Úloha prebiotik ve zdraví střevního mikrobiomu

Cílená kombinace galaktooligosacharidů (GOS) a výtažků z celého kiwi

„Prebiotikum“ je podle Mezinárodní vědecké asociace pro probiotika a prebiotika (ISAPP, 2016) definováno jako „substrát, který je selektivně využíván hostitelskými mikroorganismy, což má příznivý vliv na zdraví.“ Koncept tedy zahrnuje tři základní části: látku, fyziologicky příznivý účinek a mechanismus zprostředkovaný mikrobiotou (1).

Prebiotika

Lidská střevní mikrobiota (SM) ovlivňuje mnoho aspektů zdraví. Ve zdravém stavu dodávají mikroby SM hostiteli živiny a energii prostřednictvím fermentace nestravitelných složek potravy, zejména nestravitelných sacharidů a polyfenolů, v tlustém střevě a udržují se v rovnováze s metabolismem a imunitním systémem hostitele.

Zpracováním těchto látek, které se nazývají prebiotika, získává SM energii pro přežití z degradace nestravitelných vazeb prebiotik (2). V důsledku toho mohou prebiotika selektivně ovlivňovat střevní mikrobiotu (3), která ovlivňuje střevní funkce, jako je metabolismus, integrita střevní bariéry či potlačování potenciálních patogenů (4,5).

Prebiotika tedy představují slibný přístup k modulaci střevní mikrobioty, který může být nápomocný při podpoře terapie různých zdravotních problémů.

Aby mohla být sloučenina klasifikována jako prebiotikum, musí splňovat následující kritéria: (i) odolnost vůči kyselému pH žaludku, nemůže být hydrolyzována savčími enzymy a také by se neměla absorbovat v GIT, (ii) může být fermentována střevní mikrobiotou a (iii) růst a/nebo aktivita střevních bakterií musí být selektivně stimulována touto sloučeninou a tento proces zlepšuje zdraví hostitele. Mezi prebiotika můžeme na základě těchto kritérií zařadit i galaktooligosacharidy (GOS) (6).

Adekvátní příjem prebiotik či vlákniny z potravy je stále více doporučován úřady veřejného zdravotnictví jako prostředek pro udržení a zlepšení celkového zdraví. Příjem prebiotik snižuje riziko chronických onemocnění, jako jsou kardiovaskulární onemocnění, obezita, cukrovka II. typu, zánětlivá onemocnění střev, syndrom dráždivého tračníku či metabolický syndrom.

Doporučený denní příjem prebiotik (např. GOS) je 5 g pro dospělého člověka (ISAPP). Doporučený denní příjem vlákniny (bez prebiotického účinku) z potravin je 28 g/den (ISAPP) pro dospělé, pro děti jsou tyto hodnoty nižší (7). Pro efekt prevence či zmírňování závažnosti projevů již existujících zmíněných chronických onemocnění se doporučuje dlouhodobé užívání prebiotik a vlákniny z potravy (1, 7).

Klinické studie

Interakce střevní mikrobioty a sliznice se mohou podílet na patogenezi více onemocnění střev, jako jsou syndrom dráždivého tračníku (IBS) či zánětlivá onemocnění střev (IBD), ale také mimostřevních problémů, jako je metabolický syndrom, a proto se výzkum zaměřil na účinnost nového prebiotického galaktooligosacharidu a výtažků z kiwi při změně mikrobioty tlustého střeva za účelem zmírnění závažnosti symptomů těchto onemocnění.

Syndrom dráždivého tračníku

Syndrom dráždivého tračníku (IBS) je nejčastější funkční gastrointestinální poruchou. U mnoha pacientů jde o chronickou poruchu a pacienti pociťují významné zhoršení kvality života související se zdravím. Složení střevní mikrobioty hraje důležitou úlohu při IBS, přičemž u pacientů je často pozorován pokles bifidobakterií, laktobacilů a Faecalibacterium prausnitzii (8).

