Holundersaft stärkt wichtige Gene für die Stoffwechselflexibilität bei übergewichtigen Erwachsenen

Eine Woche Holundersaft löste nach den Mahlzeiten Hunderte zusätzlicher Stoffwechselgene aus, was auf mögliche Zusammenhänge mit einer verbesserten Glukosekontrolle und Fettoxidation bei übergewichtigen Menschen schließen lässt.

Studie: Eine einwöchige Holundersaft-Intervention fördert die Stoffwechselflexibilität im Transkriptom übergewichtiger Erwachsener während einer Mahlzeit-Challenge. Bildnachweis: Alex prokopenko/Shutterstock.com

In einer aktuellen Studie veröffentlicht in NährstoffeForscher untersuchten, wie Holundersaft (EBJ) die transkriptionelle Reaktion auf Nahrungsaufnahme und Fasten verändert.

Unter metabolischer Flexibilität versteht man den effizienten Wechsel zwischen Energiequellen als Reaktion auf sich ändernden Energiebedarf und die Nährstoffverfügbarkeit. Es ist ein entscheidender Faktor für die Gesundheit des Stoffwechsels. Stoffwechselflexibilität ermöglicht es gesunden Menschen, Glukose im Nahrungszustand zu nutzen und während des Fastens auf die Fettsäureoxidation umzustellen. Der Verlust der Stoffwechselflexibilität führt zu mehreren Stoffwechselstörungen.

Anthocyane werden zunehmend auf ihre Rolle bei der Stoffwechselflexibilität untersucht. Amerikanische schwarze Holunderbeeren haben den höchsten Anteil an Anthocyanen und sollen die Stoffwechselgesundheit verbessern. Die Autoren zeigten zuvor, dass die Einnahme von EBJ mehrere Indikatoren der Stoffwechselflexibilität bei übergewichtigen Erwachsenen verbesserte, obwohl die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen unbekannt waren.

Über die Studie

Die vorliegende Studie untersuchte, wie EBJ die transkriptionelle Reaktion auf Nahrungsaufnahme und Fasten verändert. Fettleibige und übergewichtige Erwachsene nahmen an einer randomisierten, placebokontrollierten Crossover-Studie teil, in der die tägliche Einnahme von EBJ mit einer Placebo-Einnahme verglichen wurde. Jeder Studienarm dauerte sieben Tage, einschließlich vier Tagen einer vollständig kontrollierten Diät und einer Auswaschphase von drei Wochen zwischen den Armen.

Am achten Tag jedes Arms wurde ein Mahlzeitentoleranztest durchgeführt, der ein kohlenhydratreiches Frühstück plus EBJ oder Placebo umfasste. Die transkriptomischen Reaktionen wurden mithilfe der RNA-Sequenzierung mononukleärer Zellen des peripheren Blutes von 10 Teilnehmern bewertet. Für die RNA-Sequenzierung wurden nüchterne und postprandiale Proben verwendet. Darüber hinaus führte das Team eine differenzielle Genexpressionsanalyse durch.

Genexpressionsänderungen, die für die Stoffwechselregulation relevant sind, wurden mithilfe einer pfadgesteuerten Filterstrategie identifiziert, die auf in der Literatur definierten Stoffwechselfunktionen und der Kyoto-Enzyklopädie der Gene und Genome (KEGG) basiert. Eine Anreicherungsanalyse der Genontologie (GO) wurde durchgeführt, um koordinierte zelluläre Reaktionen zu identifizieren. Wege, die für die durch EBJ oder Placebo veränderte metabolische Flexibilität relevant sind, wurden mithilfe der Gen-Set-Anreicherungsanalyse (GSEA) identifiziert.

Erkenntnisse

Das Team identifizierte 1.512 differentiell exprimierte Gene (DEGs) in der EBJ-Gruppe und 350 DEGs in der Placebo-Gruppe während des Übergangs vom nüchternen zum nüchternen Zustand. Vergleiche zwischen Placebo und EBJ ergaben zwei DEGs im nüchternen Zustand, jedoch keines im nüchternen Zustand. Durch die Zuordnung von DEGs zu literaturdefinierten und KEGG-Signalwegen wurden 234 bzw. 59 Stoffwechselgene in der EBJ- bzw. Placebogruppe identifiziert.

Beide Gruppen haben verschiedene Signalwege signifikant angereichert, obwohl die EBJ-Gruppe eine höhere Repräsentation auf Genebene aufwies. Drei der fünf am stärksten regulierten Gene in beiden Gruppen wurden gemeinsam genutzt: Leukozyten-Immunglobulin-ähnlicher Rezeptor A4 (LILRA4), Pyruvatdehydrogenasekinase 4 (PDK4) und Perilipin 2 (PLIN2); Jeder zeigte eine stärkere (Herunter-)Regulierung in der EBJ-Gruppe.

