Metabolismul microbian al carbohidraților intestinali împiedică pierderea în greutate la adulții supraponderali supuși stilului de viață
David A. Muñiz Pedrogo
1 Centrul pentru Științe Clinice și Translaționale, Clinica Mayo, Rochester, MN
2 Facultatea de Medicină a Universității din Puerto Rico, San Juan, Puerto Rico
Michael D. Jensen
3 Divizia Endocrinologie, Diabet, Metabolism și Nutriție, Clinica Mayo, Rochester, MN
Carol T. Van Dyke
4 Divizia de Gastroenterologie și Hepatologie, Clinica Mayo, Rochester, MN
Joseph A. Murray
4 Divizia de Gastroenterologie și Hepatologie, Clinica Mayo, Rochester, MN
Jeffrey A. Woods
5 profesor de kinesiologie și sănătate comunitară; Director, Centrul pentru sănătate, îmbătrânire și dizabilități. Universitatea din Illinois la Urbana-Champaign, Champaign, IL
Jun Chen
6 Departamentul de Cercetări în Științe ale Sănătății, Divizia de Statistică Biomedică și Informatică, Clinica Mayo, Rochester, MN, SUA
Purna C. Kashyap
4 Divizia de Gastroenterologie și Hepatologie, Clinica Mayo, Rochester, MN
Vandana Nehra
4 Divizia de Gastroenterologie și Hepatologie, Clinica Mayo, Rochester, MN
Date asociate
Abstract
Obezitatea este o boală cronică care are o prevalență în creștere în întreaga lume și este acum considerată o epidemie globală. Obezitatea, măsurată prin indicele de masă corporală (IMC) de 30 kg/m2 sau mai mare, a fost în mod constant asociată cu o mortalitate crescută din toate cauzele. 1
O intervenție cuprinzătoare a stilului de viață este de obicei primul pas pentru a obține pierderea în greutate. O scădere în greutate de doar 5% printr-o combinație de restricții alimentare, exerciții fizice și terapie comportamentală este eficientă în obținerea unui control glicemic mai bun și prevenirea diabetului. 2.3 Cu toate acestea, există o variabilitate interindividuală semnificativă în succesul acestei abordări care a fost adesea atribuită conformității pacientului. 4
Fiziopatologia obezității este complexă, cu contribuții ale genelor gazdă, precum și ale factorilor de mediu. 5 Dovezi recente sugerează că microbiomul intestinal uman are un rol în fiziopatologia obezității, influențând metabolismul energiei gazdei, adipozitatea, semnalizarea neuroendocrină și sensibilitatea la insulină. 7 Prin urmare, microbiomul intestinal poate fi responsabil în parte pentru diferențele interindividuale în rezultatele intervențiilor orientate spre obezitate. În acest studiu, raportăm potențiali markeri microbieni care prezic răspunsurile la un program cuprinzător de intervenție a stilului de viață pentru pierderea în greutate.
Metode
Selectarea pacientului
Pacienții au fost recrutați între august și septembrie 2013 din programul de cercetare în tratamentul obezității din Clinica Mayo. Adulții cu vârste cuprinse între 18 și 65 de ani cu un IMC de 27 - 39,9 kg/m 2 și capabili să ofere consimțământul informat au fost incluși în studiu. Criteriile de excludere includeau probleme de sănătate care împiedicau indivizii să se angajeze în activitate fizică, intervenții chirurgicale anterioare pentru gestionarea obezității (proceduri bariatrice, intervenție chirurgicală de bypass gastric), participarea concomitentă la un alt program de scădere în greutate și utilizarea medicamentelor pentru slăbit în ultimele 30 de zile. Participanții cu orice utilizare a antibioticelor în ultimele 30 de zile au fost, de asemenea, excluși din analiză. Au fost permise alte medicamente, cum ar fi inhibitorii pompei de protoni, laxative, statine și analgezice. Niciunul dintre participanții incluși nu a luat probiotice.
Intervenții de studiu
Programul de cercetare a tratamentului obezității Mayo Clinic este un program cuprinzător de 12 luni de intervenție asupra stilului de viață. În primele 3 luni, participanții au fost urmăriți prin sesiuni săptămânale de o oră, săptămânal în a patra lună și lunar după aceea până la 12 luni. Pentru a minimiza impactul nerespectării participanților asupra rezultatelor, am selectat primele 3 luni ca interval de timp al studiului nostru. Intervenția nutrițională a implicat o abordare volumetrică 8 care a inclus cantități mai mari de fructe, legume și alimente cu densitate redusă de energie, cu un aport mai mic de alimente cu densitate mai mare de nutrienți. Scopul a fost reducerea aportului de energie, obținând în același timp un volum ridicat de aport alimentar.
Intervenția de activitate fizică a presupus recomandări pentru a merge cel puțin 10.000 de pași pe zi sau echivalentul acesteia. Activitatea fizică a fost monitorizată folosind un pedometru cu memorie de 7 zile. Pacienții au fost instruiți să poarte pedometrul în fiecare zi și să-și revizuiască datele de numărare a pașilor pentru a evalua progresul către atingerea obiectivului.
Intervenția comportamentală a fost dată în sesiuni de grup săptămânale și a inclus elemente precum auto-monitorizarea, gestionarea așteptărilor, stabilirea obiectivelor, controlul stimulului, reducerea stresului, rezolvarea problemelor, sprijinul social, restructurarea cognitivă și prevenirea recidivelor. Schița generală a sesiunilor s-a bazat pe protocolul Look AHEAD. 9
Măsuri de rezultate și prelucrarea datelor
Informațiile clinice, biochimice și demografice au fost colectate de la pacienți la momentul inițial și după 3 luni, inclusiv vârsta, sexul, rasa, greutatea, înălțimea, IMC, starea de fumat, hipertensiunea arterială, pre-diabetul zaharat, diabetul zaharat tip 2, glicemia în jeun, densitatea ridicată nivelurile de lipoproteine, nivelurile de lipoproteine cu densitate scăzută și nivelurile de trigliceride. Procentul de pierdere în greutate după 3 luni a fost calculat pe baza greutății corporale inițiale a participantului. O scădere în greutate de 5% sau mai mare după 3 luni a fost definită drept succes. Probele de scaun fecal au fost colectate la momentul inițial și după 3 luni.
Izolarea ADN-ului din probele de scaun a fost efectuată folosind trusa Mo Bio PowerSoil® de izolare a ADN-ului (Mo Bio Laboratories; Carlsbad, CA) în urma bătăilor de margele. Regiunea variabilă V4 a ARNr bacterian 16S a fost amplificată din ADN-ul scaun și secvențiat cu platforma MiSeq Illumina. Analiza compozițională și a diversității datelor a fost făcută utilizând conducta Insights Quantitative in Microbial Ecology (QIIME 1.9.1). 10
Profilarea funcțională predictivă din 16 ARNr a fost efectuată folosind conducta de investigare filogenetică a comunităților prin reconstrucția statelor neobservate (PICRUSt). 11 Conținutul de gene a fost prezis față de următoarele baze de date: baza de date Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG), 12 baza de date Clusters of Orthologous Groups (COG), 13 și baza de date Carbohydrate-Active Enzymes (CAZy). 14 Metoda dimensiunii efectului analizei discriminante liniare (LDA) (LEfSe) 15 a fost realizată pentru a identifica biomarkerii predictivi compoziționali și funcționali pentru pierderea în greutate. S-a folosit un alfa de 0,05 și un prag LDA> 2,0.
analize statistice
Analiza statistică a fost efectuată utilizând software-ul JMP Pro 12 (SAS Institute; Cary, NC) și conducta QIIME. Testele bilaterale Wilcoxon pe două fețe au fost utilizate pentru a compara diferențele de bază în compoziția bacteriană și diversitatea alfa, în timp ce permanova a fost utilizată pentru diversitatea beta. Pentru modificările la intervale ale compoziției și diversității bacteriene între momentul inițial și după 3 luni, au fost utilizate teste Wilcoxon pe două fețe cu rang semnat. O valoare P de 0,05 sau mai puțin a fost considerată semnificativă statistic pentru toate testele.