Acetyleret cellulose: et nyt præbiotikum mod vægtøgning via mikrobiota

Forskere fra RIKEN har i samarbejde med grupper fra University of Tokyo og University of Kyoto ledet af Dr. Tadashi Takeuchi offentliggjort den første omfattende evaluering af acetyleret cellulose (AceCel) som et præbiotikum, der kan begrænse vægtøgning hos mus betydeligt gennem modulering af tarmmikrobiota og næringsstofmetabolisme i Cell Metabolism.

Hvorfor AceCel?

Traditionelle præbiotika (inulin, oligofruktose) fodrer en bred vifte af bakterier, men ikke selektivt. AceCel er cellulose, hvortil acetylsubstituenter er kovalent bundet til 1/3 af hydroxylgrupperne, hvilket skaber et substrat kun for specifikke hermeneutiske bakterier, primært Bacteroides thetaiotaomicron, der er i stand til at spalte acetylerede bindinger.

Eksperimentelt design

1. Kostsammensætning: Mus på en diæt med 60 % fedt (DIO-model) blev suppleret med enten 5 % AceCel, ækvimolært ubehandlet cellulosefyldstof eller ingen tilsætningsstoffer.
2. Vægt- og stofskifteovervågning: kropsvægt, spiseadfærd, OGTT og insulinresistensmålinger blev overvåget i 8 uger.
3. Mikrobiota: 16S rRNA-sekventering af fæces efter 2, 4 og 8 uger.
4. Mekanisme: Gnotobiotiske mus berøvet mikrobiota blev derefter koloniseret med B. thetaiotaomicron, med og uden AceCel.
5. Lever- og tarmmetabolomik og transkriptomik: måling af kortkædede fedtsyrer (SCFA), acetat og transkripter af nøglegener involveret i kulhydrat- og lipidmetabolisme.

Nøgleresultater

• Begrænsning af vægtøgning: I løbet af 8 uger tog mus på i AceCel kun 8 % af deres kropsvægt, sammenlignet med 30 % i kontrolgruppen og 28 % i kontrolgruppen, der fik almindelig cellulose.
• Forbedring af glykæmisk profil: AUC faldt med 25 % (p < 0,01), HOMA-IR faldt med 30 % (p < 0,05).
• Mikrobiota:
  • AceCel inducerede en 10-dobbelt stigning i B. thetaiotaomicron inden uge 4 og hæmmede væksten af Firmicutes.
  • Gnotobiotiske eksperimenter bekræftede, at effekten af AceCel går tabt uden B. thetaiotaomicron, hvilket fremhæver denne arts kritiske rolle.

• SCFA og acetatanion:

  • Fæcesacetatniveauer steg med 40% (p < 0,01), men de systemiske koncentrationer faldt, hvilket indikerer øget bakteriel optagelse.

• Levermetabolisme:

  • Transkriptomics viste et fald i ekspressionen af Gck og Pklr (glykolytiske enzymer) og en stigning i Cpt1a og Ppara (β-oxidation af fedtstoffer).
  • Leverens lipidprofil var karakteriseret ved et 35% fald i triglycerider (p < 0,05).

"AceCel demonstrerer en ny måde ikke blot at fodre mikrobiotaen på, men også at få den til at 'stjæle' kulhydrater fra værten og derved omdirigere energibalancen," kommenterer Dr. Takeuchi.

Sikkerhed og fremtidsudsigter

• Eksperimentelle data viste ikke en inflammatorisk reaktion i tarm eller lever og ændrede ikke organfunktionsparametre (ALAT, ASAT).
• Næste trin: kliniske studier på mennesker for at vurdere tolerabilitet, effekter på mikrobiota og kulhydratmetabolisme.
• Optimering af præparation: acetyleringsniveau, fraktionsstørrelse og kombination med probiotika ( B. thetaiotaomicron -forbrug?) er genstand for yderligere undersøgelse.

I artiklen fremsætter forfatterne en række centrale kommentarer:

• Mekanismens selektivitet
  "AceCel udviser en unik præbiotisk effekt: i stedet for at fodre en bred gruppe af mikrober, udvælger den en specifik stamme af Bacteroides thetaiotaomicron og omdirigerer kulhydrater fra værten til mikrobiel metabolisme," bemærker Dr. Tadashi Takeuchi, seniorforfatter af undersøgelsen.

• Mikrobiotas rolle som 'konkurrent'
  "Vores gnotobiotiske eksperimenter viste tydeligt, at AceCel ikke virker uden B. thetaiotaomicron. Dette fremhæver, at præbiotika kan virke ved at øge konkurrencen om næringsstoffer i tarmen," forklarer medforfatter Dr. Ikeda.

• Potentiale for mennesker
  "Selvom vi ser en kraftig effekt hos mus, er det vigtigt at teste AceCels tolerabilitet og metaboliske dynamik hos mennesker," siger Dr. Sato. "Næste kliniske forsøg bør omfatte en dybdegående analyse af patienternes mikrobiota og metabolomik."

• Sikkerhed
  "Der var ingen tegn på betændelse eller vævsskade i tarmene eller leveren i vores prækliniske modeller, hvilket giver en begrundelse for at gå videre til forsøg på mennesker," tilføjer Dr. Nakamoto.

Disse kommentarer fremhæver, at AceCel er et lovende næste generations præbiotikum, men dets kliniske oversættelse kræver en omhyggelig evaluering af sikkerhed og virkningsmekanismer hos mennesker.

AceCel baner vejen for en ny generation af præbiotika, der ikke kun virker ved at stimulere gavnlige bakterier, men også ved at konkurrere med andre næringssubstrater, hvilket åbner muligheden for præcis mikrobiel-næringsstofterapi mod fedme og metabolisk syndrom.