Darüber hinaus zeigten mit EBJ gefütterte Proben eine einzigartige Hochregulierung des gelösten Trägers Familie 2, Mitglied 3 (SLC2A3) und des PPARG-Koaktivators 1 Beta (PPARGC1B). Mehrere biologische GO-Prozessbegriffe zeigten eine signifikante Anreicherung der hochregulierten Gene in der EBJ-Gruppe; Dazu gehörten die zelluläre Reaktion auf Stickstoffverbindungen, die Regulierung des Target of Rapamycin (TOR)-Signals, die Insulinrezeptor-Signalisierung, die Reaktion auf Wachstumsfaktoren und die zelluläre Reaktion auf Insulinstimulus.

Auch immunbezogene Signalwege, darunter Mustererkennungsrezeptoren und Signalwege zur Aktivierung der angeborenen Immunantwort, zeigten in der EBJ-Gruppe eine signifikante Hochregulierung. Zu den herunterregulierten Prozessen gehörten der Zusammenbau von Protein-RNA-Komplexen, die Organisation von Protein-RNA-Komplexen und die Biogenese von Ribonukleoprotein-Komplexen. Innerhalb der Kategorie der zellulären Komponenten war die immunologische Synapse unter den hochregulierten Genen in der EBJ-Gruppe deutlich angereichert.

Mehrere Ribosomen-bezogene Gene waren unter den herunterregulierten Genen in der EBJ-Gruppe deutlich angereichert, zusammen mit einer verringerten Expression von Genen für oxidative Phosphorylierung und TCA-Zyklus, was die Autoren als Teil adaptiver Reaktionen auf die Nahrungsaufnahme interpretieren. In der Kategorie der molekularen Funktionen waren verschiedene Kinase-bezogene Aktivitäten unter den hochregulierten Genen in der EBJ-Gruppe signifikant angereichert; Dazu gehörten Proteinkinase-Aktivität, Protein-Serin/Threonin-Kinase-Aktivität, Histon-Kinase-Aktivität, Histon-modifizierende Aktivität und Guanosin-5′-Diphosphat (GDP)-Bindung.

Der strukturelle Ribosomenbestandteil wurde unter herunterregulierten Genen in der EBJ-Gruppe angereichert. In der Placebogruppe kam es als Reaktion auf die Fütterung zu signifikanten Veränderungen im biologischen Prozess. Die negative Regulierung des regulierten Sekretionswegs und die negative Regulierung der Exozytose waren die hochregulierten biologischen Prozesse. Die GDP-Bindung war bei hochregulierten Genen innerhalb der Kategorie der molekularen Funktionen deutlich erhöht.

In der Placebogruppe gab es keine signifikanten Veränderungen innerhalb der Kategorie der Zellbestandteile. GSEA zeigte, dass 27 Signalwege in der EBJ-Gruppe einen signifikanten Zusammenhang mit der metabolischen Flexibilität hatten, verglichen mit sieben in der Placebo-Gruppe. Zu den Signalwegen in der EBJ-Gruppe gehörten unter anderem Autophagie, oxidative Phosphorylierung, Fettsäureabbau und Insulin, Forkhead Box O (FoxO), AMP-aktivierte Proteinkinase (AMPK), mechanistisches TOR (mTOR) und Adipozytokin-Signalwege.

Schlussfolgerungen

Die Studie lieferte eine umfassende transkriptomische Analyse der Auswirkungen von EBJ auf die metabolische Flexibilität als Reaktion auf einen Mahlzeitentoleranztest. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Einnahme von EBJ die transkriptionelle Reaktion auf die Nahrungsaufnahme verstärken kann, mit etwa viermal mehr DEGs während des Übergangs vom Nüchtern- zum Nahrungszustand als unter Placebo.

Die Autoren betonen jedoch, dass mononukleäre Zellen des peripheren Blutes aus dem Immunsystem stammen und als Ersatz für systemische Reaktionen und nicht als direkte Messwerte für Stoffwechselgewebe dienen. Sie stellen außerdem fest, dass transkriptomische Ergebnisse manchmal im Gegensatz zu ihren früheren klinischen Ergebnissen standen, die zeigten, dass EBJ die Glukosetoleranz und Fettoxidation verbesserte, was die Komplexität der Integration molekularer und physiologischer Ergebnisse verdeutlicht.

Angesichts der geringen Größe der RNA-Sequenzierungskohorte können diese Ergebnisse als explorativ angesehen werden; Um diese Ergebnisse zu bestätigen, sind größere Studien erforderlich.

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Quellen: