Selulosa asetilasi: prebiotik baharu terhadap penambahan berat badan melalui mikrobiota

Para saintis dari RIKEN, dengan kerjasama kumpulan dari Universiti Tokyo dan Universiti Kyoto yang diketuai oleh Dr. Tadashi Takeuchi, telah menerbitkan dalam Metabolisme Sel penilaian komprehensif pertama selulosa asetilasi (AceCel) sebagai prebiotik yang boleh mengehadkan penambahan berat badan dengan ketara pada tikus melalui modulasi mikrobiota usus dan metabolisme nutrien.

Kenapa AceCel?

Prebiotik tradisional (inulin, oligofruktosa) memberi makan kepada pelbagai jenis bakteria, tetapi tidak secara selektif. AceCel ialah selulosa yang mana substituen asetil dicantumkan secara kovalen pada 1/3 kumpulan hidroksil, mewujudkan substrat hanya untuk bakteria hermeneutik tertentu, terutamanya Bacteroides thetaiotaomicron, mampu membelah ikatan asetilasi.

Reka bentuk eksperimen

1. Komposisi diet: Tikus pada diet 60% lemak (model DIO) telah ditambah dengan sama ada 5% AceCel, pengisi selulosa yang tidak dirawat equimolar, atau tanpa bahan tambahan.
2. Pemantauan berat badan dan metabolisme: berat badan, tingkah laku makan, OGTT dan ukuran rintangan insulin dipantau selama 8 minggu.
3. Mikrobiota: 16S rRNA penjujukan najis pada 2, 4 dan 8 minggu.
4. Mekanisme: Tikus gnotobiotik yang kekurangan mikrobiota kemudiannya dijajah dengan B. thetaiotaomicron, dengan dan tanpa AceCel.
5. Metabolomik dan transkriptomi hati dan usus: pengukuran asid lemak rantai pendek (SCFA), asetat, dan transkrip gen utama yang terlibat dalam metabolisme karbohidrat dan lipid.

Keputusan Utama

• Mengehadkan Pertambahan Berat: Lebih 8 minggu, tikus pada AceCel memperoleh hanya 8% daripada berat badan mereka, berbanding 30% pada kawalan dan 28% pada selulosa biasa.
• Penambahbaikan profil glisemik: AUC menurun sebanyak 25% (p<0.01), HOMA-IR jatuh sebanyak 30% (p<0.05).
• Mikrobiota:
  • AceCel mendorong peningkatan 10 kali ganda dalam B. thetaiotaomicron menjelang minggu ke-4 dan menghalang pertumbuhan Firmicutes.
  • Eksperimen gnotobiotik mengesahkan bahawa tanpa B. thetaiotaomicron kesan AceCel hilang, menonjolkan peranan kritikal spesies ini.

• SCFA dan anion asetat:

  • Tahap asetat najis meningkat sebanyak 40% (p<0.01), tetapi kepekatan sistemik menurun, menunjukkan peningkatan pengambilan bakteria.

• Metabolisme hepatik:

  • Transkriptomik menunjukkan penurunan dalam ekspresi Gck dan Pklr (enzim glikolitik) dan peningkatan Cpt1a dan Ppara (pengoksidaan β lemak).
  • Profil lipid hati dicirikan oleh penurunan 35% dalam trigliserida (p<0.05).

"AceCel menunjukkan cara baharu untuk bukan sahaja memberi makan kepada mikrobiota, tetapi untuk menjadikannya 'mencuri' karbohidrat daripada hos dan dengan itu mengalihkan keseimbangan tenaga," komen Dr. Takeuchi.

Keselamatan dan Prospek

• Data eksperimen tidak mendedahkan tindak balas keradangan dalam usus atau hati dan tidak mengubah parameter fungsi organ (ALT, AST).
• Langkah seterusnya: kajian klinikal manusia untuk menilai toleransi, kesan ke atas mikrobiota dan metabolisme karbohidrat.
• Pengoptimuman penyediaan: tahap asetilasi, saiz pecahan dan gabungan dengan probiotik ( penggunaan B. thetaiotaomicron?) tertakluk kepada siasatan lanjut.

Dalam artikel itu, penulis membuat beberapa komen penting:

• Pemilihan mekanisme
  "AceCel mempamerkan kesan prebiotik yang unik: daripada memberi makan kepada kumpulan mikrob yang luas, ia memilih strain tertentu Bacteroides thetaiotaomicron, mengalihkan karbohidrat daripada perumah kepada metabolisme mikrob," kata Dr. Tadashi Takeuchi, pengarang kanan kajian.

• Peranan Mikrobiota sebagai 'Pesaing'
  "Eksperimen gnotobiotik kami jelas menunjukkan bahawa tanpa B. thetaiotaomicron, AceCel tidak berfungsi. Ini menyerlahkan bahawa prebiotik boleh bertindak dengan meningkatkan persaingan untuk nutrien dalam usus," jelas pengarang bersama Dr. Ikeda.

• Potensi untuk Manusia
  "Walaupun kita melihat kesan yang kuat pada tikus, adalah penting untuk menguji toleransi dan dinamik metabolik AceCel pada manusia," kata Dr. Sato. "Ujian klinikal seterusnya harus termasuk analisis mendalam mikrobiota dan metabolomik pesakit."

• Keselamatan
  "Tiada bukti keradangan atau kerosakan tisu dalam usus atau hati dalam model praklinikal kami, memberikan rasional untuk bergerak ke hadapan kepada ujian manusia," tambah Dr. Nakamoto.

Komen ini menyerlahkan bahawa AceCel ialah prebiotik generasi akan datang yang menjanjikan, tetapi terjemahan klinikalnya memerlukan penilaian yang teliti terhadap keselamatan dan mekanisme tindakan pada manusia.

AceCel membuka jalan untuk generasi baru prebiotik yang bertindak bukan sahaja dengan merangsang bakteria berfaedah tetapi juga dengan menangkap substrat nutrien secara kompetitif, membuka prospek terapi mikrob-nutrien ketepatan untuk obesiti dan sindrom metabolik.