Effetti metabolici ed endocrini di una dieta ricca di allulosio per 12 settimane
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Questa pubblicazione è apparsa nell'edizione speciale di 'Diabete, dieta e condizioni di salute', il 10 giugno 2024.
Fonte: MDPI
Autori: Kevin B. Cayabyab 1, Marley J. Shin 1, Micah S. Heimuli 1, Iris J. Kim 1, Dominic P. D'Agostino 2 ORCID, Richard J. Johnson 3, Andrew P. Koutnik 4, Nick Bellissimo 5, David M. Diamond 6 ORCID, Nicholas G. Norwitz 7, Juan A. Arroyo 1, Paul R. Reynolds 1, ORCID e Benjamin T. Bikman 1 *
1.) Dipartimento di Biologia Cellulare e Fisiologia, Brigham Young University, Provo, UT 84602, USA
2.) Dipartimento di Farmacologia Molecolare e Fisiologia, University of South Florida, Tampa, FL 33602, USA
3.) Dipartimento di Medicina, University of Colorado, Aurora, CO 80045, Stati Uniti
4.) Sansum Diabetes Research Institute, Santa Barbara, CA 93105, USA
5.) Facoltà di Scienze della Nutrizione, Toronto Metropolitan University, Toronto, ON M5S 1A8, Canada
6) Dipartimento di Psicologia, University of South Florida, Tampa, FL 33602, USA
7.) Harvard Medical School, Boston, MA 02115, Stati Uniti
* L'autore a cui indirizzare la corrispondenza.
Abstract
La crescita globale del diabete di tipo 2 (T2D) e dell'obesità richiede interventi dietetici innovativi.
Questo studio ha dimostrato che l'allulosio riduce i livelli di zucchero nel sangue in un modello di ratto con T2D indotto dalla dieta.
Nell'arco di 12 settimane, abbiamo ipotizzato che l'integrazione di allulosio migliorasse il peso corporeo, la sensibilità all'insulina e il controllo glicemico.
I nostri risultati hanno mostrato che l'allulosio ha mitigato gli effetti dannosi delle diete ricche di grassi e zuccheri, inclusa una minore crescita del peso corporeo e un miglioramento dell'insulino-resistenza.
Il gruppo trattato con allulosio ha mostrato un minor consumo di cibo e un aumento dei livelli di peptide-1 simile al glucagone (GLP-1), migliorando la regolazione del glucosio e dell'appetito.
Inoltre, l'allulosio ha impedito l'accumulo di trigliceridi epatici e ha promosso il disaccoppiamento mitocondriale nel tessuto adiposo.
Questi risultati suggeriscono che l'integrazione di allulosio può migliorare i marcatori della salute metabolica, rendendolo un ingrediente dietetico promettente nel trattamento dell'obesità e del T2D.
Sono necessarie ulteriori ricerche per esplorare i benefici a lungo termine e i meccanismi dell'allulosio nella prevenzione e nel trattamento delle malattie metaboliche.
Questo studio supporta il potenziale dell'allulosio come intervento sicuro ed efficace per migliorare la salute metabolica nel contesto dell'iperalimentazione dietetica.
Parole chiave: insulino-resistenza ; diabete ; obesità ; mitocondrio ; allulosio
1. Introduzione
La crescente incidenza globale del diabete di tipo 2 (T2D) e dell'obesità rappresenta una sfida significativa per la salute pubblica, che rende necessaria l'esplorazione di strategie dietetiche innovative per mitigare queste malattie.
L'epidemia in rapida espansione del diabete di tipo 2 (T2D) e dell'obesità a livello mondiale richiede una ricerca incessante di interventi innovativi ed efficaci.
L'allulosio (d-psicosio) è uno zucchero naturale raro, presente naturalmente in piccole quantità in alcuni frutti.
L'allulosio offre la dolcezza del fruttosio, pur essendo metabolicamente diverso; è un C-3 epimero del fruttosio che, a differenza di quest'ultimo, non ha alcun effetto sul glucosio o sull'insulina.
Inoltre, a differenza del fruttosio, l'allulosio non è un substrato per la de novo lipogenesi e non innesca un effetto inibitorio sull'ossidazione degli acidi grassi [ 1 ].
Nel complesso, queste ragioni rendono l'allulosio un candidato attraente nel trattamento dietetico dei disturbi metabolici, sia attraverso la sostituzione del fruttosio dietetico, sia fornendo presunti benefici metabolici [ 1 , 2 , 3 ].
