Allulosio nell'alimentazione umana: il noto e l'ignoto
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Fonte: CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS , 2021.
Il D-allulosio, noto anche come psicosio, è un C3-epimero del D-fruttosio utilizzato come sostituto dello zucchero in prodotti a basso contenuto energetico.
Può formarsi naturalmente durante la lavorazione di alimenti e bevande contenenti saccarosio e fruttosio, oppure viene prodotto tramite sintesi chimica o trattamento enzimatico con fruttosio epimerasi.
L'assunzione stimata nelle diete di tipo occidentale, incluse le bevande zuccherate, è inferiore a 500 mg al giorno, ma se utilizzato come sostituto dello zucchero, l'assunzione può raggiungere i 10-30 g al giorno a seconda dell'alimento consumato.
A causa della sua somiglianza strutturale con il fruttosio, l'allulosio utilizza le stesse vie di trasporto e distribuzione.
A differenza del fruttosio, tuttavia, il genoma umano non codifica enzimi in grado di metabolizzare l'allulosio, il che porta all'escrezione renale quasi totale della dose assorbita e a un rendimento energetico vicino allo zero.
Studi in vitro hanno tuttavia dimostrato che alcuni batteri, come la Klebsiella pneumoniae, sono in grado di utilizzare l'allulosio come substrato.
Questa scoperta desta preoccupazione, poiché la Klebsiella pneumoniae rappresenta un patogeno umano opportunista.
Si è quindi posto il quesito se un elevato apporto dietetico di allulosio possa causare un indesiderato vantaggio di crescita per batteri potenzialmente nocivi sulle superfici mucose, come nell'intestino, o in siti sistemici a seguito di un'infezione invasiva.
In questa breve rassegna discutiamo lo stato attuale della scienza riguardo a queste problematiche e identifichiamo le esigenze di ricerca per comprendere meglio il destino dell'allulosio, nonché i suoi effetti metabolici e microbiologici quando consumato come sostituto dello zucchero.
Abstract
Il D-allulosio, noto anche come psicosio, è un C3-epimero del D-fruttosio utilizzato come sostituto dello zucchero in prodotti a basso contenuto energetico.
Può formarsi naturalmente durante la lavorazione di alimenti e bevande contenenti saccarosio e fruttosio, oppure viene prodotto tramite sintesi chimica o trattamento enzimatico con fruttosio epimerasi.
L'assunzione stimata nelle diete di tipo occidentale, incluse le bevande zuccherate, è inferiore a 500 mg al giorno, ma se utilizzato come sostituto dello zucchero, l'assunzione può raggiungere i 10-30 g al giorno a seconda dell'alimento consumato.
A causa della sua somiglianza strutturale con il fruttosio, l'allulosio utilizza le stesse vie di trasporto e distribuzione.
A differenza del fruttosio, tuttavia, il genoma umano non codifica enzimi in grado di metabolizzare l'allulosio, il che porta all'escrezione renale quasi totale della dose assorbita e a un rendimento energetico vicino allo zero.
In vitro hanno tuttavia dimostrato che alcuni batteri, come la Klebsiella pneumoniae, sono in grado di utilizzare l'allulosio come substrato.
Questa scoperta desta preoccupazione, poiché la Klebsiella pneumoniae rappresenta un patogeno umano opportunista. Si è quindi posto il quesito se un elevato apporto dietetico di allulosio possa causare un indesiderato vantaggio di crescita per batteri potenzialmente nocivi sulle superfici mucose, come nell'intestino, o in siti sistemici a seguito di un'infezione invasiva.
In questa breve rassegna discutiamo lo stato attuale della scienza riguardo a queste problematiche e identifichiamo le esigenze di ricerca per comprendere meglio il destino dell'allulosio, nonché i suoi effetti metabolici e microbiologici quando consumato come sostituto dello zucchero.
Parole chiave
Informazioni
Allulosio negli alimenti e livelli di esposizione
Il D-allulosio, un raro chetoesoso, è un epimero del D-fruttosio. In natura viene prodotto da epimerasi che convertono il fruttosio o altri chetoesosi in allulosio, ma può essere ottenuto anche dal fruttosio tramite trasformazione chimica, mediata da calore e pH.
Non sorprende, quindi, che l'allulosio possa essere rilevato in prodotti trattati termicamente, specialmente se contenenti alte concentrazioni di fruttosio o saccarosio.
Non sorprende nemmeno che il trattamento termico di alimenti contenenti quantità maggiori di tali zuccheri porti a prodotti di Maillard, come nel caso dell'allulosio con la ß-lattoglobulina (Riferimento Zeng, Zhang e Guan1 ) .
Sulla base dell'analisi del contenuto di allulosio negli alimenti convenzionali (senza allulosio aggiunto), l'assunzione giornaliera media (colazione, pranzo e cena) in Giappone è stata stimata in 206 mg/giorno, incluse bevande analcoliche e alcuni succhi di frutta (Riferimento: Oshima, Kimura e Izumori2 ) .