Metodika

44 pacientů s příznaky typu IBS (kritéria Rome II) vstoupilo do zaslepené, randomizované, placebem kontrolované dvanáctitýdenní studie. Pacienti byli randomizováni tak, aby dostávali denně buď 3,5 g prebiotika, 7 g prebiotika nebo 7 g placeba. Pacienti byli rozděleni do 3 skupin a průběh kúry byl následující (Obr. 1). Symptomy IBS byly monitorovány týdně a hodnoceny podle 7bodové Likertovy škály. Sledovány byly i změny fekální mikrobioty, frekvence a forma stolice (9).

Výsledky

Prebiotikum významně posílilo fekální bifidobakterie (3,5 g/d P < 0,005; 7 g/d P < 0,001) (Obr. 2). Placebo nemělo vliv na sledované klinické parametry, zatímco prebiotikum v dávce 3,5 g/d významně změnilo konzistenci stolice (P < 0,05), zlepšilo plynatost (P < 0,05), nadýmání (P < 0,05), složené skóre symptomů (P < 0,05) a SGA (P < 0,05). Prebiotikum v dávce 7 g/d signifikantně zlepšilo skóre SGA (P < 0,05) a úzkosti (P < 0,05) (9).

Závěry

GOS působil jako prebiotikum při specifické stimulaci střevních bifidobakterií a je účinný při zmírňování symptomů IBS, což naznačuje, že prebiotikum má potenciál terapeutického činidla.

Metabolický syndrom

Metabolický syndrom (MS) je soubor poruch (intolerance glukózy, obezita, dyslipidemie a hypertenze), které zvyšují riziko vzniku kardiovaskulárních onemocnění, rakoviny či Diabetes mellitus II. typu. SM je u dospělých s nadváhou změněna směrem k méně prospěšnému složení a tuto změnu může doprovázet zánět. Prebiotika jako galaktooligosacharidy (GOS) mohou pozitivně modifikovat střevní mikrobiotu a imunitní systém; některá mohou také snižovat krevní lipidy (10).

Metodika

Dvojitě zaslepená, randomizovaná, placebem kontrolovaná zkřížená studie zkoumala účinek podávání GOS na fekální mikrobiotu a na markery metabolického syndromu a imunitní funkce na vzorku 45 dospělých lidí s nadváhou, kteří vykazovali alespoň 3 a více rizikových faktorů MS (glukóza nalačno (>5,6 mmol/l), vysoký krevní tlak, dyslipidemie [nízký HDL cholesterol (HDL-C) (<1 mmol/l), velký obvod pasu atd.) (10).

Účastníci byli náhodně rozděleni do 2 skupin: jedna začala test s placebem (maltodextrin) a druhá s GOS, přičemž obě sloučeniny byly poskytnuty ve formě prášku (5,5 g/d). Produkty konzumovali 12 týdnů, po nichž následovalo 4týdenní vymývací období, následované opačnou intervencí na 12 týdnů (10).

Výsledky

Po 6 týdnech a na konci studie, ve srovnání s placebem, GOS zvýšil počet bifidobakterií ve stolici, zatímco zastoupení Bacteroides spp. a C. histolyticum bylo nižší. Kromě toho počet proteobakterií nalezených ve vzorcích stolice měl tendenci být nižší (P = 0,0019) při intervenci GOS než při placebu po 12. týdnu (žádoucí efekty)(Tab. 1). Koncentrace kalprotektinu, zánětlivého markeru, byla během intervence GOS nižší než během intervence s placebem po 6 týdnech i na konci 12týdenní studie (P < 0,0001). Koncentrace plazmatického CRP byla nižší na konci 12. týdne po podání GOS (P < 0,0012) (Obr. 3). Koncentrace plazmatického inzulinu měla tendenci být nižší během užívání GOS než během užívání placeba po 6. týdnu (P = 0,008) a byla nižší na konci 12týdenního období studie (P < 0,005) (Tab. 1). Kromě toho užívání GOS vedlo ke snížení koncentrace celkového cholesterolu (TC) v plazmě na konci 12týdenní studie (P < 0,001) (Tab. 1) (10).

Závěry

Podávání GOS lidem s metabolickým syndromem vede ke snížení počtu méně prospěšných proteobakterií a zvýšení počtu bifidobakterií, což může mít pozitivní účinky na imunitní odpověď, o čemž svědčí zlepšení krevních a fekálních zánětlivých markerů (CRP a kalprotektin) a zvýšená sekrece fekálního sIgA. Po podání GOS byly významné účinky na markery metabolického syndromu, např. inzulin, TC a poměr TC:HDL-C. Proto je intervence pomocí GOS atraktivní možností pro posílení gastrointestinálního a imunitního systému (10).

Zánětlivá onemocnění střev

Mezi mechanismy zdravotního přínosu prebiotik patří mimo jiné podpora znásobování počtů bifidobakterií. Výsledky výzkumu naznačují, že GOS zvyšují počet bifidobakterií in vitro a in vivo (11,12). Bifidobakterie modulují pH prostřednictvím produkce laktátu a acetátu, což přispívá k produkci butyrátu křížovým dodáváním acetátu; soutěží s patogeny o zdroje; a mohou příznivě modulovat imunitní signalizaci (12). Nižší koncentrace druhů Bifidobacterium je spojena s menším počtem dendritických buněk vylučujících interleukin-10 při zánětlivém onemocnění střev (IBD) (14).

Nižší koncentrace bifidobakterií byly popsány při gastrointestinálním zánětu pozorovaném při zánětlivém onemocnění střev (IBD) a při subklinickém zánětu, jako v případě syndromu dráždivého tračníku (IBS) (13). Spojitost mezi nízkými počty bifidobakterií a zánětem podporuje teorii, že prebiotika mohou snížit zánět prostřednictvím rozšíření bifidobakterií.

Existují dva hlavní typy IBD, ulcerózní kolitida (UC) a Crohnova choroba, chronicky recidivující a remitující zánětlivá onemocnění střev s genetickými i environmentálními příčinami (14).

Metodika

Sedmnáct pacientů s aktivní ulcerózní kolitidou (UC) (9 s distální/levostrannou formou UC, 5 s proktitidou, 3 s pankolitidou) konzumovalo 2,8 g/d GOS po dobu 6 týdnů. Na začátku a po 6. týdnu byly měřeny genová exprese (microarray), fekální kalprotektin (ELISA), mikrobiota (16S rRNA), SCFA (plynová kapalinová chromatografie) a klinické výsledky (jednoduchý index aktivity klinické kolitidy (SCCAI), měřila se stupnice hodnocení gastrointestinálních symptomů (GSRS) a Bristolská stupnice formy stolice (BSFS) (14).

Výsledky

Exprese genů v periferní krvi vykazovala malé násobné změny v sedmi genech, z nichž dva jsou spojeny s regulací zánětu vyvolaného bakteriemi. Šest účastníků zaznamenalo snížení fekálního kalprotektinu o 100 μg/g nebo více a tři zvýšení o 100 μg/g nebo více (14).

Pacienti s UC hlásili zlepšení konzistence stolice, snížený výskyt a závažnost řídké stolice a menší nutkání na vyprázdnění střev po 2,8 g/d GOS po dobu 6 týdnů (14).

Další, placebem kontrolovaná studie zkoumající účinek na funkci střev i potvrzení hypotézy o úloze GOS při zmírňování zánětu je nezbytná k určení, zda je prebiotikum GOS užitečnou doplňkovou terapií při aktivní UC.

Při analýze podskupin pacientů s menší aktivitou onemocnění byl zjištěn nárůst bifidobakterií, což naznačuje, že prebiotika mohou stimulovat bifidogenezi především v méně zaníceném střevě (14).

Závěry

Exprese genů v periferní krvi vykazovala malé násobné změny v sedmi genech, z nichž dva mohou být spojeny s regulací zánětu vyvolaného bakteriemi; avšak úprava pro vícenásobné testování neukázala žádné rozdíly v genové expresi. Pacienti s UC hlásili zlepšení konzistence stolice, snížený výskyt a závažnost řídké stolice a menší nutkání na vyprázdnění střev po 2,8 g/d GOS po dobu 6 týdnů. Kontrolovaná studie zkoumající účinek na funkci střev je nezbytná k určení, zda je prebiotikum GOS užitečnou doplňkovou terapií při aktivní UC.

Funkční zácpa

Zlaté kiwi je vynikajícím zdrojem vitaminů (A, C a E), minerálů (draslík), vlákniny a polyfenolů a více klinických studií prokázalo jeho účinnost při zmírňování závažnosti zácpy u zdravých jedinců (15,16) a u pacientů s IBS (17) i nárůst počtu komenzálních bakterií a zlepšení aspektů imunitní funkce. Nízké počty bakterie F. prausnitzii jsou spojeny s celou řadou střevních poruch včetně IBS, atopie, cukrovky a IBD. Zvýšení množství F. prausnitzii v tlustém střevě může pomoci zmírnit symptomy gastrointestinálních poruch, potenciálně prostřednictvím zvýšené produkce butyrátu, který je preferovaným zdrojem energie pro střevní buňky a působí protizánětlivě i imunomodulačně (18, 19).

Předpokládá se, že jedinečná kombinace rozpustné a nerozpustné vlákniny, polyfenolů a enzymu aktinidinu přítomného v kiwi poskytuje tuto a další zdravotní výhody. Tyto výtažky v práškové formě jsou získány z celého zlatého kiwi (Actinidia chinensis “Zesy002”), z něhož jsou odstraněny slupka a semínka a zbývající dužina je zpracována za studena pro použití v potravinách a doplňcích stravy (19).

Metodika

Ve 2 randomizovaných, dvojitě zaslepených, placebem kontrolovaných studiích byly zkoumány účinky výtažků zlatého kiwi, jeho nutričních složek, na frekvenci a formu stolice a gastrointestinální komfort u zdravých a funkčně obstipovaných jedinců (kritéria Rome III pro funkční zácpu C3) po dobu 28 dní. Zároveň byl zkoumán účinek na mikrobiální složení a metabolismus v tlustém střevě.

Měřilo se skóre CSBM (úplné spontánní vyprázdnění střev) i forma stolice podle Bristolské škály (BSFS), symptomy zácpy a kvalita života (QoL) (18,) i přesný prebiotický potenciál výtažků ze zlatého kiwi posouzením změn ve fekálních mikrobiomech účastníků a změn v koncentraci butyrátu (18,19).

Výsledky

Výtažky z kiwi zlepšily oproti výchozí hodnotě skóre CSBM o > 1 za týden, skóre BSFS a skóre symptomů a kvality života hodnocených účastníky. Relativní počty F. prausnitzii se také zvýšily stejně jako počty sacharolytických bakterií rodů Christensenellaceae (p = 0,033), a Ruminococcus spp. (p = 0,018), což naznačuje, že fermentace stále probíhala (což je žádoucí efekt), avšak bez zvyšování počtu bakterií způsobujících nadměrnou plynatost (hydrogenotrofy). Počet těchto bakterií oproti počátečním hodnotám poklesl (Blautia spp., p = 0,0021 – 0,038; Streptococcaceae, p = 0,012; a Faecalitalia spp., p = 0,044). Také se zlepšilo skóre symptomů, jako jsou plynatost, nadýmání a bolest břicha (18).

Zvýšení četnosti F. prausnitzii bylo prokázáno i ve druhé studii (nárůst o 3,6 %) po 4týdenním období suplementace. Zvýšila se i koncentrace SCFA, např. butyrátu (Obr. 3) a celková četnost bifidobakterií (19).

Závěry

Klinické studie s denní konzumací 600 mg výtažků z kiwi poukazují na statisticky významné zvýšení F. prausnitzii a jiných sacharolytických bakterií, zvýšení koncentrace butyrátu a zlepšení symptomů zácpy a ukazatelů kvality života, jako je snížení nadýmání břicha a celkového nepohodlí. V souladu se zmírněným nadýmáním byl pozorován významný pokles relativního množství hydrogenotrofů z rodu Blautia. Tyto výsledky mají i klinický význam, protože stimulace nárůstu počtu butyrogenních bakterií by mohla mít příznivé důsledky pro pacienty s ulcerózní kolitidou.

Budoucí práce na potvrzení těchto výsledků by mohla zahrnovat studie in vitro k měření produkce butyrátu a stimulace růstu F. prausnitzii.

Reference

1. Gibson, G.R., et al. Expert consensus document: The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of prebiotics. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2017, 14(8):491-502.
2. Gibson, G.R., et al. Dietary modulation of the human colonic microbiota: Updating the concept of prebiotics. Nutr. Res. Rev. 2004, 17, 259 -275.
3. Flint, H.J., et al. The role of the gut microbiota in nutrition and health. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2012, 9, 577–589.
4. Turroni, F. et al., Molecular dialogue between the human gut microbiota and the host: A lactobacillus and bifidobacterium perspective. Cell. Mol. Life Sci. 2014, 71, 183–203.
5. Shokri, D. et al. The inhibition effect of lactobacilli against growth and biofilm formation of Pseudomonas aeruginosa. Probiot. Antimicrob. Proteins 2018, 10, 34–42.
6. Gibson, G.R., et al. Dietary prebiotics: Current status and new definition. Food Sci. Technol. Bull. Funct. Foods 2010, 7, 1–19.
7. Prebiotics, ISAPP, aktuálně, https://isappscience.org/for-scientists/resources/prebiotics/
8. Silk, D.B.A. Impact of irritable bowel syndrome on personal relationships and working practices. Eur J Gastroenterology&Hepatology 2001; 13: 1327–1332.
9. Silk D. B. et al. Clinical trial: the effects of a trans-galactooligosaccharide prebiotic on faecal microbiota and symptoms in irritable bowel syndrome. Aliment Pharmacol Ther. 2009; 29(5):508-518.
10. Vulevic, J. et al. A mixture of trans-galactooligosaccharides reduces markers of metabolic syndrome and modulates the fecal microbiota and immune function of overweight adults. J Nutr. 2013;143(3):324-331.
11. Tap, J. et al. Identification of an intestinal microbiota signature associated with severity of irritable bowel syndrome. Gastroenterology 2017;152:111–223.e8.
12. Farup, P.G. et al. Faecal short-chain fatty acids—A diagnostic biomarker for irritable bowel syndrome? BMC Gastroenterol 2016;16:51.
13. NICE. National Institute for Health and Care Excellence (2017 update): Irritable bowel syndrome in adults: Diagnosis and management (NICE guideline CG61). In: Excellence NIfHaC (https://www.nice.org.uk/guidance/cg61/resources). 2017. Accessed October 10, 2019.
14. Wilson, B. et al. β-Galactooligosaccharide in Conjunction With Low FODMAP Diet Improves Irritable Bowel Syndrome Symptoms but Reduces Fecal Bifidobacteria. Am J Gastroenterol. 2020 Jun;115(6):906-915. disease phenotypes. Gastroenterology 2010; 139: 1844–1854.e1.
15. Rush, E.C. et al. Kiwifruit promotes laxation in the elderly. Asia Pac J Clin Nutr 2002;11:164–168.
16. Chan, A.O.O. et al. Increasing dietary fiber intake in terms of kiwifruit improves constipation in Chinese patients. World J Gastroenterol 2007;13:4771–4775.
17. Chang, C.C. et al. Kiwifruit improves bowel function in patients with irritable bowel syndrome with constipation. Asia Pac J Clin Nutr 2010;19:451–457.
18. McKeen, S. Gold kiwifruit powder increases Faecalibacterium prausnitzii numbers and decreases hydrogenotrophic Blautia spp numbers and bloating in healthy individuals, consistent with slow fermentation. A randomised controlled trial. Unpublished 2024.
19. Blatchford, P. et al. Consumption of kiwifruit capsules increases Faecalibacterium prausnitzii abundance in functionally constipated individuals: a randomised controlled human trial. J Nutr Sci. 2017 Oct 12