摄入双歧杆菌和膳食纤维对静息能量...

摄入双歧杆菌和膳食纤维对静息能量消耗的影响
摘要动物双歧杆菌乳酸亚种GCL2505与菊粉联合使用已被证明具有多种健康益处，包括改善肠道微生物群和减少人类内脏脂肪。先前的研究表明，可以通过改善日常能量消耗来实现GCL2505和菊粉的内脏脂肪减少。这项平行、安慰剂对照、随机、双盲研究旨在评估GCL2505和菊粉对超重或轻度肥胖日本成年人静息能量消耗（REE）的影响。
参与者摄入了1×1010每天GCL2505和5.0g菊粉的菌落形成单位，持续4周。第4周的REE评分被设定为主要终点。第4周时，GCL2505组和菊粉组的REE评分显著高于安慰剂组，差异为84.4kcal/d。此外，GCL2505组和菊粉组的粪便双歧杆菌计数显著增加。我们的结果表明，摄入GCL2505和菊粉通过调节肠道中的微生物群来改善能量平衡，这是已知的肥胖的主要因素。这是第一份证明益生菌和膳食纤维对人类REE影响的报告。
1.超重或肥胖主要是由于能量摄入和能量消耗之间的不平衡引起的。肥胖症的治疗方法通常是限制热量以降低能量摄入，以及通过运动来增加能量消耗。然而，随着工业化和城市化，火车和汽车的广泛使用导致体育活动量减少。贫困往往导致人们选择廉价、高热量的食物。这些社会因素是超重和肥胖个体增加的一些原因。静息能量消耗（REE）占一个人每天消耗的能量的最大部分（约60%），其次是身体活动（约30%）和饮食诱导的产热（DIT;约10%）。据报道，DIT产热的主要决定因素是饮食中的能量含量以及蛋白质和酒精的比例，很难通过调节DIT来控制能量消耗，因为能量摄入随着DIT的增加而增加。此外，据报道，肥胖个体的身体活动量低于非肥胖个体。因此，稀土元素之所以引起人们的关注，是因为可以做出合理改善能源消耗的努力。REE主要包括呼吸、内脏活动和温度维持。众所周知，体温主要通过棕色脂肪组织（BAT）特有的非颤抖产热来维持。之前的一项研究报告称，冷刺激和摄入一些类辣椒素会增加BAT活动低参与者的能量消耗并减少体脂。此外，不仅在小鼠等实验动物中，而且在人类中也证明，BAT功能障碍会导致肥胖。这些先前的研究表明，BAT通过非颤抖产热增加能量消耗，有助于消除超重和肥胖。除了冷刺激和类辣椒素外，短链脂肪酸（SCFA）对BAT活性和能量消耗的影响也引起了人们的关注。SCFA是由1到6个碳原子组成的饱和脂肪族有机酸，其中乙酸盐（C2）、丙酸盐（C3）和丁酸盐（C4）含量最高（≥95%）。已经研究了SCFA与BAT活性之间的关系，动物研究报告称，施用丁酸可激活BAT并改善能量消耗，而施用乙酸可增强与BAT功能相关的基因表达并增加耗氧量，这是能量消耗的指标。此外，人体研究表明，与安慰剂相比，将SCFA混合物输注到肠道中可改善脂质氧化和REE。这些先前的研究表明，SCFA可能通过激活BAT对能量消耗产生影响;合成SCFA最合理的方法是肠道细菌在体内发酵。不易消化的碳水化合物（膳食纤维）被发酵以产生细菌生长的能量，而SCFA是主要的最终产品。因此，在肠道中产生SCFA的益生菌、由肠道细菌资本化的益生元以及益生菌和益生元复合物的合生元是提高肠道中SCFA水平的合适材料。以前的动物研究表明，益生菌和益生元支持BAT介导的REE增强。益生菌菌株青少年双歧杆菌2016_7_2和高脂肪饮食的联合给药导致呼吸商（RQ）降低，BAT中Ucp-1的表达增加，摄入益生元咖啡酰奎宁酸在微生物群的帮助下改善能量消耗。然而，在人类中，尚无益生菌、益生元或合生元改善能量代谢的报道，尽管有报道称使用寡肽和24g菊粉后脂肪氧化增强。动物双歧杆菌乳酸亚种GCL2505，是一种生长在肠道中的益生菌菌株，最初是从健康成人的粪便中分离出来的。