Le quantità maggiori di allulosio sono state riscontrate in salsa di caramello e Worcester, zucchero di canna, ketchup, cola, nonché in alcuni frutti essiccati e in scatola (vedere Tabella 1 ).
Sebbene questi risultati non siano di per sé applicabili a una valutazione dell'esposizione pertinente in altri paesi, appare verosimile la stima che l'assunzione giornaliera normale attraverso una dieta di tipo occidentale (prodotti non arricchiti) non superi i 200 mg/giorno.
È interessante notare che l'escrezione urinaria di allulosio da una tale dieta di base è stata stimata in 25-50 mg/giorno su un volume di 1,5 l di urina (Riferimento Whistler, Singh e Lake3 ) , il che è coerente con la limitata biodisponibilità orale dell'allulosio.
Tabella 1.Contenuto di D-allulosio naturalmente presente negli alimenti
(adattato da: (Riferimento: Oshima, Kimura e Izumori2 ) )

In un recente studio condotto in Germania, sono stati analizzati campioni di urina di 300 volontari per la presenza di circa 50 diversi zuccheri e derivati dello zucchero.
I dati sull'assunzione alimentare sono stati raccolti tramite richiamo delle 24 ore. I livelli di allulosio nelle urine hanno mostrato una correlazione positiva con il consumo di pane e altri prodotti da forno, che costituiscono una parte significativa dell'apporto giornaliero di carboidrati in Germania (Riferimento Mack, Weinert e Egert4 ) .
Con la stessa piattaforma analitica MS sono stati analizzati i livelli plasmatici postprandiali in volontari sani, così come in soggetti con insulino-resistenza o diabete di tipo II, per valutare la comparsa di zuccheri e derivati dello zucchero in seguito all'assunzione di 50 g di maltodestrina come test di tolleranza orale al glucosio.
Sorprendentemente, i livelli di allulosio sono aumentati costantemente nell'arco di 90 minuti, indipendentemente dallo stato di salute, mentre i livelli di glucosio hanno mostrato profili caratteristici, con un picco osservabile a circa 30-60 minuti (Riferimento Mack, Ferrario e Weinert5 ) .
Nel prodotto a base di maltodestrina, il livello di allulosio era al di sotto del limite di rilevabilità. Questa scoperta, secondo cui il livello di allulosio nel sangue aumenta nello stato postprandiale (fino a 90 minuti), può essere attribuita all'assorbimento dalla soluzione di test ingerita, ma potrebbe anche riflettere la produzione endogena di glucosio, che le cellule convertono in fruttosio-fosfati e fruttosio.
Non è tuttavia noto quale 3-epimerasi (probabilmente tramite un effetto secondario) possa mediare tale produzione endogena di allulosio.
Ipotizzando che l'allulosio venga aggiunto in prodotti simili a quelli riscontrati negli USA o in Giappone, e considerando i livelli di consumo alimentare rilevanti in Europa (ad esempio, secondo il database completo sul consumo alimentare dell'Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare), per un adulto si prevede un apporto medio di D-allulosio di circa 400 mg/kg di peso corporeo da tali prodotti arricchiti.
Questa stima avvicina l'assunzione di allulosio a quella del fruttosio derivante dagli zuccheri aggiunti nei paesi europei (Riferimento: Azaïs-Braesco, Sluik e Maillot6 ) .
Il destino dell'allulosio ingerito
Nei mammiferi, l'allulosio utilizza sostanzialmente le stesse vie per l'assorbimento, la distribuzione e l'escrezione del corpo del fruttosio dietetico.
L'assorbimento dell'allulosio dall'intestino è mediato dal trasportatore GLUT5 nelle membrane apicali delle cellule epiteliali, mentre l'esportazione attraverso la membrana basolaterale avviene tramite GLUT2 (Riferimento Kishida, Martinez e Iida7 ) .
Poiché entrambi i trasportatori sono uniporter che mediano l'equilibrio attraverso la membrana, la direzione del trasporto è determinata esclusivamente dal gradiente di concentrazione.
Per l'assorbimento del fruttosio nell'intestino, sembra importante il suo metabolismo nelle cellule epiteliali, durante il quale vengono rilasciati glucosio e numerosi acidi organici nel flusso sanguigno portale.
Ciò è stato recentemente dimostrato in modo elegante nei topi con fruttosio marcato con 13C (Riferimenti Jang, Hui e Lu8 ) .
Analogamente agli esseri umani, anche i topi hanno una limitata capacità di assorbimento del fruttosio nell'intestino tenue, probabilmente dovuta alla bassa densità di GLUT5 nelle membrane apicali rispetto a SGLT1, il trasportatore di glucosio elettrogenico accoppiato al sodio responsabile del trasporto attivo su larga scala di glucosio e galattosio.
L'assorbimento limitato di fruttosio causa disturbi intestinali associati a diarrea osmotica e fermentazione da parte delle comunità microbiche nelle parti distali dell'intestino, che portano alla formazione di gas e gonfiore (Riferimento: Jones, Butler e Brooks9 ) .
La formazione di gas (principalmente idrogeno) è facilmente monitorabile nell'aria espirata dopo l'assunzione di fruttosio, e in molti consumatori si osserva un assorbimento limitato di fruttosio e un aumento della produzione di gas con dosi acute superiori a 25-50 g.
Il malassorbimento è diventato un problema comune negli ultimi decenni a causa del maggiore apporto di fruttosio derivante da cibi e bevande.
È importante sottolineare che il malassorbimento del fruttosio può essere superato con l'assunzione simultanea di glucosio.
Questo effetto è dose-dipendente e il malassorbimento del fruttosio non è più rilevabile con un rapporto stechiometrico fruttosio-glucosio di 1:1 (Riferimento Truswell, Seach e Thorburn10 ) .
Questa scoperta concorda con l'osservazione che la maggior parte dei pazienti affetti da malassorbimento di fruttosio non presenta effetti intestinali spiacevoli durante il consumo di saccarosio.
I meccanismi molecolari alla base del potenziamento dell'assorbimento intestinale del fruttosio da parte del glucosio non sono ancora pienamente noti, ma si ipotizza che il glucosio permetta l'integrazione di GLUT2 nella membrana apicale, consentendo l'assorbimento di maggiori quantità di fruttosio e glucosio (Riferimento Kellett e Helliwell11 ,Riferimento Röder, Geillinger e Zietek12 ) .
Al momento non è noto se il glucosio possa aumentare l'assorbimento dell'allulosio attraverso lo stesso meccanismo.
L'allulosio, come il fruttosio, mostra una capacità di assorbimento limitata; dosi superiori a 0,4 g/kg di peso corporeo al giorno sono state identificate come tollerabili senza disturbi intestinali (Riferimento: Han, Choi e Kim13 ) .
Il tasso di assorbimento totale dell'allulosio dall'intestino è stimato intorno al 70% della dose assunta per via orale (Riferimento Tsukamoto, Hossain e Yamaguchi14 ,Riferimento Moura15 ) .
Occorre determinare se l'assunzione di allulosio comporti ulteriori effetti collaterali negativi se l'allulosio viene utilizzato da solo e non insieme ad altri alimenti dietetici (cibi o bevande) contenenti glucosio o saccarosio.
Come il fruttosio, è stato dimostrato che l'allulosio media la secrezione del peptide-1 simile al glucagone (GLP-1) dalle cellule L enteroendocrine dei ratti.
Questo tipo di cellula epiteliale si trova in tutto l'intestino, ma mostra la massima densità nell'ileo e nel colon.
Il GLP-1 riduce la velocità dello svuotamento gastrico e, oltre al suo effetto acuto sulla produzione di insulina glucosio-dipendente, è responsabile del mantenimento della massa vitale delle cellule β nel pancreas.
Uno studio condotto su topi C57BL/6, in cui l'allulosio è stato somministrato intragastricamente a dosi di 1 e 3 g/kg di peso corporeo, ha descritto un aumento della secrezione di GLP-1 e una transitoria riduzione dell'assunzione di cibo, che non è stata più osservata quando sono stati utilizzati animali privi del recettore del GLP-1 (Riferimento Hayakawa, Hira e Nakamura16 ) .
In un altro studio su modelli animali sani e obesi-diabetici, l'allulosio ha anche indotto il rilascio di GLP-1, ha ridotto l'assunzione di cibo e ha mostrato un effetto positivo sulla tolleranza al glucosio (Riferimento Iwasaki, Sendo e Dezaki17 ) .
Non è noto se questa attività metabolica dell'allulosio sia rilevante nell'uomo, con un apporto totale giornaliero previsto di 10-30 g.
Inoltre, la secrezione e la percezione degli ormoni nell'intestino mostrano notevoli differenze tra roditori ed esseri umani.
Pertanto, sono necessari studi sull'uomo che esaminino specificamente la risposta del tratto gastrointestinale all'allulosio.
Poiché non sono ancora disponibili dati umani sul destino dell'allulosio assorbito (ovvero la sua distribuzione negli organi), i risultati degli studi sugli animali e l'analogia con il fruttosio aiutano a determinare l'attuale stato delle sostanze "note" e consentono di effettuare stime basate sulle informazioni mancanti.
I primi studi sugli animali condotti sui ratti hanno esaminato il destino dell'allulosio con un marcatore radioattivo 14C, somministrato per via endovenosa (iv) o orale (Riferimento Whistler, Singh e Lake3 ) .
Il recupero della radioattività dopo la somministrazione endovenosa ha mostrato che >95% era escreto ed era rilevabile nelle urine già dopo 6 ore.
Al contrario, 72 ore dopo la somministrazione orale, circa il 40% del marcatore rimaneva nella carcassa, il 37% nelle urine e il 15% era rilevabile come anidride carbonica.
Quest'ultimo suggerisce fortemente che il microbiota intestinale è in grado di metabolizzare l'allulosio che raggiunge il colon, rilasciando così CO2, mentre il 12% del marcatore è stato escreto con le feci.
