Acetylerad cellulosa: ett nytt prebiotikum mot viktökning via mikrobiotan

Forskare från RIKEN har, i samarbete med grupper från Tokyos och Kyotos universitet under ledning av Dr. Tadashi Takeuchi, publicerat den första omfattande utvärderingen av acetylerad cellulosa (AceCel) som ett prebiotikum som avsevärt kan begränsa viktökning hos möss genom modulering av tarmfloran och näringsämnesmetabolismen i Cell Metabolism.

Varför AceCel?

Traditionella prebiotika (inulin, oligofruktos) ger näring åt ett brett spektrum av bakterier, men inte selektivt. AceCel är cellulosa till vilken acetylsubstituenter är kovalent bundna till 1/3 av hydroxylgrupperna, vilket skapar ett substrat endast för specifika hermeneutiska bakterier, främst Bacteroides thetaiotaomicron, som kan klyva acetylerade bindningar.

Experimentell design

1. Kostsammansättning: Möss på en diet med 60 % fett (DIO-modell) kompletterades med antingen 5 % AceCel, ekvimolärt obehandlat cellulosafyllmedel eller inga tillsatser.
2. Vikt- och ämnesomsättningsövervakning: kroppsvikt, ätbeteende, OGTT och insulinresistensmätningar övervakades i 8 veckor.
3. Mikrobiota: 16S rRNA-sekvensering av avföring vid 2, 4 och 8 veckor.
4. Mekanism: Gnotobiotiska möss berövade mikrobiota koloniserades sedan med B. thetaiotaomicron, med och utan AceCel.
5. Lever- och tarmmetabolomik och transkriptomik: mätning av kortkedjiga fettsyror (SCFA), acetat och transkript av viktiga gener involverade i kolhydrat- och lipidmetabolism.

Viktiga resultat

• Begränsad viktökning: Under 8 veckor ökade mössen som fick AceCel endast 8 % av sin kroppsvikt, jämfört med 30 % i kontrollgruppen och 28 % i kontrollgruppen som fick vanlig cellulosa.
• Förbättring av glykemisk profil: AUC minskade med 25 % (p < 0,01), HOMA-IR minskade med 30 % (p < 0,05).
• Mikrobiota:
  • AceCel inducerade en 10-faldig ökning av B. thetaiotaomicron vid vecka 4 och hämmade tillväxten av Firmicutes.
  • Gnotobiotiska experiment bekräftade att utan B. thetaiotaomicron går effekten av AceCel förlorad, vilket belyser den här arts kritiska roll.

• SCFA och acetatanjon:

  • Nivåerna av acetat i feces ökade med 40 % (p < 0,01), men de systemiska koncentrationerna minskade, vilket indikerar ökat bakteriellt upptag.

• Levermetabolism:

  • Transkriptomik visade en minskning av uttrycket av Gck och Pklr (glykolytiska enzymer) och en ökning av Cpt1a och Ppara (β-oxidation av fetter).
  • Leverns lipidprofil kännetecknades av en 35 % minskning av triglycerider (p < 0,05).

”AceCel visar ett nytt sätt att inte bara ge näring åt mikrobiotan, utan att få den att 'stjäla' kolhydrater från värden och därigenom omdirigera energibalansen”, kommenterar Dr. Takeuchi.

Säkerhet och framtidsutsikter

• Experimentella data visade inte någon inflammatorisk reaktion i tarmen eller levern och förändrade inte organfunktionsparametrar (ALAT, ASAT).
• Nästa steg: kliniska studier på människor för att bedöma tolerans, effekter på mikrobiota och kolhydratmetabolism.
• Optimering av beredning: acetyleringsnivå, fraktionsstorlek och kombination med probiotika ( B. thetaiotaomicron -konsumtion?) är föremål för vidare undersökning.

I artikeln gör författarna flera viktiga kommentarer:

• Mekanismens selektivitet
  ”AceCel uppvisar en unik prebiotisk effekt: istället för att ge näring åt en bred grupp av mikrober, selekterar den en specifik stam av Bacteroides thetaiotaomicron, vilket omdirigerar kolhydrater från värden till mikrobiell metabolism”, konstaterar Dr. Tadashi Takeuchi, seniorförfattare till studien.

• Mikrobiotans roll som ”konkurrent”
  ”Våra gnotobiotiska experiment visade tydligt att AceCel inte fungerar utan B. thetaiotaomicron. Detta belyser att prebiotika kan verka genom att öka konkurrensen om näringsämnen i tarmen”, förklarar medförfattaren Dr. Ikeda.

• Potential för människor
  ”Även om vi ser en kraftfull effekt hos möss är det viktigt att testa tolerabiliteten och den metaboliska dynamiken hos AceCel hos människor”, säger Dr. Sato. ”Nästa kliniska prövningar bör inkludera en djupgående analys av patienternas mikrobiota och metabolomik.”

• Säkerhet
  ”Det fanns inga tecken på inflammation eller vävnadsskada i tarmarna eller levern i våra prekliniska modeller, vilket ger en motivering för att gå vidare till mänskliga studier”, tillägger Dr. Nakamoto.

Dessa kommentarer belyser att AceCel är ett lovande nästa generations prebiotikum, men dess kliniska översättning kräver noggrann utvärdering av säkerhet och verkningsmekanismer hos människor.

AceCel banar väg för en ny generation prebiotika som inte bara verkar genom att stimulera nyttiga bakterier utan också genom att konkurrerande fånga näringssubstrat, vilket öppnar upp möjligheten till precisionsbehandling med mikrobiell näring för fetma och metabolt syndrom.