Voorkoming van diabetes met een nieuw butyraat verrijkt triglyceride

Obesitas is een ernstig wereldwijd gezondheids- en sociaal-economisch probleem
van de eenentwintigste eeuw als gevolg van de gemakkelijke beschikbaarheid van
energierijke maaltijden en een steeds sedentairer levensstijl. Momenteel is een
derde van de wereldbevolking te zwaar, waarbij 10% van de bevolking obees is.
Men verwacht zelfs dat tegen 2030 de helft van de wereldbevolking te zwaar of
obees zal zijn. Obesitas is ook een economische last, waarbij de kosten elke
tien jaar verdubbelen en naar verwachting tegen 2030 tussen de $860 en $956
zullen liggen. Bovendien verhoogt obesitas het risico op het ontwikkelen van
metabole aandoeningen zoals type 2 diabetes (T2D). Mensen met
overgewicht/obesitas hebben een verhoogd risico van minstens zes keer om T2D te
ontwikkelen in vergelijking met mensen met een normaal gewicht. De
belangrijkste oorzaak van T2D is obesitasgerelateerde insulineresistentie (IR)
in het vetweefsel, de lever en de skeletspieren. Dit resulteert in de eerste
fase van pancreasinsuline-overproductie om deze resistentie te overwinnen. Als
gevolg hiervan raken de alvleesklieren uitgeput en ondergaan de β-cellen
apoptose. Het wordt geschat dat meer dan 300 miljoen mensen tegen 2025 T2D
zullen hebben als gevolg van obesitas.

De westerse voeding (WD) is gekoppeld aan de wereldwijde stijging van obesitas,
obesitasgerelateerde T2D en IR. De typische WD is rijk aan
hoog-glycemische/insulinemische koolhydraten, zuivelproducten en vet, terwijl
het arm is aan vezels. Voedselonderzoeksgegeven laten zien dat de dagelijkse
inname van vezels voor mensen die leven in landen van de westerse wereld een
derde lager is dan het aanbevolen niveau. Voedingsvezels zijn de
voorkeursenergiebron van de darmmicrobiota. Bij individuen met metabole
aandoeningen zijn inderdaad veranderde profielen van de darmmicrobiota
gerapporteerd, wat resulteert in een verminderde werking van de microbiota.
Daarom zou het richten op de darmmicrobiota een potentiële therapeutische
strategie kunnen zijn om de obesitas- en obesitasgerelateerde T2D-pandemie te
bestrijden, aangezien zich ophopende onderzoeken suggereren dat het microbioom
een cruciale rol kan spelen in de etiologie van obesitas, IR en T2D.

In de afgelopen jaren is de darmmicrobiota naar voren gekomen als een
belangrijke regulator van de energie- en substraatmetabolisme van de gastheer.
Een van de essentiële rollen van de darmmicrobiota is de fermentatie van
onverteerbare koolhydraten, zoals voedingsvezels, tot korteketenvetzuren
(short-chain fatty acids; SCFA). De meest voorkomende SCFA in de darm zijn
acetaat, butyraat en propionaat. Ze zijn belangrijke regulatoren van zowel de
darm- als de gastheerhomeostase. De SCFA reguleren metabolische processen
waaronder insulinegevoeligheid, energiebalans, inflammatie, glucosehomeostase,
en lipidmetabolisme via G-proteïne-gekoppelde celoppervlaktereceptoren (GPR)
die zich bevinden in de darm, vetweefsel, spier en lever.