In un successivo studio su topi con allulosio marcato radioattivamente, è stata utilizzata l'autoradiografia per identificare gli organi che trattenevano il marcatore (Riferimento Tsukamoto, Hossain e Yamaguchi14 ) .
Solo nel fegato e nella vescica si è verificato un accumulo significativo 30 minuti dopo l'iniezione endovenosa. L'analisi del sangue intero ha mostrato una rapida eliminazione, con un'emivita < 15 minuti.
Tuttavia, quando analizzato 7 giorni dopo la somministrazione orale di 100 mg di allulosio per chilogrammo di peso corporeo, sia nel fegato che nell'intestino (incluso il contenuto) era ancora presente del marcatore.
Attualmente, solo un singolo studio sull'uomo riporta la concentrazione plasmatica di D-allulosio post-prandiale dopo somministrazione orale, utilizzando una singola dose di 0,5 g/kg di peso corporeo (Riferimento Kuzawa, Ikeda e Kagaya18 ) .
Rispetto alla somministrazione di glucosio e fruttosio, i livelli plasmatici massimi di allulosio hanno raggiunto quasi 3 mM, risultando elevati in modo simile a quelli del glucosio, ma i livelli di fruttosio sono aumentati solo di circa 300 µM.
Mentre i livelli di glucosio hanno raggiunto il picco a 30 minuti, i livelli di allulosio hanno raggiunto il massimo dopo 1 ora, ma sono rimasti al di sopra dei livelli a digiuno per più di 6 ore.
Questi risultati sono coerenti con il metabolismo significativo del fruttosio nell'intestino, che impedisce un aumento significativo nel sangue periferico, mentre in assenza di metabolismo i livelli di allulosio imitano i livelli di glucosio, sebbene il glucosio possa essere rimosso dal sangue più rapidamente dell'allulosio a causa dell'insulina.
La rapida eliminazione delle molecole dal sangue avviene nei reni attraverso la filtrazione glomerulare e la successiva escrezione con le urine. Tuttavia, la membrana apicale delle cellule tubulari prossimali renali contiene anche GLUT5, il che significa che ci sarà sempre un certo livello di allulosio che rimane nel tessuto renale. Supponendo che il 50-70% della dose di allulosio assorbita nell'intestino appaia infine nelle urine, il tratto urogenitale è esposto a concentrazioni piuttosto elevate di allulosio.
Calcolando la concentrazione media di allulosio nelle urine per una dose giornaliera di 10-40 g di allulosio derivante da cibi e bevande fortificate, i livelli di allulosio nelle urine possono facilmente superare i 10 mM.
Gli esperti e le autorità hanno sollevato preoccupazioni sulla sicurezza riguardanti il potenziale impatto sulle infezioni del tratto urogenitale, poiché forniscono un substrato extra per i batteri.
Tuttavia, il trattamento dei pazienti diabetici con inibitori di SGLT2, volti a migliorare l'escrezione di glucosio nelle urine bloccando il riassorbimento tubulare del glucosio filtrato tramite SGLT2, porta anch'esso i livelli di glucosio sopra i 10 mM (Riferimento List e Whaley19 ) .
Questo è stato anche definito nelle prime fasi dello sviluppo degli inibitori di SGLT2 come un potenziale rischio per la promozione delle infezioni del tratto urinario.
Tuttavia, una meta-analisi recente basata su osservazioni a lungo termine su migliaia di pazienti non ha trovato prove di un aumento dell'incidenza di infezioni del tratto urinario di tale portata (Riferimento: Dave, Schneeweiss e Kim20 ) .
Allulosio e microbi intestinali commensali
Poiché GLUT5 ha una capacità limitata di trasportare l'allulosio, le quantità che non vengono completamente assorbite nell'intestino tenue superiore raggiungono l'intestino tenue e il colon, dove possono essere metabolizzate dai batteri commensali.
Un certo livello di utilizzo è già stato indicato dalla determinazione della produzione di CO2 da allulosio marcato nei primi esperimenti con roditori sopra menzionati (Riferimento Whistler, Singh e Lake3 ) .
Studi più sistematici sull'utilizzo/fermentazione dell'allulosio nei ratti hanno esaminato la dose-dipendenza applicando il 10, 20 o 30% (p/p) di allulosio nella dieta, seguita dall'analisi degli acidi grassi a catena corta (SCFA) nel contenuto del cieco.
È stato osservato un aumento dose-dipendente della concentrazione di acetato, propionato e butirrato (Riferimento Matsuo, Tanaka e Hashiguchi21 ) e questo profilo è risultato simile ad altri carboidrati fermentabili, inclusi fruttosio o fruttani. Sebbene gli SCFA siano considerati benefici, studi su topi con fruttosio marcato con 13 C (Riferimento Zhao, Jang e Liu(22 ) hanno dimostrato che l'acetato, essendo la specie di acidi grassi a catena corta predominante nella fermentazione del colon, può essere utilizzato dal fegato dei roditori come substrato di partenza per la sintesi degli acidi grassi, il che potrebbe essere uno dei meccanismi attraverso i quali alte dosi di fruttosio causano la steatosi epatica non alcolica nei roditori e negli esseri umani.
