de relevantă în contextul fiziologiei gastro-intestinale35., merișoarele sunt, de asemenea, legate de efectele anticarcinogene, 37, 38 antiinflamatorii39–, 41 și antimicrobiene, acestea din urmă fiind datorate în principal modificărilor hidrofobicității de suprafață și formării biofilmului Escherichia coli fimbriată de P, o specie legată de infecția tractului urinar. 42, 43 Interesant, s-a raportat că administrarea de afine ameliorează dislipidemia, hiperglicemia și stresul oxidativ la persoanele cu sindrom metabolic.44–, 46 Cu toate acestea, mecanismele care stau la baza efectelor benefice ale consumului de afine rămân în mare parte necunoscute. Scopul principal al prezentului studiu a fost de a defini influența metabolică a unui extract de afine (CE) asupra șoarecilor alimentați cu conținut ridicat de grăsimi/zaharoză (HFHS) și de a determina dacă efectele sale potențiale asupra sănătății sunt legate de modularea microbiotei intestinale.

Materiale și metode

Animale

Extract de afine

Extractul de pulbere de afine a fost obținut de la Nutra Canada (Quebec, Canada). Caracterizarea sa fenolică este prezentată în tabelul 1. CE a fost diluat în apă la o concentrație de 40 mg de pulbere CE pe ml. Metodologia detaliată utilizată pentru realizarea caracterizării fenolice a CE este descrisă în metodele suplimentare online.

Caracterizarea chimică a extractului de afine

Homeostazia glucozei

În săptămâna 7, animalele au fost postite timp de 6 ore și s-a efectuat un test de toleranță la insulină (ITT) după o injecție intraperitoneală de insulină (0,75 UI/kg corp). Concentrațiile de glucoză din sânge au fost măsurate cu un glucometru Accu-Check (Bayer) înainte (0 min) și după (5, 10, 15, 20, 25, 30 și 60 min) injecție cu insulină. La sfârșitul săptămânii 8, șoarecii au fost postiti peste noapte și s-a efectuat un test oral de toleranță la glucoză (OGTT) după gavaj cu glucoză (1 g/kg greutate corporală). Sângele a fost colectat înainte (0 min) și după (15, 30, 60, 90 și 120 min) provocarea glucozei pentru determinarea glicemiei. În plus, probele de sânge (~ 30 μL) au fost colectate la fiecare moment în timpul OGTT pentru determinarea insulinemiei și a peptidei C.

metode de analiză

Analiza metagenomică

Metodele utilizate pentru a analiza profilurile taxonomice bacteriene ale microbiomului intestinal murin sunt descrise în metodele suplimentare online.

Analize statistice

Administrarea extractului de afine (CE) a redus lipopolizaharidele circulante (LPS) și ameliorat stresul oxidativ și inflamația în jejun. Șoarecii tratați cu CE au prezentat niveluri reduse de LPS în circulație în comparație cu șoarecii netratați cu grăsime mare/zaharoză mare (HFHS) (A). Acumularea trigliceridelor jejunal (B) a fost diminuată la șoarecii tratați cu CE; cu toate acestea, nu s-au detectat modificări ale nivelurilor de malondialdehidă (MDA) (C). Administrarea CE a crescut activitatea SOD2 (E), în timp ce activitățile SOD (D) și glutation peroxidaza (GPx) (F) au fost neschimbate după tratamentul CE. Clooxigenaza-2 (G) și expresia proteinei TNF-α (H), precum și raportul NFκB/IκB (I), au fost semnificativ reduse la șoarecii tratați cu CE, comparativ cu controalele HFHS. n = 6-7 (A - I). Datele sunt exprimate ca medie ± SEM. * p # p 1. au fost luate în considerare. "rel =" gallery-fragment-images-1328714956 "data-figure-caption ="

Creșterea indusă de dieta HFHS a abundenței relative a Firmicutes a fost explicată în principal de o creștere a citirilor atribuite speciilor din genul Oscillibacter (figura 5C), în timp ce proporția scăzută de bacteroidete găsită în săptămâna 9 a fost asociată cu o reducere a secvențelor atribuite la genul Barnesiella și la alți membri neclasificați ai familiei Porphyromonadaceae. Foarte important, administrarea CE a fost asociată cu o creștere izbitoare de 30% a abundenței relative a Akkermansia în metagenomul șoarecilor tratați cu CE în săptămâna 9 (figura 5C).