以前的动物实验表明，GCL2505在肠道中产生的SCFA具有提高葡萄糖耐量和抑制内脏脂肪堆积等抗代谢综合征作用，并通过G蛋白偶联受体43（也称为SCFA受体）影响宿主代谢稳态，包括增强葡萄糖耐量和抑制体内脂肪堆积。临床研究报告称，当与典型的益生元材料菊粉联合给药时，GCL2505的摄入量与认知功能和血管内皮功能的改善有关。此外，我们最近进行了一项临床试验，以评估GCL2505和菊粉对肥胖的疗效。在BMI为≥23kg/m2和<30的健康成年男性和女性中,12周的GCL2505和菊粉摄入量显着降低内脏和总脂肪面积，增加双歧杆菌的总数，并降低几种脂质标志物的水平。因此，有人提出GCL2505和菊粉的联合摄入可改善肠道环境并减少与SCFA介导的途径相关的腹部脂肪。因为GCL2505可以在肠道中增殖，它可能导致肠道中SCFA水平的增加，从而发挥抗肥胖作用。换句话说，联合摄入GCL2505（SCFA的高产者）和菊粉对内脏脂肪的影响被认为是由于肠道中SCFA的存在增加，但作用机制尚未阐明。从以前的研究中，人们认为GCL2505和菊粉的内脏脂肪减少效果可以通过改善日常能量消耗来实现。因此，本研究进行了一项平行、安慰剂对照、随机、双盲研究，以评估摄入合生元GCL2505和菊粉对超重或轻度肥胖日本成年人REE的影响。
2.结果
2.1.受试者（分析目标人群）在研究开始时，观察到活性药物组和安慰剂组之间的血浆葡萄糖值存在显着差异，但被认为是可以接受的，因为它在参考范围内。两组之间其他参与者数据的基线特征没有差异。到研究结束时，安慰剂组的一名参与者因个人原因退出。整个研究完成后，根据研究参与者管理标准，将测试食物消费率低于80%的三名参与者排除在外。最后，分析了40名参与者，其中安慰剂组20名，活性组20名。两组均未报告伤害或意外影响。
2.2.膳食成分参与者摄入的营养物质是根据REE测量前2天的食物记录计算的。两组在能量、蛋白质、脂肪、碳水化合物和膳食纤维方面未观察到统计学上的显着差异。参与者必须在第二天测试开始前不迟于12小时在提供的住宿处享用指定的晚餐，从而确保REE测量前一天的膳食内容不会影响测试结果。因此，得出的结论是饮食内容不会影响本研究的结果。
2.3.间接量热法活性组第4周（主要终点）的REE评分（1376.5±272.8kcal/天）大于安慰剂组（1303.2±188.1kcal/天），并确认存在显着差异（p=0.042通过使用线性混合模型的重复测量分析）。此外，第2周活性组的REE评分（1435.9±195.2kcal/天）在统计学上也高于安慰剂组（1345.5±231.6kcal/天）（p=0.002通过使用线性混合模型的重复测量分析）。相比之下，两组之间在RQ、碳水化合物氧化或脂质氧化方面未观察到显著差异。
2.4.粪双歧杆菌将粪便中双歧杆菌的定量数量转换为对数值并进行比较（图2）。第4周的组间比较显示，与安慰剂组（11.3±1.2个对数细胞/g粪便）相比，活性组（11.5±0.9个对数细胞/g粪便）的双歧杆菌总数显著增加（p=0.037通过分析以基线值作为协变量的协方差）。组内比较显示，与第0周相比，第4周活性组双歧杆菌总数增加有统计学意义（10.5±2.0个对数细胞/g粪便）（配对t检验p=0.013）。相比之下，安慰剂组的粪便双歧杆菌数量在研究期间没有变化（第0周：11.3±1.0个对数细胞/g粪便）。
2.5.粪便短链脂肪酸第4周活性组（15.4±6.0mmol/kg湿粪便）的丙酸粪便浓度在统计学上低于安慰剂组（20.9±9.2mmol/kg湿粪便）（p=0.015通过以基线值作为协变量的协方差分析）。在除丙酸外的所有项目中，活性组和安慰剂在研究期间没有统计学上的显着差异。
2.6.人体测量参数在研究期间测量体重、BMI、体脂百分比和肌肉质量。活性药物组和安慰剂组之间没有统计学意义差异。
3.讨论
我们研究了饮用含有动物双歧杆菌乳酸亚种GCL2505和菊粉的乳制品饮料对健康成人REE的影响。结果表明，与安慰剂组相比，活性组的主要结果的REE评分在统计学上显着升高，并且粪便双歧杆菌的数量增加。因为我们之前已经表明GCL2505和菊粉可以减少内脏和体脂面积，所以目前的结果被认为支持早期的发现。GCL2505和菊粉已被证明可以抑制脂肪堆积，有望有助于预防体重增加和肥胖。肥胖是由于能量摄入和能量消耗之间的不平衡而导致的脂肪过度堆积的状态。换句话说，持续摄入具有减少人体脂肪作用的GCL2505和菊粉可能会导致能量水平的重新平衡。因此，GCL2505和菊粉对REE的影响在这项研究中得到了验证，REE会显着影响一个人每天消耗的能量。益生菌抑制肥胖的机制已在几项研究中进行了研究，据报道，加氏乳杆菌SBT2055对内脏脂肪堆积的抑制作用是由于对肠道脂质排泄吸收和促进作用。短双歧杆菌B-3和副干酪乳杆菌副干酪亚种F199对脂肪组织中脂肪堆积的抑制作用也有报道。加氏乳杆菌BNR17是少数被证明可以优化能量代谢的细菌之一。动物研究还表明，BNR17对内脏脂肪堆积和腹围减少的影响取决于脂肪酸代谢相关基因表达的增加。