Tuttavia, ciò suggerirebbe che l'allulosio potrebbe essenzialmente causare la sintesi di grasso epatico attraverso l'acetato prodotto dai batteri commensali. Inoltre, questi studi si occupano anche del valore energetico dell'allulosio.
Sebbene lo zucchero non venga metabolizzato nelle cellule dei mammiferi, la produzione di SCFA fornirebbe energia all'organismo ospite, similmente ad altri substrati fermentabili.
Per l'allulosio, tuttavia, è stato suggerito un "rendimento calorico" inferiore, pari a circa 0,4 kcal/g (Riferimento Moura15 ), poiché solo una frazione della dose ingerita raggiunge il colon e, inoltre, la velocità di fermentazione dell'allulosio nell'uomo potrebbe essere molto inferiore rispetto ai roditori.
A questo fa riferimento uno studio che ha utilizzato l'analisi dell'idrogeno gassoso (H2) nell'aria espirata come indicatore della fermentazione, simile al test standard per il malassorbimento del fruttosio.
Somministrato in tre dosi fino a 0,33 g/kg di peso corporeo e confrontato con dosi identiche di fruttoligosaccaridi, nel caso dell'allulosio non si è verificato alcun aumento dell'H2 espirato, ma nel caso degli oligofruttosi è stato osservato un aumento dose-dipendente (Riferimento Iida, Hayashi e Yamada23 ).
Gli autori hanno quindi concluso che l'allulosio in dosi ragionevoli (23 g per una persona di 70 kg) non mostra una fermentazione significativa e, di conseguenza, non produce energia tramite acidi grassi a catena corta (SCFA).
Inoltre, studi in vitro che hanno utilizzato 35 ceppi batterici normalmente presenti nel microbioma commensale non hanno rilevato una fermentazione significativa dell'allulosio quando incubato per 96 ore con una soluzione allo 0,5% di D-glucosio o D-allulosio, misurando successivamente i valori di pH per valutare la produzione di acidi organici derivanti dai substrati (Riferimento Iida, Hayashi e Yamada23 ).
Non è stato rilevato alcun aumento significativo dei livelli di acidi grassi a catena corta (SCFA) nelle feci di topi alimentati per 16 settimane con una dieta ad alto contenuto di grassi (40% dell'energia da grassi) e ai quali è stato aggiunto D-allulosio pari al 5% del loro peso corporeo (integrato o meno ).Riferimento: Han, Park e Choi24 ).
L'analisi del microbioma dei campioni fecali dei topi, basata sul sequenziamento del gene 16S rRNA, ha mostrato alcuni cambiamenti nella composizione del microbiota, ma tali variazioni erano tutte correlate ai cambiamenti di peso corporeo degli animali, lasciando in dubbio se l'allulosio avesse un effetto diretto o indiretto, mediato dal peso corporeo, sul microbioma.
Gli stessi autori, utilizzando le stesse diete e lo stesso disegno sperimentale (probabilmente provenienti dallo stesso studio), hanno riportato le medesime variazioni del microbioma, ma gli effetti sui livelli di SCFA sono risultati diversi (Riferimento: Han, Yoon e Choi25 ).
Questi dati parzialmente identici sono stati presentati in tre studi e sono già stati identificati (PubPeer: https://pubpeer.com/publications/1C5ADDF6BF9F4E555B598F39AE9B5A ).
In sintesi
L'attuale base di conoscenze sul destino dell'allulosio non assorbito nei roditori e nell'uomo non è sufficiente per trarre conclusioni sul fatto che il consumo regolare di quantità maggiori di allulosio proveniente da prodotti arricchiti avrebbe un impatto significativo sulla composizione del microbiota o sullo spettro dei metaboliti nel colon.
Allulosio e batteri patogeni
Sono emerse preoccupazioni per la sicurezza relative al consumo di allulosio, poiché alcune segnalazioni suggerivano che l'allulosio potesse rappresentare un substrato per batteri potenzialmente nocivi (Riferimento Blin, Passet e Touchon26 ).
Il consumo di allulosio potrebbe quindi fornire un vantaggio di crescita a questi batteri e aumentare l'incidenza e/o la gravità dell'infezione (Riferimento: Martin, Cao e Wu27 ).
Uno scenario simile era stato precedentemente ipotizzato per un altro carboidrato, il trealosio. Il Clostridioides difficile, un patogeno opportunista che causa colite principalmente in pazienti anziani ospedalizzati dopo una terapia antibiotica, ha metabolizzato il trealosio in ceppi clinicamente rilevanti (Riferimento Collins, Robinson e Danhof28 ).
Sulla base di questi risultati, è stato suggerito che l'uso di trealosio negli esseri umani potrebbe aumentare la suscettibilità all'infezione da C. difficile, nonché favorire la colonizzazione e l'infezione sintomatica.