A differenza degli zuccheri tradizionali, l'allulosio viene in gran parte assorbito nell'intestino tenue ed escreto senza essere completamente metabolizzato [ 4 ], offrendo così un'alternativa a basso contenuto calorico al saccarosio e allo sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio, insieme ad altri dolcificanti a basso o zero contenuto calorico [ 5 ].
Recenti studi condotti sull'uomo hanno evidenziato i potenziali benefici dell'allulosio, inclusi un miglior controllo glicemico e una riduzione dell'obesità, senza gli effetti metabolici dannosi associati agli zuccheri tradizionali [ 1 , 6 , 7 , 8 ].
Tuttavia, sebbene potenzi chiaramente il rilascio endogeno di peptide-1 simile al glucagone (GLP-1) [ 9 ], ampiamente sfruttato nei farmaci dimagranti [ 10 , 11 ], i meccanismi alla base di questi effetti benefici devono ancora essere pienamente chiariti.
Inoltre, mentre gli studi sull'uomo sono di fondamentale importanza, i modelli animali, in particolare i modelli di roditori affetti da diabete di tipo 2 e obesità, offrono una preziosa opportunità per studiare le risposte fisiologiche, metaboliche e molecolari all'allulosio in un ambiente controllato.
Questo studio di 12 settimane ha esaminato gli effetti dell'integrazione dietetica di allulosio in un modello di ratto con obesità e diabete di tipo 2 indotti dalla dieta.
Abbiamo ipotizzato che l'integrazione di allulosio portasse a miglioramenti significativi nel peso corporeo, nella sensibilità all'insulina e nel controllo glicemico rispetto agli animali di controllo alimentati con una dieta standard senza allulosio.
Inoltre, abbiamo esaminato i potenziali meccanismi attraverso i quali l'allulosio esercita i suoi effetti, inclusi gli effetti sul metabolismo degli adipociti e sulla produzione di adipochine, sulla gestione dei nutrienti epatici e sui marcatori infiammatori.
Esplorando gli effetti metabolici dell'allulosio in un modello animale ben consolidato di diabete di tipo 2 e obesità, questo studio contribuisce alla crescente letteratura che supporta l'uso dell'allulosio come intervento dietetico sicuro ed efficace applicabile nel trattamento di queste condizioni.
I risultati della ricerca potrebbero avere conseguenze significative per le raccomandazioni dietetiche, le pratiche dell'industria alimentare e lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche mirate all'eziologia del diabete di tipo 2 e dell'obesità.
Lo scopo dello studio era quello di confermare i risultati precedenti sull'impatto dell'allulosio nel mitigare alcuni effetti metabolici della dieta occidentale e di integrare ciò con l'inclusione di risultati riguardanti la fisiologia del tessuto adiposo e la bioenergetica mitocondriale.
2. Materiali e metodi
2.1. Animali
Ratti Wistar femmine e maschi di dodici settimane sono stati acquistati dai Jackson Laboratories (Bar Harbor, ME, USA) e tenuti a 22 ± 1 °C, con un ciclo luce-buio di 12 ore.
Gli animali sono stati assegnati casualmente a quattro gruppi e alloggiati singolarmente ( n = 10; 5 femmine, 5 maschi) durante uno studio di 12 settimane come segue: dieta standard di laboratorio con stevia (Stevita Naturals, Kennendale, TX, USA), dieta occidentale con stevia, dieta standard di laboratorio con allulosio, o dieta occidentale con allulosio.
L'allulosio (allSWEET® ) è stato fornito da Anderson Advanced Ingredients (Irvine, CA, USA).
Gli animali hanno avuto libero accesso a cibo e acqua.
La dieta occidentale era la Research Diets D12266B (New Brunswick, NJ, USA), che conteneva saccarosio, grassi saturi (burro) e grassi polinsaturi (olio di mais).
La stevia e l'allulosio sono stati somministrati nell'acqua potabile e ogni animale ha avuto accesso giornalmente a 30 ml di acqua sterile contenente o 0,1 ml di stevia (con una dolcezza corrispondente all'allulosio) o il 3% di allulosio (per raggiungere la dose giornaliera di circa 1,9 g/kg/giorno), come già effettuato in precedenza [ 12 ].
Durante il protocollo, ogni quattro settimane è stato prelevato sangue dalla vena caudale dopo un digiuno di 8 ore per l'analisi continua degli ormoni (insulina e GLP-1) e del glucosio.
Dopo il protocollo di 12 settimane, gli animali sono stati utilizzati per test di tolleranza e quindi sacrificati per il prelievo di campioni di tessuto per ulteriori analisi (vedi sotto).
Tutto il lavoro è stato approvato dal Comitato Istituzionale per la Cura e l'Uso degli Animali (IACUC; 23-1222) della Brigham Young University ed è stato condotto in conformità con le procedure e le normative descritte nella Guida per la cura e l'uso di animali da laboratorio dei National Institutes of Health.