鉴于研究设计，以及GCL2505和菊粉改善肠道中SCFA水平的高能力，本研究可能是第一个在临床试验中证明益生菌和可溶性膳食纤维对REE影响的研究。REE（本研究的主要终点）与基础代谢率相关，表明REE的增加也可能表明参与者的基础代谢率增加。据推测，摄入GCL2505和菊粉后REE的增加是通过包括以下两个步骤的作用机制实现的。在第1步中，摄入GCL2505和菊粉会增加肠道中的双歧杆菌并增加SCFA的水平。在之前的一项动物研究中，仅摄入GCL2505就会导致粪便中双歧杆菌的数量增加，并随之增加粪便和血液中的乙酸水平。此外，先前的临床研究报告称，GCL2505和菊粉增加了粪便中双歧杆菌的总数，摄入菊粉会通过增加双歧杆菌来增加SCFAs，如乙酸。这些结果支持我们的假设。然而，在本研究中，我们无法检测到干预导致肠道中SCFA水平的增加，并且第4周时两组粪便中的乙酸和丁酸浓度没有显着差异。活性组的丙酸盐水平显著低于安慰剂组。这种差异可以用肠道中SCFA的可检测稳定性来解释。众所周知，粪便中存在的SCFA量受粪便保留时间和其他因素的高度影响，个体之间和天数之间的差异很大。进行了另一项增加粪便收集点的临床试验和交叉研究设计，以确认GCL2505和菊粉对肠道中SCFA水平的影响，并证实了干预的积极影响（UMIN000050924）。在第2步中，SCFA水平升高可能通过激活其受体G蛋白偶联受体41（GPR41）以及交感神经刺激来激活BAT，进而促进REE。如上所述，先前的动物研究报道，乙酸和丁酸的给药通过激活棕色脂肪细胞来增加能量消耗，并且短链脂肪酸通过GPR41促进能量调节。此外，SCFA已被证明可以促进脂肪组织中GPR41和43的表达，以及脂肪细胞分化为米色脂肪细胞，其功能与棕色脂肪细胞相同。在临床试验中，结肠输注SCFA促进了脂质氧化和REE的增加。一项对人类的观察性研究表明，双歧杆菌属的相对丰度与BAT活性呈正相关，并且这种影响可能以SCFA依赖性方式发生。这些先前的研究表明，SCFA可能对BAT和REE有影响。因此，根据迄今为止的假设，推测摄入GCL2505和菊粉可能通过增加肠道中双歧杆菌的总数来增加肠道中SCFA的浓度，从而通过GPR41刺激交感神经系统并激活BAT以改善能量消耗。RQ是碳水化合物与脂肪氧化的比率，在研究期间，活性药物组或安慰剂组都没有变化。Brooks等人表明，碳水化合物（糖原和葡萄糖）的能量供应随着运动强度的增加而增加，从而导致RQ值发生变化。这些先前的研究表明，RQ受环境因素的影响。因此，本研究中观察到的RQ的稳定性可归因于为抑制环境因素影响而设置的高精度测试设计。根据第4周时REE的边际估计平均值，活性组和安慰剂组之间的组差为84.4kcal/天。据报道，将体重减轻1kg所需的能量损失量约为7400-7700kcal。基于这一概念，计算出当前干预期28天期间各组体重差异的理论值约为0.3kg。
益生菌活着到达肠道的能力被认为对它们对宿主的健康益处非常重要。我们之前报道过，GCL2505不仅在摄入后能活着到达肠道，而且还具有在肠道中增殖的特性，并且具有增加肠道中双歧杆菌数量的极好能力。临床试验表明，GCL2505可有效减少内脏脂肪，动物研究表明，这种效果是由于SCFA通过肠道活力和肠道增殖产生GCL2505。此外，临床试验显示，GCL2505与菊粉联合使用可以减少体脂、改善血管内皮功能和改善认知功能。对认知功能的影响被认为是由于SCFA的抗炎作用，预计会有进一步的研究。尽管一系列研究证明了GCL2505和菊粉的有效性，但本研究新揭示了REE的改善效果。因此，我们可以预期GCL2505和菊粉对构成代谢综合征的疾病的影响将有助于以多米诺骨牌般的方式预防这些疾病的发作和进展，从而降低或消除代谢综合征的风险。
4. 结论
GCL2505和菊粉的给药通过增加肠道中双歧杆菌的水平来改善REE。这些结果表明，摄入GCL2505和菊粉可以改善能量平衡，这是肥胖的根本原因。这些结果也可能表明GCL2505和菊粉抗肥胖作用的潜在机制，这是益生菌和膳食纤维对REE影响的首次报道。