Cellulose axetyl hóa: một loại prebiotic mới chống tăng cân thông qua hệ vi sinh vật

Các nhà khoa học từ RIKEN, hợp tác với các nhóm từ Đại học Tokyo và Đại học Kyoto do Tiến sĩ Tadashi Takeuchi đứng đầu, đã công bố trên tạp chí Cell Metabolism đánh giá toàn diện đầu tiên về acetylated cellulose (AceCel) như một loại prebiotic có thể hạn chế đáng kể tình trạng tăng cân ở chuột thông qua điều chỉnh hệ vi sinh vật đường ruột và chuyển hóa chất dinh dưỡng.

Tại sao lại chọn AceCel?

Các prebiotic truyền thống (inulin, oligofructose) nuôi dưỡng nhiều loại vi khuẩn, nhưng không chọn lọc. AceCel là cellulose mà các nhóm thế acetyl được liên kết cộng hóa trị với 1/3 nhóm hydroxyl, tạo ra một chất nền chỉ dành cho các vi khuẩn hermeneutic đặc hiệu, chủ yếu là Bacteroides thetaiotaomicron, có khả năng cắt các liên kết acetyl hóa.

Thiết kế thử nghiệm

1. Thành phần chế độ ăn: Chuột ăn chế độ ăn 60% chất béo (mô hình DIO) được bổ sung 5% AceCel, chất độn cellulose chưa qua xử lý theo tỷ lệ mol tương đương hoặc không có chất phụ gia.
2. Theo dõi cân nặng và quá trình trao đổi chất: cân nặng, hành vi ăn uống, OGTT và các phép đo kháng insulin được theo dõi trong 8 tuần.
3. Hệ vi sinh vật: Giải trình tự 16S rRNA của phân vào tuần thứ 2, 4 và 8.
4. Cơ chế: Chuột không có vi khuẩn đường ruột sau đó được nuôi bằng B. thetaiotaomicron, có và không có AceCel.
5. Nghiên cứu chuyển hóa và phiên mã gan và ruột: đo lường axit béo chuỗi ngắn (SCFA), axetat và bản sao của các gen chính liên quan đến quá trình chuyển hóa carbohydrate và lipid.

Kết quả chính

• Hạn chế tăng cân: Trong hơn 8 tuần, những con chuột dùng AceCel chỉ tăng 8% trọng lượng cơ thể, so với 30% ở nhóm đối chứng và 28% ở nhóm dùng cellulose thông thường.
• Cải thiện chỉ số đường huyết: AUC giảm 25% (p < 0,01), HOMA-IR giảm 30% (p < 0,05).
• Hệ vi sinh vật:
  • AceCel gây ra sự gia tăng gấp 10 lần của B. thetaiotaomicron vào tuần thứ 4 và ức chế sự phát triển của Firmicutes.
  • Các thí nghiệm không có sinh vật sống đã xác nhận rằng nếu không có B. thetaiotaomicron thì tác dụng của AceCel sẽ mất đi, làm nổi bật vai trò quan trọng của loài này.

• SCFA và anion axetat:

  • Nồng độ axetat trong phân tăng 40% (p <0,01), nhưng nồng độ toàn thân giảm, cho thấy sự hấp thụ vi khuẩn tăng lên.

• Chuyển hóa ở gan:

  • Phân tích phiên mã cho thấy sự giảm biểu hiện của Gck và Pklr (enzym phân giải đường) và sự gia tăng của Cpt1a và Ppara (β-oxy hóa chất béo).
  • Hồ sơ lipid gan được đặc trưng bởi sự giảm 35% triglyceride (p <0,05).

Tiến sĩ Takeuchi nhận xét: “AceCel chứng minh một phương pháp mới không chỉ nuôi dưỡng hệ vi sinh vật đường ruột mà còn khiến chúng 'đánh cắp' carbohydrate từ vật chủ và do đó chuyển hướng lại sự cân bằng năng lượng”.

An toàn và Triển vọng

• Dữ liệu thực nghiệm không cho thấy phản ứng viêm ở ruột hoặc gan và không làm thay đổi các thông số chức năng cơ quan (ALT, AST).
• Các bước tiếp theo: nghiên cứu lâm sàng trên người để đánh giá khả năng dung nạp, tác động lên hệ vi sinh vật và quá trình chuyển hóa carbohydrate.
• Tối ưu hóa quá trình chuẩn bị: mức độ acetylation, kích thước phân đoạn và sự kết hợp với probiotic ( tiêu thụ B. thetaiotaomicron?) đang được nghiên cứu thêm.

Trong bài viết, tác giả đưa ra một số nhận xét quan trọng:

• Tính chọn lọc của cơ chế
  “AceCel thể hiện tác dụng tiền sinh học độc đáo: thay vì nuôi dưỡng một nhóm lớn các vi khuẩn, nó chọn một chủng Bacteroides thetaiotaomicron cụ thể, chuyển hướng carbohydrate từ vật chủ sang quá trình chuyển hóa của vi khuẩn”, Tiến sĩ Tadashi Takeuchi, tác giả chính của nghiên cứu, lưu ý.

• Vai trò của hệ vi sinh vật như một 'đối thủ cạnh tranh'
  "Các thí nghiệm gnotobiotic của chúng tôi cho thấy rõ ràng rằng nếu không có B. thetaiotaomicron, AceCel sẽ không hoạt động. Điều này nhấn mạnh rằng prebiotic có thể hoạt động bằng cách tăng cường sự cạnh tranh các chất dinh dưỡng trong ruột", đồng tác giả Tiến sĩ Ikeda giải thích.

• Tiềm năng cho con người
  “Mặc dù chúng tôi thấy tác dụng mạnh mẽ ở chuột, nhưng điều quan trọng là phải kiểm tra khả năng dung nạp và động lực chuyển hóa của AceCel ở người”, Tiến sĩ Sato nói. “Các thử nghiệm lâm sàng tiếp theo nên bao gồm phân tích chuyên sâu về hệ vi sinh vật và chuyển hóa của bệnh nhân.”

• An toàn
  “Không có bằng chứng nào về tình trạng viêm hoặc tổn thương mô ở ruột hoặc gan trong các mô hình tiền lâm sàng của chúng tôi, cung cấp cơ sở để tiến hành thử nghiệm trên người”, Tiến sĩ Nakamoto nói thêm.

Những bình luận này nhấn mạnh rằng AceCel là một loại prebiotic thế hệ tiếp theo đầy hứa hẹn, nhưng việc áp dụng lâm sàng của nó đòi hỏi phải đánh giá cẩn thận về tính an toàn và cơ chế hoạt động ở người.

AceCel đang mở đường cho một thế hệ prebiotic mới không chỉ hoạt động bằng cách kích thích vi khuẩn có lợi mà còn bằng cách cạnh tranh hấp thụ các chất dinh dưỡng, mở ra triển vọng về liệu pháp vi khuẩn-dinh dưỡng chính xác cho bệnh béo phì và hội chứng chuyển hóa.