2.2. Determinazione quantitativa dell'ATP
La concentrazione di ATP ( n = 8 in ogni gruppo) è stata misurata utilizzando il kit ATPlite Luminescence Assay (Perkin Elmer; Waltham, MA, USA). I tessuti sono stati omogeneizzati in un tampone stabilizzante ATP (tre parti di PBS ghiacciato contenente 20 mM glicina, 50 mM MgSO4 e 4 mM EDTA).
Gli omogenati sono stati quindi diluiti 1:5 in ddH2O. Un totale di 100 μL di tampone stabilizzante ATP e 50 μL di tampone di lisi cellulare dei mammiferi sono stati aggiunti a una piastra opaca bianca da 96 pozzetti per i pozzetti usati per gli standard, quindi agitati su uno shaker per 5 minuti a 25 °C e 700 giri/min.
Successivamente, 100 μL dei campioni diluiti sono stati aggiunti ai pozzetti aperti e 10 μL degli standard sono stati aggiunti al tampone stabilizzante ATP menzionato sopra.
Quindi, la piastra è stata agitata su uno shaker per 5 minuti a 25 °C e 700 giri/min. Successivamente, 50 μL di substrato sono stati aggiunti a ciascun pozzetto (al buio) e agitati su uno shaker per 5 minuti a 25 °C e 700 giri/min. Le soluzioni nei pozzetti sono state lasciate ad adattarsi al buio per 10 minuti. La luminescenza è stata quindi misurata utilizzando il lettore di piastre multimodale Victor Nivo (Perkin Elmer) e la concentrazione di ATP è stata normalizzata alla concentrazione proteica misurata con il saggio proteico BCA (Thermo Fisher Scientific; Waltham, MA, USA).
2.3. Respirazione mitocondriale
I tassi di consumo di ossigeno mitocondriale sono stati determinati a 37 °C da tessuto appena isolato con Oroboros O2K Oxygraph (Oroboros, Innsbruck, Austria), con tampone di respirazione MiR05, come descritto in precedenza [ 13 ].
Prima di posizionare i campioni derivati dal tessuto adiposo nelle camere del respirometro oxigraph, i campioni sono stati permeabilizzati in 0,05 mg/ml di saponina (Sigma-Aldrich, St. Louise, MO, USA) in MiR05 per 30 minuti a 4 °C.
Dopo l'aggiunta del tessuto permeabilizzato, le camere del respirometro sono state iperossigenate a ~350 nmol/ml. I tassi di consumo di ossigeno sono stati determinati con il seguente protocollo: il flusso di elettroni attraverso i complessi I e II è stato supportato dall'aggiunta di glutammato + malato + succinato (10 mM, 2 mM e 10 mM) per determinare il consumo di ossigeno da leak (GMS). Dopo la stabilizzazione, è stato aggiunto adenosina difosfato (ADP) (2,5 mM) per determinare il consumo di ossigeno associato alla fosforilazione ossidativa. Al completamento del protocollo di respirazione, i campioni sono stati raccolti dalle camere e conservati a -20 °C per ulteriori analisi.
Le concentrazioni proteiche sono state misurate con il saggio BCA (Perkin Elmer) e i tassi di respirazione sono stati normalizzati alla concentrazione proteica.
2.4. Analisi delle proteine plasmatiche
L'isolamento proteico è stato eseguito mediante omogeneizzazione con tampone RIPA e inibitori della proteasi (Fisher Scientific). La proteina totale è stata quantificata utilizzando il BCA Protein Assay Kit (Fisher Scientific) e sono stati utilizzati 20 µg di proteina per l'immunoblot attivo o per la caratterizzazione delle proteine.
I campioni sono stati aggiunti a membrane derivate da array di anticorpi specifici per roditori (Abcam, Cambridge, Regno Unito), contenenti anticorpi specifici contro la proteina C-reattiva, GLP-1 attivo, insulina, adiponectina e leptina, e incubati per una notte prima del recupero e della re-incubazione con una seconda membrana di array di anticorpi.
Quindi, sono stati aggiunti anticorpi biotinilati a ciascuna membrana e incubati per una notte, seguiti infine dall'incubazione con un marcatore fluorescente coniugato con streptavidina per rilevare l'espressione di citochine.
Le membrane sono state sottoposte a imaging con il sistema di imaging a fluorescenza menzionato in precedenza (LI-COR; Lincoln, NE, USA), quindi quantificate con Image J versione 1.54h (US National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA).