Discuţie

Fitochimicalele fenolice sunt în general slab absorbite și acest lucru a fost mult înainte de a sugera că acești compuși acționează probabil în principal la nivelul absorbției intestinale.58, 59. Mai mult, mai multe rapoarte au demonstrat că microbiota intestinală are un rol cauzal în patogeneza obezitate și T2D.12, 28, 30, 60 Acest lucru ne-a determinat să investigăm impactul administrării CE asupra microbiotei intestinale în prezentul studiu. Rezultatele noastre arată că hrănirea cu HFHS a indus o schimbare dramatică a microbiotei intestinale a șoarecilor prin creșterea proporției de Firmicutes și scăderea proporției de Bacteroidete. Această remodelare indusă de dietă în comunitatea microbiană a șoarecilor hranați cu HFHS este o caracteristică tipică a disbiozei determinate de obezitate și este de acord cu publicațiile anterioare 11, 60-62, la fel cum a fost constatarea unei prezențe crescute a genului Oscillibacter la obezi. șoareci.63

Se recunoaște din ce în ce mai mult că inflamația intestinală joacă un rol major în deteriorarea timpurie a metabolismului glucozei și a lipidelor în modelele de obezitate și rezistență la insulină13. NFκB este un regulator central al inflamației metabolice și controlează producția mai multor citokine proinflamatorii, inclusiv TNF-α. Tratamentul CE a redus cantitatea de TNF-α din intestin și, de asemenea, a scăzut expresia proteinei COX2, o enzimă crucială pentru sinteza mai multor molecule proinflamatorii. În plus, sa constatat că administrarea CE crește activitatea SOD2, sugerând că ar putea exercita unele dintre efectele sale prin promovarea mecanismelor de apărare oxidante în intestin. S-a sugerat că interacțiunile dintre dietă și bacteriile enterice sunt necesare pentru inducerea modificărilor inflamatorii la nivelul intestinului și pentru a avea un impact asupra obezității induse de dietă și a rezistenței la insulină.13 Prin urmare, observațiile noastre sugerează că tratamentul CE, acționând ca un prebiotic, poate fi un strategie nouă împotriva inflamației intestinale și prevenirea sindromului metabolic.

Utilizarea Akkermansia ca probiotic la om, deși o strategie promițătoare, poate găsi unele bariere. De exemplu, pe lângă faptul că siguranța administrării Akkermansia la oameni este în prezent necunoscută, cultura sa in vitro este complexă din punct de vedere tehnic și consumă mult timp, sugerând că producția Akkermansia ca probiotic la scară comercială poate fi costisitoare. Prin urmare, găsirea de metode alternative pentru creșterea prezenței Akkermansia spp. în microbiota intestinală pare o abordare validă, sigură și probabil mai rentabilă. În plus, dat fiind faptul că afine sunt deja foarte consumate (în special în America de Nord), utilizarea CE ca prebiotic ar putea fi o strategie interesantă pentru a ușura aderarea la tratament în comparație cu introducerea unei noi tulpini probiotice. Mai mult, doza utilizată în acest studiu la șoareci poate reprezenta o doză fezabilă la om. Prin aplicarea liniilor directoare ale Administrației SUA pentru Alimente și Medicamente pentru a stabili doza echivalentă umană pe baza suprafeței corpului, 73 am constatat că o doză de 16 mg/kg ar fi echivalentul uman al unei doze de 200 mg/kg la șoareci. Acest lucru este perfect realizabil prin suplimentarea sau prin încorporarea CE în alte produse alimentare.

În timp ce studiul nostru oferă dovezi ale efectelor metabolice benefice ale tratamentului CE, trebuie recunoscute unele limitări. În primul rând, în timp ce am constatat că tratamentul CE îmbunătățește sensibilitatea la insulină, pe baza analizei ITT, a HOMA-IR și a nivelurilor de insulină în post și glucoză, ar putea fi efectuate studii viitoare care folosesc tehnica clemei euglicemice împreună cu trasorii izotopici pentru a confirma în continuare acest efect al CE și pentru a determina contribuția ficatului și a țesuturilor periferice la acest fenotip. Mai mult, recunoaștem că punerea în comun a probelor utilizate pentru a analiza diversitatea bacteriană metagenomică a șoarecilor constituie o altă limitare a acestui studiu, dar ne-a permis să ne concentrăm asupra schimbărilor care apar în filotipurile dominante datorită diferitelor tratamente.

Pe scurt, am constatat că tratamentul CE protejează împotriva obezității induse de dietă, steatoză hepatică și rezistență la insulină la șoarecii hrăniți cu HFHS. Acest efect a fost asociat cu ameliorarea endotoxemiei metabolice și a inflamației intestinale. Studiul nostru sugerează în continuare că abilitatea administrației CE de a crește proporția relativă de Akkermansia joacă un rol cheie în acest efect protector, determinându-ne să propunem că polifenolii din fructe pot preveni obezitatea și sindromul metabolic printr-un efect prebiotic asupra microbiotei intestinale.

Mulțumiri

Mulțumim lui André Comeau și Brian Boyle (Plate-form d'Analyses Génomiques, IBIS/Université Laval) pentru îndrumări de specialitate în piroseqüențierea și analiza ulterioară a filtrării datelor. Îi suntem recunoscători lui Émilie Desfossés-Foucault pentru că a ajutat la analiza în stadiu incipient a secvențelor metagenomice, în special cu construcția de grafice. Mulțumim lui Valérie Dumais, Christine Dion, Christine Dallaire și Kim Denault pentru ajutorul lor de specialitate în experimentele pe animale.