Modulation von Stoffwechselerkrankungen durch Probiotika

Transkript

1 Modulation von Stoffwechselerkrankungen durch Probiotika Prof. Dr. med. Stephan C. Bischoff Institut für Ernährungsmedizin Universität Hohenheim Stuttgart

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3 Funktionen der Darmmikrobiota Erhalt des darmspezifischen Millieus Neutralisation von Toxinen Verdrängen pathogener Keime durch Besetzung Entwicklung und Erhalt des Darmimmunsystems Bereitstellung von enzymatischer Kapazität Unterstützung der Verdauung

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7 Metabolische Bedeutung der Darmmikrobiota Homöostase des Gallensäurenmetabolismus Regulation der der Cholesterinsynthese Regulation der Hämsynthese Vitaminabsorbtion und Bereitstellung durch Synthese (Thiamin, Biotin) Energiegewinnung aus der Nahrung Bäckhed et al. 2005

8 Adipositas und Darmbakterien Gibt es einen Zusammenhang?

9 Topics 1. Mikrobiota bei Adipositas & Metabolischem Syndrom 2. Pathophysiologische Konsequenzen für Adipositas und Folgeerkrankungen 3. Präventionsmedizinische und therapeutische Konsequenzen

10 Topics 1. Mikrobiota bei Adipositas & Metabolischem Syndrom 2. Pathophysiologische Konsequenzen für Adipositas und Folgeerkrankungen 3. Präventionsmedizinische und therapeutische Konsequenzen

11 Mikrobiota und Energieaufnahme keimfreie Tiere entwickeln trotz höherer Nahrungsaufnahme 40% weniger Körperfett und eine geringere Insulinresistenz als konventionelle Tiere

12 Effekt der Mikrobiota auf die Energiegewinnung und -speicherung (1) by increasing monosaccharides absorption (2) by producing lipogenic substrates (SCFA) (3) by acting through the SCFA receptor GPR41 (4) by increasing hepatic lipogenesis (5) by inhibiting AMPKdependent fatty acid oxidation (6) By suppressing the fastinginduced adipose factor (FIAF) in the gut which in turn increased the enzyme lipoprotein lipase (LPL) activity Cani PD, Delzenne NM Current Opinion in Pharmacology 2009, 9:

13 Genetische Analyse der Darmflora: Firmicutes, Bacterioidetes bei adipösen Mäusen/Menschen (reversibel) Die Mikrobiota adipöser Mäuse ist reicher an Genen, die Enzyme codieren, welche sonst nichtverdauliche Polysaccharide in der Nahrung aufspalten können. J. I. Gordon et al. Nature 444, & 1027

14 Adipositas-assoziierte Veränderungen der Darmflora Bakteriengruppen (Phylum) im Zökum Kurzkettige Fettsäuren (SCFA) im Zökum Firmicutes Bacteroides Acetat Butyrat Normalgewicht (Ausgangslage) Adipositas (ob/ob Mäuse) nach Ley et al. 2005, Ley 2006, Turnbaugh et al. 2006

15 Die Darmflora des Adipösen Änderungen auf Phylum -Ebene (z.b. Bacteroidetes ) & Reduzierte Diversität Unterschiedliche Bakteriengene und enzymatische Kapazität (bes. im Colon) Verbesserte Verdauung komplexer KH, zb Zellulose, dadurch höherer Wirkungsgrad z.b. Bacteroides thetaiotaomicron: enthält 226 Glycosidasen keimfreie Mäuse können Zellulose nicht verdauen Macht ca. 10% der tägl. Energieaufnahme aus! Auch GI Hormone werden beeinflusst! F. Bäckhed, Clin Exp Immunol 160: 80 84, 2010

16 Effekt fettreicher Ernährung und Adipositas auf Darmflora und Energieaufnahme Mausmodell Intervention: 8 Wochen A: Wildtyp: fettarme Diät (Lean) B: Wildtyp: fettreiche Diät (HF) C: ob/ob: fettarme Diät HF-Diät- und ob/ob-maus- Gruppe zeigten signifikante Änderungen der Darmflora- Zusammensetzung, dies korrelierte jedoch nicht mit Veränderungen der Energieaufnahme Murphy et al., Gut 2010

17 Energiezufuhr beeinflusst Zusammensetzung der Darmflora und Energieaufnahme Energiezufuhr: 2400 vs kcal Probanden: 12 Normalgewichtige, 9 Adipöse rasche Änderung der Darmflora-Zusammensetzung Normalgewichtige: Firmicutes 20%, Bacteroidetes 20% => 150 kcal Jumpertz et al., Am J Clin Nutr 2011

18 Gut microbiota in pregnant women Santacruz A, et al. Br J Nutr. 2010

19 Topics 1. Mikrobiota bei Adipositas & Metabolischem Syndrom 2. Pathophysiologische Konsequenzen für Adipositas und Folgeerkrankungen 3. Präventionsmedizinische und therapeutische Konsequenzen

20 Die GI Barriere Pepsin HCl Mukus Defensine Trefoil- Peptide Epitheliale Funktionen Angeborenes Immunsystem Adaptives Immunsystem Enterisches Nervensystem (ENS) Peyer sche Platten Darmflora Duodenum Jejunum Ileum Colon Bischoff SC. Physiological and pathophysiological functions of intestinal mast cells. In Brunner T (Ed.) The gastrointestinal immune system. Seminars in Immunopathology, Springer, in press

21 Darmbarriere und Metabolisches Syndrom Cani PD, Delzenne NM Current Opinion in Pharmacology 2009, 9:

22 Fructose-Glucose-Sirup-Verbrauch USA Cordain L et al., Comp Biochem Physiol 2003; A 136:

23 Kohlenhydrat-induzierte Leberverfettung Control Water with AS 800 Leberfettgehalt a,b,c,d Glucose Fructose Sucrose Hepatic fat (% of control) a,b a,b,c C AS G S F Gewichtszuwachs Fruktose Bakterielle Translokation Leber- Entzündung Leberverfettung Bergheim et al. J. Hepatol 2008

24 Abu-Shanab A & Quigley EMM, Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 7, (2010)

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26 Topics 1. Mikrobiota bei Adipositas & Metabolischem Syndrom 2. Pathophysiologische Konsequenzen für Adipositas und Folgeerkrankungen 3. Präventionsmedizinische und therapeutische Konsequenzen

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28 Effekt von Probiotika auf experimentelle Fettlebererkrankung

29 Lactobacillus GG (LGG) reduziert die Fruktose-induzierte Fettleber im Mausmodell Ritze Y, et al. unpublished data

30 44 Pat.: 2.4 x 10 9 cfu Lactobacillus vs. Kontrolle

31 Was haben wir gelernt?

32 Zusammenfassung 1. Die Mikrobiota beeinflusst die nutritive Energiegewinnung und aufnahme 2. Adipöse haben eine Mikrobiota, welche die Energiegewinnung aus der Nahrung erhöht 3. Die Mikrobiota beeinflusst die Darmbarriere, deren Störung die Entwicklung metabolischer Erkrankungen begünstigt 4. Ob Probiotika zur Therapie bzw. Prävention der Adipositas eingesetzt werden können, kann noch nicht abschliessend beurteilt werden

33 GEO 1999

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