Studi successivi, tuttavia, non sono riusciti a confermare la produzione di tossine da parte di C. difficile indotta dal trealosio o un decorso più grave dell'infezione in un modello di infezione murino, e la presenza del cluster genico del trealosio negli isolati di C. difficile non è stata associata a esiti avversi in una vasta coorte umana (Riferimento Eyre, Didelot e Buckley29,Riferimento: Saund, Rao e Young30 ).
Pertanto, la capacità dei batteri di scindere un nutriente non aumenta necessariamente il rischio di infezione negli individui esposti a tale nutriente.
Analogamente, la capacità di metabolizzare l'allulosio è stata dimostrata anche per isolati ambientali e clinici appartenenti al complesso di specie Klebsiella pneumoniae e associati a un cluster genico di utilizzo (Riferimento Blin, Passet e Touchon26,Riferimento: Wyres, Lam e Holt31 ).
È degno di nota il fatto che K. pneumoniae sia in grado di utilizzare un ampio spettro di oltre 100 diverse fonti di carbonio, e la funzione dettagliata e la specificità per l'allulosio degli otto geni codificati dall'operone che consente l'utilizzo non sono state ancora determinate.
L'utilizzo dell'allulosio non è stato nemmeno collegato a una maggiore espressione di fattori di virulenza. Piuttosto, si pensa che fornisca un vantaggio metabolico competitivo, consentendo una crescita più rapida nella sua nicchia ecologica o nel sito dell'infezione.
K. pneumoniae è un membro comune del microbiota enterico umano e la colonizzazione di per sé non comporta esiti avversi.
Sebbene K. pneumoniae possa causare infezioni anche in individui sani, come infezioni del tratto urinario, la maggior parte delle infezioni da K. pneumoniae si verifica in individui con malattie di base e pazienti ricoverati in terapia intensiva (Riferimento Martin e Bachman32 ).
Tuttavia, in tali circostanze, le proprietà di K. pneumoniae, come la rapida crescita, la capacità di sviluppare resistenza a quasi tutti gli antibiotici e la resistenza ai fattori ambientali, giocano un ruolo critico (Riferimento Chen, Mathema e Chavda33 ).
Non si può tuttavia escludere che l'escrezione renale e l'aumentata concentrazione di allulosio nelle urine promuovano la crescita locale e l'infezione delle vie urinarie (Riferimento Tsukamoto, Hossain e Yamaguchi14 ) . Più recentemente, specialmente nell'area Asia-Pacifico, sono stati descritti ascessi epatici causati da K. pneumoniae acquisiti in comunità in assenza di patologie epatiche, in individui apparentemente immunocompetenti (Riferimento Russo e Marr34 ).
I meccanismi sottostanti non sono stati ancora identificati. Il consumo di allulosio, che in alcuni paesi della regione è già in commercio da anni, non è stato tuttavia finora collegato a queste infezioni.
Confrontando isolati di K. pneumoniae provenienti da pazienti ospedalizzati infetti e colonizzati, Martin RM e colleghi (Riferimento Martin e Bachman32 ) hanno riscontrato tra gli isolati provenienti da individui infetti una sovrarappresentazione di ceppi positivi al cluster di utilizzo dell'allulosio e presumibilmente competenti nell'utilizzo dell'allulosio rispetto a quelli provenienti da individui colonizzati.
È stato inoltre osservato che in presenza di allulosio si è verificata una crescita batterica e che tale crescita dipendeva da una permeasi funzionale che serve all'importazione dell'allulosio. Infine, utilizzando l'infezione simultanea di un ceppo di K. pneumoniae permeasi-competente e uno permeasi-carente in un modello di infezione polmonare competitiva, è stata osservata una crescita d'organo leggermente aumentata dei batteri permeasi-competenti (Riferimento: Martin, Cao e Wu27 ).
Sulla base di questi risultati e in modo simile all'esempio citato sopra del trealosio/ C. difficile, è stato suggerito che il consumo di allulosio favorisca la colonizzazione e aumenti la suscettibilità all'infezione da K. pneumoniae.
Rimangono tuttavia questioni importanti. Innanzitutto, la specificità dei geni di utilizzo dell'allulosio all'interno dell'operone non è ufficialmente provata e la concentrazione di allulosio in diverse parti del corpo è essenzialmente sconosciuta.
Inoltre, la quantità di K. pneumoniae all'interno del microbiota intestinale dopo il consumo orale di allulosio, ma in assenza di altri fattori di selezione come la terapia antibiotica, richiede ulteriori studi, poiché rappresenta un potenziale serbatoio per infezioni successive.
Per quanto riguarda l'infezione, le infezioni del tratto urinario potrebbero essere di particolare interesse a causa dell'escrezione renale dell'allulosio (Riferimento Tsukamoto, Hossain e Yamaguchi14,Riferimento Iida, Hayashi e Yamada23 ).
Tuttavia, una maggiore concentrazione di carboidrati nelle urine non aumenta necessariamente il rischio di infezione.
L'aumentata escrezione renale di glucosio a seguito del trattamento con inibitori dell'SGLT-2 non ha portato a un aumento dell'incidenza di infezioni del tratto urinario (Riferimento: Dave, Schneeweiss e Kim20 ).