Een reeks dierstudies en observationele studies bij mensen heeft aangetoond dat
butyraat een SCFA is die uitgesproken positieve effecten heeft op
gewichtsbeheersing, ontsteking en insulineresistentie. Verder heeft ons
onderzoeksgroep eerder aangetoond dat verhoogde concentraties butyraat in de
systemische circulatie na eenmaal daagse voedingsvezel supplement gekoppeld
zijn aan verbeteringen in postprandiale insulinegevoeligheid. Daarnaast hebben
we onlangs aangetoond dat een nieuw butyraat/hexanoaat-verrijkt
triglyceride-olie tijdelijk de systemische butyraat en hexanoaat concentraties
verhoogde. Hoewel butyraat veel wetenschappelijke interesse heeft gewekt, is
ook voorgesteld dat het SCFA hexanoaat ontstekingsremmende effecten heeft.
Echter, hexanoaat blijft een metaboliet die slechts spaarzaam is onderzocht, en
tot nu toe zijn er geen gerapporteerde klinische studies met mensen betrokken
bij hexanoaat. De toegenomen postprandiale circulerende butyraat had geen
effect op metabole markers bij mannen met overgewicht/obesitas, maar de
interventie was kortdurend. Daarom is het langetermijneffect van verhoogd
systemisch butyraat op insulinegevoeligheid en andere markers van metabole
gezondheid nog nooit eerder bij mensen bestudeerd.
Wij hypothesieren dat een chronische verhoging van butyraat en hexanoaat in de
systemische circulatie de capaciteit voor vetopslag in het vetweefsel,
oxidatieve metabolisme en inflammatoire processen verbetert, resulterend in een
verminderde chronische inflammatie en ectopische lipidaccumulatie, waardoor
insulinegevoeligheid verbetert bij mensen met overgewicht/obesitas en een hoog
risico op het ontwikkelen van T2D. Het combineren van butyraat en hexanoaat zou
een potentiële strategie kunnen zijn om obesitasgerelateerde chronische
ontsteking en weefselspecifieke metabole dysfunction te behandelen vanwege de
kenmerken van beide SCFA.

Primaire doelstelling:
Het belangrijkste doel van de studie is om de effecten van een chronische
toename van de darmmicrobiële metabolieten butyraat en hexanoaat in de
systemische circulatie op perifere insulinegevoeligheid bij individuen met
overgewicht/obesitas en een hoog risico op het ontwikkelen van T2D te
onderzoeken.

Secundaire doelstelling(en):
We zullen ook kijken naar het effect van een chronische toename van systemisch
butyraat op andere metabole gezondheidsmarkers, waaronder het volgende:

1. Gevoeligheid van de lever en het vetweefsel
2. Energie- en substraatmetabolisme (energieopname, energieverbruik, vet- en
koolhydraatoxidatie)
3. Circulerende metabolieten, hormonen en inflammatoire factoren
4. Darmdoorlaatbaarheid
5. Samenstelling en functionaliteit van het microbioom
6. Lichaamsgewicht en -samenstelling
7. Gen-/eiwitexpressie in het vetweefsel
8. Fecale en circulerende SCFA

Tot slot zullen we voedingsinname en fysieke activiteit monitoren,
gastro-intestinale bijwerkingen beoordelen en algemeen welzijn en stress
evalueren.

De voorgestelde studie zal een dubbelblinde, gerandomiseerde,
placebogecontroleerde parallelle trial zijn, om het effect van een verhoogde
systemische concentratie van butyraat en hexanoaat op perifere
insulinegevoeligheid en andere markers van metabole gezondheid en darmfunctie
te evalueren. Individuen van 20-70 jaar met overgewicht of obesitas (BMI >= 28
kg/m2 < 40 kg/m2) en gestoorde nuchtere bloedsuikerspiegel (gedefinieerd als
nuchtere glucose 5.6-6.9 mmol/L), gestoorde glucosetolerantie (plasma glucose
na twee uur 7.8-11.1 mmol/L) of insulineresistentie (HOMA-IR >2.2) zullen
worden opgenomen in de studie. Alle bezoeken met betrekking tot deze studie
zullen plaatsvinden op de faciliteiten van de afdeling Humane Biologie of de
Metabolisme Onderzoeksunit Maastricht van de Universiteit Maastricht, of op de
klinische faciliteiten van het Universitair Medisch Centrum+ Maastricht.

Rekruterings- en screeningsperiode:
Vrijwilligers zullen worden gerekruteerd via posters (bijvoorbeeld opgehangen
in het ziekenhuis en de universiteit), advertenties in lokale kranten en op
sociale media, evenals uit bestaande cohorten van proefpersonen die eerder door
de onderzoeker zijn goedgekeurd voor toekomstige studies binnen onze afdeling.
Potentieel geïnteresseerde deelnemers zullen door de onderzoeker worden
gecontacteerd via e-mail of telefoon, en zullen vervolgens de schriftelijke
informatiebrochure per e-mail ontvangen. Na dit eerste contact krijgen de
deelnemers een week de tijd om te overwegen of ze bereid zijn deel te nemen. In
het geval dat de vrijwilliger wil deelnemen, wordt een afspraak gemaakt voor de
screening.
De screening is het eerste bezoek aan de universiteit. De deelnemer zal de
universiteit bezoeken na een nuchtere periode (>10u) en de screening zal
bestaan uit de volgende onderdelen:

- Controle van de gezondheid, medische voorgeschiedenis en bepaling van de
geschiktheid en veiligheid van deelname
- Ondertekening van het geïnformeerde toestemmingsformulier
- Meten van vitale parameters en lichaamsafmetingen (lichaamsgewicht, lengte,
taille-heupverhouding, systolische en diastolische bloeddruk)
- Afnemen van bloedmonsters om de geschiktheid te bepalen op basis van
specifieke inclusiecriteria
o 20 mL voor nuchtere glucose, insuline, Alanine Aminotransferase (ALAT),
creatinine, Hemoglobine A1c (HbA1c)
o Orale Glucose Tolerantie Test (OGTT): 5 mL bloedafname gedurende twee uur na
een 75 g glucose drank voor plasma glucose en insuline

Interventieperiode:
Alle in aanmerking komende deelnemers worden gelijkmatig verdeeld over de twee
groepen (olie met butyraat/hexanoaat-verrijkte triglyceriden vs olie zonder
butyraat/hexanoaat-verrijkte triglyceriden) met stratificatie naar leeftijd,
BMI en geslacht. Deze gerandomiseerde klinische trial met het primaire eindpunt
perifere insulinegevoeligheid heeft een placebogecontroleerd, dubbelblind,
parallel ontwerp dat de evaluatie van de rol van een ontwikkelde olie met
butyraat/hexanoaat-verrijkte triglyceriden in het menselijke substraat en
energiemetabolisme mogelijk maakt bij 48 volwassen vrijwilligers met
overgewicht/obesitas en gestoorde glucoseregulatie.
Na de initiële screening zullen de deelnemers naar de universiteit komen voor
de klinische onderzoeksdagen (COD) 1 en COD2, samen met kleine vervolgsessies
in week 2 en op 4,5 maanden, en een belangrijk vervolgbezoek in week 12 (3e
maand). In totaal zullen de deelnemers minstens acht keer naar de universiteit
moeten komen (screening, CID1, CID2 en week 2, week 12 en het bezoek op 4,5
maanden).

Een COD zal bestaan uit de volgende metingen:

- Tweestaps hyperinsulinemische euglykemische clamp met parallelle metingen van
indirecte calorimetrie
- Dubbel-energie röntgenabsorptiometrie (DEXA scan)
- Biopsie van het vetweefsel
- Multisacharide permeabiliteitstest
- Verzamelen van ontlastingsmonsters
- Invullen van vragenlijsten over voedingsinname, fysieke activiteit, algemene
gezondheidstoestand (Rand-36), stress (perceived stress scale; PSS) en
gastro-intestinale symptoomscore (GSRS) met de Bristol ontlastingsschaal

Voor elk COD en voor week 12 wordt de voedingsinname, fysieke activiteit en
Gastro-intestinale Symptoomscore (GSRS) met Bristol ontlastingsschaal ingevuld.
De voedingsinname wordt geregistreerd door het invullen van een
voedselvragenlijst van drie dagen. Fysieke activiteit wordt gemeten via de
Korte vragenlijst ter Beoordeling van Gezondheidsbevorderende lichamelijke
activiteit (SQUASH). De GSRS wordt gebruikt om te screenen of de deelnemer
tijdens de interventieperiode gastro-intestinale ongemakken kan ervaren zoals
een opgeblazen gevoel en de Bristol ontlastingsschaal voor het type
fecesmonster. Bovendien wordt hun algemene gezondheidstoestand beoordeeld met
behulp van de Rand-36 vragenlijst, en hun stressniveau wordt geëvalueerd aan de
hand van de PSS vragenlijst. Ook zal de dag voor elk COD en het bezoek in week
12, de deelnemers een fecesmonster verzamelen voor de analyse van SCFA en
microbiota.
Bij COD1 worden de basismetingen verricht. Na COD1 ontvangen de deelnemers de
interventieproducten en krijgen ze instructies om het voedingssupplement op de
volgende dag gedurende 24 weken (zes maanden) in te nemen.

1. Olie met butyraat/hexanoaat-verrijkte triglyceriden (dosering ongeveer 2 g
boterzuur) tweemaal daags
2. Placebo olie zonder de butyraatr/hexanoaat-verrijkte triglyceriden tweemaal
daags

In de interventieperiode zal 24 weken (168 dagen) duren, met een minimum van
159 dagen en een maximum van 178 dagen interventie vanwege praktische redenen.
De olie zal worden opgenomen in het ontbijt en diner van de deelnemer. Het type
behandeling zal geblindeerd zijn voor zowel de vrijwilligers als de
onderzoekers. Na de 24 weken durende interventie wordt COD2 uitgevoerd in week
24 waarin dezelfde metingen plaatsvinden als bij COD1. Op deze manier kunnen we
langetermijneffecten van de olie met butyraat/hexanoaat-verrijkte triglyceriden
op perifere insulinegevoeligheid en andere belangrijke gezondheidsmarkers
detecteren. Deze studie is ontworpen om het effect van butyraat onafhankelijk
van eventuele dieet- of bewegingsinterventies te onderzoeken. Om deze reden
worden deelnemers aangemoedigd om hun reguliere levensstijl te handhaven, te
eten tot ze verzadigd zijn, en niet bewust te proberen om gewicht te winnen of
te verliezen gedurende de studie. Na afronding van het onderzoek zullen alle
gegevens worden verzameld en geanalyseerd. De deelnemers ontvangen een
financiële vergoeding voor hun deelname en vergoedingen voor hun reiskosten.

Dit onderzoek omvat twee verschillende groepen die ofwel het onderzoeksproduct of een placebo ontvangen: - Onderzoeksproduct: butyraat/hexanoaat-verrijkte triglycerideolie (ongeveer 12,5 mL per dag gedurende 24 weken) - Placebo: vergelijkbare olie in volume en hoeveelheid, maar zonder butyraat/hexanoaat-verrijkte triglyceriden (ongeveer 12,5 mL per dag gedurende 24 weken) Het type interventie zal geblindeerd zijn voor zowel de vrijwilligers als de onderzoekers en zal in willekeurige volgorde worden verstrekt.

Over het algemeen brengt obesitas en de daaraan gerelateerde ziekten een grote
last met zich mee voor het welzijn en de kwaliteit van leven van een patiënt.
Bovendien zijn deze ziekten een van de belangrijkste doodsoorzaken wereldwijd,
hebben ze een grote sociaaleconomische impact op de maatschappij, en verhogen
ze dus de kosten van de gezondheidszorg. Door mogelijke strategieën te
evalueren om metabole en darmgezondheid te verbeteren, willen we bijdragen aan
een gezondere levensstijl, een afname van obesitas en obesitasgerelateerde
ziekten en aan de sociaaleconomische impact van deze ziekten. Door deel te
nemen aan de studie krijgen de deelnemers informatie over hun gezondheid en
kunnen ze profiteren van algemene gezondheidsvoordelen als ze worden
gerandomiseerd in de interventiegroep.

Door de pre-ingestelde, mogelijk gunstige voedingscomponent te testen, helpt
het ons om specifieke metabole paden te begrijpen, de relatie tussen voeding en
de darm te onderzoeken, en te bepalen hoe dit van invloed is op de regulatie
van metabole gezondheid. Samen met het doel om fundamenteel bewijs te vinden
ter ondersteuning van verdere preventieve of therapeutische interventies en
studies, kunnen deelnemers individueel profiteren van de interventie in termen
van kleine kortetermijnverbeteringen in lichaamsgewicht, lichaamssamenstelling,
koolhydraat- en vetmetabolisme en emotioneel welzijn.