Le intensità del segnale sono state confrontate con i controlli positivi su ciascuna membrana, come fatto in precedenza [ 14 ].
2.5. Test di tolleranza
Il test di tolleranza è stato suddiviso in tre procedure principali, eseguite in giorni separati, con un periodo di recupero di almeno 48 ore tra i test:
test di tolleranza al piruvato (PTT), test di tolleranza al glucosio (GTT) e test di tolleranza all'insulina (ITT).
Per ogni test, sono stati prelevati campioni di sangue dalla vena caudale ai minuti 0 (valore di base), 15, 30, 60 e 120 dopo l'iniezione, per misurare il livello di zucchero nel sangue con un glucometro portatile (Bayer Contour; Whippany, NJ, USA).
Dopo un digiuno di 8 ore, i ratti hanno ricevuto un'iniezione intraperitoneale di piruvato di sodio (2 g/kg di peso corporeo) per misurare il livello di piruvato plasmatico mediante test enzimatico.
Una settimana dopo il PTT, il GTT è stato eseguito dopo un digiuno simile, seguito dall'iniezione intraperitoneale di glucosio (2 g/kg di peso corporeo).
L'ITT è stato eseguito una settimana dopo il GTT e ai ratti è stata somministrata insulina per via intraperitoneale (0,75 U/kg).
2.6. Test epatico
Dopo l'eutanasia, sono stati raccolti campioni di tessuto epatico, pesati immediatamente e poi omogeneizzati in tampone ghiacciato per la determinazione del contenuto di trigliceridi e glicogeno.
I trigliceridi epatici sono stati quantificati utilizzando il kit per il test dei trigliceridi (ab65336; Abcam, Cambridge, Regno Unito) secondo il protocollo del produttore.
I livelli di glicogeno sono stati valutati con il kit per il test del glicogeno epatico (ab169558; Abcam).
Il contenuto di trigliceridi e glicogeno è stato normalizzato alla massa umida del fegato.
Per valutare la funzionalità epatica, sono stati misurati i livelli plasmatici di alanina aminotransferasi (ALT) e aspartato aminotransferasi (AST).
I campioni di sangue sono stati prelevati immediatamente dopo l'eutanasia mediante puntura cardiaca e il plasma è stato ottenuto mediante centrifugazione a 3000 g per 10 minuti.
L'attività plasmatica di ALT e AST è stata determinata con kit di test disponibili in commercio (ab263883 e ab285264; Abcam).
2.7. Analisi statistica
I valori medi ± SEM sono stati valutati con ANOVA a una via (per misurazioni singole) o a due vie (per misurazioni nel tempo), seguita dal test t di Student.
I risultati sono rappresentativi e i valori p inferiori a 0,05 sono stati considerati significativi.
L'analisi statistica è stata eseguita con il software GraphPad Prism 7.0.
3. Risultati
Uno dei risultati centrali dello studio è stata la comprensione dell'effetto dell'allulosio sui cambiamenti di peso corporeo e sull'assunzione di cibo, inclusa l'integrazione dei meccanismi di mediazione di tali cambiamenti.
Il peso corporeo ( Figura 1A ; massa iniziale media dei maschi: 328 ± 17 g; massa iniziale media delle femmine: 245 ± 12 g) è aumentato in modo significativo negli animali mantenuti con dieta occidentale (WD) contenente stevia.
Tuttavia, l'aumento di peso è stato significativamente minore nei gruppi WD+allulosio rispetto al gruppo WD+stevia.
È importante notare che non è stata osservata alcuna differenza di peso tra i ratti che assumevano stevia o allulosio che ricevevano la dieta standard (SD), il che suggerisce che gli effetti dell'allulosio fossero specifici per la dieta occidentale.
In linea con questi risultati, nel gruppo WD+stevia l'assunzione di cibo è aumentata in modo significativo rispetto al gruppo SD+stevia ( Figura 1B ; assunzione iniziale media dei maschi: 21 ± 3 g; assunzione iniziale media delle femmine: 16 ± 2 g).
Anche il gruppo WD+allulosio ha mostrato di nuovo una significativa diminuzione nell'assunzione di cibo rispetto al gruppo WD+stevia.
- Figura. Massa corporea, consumo di cibo e cambiamenti endocrini durante 12 settimane di consumo di allulosio.
Durante lo studio di 12 settimane, i ratti hanno mostrato diversi cambiamenti significativi.
In primo luogo, il consumo di allulosio ha ridotto l'aumento di peso con una dieta occidentale, che si è riflesso in una diminuzione del consumo totale di cibo.
I livelli di insulina (C) e glucosio (D), utilizzati per calcolare l'HOMA-IR (E), mentre nel gruppo WD+stevia sono aumentati in modo significativo, nel gruppo WD+allulosio erano normali (n=8).
I livelli di GLP-1 sono aumentati significativamente durante lo studio in entrambi i gruppi che consumavano allulosio ((F); n = 8). * p < 0,05; ** p < 0,005; *** 0,0005.
In linea con gli effetti sul peso corporeo, l'allulosio con la dieta occidentale ha bloccato anche lo sviluppo di iperinsulinemia ( Figura 1C ), iperglicemia ( Figura 1D ) e insulino-resistenza (basato sull'indice Homeostatic Model Assessment for Insulin Resistance (HOMA-IR); Figura 1E ), osservato nel gruppo WD+stevia.
È interessante notare che la protezione fornita dall'allulosio è stata associata a livelli sierici più elevati di peptide-1 simile al glucagone attivo (GLP-1; Figura 1F ).
Va notato che in entrambi i gruppi trattati con allulosio sono stati osservati livelli più elevati di GLP-1, ma il beneficio sul peso corporeo e sui parametri metabolici è stato osservato solo nel gruppo WD+allulosio.
Per comprendere meglio l'effetto metabolico dell'allulosio sul metabolismo dell'intero corpo, sono stati eseguiti test di tolleranza, ovvero test di glucosio, insulina e piruvato ( Figure 2A–C ).
In caso di carico di glucosio intraperitoneale ( Figura 2A ), il gruppo WD+stevia ha mostrato la maggiore risposta al glucosio, mantenendo una risposta significativamente più elevata durante tutto il test rispetto agli altri gruppi (in linea con una peggiore insulino-resistenza).
Al contrario, il gruppo WD+allulosio ha suscitato una risposta moderata.
Abbiamo ottenuto un risultato simile con il test di tolleranza all'insulina ( Figura 2B ).
Conducendo il test di tolleranza al piruvato, abbiamo anche determinato se la dieta occidentale possa aggravare la gluconeogenesi.
Come previsto, il gruppo WD+stevia ha mostrato una significativa stimolazione della gluconeogenesi, con un marcato aumento dei livelli di glucosio sierico in risposta al piruvato.
È da notare che l'allulosio ha bloccato la gluconeogenesi nei ratti alimentati con dieta occidentale (Figura 2C).
Figura 2. Test di tolleranza al glucosio, all'insulina e al piruvato in ratti alimentati con allulosio.
Al termine dello studio di 12 settimane, gli animali sono stati sottoposti a test di tolleranza al glucosio ((A); 2 g/kg di peso corporeo), all'insulina ((B); 0,75 UI/kg) e al piruvato ((C); 0,75 UI/kg) (n = 6).
In base all'area sotto la curva (AUC), i ratti trattati con WD+stevia hanno mostrato la risposta più drastica a tutti gli stimoli; nei test di tolleranza al glucosio (A) e all'insulina (B) è stata osservata una risposta attenuata per il WD+allulosio, mentre al piruvato (C) hanno fornito una risposta normale. * p < 0,05; ** p < 0,005; *** p < 0,0005 vs. SD+stevia; # p < 0,05 vs. WD+stevia.
Il tessuto di primario interesse per l'allulosio è il fegato e il suo differenziato metabolismo dei nutrienti, in particolare il glicogeno e i trigliceridi epatici.
È stato dimostrato che l'allulosio aumenta il contenuto di glicogeno nel fegato dei ratti di laboratorio, il che comporta un certo aumento di peso, nonostante l'assenza di effetti sulla funzionalità epatica o sull'istologia [15].
In linea con questo rapporto, anche noi abbiamo osservato un aumento significativo delle dimensioni del fegato e del contenuto di glicogeno negli animali con dieta standard che hanno ricevuto allulosio rispetto a quelli che hanno ricevuto stevia (Figure 3A,B).
È noto che la dieta occidentale aumenta sia i livelli di glicogeno che quelli di grassi nel fegato e, come previsto, sia i livelli di glicogeno che quelli di grasso epatico (trigliceridi) erano significativamente elevati nel gruppo WD+stevia (Figure 3A–C).
Il gruppo WD+allulosio, tuttavia, sebbene presentasse ancora un alto contenuto di glicogeno, era in gran parte protetto dallo sviluppo di fegato grasso e presentava una minore ipertrofia epatica (aumento di peso) rispetto al gruppo WD+stevia (Figure 3A–C).
Di fatto, l'aumento dei test di funzionalità epatica è stato osservato solo nel gruppo WD+stevia (Figura 3E).
Questi studi dimostrano che l'allulosio ha un effetto protettivo sui risultati della funzionalità epatica legati alla dieta occidentale.
In tutti i gruppi, la respirazione mitocondriale epatica è rimasta invariata (Figura 3D).
Figura 3. Analisi dopo 12 settimane di consumo di allulosio.
La massa epatica (A) è stata misurata prima dell'analisi del glicogeno (B) e dei trigliceridi (C) dopo 12 settimane di dieta occidentale (WD) e dieta standard (SD), integrando l'acqua potabile con stevia o allulosio.
La respirazione mitocondriale (vedere sezione 2) è stata misurata per determinare l'effetto diretto della dieta sulla funzionalità epatica.
Come marcatori della salute del fegato, sono stati quantificati nel plasma (E) gli enzimi epatici alanina aminotransferasi (ALT) e aspartato aminotransferasi (AST). N = 8. * p < 0,05; ** p < 0,005; *** p < 0,0005 vs. SD+stevia.
A causa delle variazioni di peso corporeo, abbiamo cercato di comprendere meglio i processi bioenergetici del tessuto adiposo.
In precedenza abbiamo riscontrato che vari interventi dietetici sono in grado di aumentare la velocità del metabolismo dei grassi [16]. Sebbene non abbiamo osservato differenze tra i gruppi nella respirazione mitocondriale (Figura 4A) o nei livelli di ATP (Figura 4B), abbiamo visto che nei gruppi trattati con allulosio il rapporto tra respirazione e livelli di ATP era significativamente inferiore (Figura 4C), il che suggerisce un maggiore disaccoppiamento mitocondriale.
Figura 4. Analisi della funzione mitocondriale delle cellule adipose dopo 12 settimane di consumo di allulosio.
La respirazione mitocondriale ((A); vedere sezione 2) è stata misurata nel tessuto adiposo sottocutaneo nei ratti dopo 12 settimane di dieta occidentale (WD) e dieta standard (SD), con aggiunta di stevia o allulosio nell'acqua potabile.
È stato determinato anche l'ATP (B) e si è utilizzata una combinazione di variabili per determinare in che misura i tessuti producessero ATP in base al tasso di respirazione (C). N = 7. * p < 0,05 vs. SD+stevia.
Analogamente al fegato, anche il rene risponde in modo unico all'allulosio. Dopo lo studio di 12 settimane, abbiamo analizzato la massa renale (Figura 5A) e i livelli di glicogeno (Figura 5B).
Sebbene non vi fosse alcuna differenza nella massa renale tra i gruppi, è stata osservata una differenza lieve ma significativa nei livelli di glicogeno renale in entrambi i gruppi trattati con allulosio.
Figura 5. Analisi renale dopo 12 settimane di consumo di allulosio.
La massa renale (A) è stata misurata prima dell'analisi del glicogeno (B) dopo 12 settimane di dieta occidentale (WD) e dieta standard (SD), con aggiunta di stevia o allulosio nell'acqua potabile. N = 10. * p < 0,05 vs. SD+stevia.
Per comprendere meglio l'effetto dell'intervento sullo stato infiammatorio e metabolico generale, abbiamo misurato i livelli di diversi marcatori metabolici, tra cui la proteina C-reattiva (CRP), l'adiponectina e la leptina.
Negli animali del gruppo WD+stevia, i livelli di CRP sono più che raddoppiati rispetto a entrambi i gruppi SD (Figura 6A); questo effetto era attenuato nel gruppo WD+allulosio.
I livelli di adiponectina erano significativamente ridotti solo nel gruppo WD+stevia, mentre la leptina seguiva generalmente una tendenza simile, seppur più modesta, rispetto a quella della CRP.
Il rapporto adiponectina/leptina, che è un indicatore surrogato della dimensione degli adipociti [17], ha mostrato una diminuzione significativa solo nel gruppo WD+stevia (Figura 6B).
Figura 6. Livelli ormonali nei ratti alimentati con allulosio.
Alla fine dello studio di 12 settimane, è stato raccolto il plasma da roditori alimentati con dieta occidentale (WD) e dieta standard (SD), che avevano aggiunto stevia o allulosio all'acqua potabile.
Gli analiti includevano la proteina C-reattiva (CRP), l'adiponectina e la leptina (A). L'adiponectina e la leptina sono state inoltre utilizzate per creare un rapporto che riflettesse le dimensioni degli adipociti (B). N = 6. * p < 0,05; ** p < 0,005; *** p < 0,0005 vs. SD+stevia.
4. Valutazione
I risultati di questo studio contribuiscono a comprendere gli effetti metabolici dell'allulosio, in particolare nel contesto dei cambiamenti indotti dalla dieta nel peso corporeo, nell'assunzione di cibo, nella resistenza all'insulina e nelle risposte metaboliche tessuto-specifiche.
È da notare che i nostri risultati supportano le conclusioni di precedenti ricerche secondo cui l'integrazione di allulosio nella dieta occidentale attenua gli effetti negativi spesso associati a diete ricche di grassi e zuccheri, come l'aumento del peso corporeo e l'insulino-resistenza, che rivestono un'importanza significativa a livello mondiale [18].
Inoltre, questo lavoro fornisce nuove intuizioni sulla dinamica del GLP-1, nonché sui cambiamenti adipocitari e sulla funzione mitocondriale.
Le osservazioni iniziali del nostro lavoro confermano quanto riscontrato in studi precedenti.
L'osservazione che sia nel gruppo WD+stevia che nel gruppo WD+alluloso si è verificato un aumento significativo del peso corporeo rispetto ai loro omologhi che hanno seguito una dieta standard (SD), sebbene in misura diversa, mette in luce la complessa interazione tra zuccheri alimentari e controllo del peso corporeo.
Nel gruppo WD+allulosio, il minore aumento di peso suggerisce il potenziale effetto protettivo dell'allulosio contro l'obesità indotta dalla dieta.
Ciò è supportato anche da precedenti ricerche che dimostrano che l'allulosio possiede effetti anti-obesità sia negli esperimenti sugli animali, principalmente attraverso la riduzione del grasso viscerale e il miglioramento del metabolismo dei lipidi [5, 19, 20].
Inoltre, il moderato aumento dell'assunzione di cibo osservato nel gruppo WD+allulosio rispetto al gruppo WD+stevia potrebbe suggerire un effetto di regolazione dell'appetito dell'allulosio.
Questa scoperta è coerente con gli studi che suggeriscono che l'allulosio può influenzare la cascata della sazietà e ridurre l'apporto calorico totale [21].
Il significativo aumento dei livelli di peptide-1 simile al glucagone (GLP-1) attivo nei gruppi trattati con allulosio richiama l'attenzione su un altro meccanismo attraverso il quale l'allulosio può esercitare i suoi benefici metabolici.
È stato dimostrato che i livelli di GLP-1, un ormone coinvolto nella regolazione del glucosio e dell'appetito, aumentano con l'assunzione di allulosio, migliorando la tolleranza al glucosio e riducendo l'aumento di peso [9, 22].
Mentre altri hanno dimostrato una maggiore secrezione di GLP-1 in risposta all'allulosio [23], riteniamo che i nostri risultati siano i primi a riportare un aumento dei livelli di GLP-1 in una condizione specifica, suggerendo che l'allulosio induca un effetto duraturo ben oltre il momento del consumo.
Le diverse risposte dei livelli di insulina e glucosio tra i gruppi – dove il gruppo WD+stevia ha mostrato un aumento graduale mentre il gruppo WD+allulosio no – sottolinea ulteriormente il ruolo benefico dell'allulosio nella modulazione dell'omeostasi del glucosio e della sensibilità all'insulina.
Questi dati sono coerenti con l'idea che l'allulosio possa migliorare il controllo glicemico sia attraverso la deposizione che la produzione di glucosio, migliorando la sensibilità all'insulina per aumentare la deposizione nel muscolo e ridurre la produzione derivante dalla glicogenesi [1, 20], nonché riducendo l'assorbimento enterico tramite la competizione dei substrati [18, 24].
La nostra analisi del tessuto epatico e adiposo fa ulteriore luce sugli effetti metabolici tessuto-specifici dell'allulosio, inclusi nuovi risultati relativi ai cambiamenti nella funzione mitocondriale.
Mentre i livelli di trigliceridi epatici sono aumentati solo nel gruppo WD+stevia, suggerendo che l'allulosio possa prevenire l'accumulo di grasso epatico, il significativo accumulo di glicogeno in tutti i gruppi di intervento, in particolare nei gruppi trattati con allulosio, potrebbe riflettere uno spostamento nei meccanismi di utilizzo o conservazione dei nutrienti.
Questa scoperta potrebbe spiegare in parte i risultati osservati da Liu e colleghi [15], che hanno riferito di un miglioramento della capacità di esercizio nei roditori alimentati con allulosio.
Considerando che noi e altri abbiamo fornito prove della protezione contro l'obesità tramite l'integrazione di allulosio, utilizzando la nostra precedente esperienza nell'analisi dei processi bioenergetici mitocondriali del tessuto adiposo, abbiamo determinato la rilevanza dell'allulosio in questo processo [13, 25].