Infine, deve essere dimostrato il proposto vantaggio metabolico dell'allulosio per K. pneumoniae in presenza di glucosio e altri carboidrati durante le infezioni in siti sistemici.
È degno di nota il fatto che K. pneumoniae mostri un ampio metabolismo e che in presenza di glucosio la sua crescita sia molto più rapida rispetto a concentrazioni simili di allulosio (Riferimento: Martin, Cao e Wu27 ).
Allulosio e effetti generali sulla salute metabolica
La maggior parte degli studi pubblicati sull'allulosio si è concentrata sui suoi presunti benefici per la salute come sostituto dello zucchero, con un valore energetico trascurabile. Sia gli esperimenti sui roditori che quelli sull'uomo hanno esaminato l'effetto dell'allulosio sulla risposta metabolica a breve termine, come la secrezione di insulina e il controllo glicemico, mentre gli studi a medio termine si sono concentrati sulla gestione del peso corporeo e sui biomarcatori delle malattie. Ci concentreremo sugli studi sull'uomo, poiché in quasi tutti gli studi sui roditori l'allulosio è stato utilizzato a dosi che non possono essere somministrate agli esseri umani (in base al dosaggio allometrico) a causa di disturbi gastrointestinali e effetti collaterali che si presentano con dosi di allulosio superiori a 30 g.
Sono stati condotti numerosi studi su individui sani e individui con prediabete o diabete di tipo 2 manifesto per valutare l'effetto dell'allulosio sui parametri glicemici, in risposta a un test di tolleranza al glucosio orale eseguito con 75 g di D-glucosio o pasti di prova determinati.
In un recente studio condotto in Canada, sono stati somministrati 0, 5 o 10 g di allulosio insieme a 75 g di glucosio, confrontandolo con il fruttosio, e somministrati a individui sani. La dose di allulosio più elevata non ha avuto alcun effetto sui valori di AUC dei profili glicemici (Riferimento Noronha, Braunstein e Glenn35 ).
Gli stessi ricercatori hanno condotto uno studio simile su individui affetti da diabete di tipo 2, ma in questo caso hanno riscontrato un modesto effetto dell'allulosio sul controllo glicemico, mentre i livelli di insulina sono rimasti invariati (Riferimento Braunstein, Jarvis e Noronha36 ) .
Tuttavia, in uno studio in cui a individui sani sono stati somministrati 75 g di maltodestrina al posto del glucosio, in presenza o in assenza di 2,5, 5 o 7,5 g di allulosio, con le due dosi più alte di allulosio è stata osservata una riduzione significativa dell'AUC dei livelli di zucchero nel sangue e di insulina (Riferimento Iida, Kishimoto e Yoshikawa37 ) .
Questo effetto è stato attribuito alla potenziale inibizione dell'α-glicosidasi della mucosa intestinale da parte dell'allulosio, ma ciò non è stato confermato sperimentalmente.
Un recente studio condotto su volontari europei sani ha esaminato gli effetti dell'allulosio in diverse dosi, nel contesto di una soluzione di test a base di 50 g di saccarosio, e dopo 30 minuti è stata osservata una riduzione significativa dei picchi di glucosio plasmatico con l'assunzione delle dosi di allulosio più elevate, pari a 7,5 e 10 g, insieme al saccarosio (Riferimento Franchi, Yaranov e Rollini38 ) .
Tuttavia, una meta-analisi, che ha riassunto i dati di tre studi condotti in Asia sugli effetti dell'allulosio e sul controllo glicemico umano, ha concluso che l'allulosio non ha mostrato alcun effetto benefico (Riferimento Noronha, Braunstein e Blanco Mejia39 ) .
È stato dimostrato che l'allulosio riduce il peso corporeo e i depositi di grasso corporeo in numerosi modelli animali in cui l'obesità è stata indotta dalla dieta o geneticamente, in animali predisposti all'obesità e al diabete.
Contrariamente a questi studi sui roditori, sono disponibili solo pochissimi studi che hanno valutato gli effetti sugli esseri umani.
È stata osservata una significativa perdita di peso con una corrispondente riduzione della massa grassa, misurata tramite scansioni TC, in volontari sani in sovrappeso o obesi che hanno ricevuto 4 g o 7 g di allulosio due volte al giorno per 12 settimane sotto forma di bevande di prova (Riferimento Han, Kwon e Yu40 ) .
Come placebo è stata somministrata una bevanda dolcificata con sucralosio. Tuttavia, l'effetto del D-allulosio sulla massa corporea è stato moderato, con una riduzione dell'IMC di 0,38 kg/m2 a nel gruppo ad alto dosaggio rispetto al gruppo placebo.
I marcatori dei lipidi nel sangue (lipoproteine), i marcatori del controllo glicemico (HbA1c, glucosio e insulina a digiuno, HOMA-IR) e altri biomarcatori non hanno mostrato cambiamenti significativi.