Het butyraat-hexanoaat verrijkte olie zal geen risico vormen voor de algemene
gezondheid van de deelnemers, aangezien de componenten natuurlijk zijn en
voorkomen in voedingsmiddelen zoals melk, kaas en yoghurt. Het kan echter milde
gastro-intestinale ongemakken veroorzaken. In een acute setting hebben we
aangetoond dat de butyraat-hexanoaat verrijkte olie goed werd verdragen en geen
toename van gastro-intestinale klachten of ongemak veroorzaakte, zoals bepaald
door de GSRS (METC NL75253.068.20). Bovendien vereist het volgen van een dieet
gedurende 24 opeenvolgende weken motivatie, naleving, tijd en zal het
vervolgens een last vormen voor de deelnemers, wat nodig is om de effecten op
de primaire en secundaire uitkomstparameters te kunnen evalueren zoals vermeld
in hoofdstuk 8.

Alle andere uitgevoerde tests zullen geen bedreiging vormen voor de gezondheid
van de deelnemers, maar gaan wel gepaard met mogelijke bijwerkingen of
complicaties. Alle vragenlijsten, het verzamelen en verstrekken van feces- en
urinemonsters, DEXA-scan, indirecte calorimetrie en darmdoorlaatbaarheidstest
zullen de deelnemer niet schaden, noch een bedreiging vormen voor hun
gezondheid. Voor alle tests moet een deelnemer coöperatief en gemotiveerd zijn
om alle tests en interventies actief en correct uit te voeren, en moet hij/zij
bereid zijn om een aanzienlijke hoeveelheid tijd op onze faciliteiten door te
brengen (~31 uur in totaal). Deze tests zullen geen gezondheidsrisico vormen
voor de deelnemers. De mentale last die hierdoor wordt veroorzaakt kan echter
relevant zijn. Het invullen van de vragenlijsten en het bijhouden van de inname
van de supplementen kan als tijdrovend worden ervaren. Bovendien kan het
verzamelen van fecesmonsters als belastend worden ervaren, omdat de deelnemers
ze zelf moeten hanteren en thuis moeten opslaan. Ook kan de 24 weken durende
inname van de olie als belastend worden ervaren voor de proefpersonen.
Individuele resultaten worden alleen met de deelnemer gedeeld op hun eigen
verzoek.

De opgewekte straling tijdens een DEXA-scan (<20 µSv) is veel minder dan waar
een Nederlander jaarlijks aan wordt blootgesteld (2,5 mSv). Dit zal geen
aanvullende gezondheidseffecten veroorzaken.


De invasieve tests (bijvoorbeeld bloedmonsters, weefselbiopsieën,
hyperinsulinemische-euglycemische clamp) kunnen een belasting vormen voor de
deelnemers. Dit geldt met name voor de hyperinsulinemische-euglycemische clamp,
omdat deze het afnemen van bloedmonsters en het plaatsen van intraveneuze
katheters op meerdere momenten omvat, waarvoor een scherpe naald de huid moet
penetreren. Deze procedure kan pijnlijk zijn voor een deelnemer of bloeding en
hematoom veroorzaken, hoewel het risico kan worden geminimaliseerd met goede
klinische praktijken. Bovendien is de clamp een lange testdag (ongeveer 9 uur)
waarbij 205 mL bloed per CID zal worden afgenomen. De resterende 25 mL is voor
screening en 10 mL tijdens het bezoek aan week 12, wat resulteert in een totaal
van 445 mL bloed afgenomen gedurende de hele studieperiode. Bovendien brengt de
clamp een klein risico op hypo- of hyperglycemie met zich mee. Echter, uit onze
uitgebreide expertise blijkt dat deze aandoeningen niet erg vaak voorkomen en
direct kunnen worden verholpen. Een medisch arts is altijd beschikbaar tijdens
de clamp. Samenvattend, hoewel de metingen van de studie, met name de clamp
procedure, een last vormen voor de deelnemers, wordt de methode goed uitgevoerd
in onze afdeling waardoor de bijbehorende risico's worden verminderd. Ten
slotte is de weefselbiopsie ook een invasieve test en kan pijn, hematoom,
blauwe plekken of bloeding veroorzaken bij een deelnemer. Druk zal worden
uitgeoefend op de plaats van invoeging na de biopsie van het vetweefsel om het
risico op hematoom te verminderen. De plaats van invoeging zal een kleine
litteken achterlaten (~ 3 mm).

Standaardwerkprocedures (SOP's) voor elke meting zijn beschikbaar op de server
van de afdeling Humane Biologie van de UM.