Nel tessuto adiposo di entrambi i gruppi trattati con allulosio abbiamo osservato un maggiore grado di disaccoppiamento mitocondriale, il che suggerisce un effetto innovativo dell'allulosio in questo processo. Questo meccanismo potrebbe aiutare a spiegare gli effetti osservati sulla regolazione del peso corporeo.
A causa di limitazioni tissutali, non siamo stati in grado di misurare direttamente i livelli delle proteine di disaccoppiamento nel tessuto adiposo per confermare il cambiamento nei livelli proteici.
Questo studio presenta alcune limitazioni. Una limitazione dello studio è l'uso della stevia come controllo.
Abbiamo cercato di utilizzare un dolcificante di controllo che fosse sia comune che prevalentemente inerte.
Poiché questi prodotti sono molto diversi, è impossibile essere certi che le dosi utilizzate di allulosio e stevia siano "equivalenti".
Di conseguenza, abbiamo utilizzato per entrambi dosaggi già applicati in precedenza [12, 26].
È importante notare che, sebbene sia stato dimostrato che la stevia stimola la secrezione di GLP-1 in colture cellulari, non siamo a conoscenza di tali prove nei roditori o negli esseri umani.
Ciò suggerisce che alcuni dei benefici osservati con l'allulosio in questo studio potrebbero essere specifici per il rilascio di GLP-1.
Inoltre, la stevia rappresenta un controllo ideale in questo studio, date le precedenti prove che suggeriscono che la stevia non ha alcun effetto sugli indicatori di aumento di peso rispetto all'acqua [27].
Va tuttavia notata l'assenza di un gruppo che ha consumato solo acqua.
Una seconda limitazione è la mancanza di dati istologici relativi al fegato e ai reni.
Sebbene i nostri risultati suggeriscano l'effetto benigno dell'integrazione di allulosio per quanto riguarda l'accumulo di nutrienti nei reni e nel fegato e, nel caso del fegato, gli enzimi, i confronti istologici avrebbero fornito una visione più approfondita dello stato di questi tessuti.
È estremamente importante cercare ingredienti alimentari che possano mitigare le condizioni metaboliche avverse senza compromettere la soddisfazione alimentare.
Fornendo nuovi dati e supportando lavori precedenti, il nostro studio dimostra che l'integrazione di allulosio, nel contesto di una dieta occidentale, può modulare il peso corporeo, l'assunzione di cibo e i parametri metabolici in modo da promuovere una migliore salute metabolica.
5. Conclusioni
Questi risultati evidenziano il potenziale dell'utilizzo dell'allulosio come integratore alimentare funzionale, che può effettivamente migliorare i risultati di salute metabolica, come l'insulino-resistenza, il peso corporeo e altro, senza costringere a cambiamenti dietetici potenzialmente difficili.
Sono necessarie ulteriori ricerche per esplorare le conseguenze a lungo termine dell'assunzione di allulosio e la sua applicazione nelle strategie dietetiche per la prevenzione e il trattamento delle malattie metaboliche.
Contributi degli autori
Concettualizzazione, BTB, PRR, JAA, RJJ e KBC; metodologia, KBC, MJS, MSH, IJK, DPD, APK, NB, DMD, NGN, PRR e BTB; software, KBC, MJS, MSH e IJK; analisi formale, KBC, PRR, RJJ e BTB; indagine, KBC, MJS, MSH, IJK, PRR e BTB; risorse, PRR e BTB; gestione dei dati, KBC e BTB; scrittura – bozza originale, BTB; scrittura – revisione e modifica, tutti gli autori; supervisione, PRR e BTB; amministrazione del progetto, BTB; acquisizione finanziamenti, BTB. Tutti gli autori hanno letto e accettato la versione pubblicata del manoscritto.
Dichiarazione del Comitato di Revisione Istituzionale
Il protocollo sperimentale sugli animali è stato approvato dal Comitato Etico della Brigham Young University (23-1222; approvato il 13 dicembre 2023).
Dichiarazione di disponibilità dei dati
I dati sono disponibili su richiesta.
Dichiarazione di finanziamento
Questa ricerca è stata finanziata dall'accordo di ricerca sponsorizzato n. R0602714 concesso da Anderson Advanced Ingredients alla Brigham Young University.
Note a piè di pagina
Disclaimer/Nota dell'editore: Le affermazioni, le opinioni e i dati contenuti nelle pubblicazioni riflettono esclusivamente le opinioni dei singoli autori e collaboratori e non quelle dell'MDPI e/o dell'editore/degli editori. L'MDPI e/o l'editore/gli editori declinano ogni responsabilità per lesioni personali o danni materiali derivanti da idee, metodi, istruzioni o prodotti menzionati nel contenuto.
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