Ciò conferma ancora una volta che gli effetti dell'allulosio negli esseri umani sono meno probabili di quelli mostrati nei roditori, ai quali vengono generalmente somministrate dosi irrealisticamente elevate di allulosio.
In un piccolo studio clinico condotto su persone con metabolismo del glucosio alterato, è stato osservato un aumento dei livelli di colesterolo totale e LDL dopo l'assunzione di 15 g di D-allulosio al giorno per 12 settimane .Riferimento Tanaka, Kanasak e Hayashi41 ) .
In un successivo studio randomizzato controllato, che ha coinvolto 90 persone con livelli di colesterolo LDL moderatamente elevati, è stato esaminato l'effetto del consumo a lungo termine di D-allulosio per 48 settimane.
I partecipanti sono stati suddivisi in un sottogruppo ad alto dosaggio di D-allulosio (15 g/die), un sottogruppo a basso dosaggio di D-allulosio (5 g/die) e un sottogruppo placebo. Non sono stati osservati cambiamenti significativi nei livelli di colesterolo totale e LDL, e il consumo a lungo termine di D-allulosio non ha alterato altri fattori di rischio cardiovascolare stabiliti.
È stato riportato un modesto miglioramento dell'attività degli enzimi epatici e del punteggio del fegato grasso.
Sebbene non siano stati presentati dati antropometrici, gli autori menzionano che i cambiamenti non sono stati clinicamente significativi (Riferimento Tanaka, Kanasak e Hayashi41 ) .
A causa della struttura e dell'assorbimento del D-allulosio, fin dall'inizio degli studi sull'uomo è sorto interesse per la tollerabilità del D-allulosio. In una recente analisi sistematica, Han et al. hanno esaminato la dipendenza dalla dose della tollerabilità gastrointestinale del D-allulosio (Riferimento Han, Kwon e Yu40 ) .
Quando la dose di D-allulosio è stata gradualmente aumentata, sono stati osservati diarrea grave e altri sintomi gastrointestinali a una dose di 0,5 g/kg di peso corporeo. Pertanto, gli autori hanno raccomandato una dose singola massima di D-allulosio di 0,4 g/kg di peso corporeo e una dose giornaliera totale massima di 0,9 g/kg di peso corporeo.
Questo aspetto è stato preso in considerazione anche nello studio a lungo termine di Tanaka et al., dove gli autori non hanno riportato differenze significative nell'insorgenza di effetti collaterali tra il gruppo placebo e i gruppi D-allulosio (Riferimento Tanaka, Kanasak e Hayashi41 ) .
Sintesi
Cosa si sa
L'allulosio è considerato sicuro per il consumo umano, come riflette lo status di sicurezza generalmente riconosciuto (GRAS) e l'uso sicuro in molti paesi.
Come epimero del D-fruttosio, segue il fruttosio durante l'assorbimento, la distribuzione e l'escrezione secondo percorsi e meccanismi simili, ad eccezione della mancanza di metabolismo nelle cellule dei mammiferi.
Negli esseri umani, la dose tollerabile è stata stimata in 400 mg/kg di peso corporeo per pasto.
La biodisponibilità orale è del 50-70% della dose orale, la frazione non assorbita raggiunge il microbiota.
I dati disponibili, in particolare i risultati degli studi sugli esseri umani, mostrano un tasso di fermentazione molto basso (se non nullo), con una scarsa produzione di acidi grassi a catena corta e quindi un "apporto calorico" molto basso.
Il suo piccolo effetto sul peso corporeo e sul grasso corporeo, insieme al minimo effetto su altri marcatori metabolici, come dimostrato negli esseri umani, lo rende un adeguato sostituto dello zucchero, potenzialmente utile nella gestione del peso.
Cosa non si sa
Mancano chiaramente studi umani che analizzino gli effetti dell'allulosio con regimi di dosaggio realistici e con endpoint o marcatori intermedi chiaramente definiti.
Le interessanti osservazioni condotte sui roditori devono essere provate in studi di intervento sull'uomo, come la capacità di stimolare la secrezione di ormoni gastrointestinali, ad esempio il GLP-1.
Sembra necessario indagare anche le potenziali modifiche proteiche, poiché il consumo regolare e in dosi maggiori di allulosio, in quanto zucchero riducente, può subire reazioni di Maillard, note per modificare proteine e altre entità biologiche.
Inoltre, i cambiamenti del microbiota intestinale descritti nei topi richiedono un'attenta analisi negli studi sull'uomo, inclusa la valutazione di un potenziale vantaggio di crescita per i batteri patogeni come parte del microbioma commensale, o in termini di effetti sistemici e rilevanza clinica.
Sembra che in tali studi debbano essere usati come riferimento altri sostituti dello zucchero consolidati, come i polioli o altri monosaccaridi.
Ringraziamenti
Questa ricerca non ha ricevuto alcun finanziamento specifico da agenzie di finanziamento, né dal settore commerciale né da quello non profit.
Tutti gli autori hanno contribuito alla stesura e/o alla revisione di parti del manoscritto, H. Daniel è l'autore principale.
Non vi è alcun conflitto di interessi tra i coautori.