Metabola och endokrina effekter av en 12-veckors diet rik på allulos
Store AlluloseSidlyssning
Denna publikation publicerades i specialutgåvan 'Diabetes, Diet and Health Conditions' den 10 juni 2024.
Källa: MDPI
Författare: 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 och Benjamin T. Bikman 1 *
1.) Institutionen för cellbiologi och fysiologi, Brigham Young University, Provo, UT 84602, USA
2.) Institutionen för molekylär farmakologi och fysiologi, University of South Florida, Tampa, FL 33602, USA
3.) Institutionen för medicin, University of Colorado, Aurora, CO 80045, USA
4.) Sansum Diabetes Research Institute, Santa Barbara, CA 93105, USA
5.) Institutionen för nutrition, Toronto Metropolitan University, Toronto, ON M5S 1A8, Kanada
6) Institutionen för psykologi, University of South Florida, Tampa, FL 33602, USA
7.) Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA
* Författare till vilken korrespondens ska riktas.
Abstrakt
Den globala ökningen av typ 2-diabetes (T2D) och fetma kräver innovativa kostinterventioner.
Denna studie visade att allulos sänker blodsockernivåerna i en råttmodell med dietinducerad fetma och T2D.
Under 12 veckor antog vi att tillskott av allulos skulle förbättra kroppsvikt, insulinkänslighet och glykemisk kontroll.
Våra resultat visade att allulos mildrade de skadliga effekterna av kost med hög fetthalt och hög sockerhalt, inklusive minskad viktökning och förbättrad insulinresistens.
Allulosgruppen uppvisade lägre födointag och en ökning av glukagonliknande peptid-1 (GLP-1)-nivåer, vilket förbättrade glukosreglering och aptitkontroll.
Dessutom förhindrade allulos ackumulering av levertriglycerider och främjade mitokondriell frikoppling i fettvävnad.
Dessa resultat tyder på att allulostillskott kan förbättra markörer för metabol hälsa, vilket gör det till en lovande kostkomponent vid behandling av fetma och T2D.
Ytterligare forskning krävs för att utforska de långsiktiga fördelarna och mekanismerna med allulos vid prevention och behandling av metabola sjukdomar.
Denna studie underbygger allulos potential som en säker och effektiv intervention för att förbättra metabol hälsa i samband med överkonsumtion av mat.
Nyckelord: insulinresistens ; diabetes ; fetma ; mitokondrie ; allulos
1. Introduktion
Den växande globala förekomsten av typ 2-diabetes (T2D) och fetma utgör en betydande folkhälsoutmaning, vilket gör det nödvändigt att utforska innovativa koststrategier för att mildra dessa sjukdomar.
Den eskalerande epidemin av typ 2-diabetes (T2D) och fetma över hela världen kräver ett oavbrutet sökande efter innovativa och effektiva interventioner.
Allulos (d-psikos) är ett sällsynt naturligt socker som finns i små mängder i vissa frukter.
Allulos erbjuder fruktosens sötma, men är metaboliskt annorlunda; det är en C-3-epimer av fruktos som, till skillnad från fruktos, inte har någon effekt på glukos eller insulin.
Vidare är allulos, till skillnad från fruktos, inte ett substrat för de novo-lipogenes och utlöser inte en hämmande effekt på fettsyraoxidation [ 1 ].
Sammantaget gör dessa skäl allulos till en attraktiv kandidat vid kostbehandling av metabola störningar, både genom att ersätta kostfruktos och genom att ge förmodade metabola fördelar [ 1 , 2 , 3 ].
Till skillnad från traditionella sockerarter absorberas allulos till stor del i tunntarmen och utsöndras utan att fullständigt metaboliseras [ 4 ], vilket erbjuder ett lågkalorialternativ till sackaros och majssirap med hög fruktoshalt, vid sidan av andra låg- eller nollkalorisötningsmedel [ 5 ].
Nya studier på människor har lyft fram de potentiella fördelarna med allulos, inklusive förbättrad glykemisk kontroll och minskad fetma, utan de skadliga metabola effekter som är förknippade med traditionella sockerarter [ 1 , 6 , 7 , 8 ].
Även om det tydligt ökar den endogena frisättningen av glukagonliknande peptid-1 (GLP-1) [ 9 ], vilket utnyttjas i hög grad i viktminskningsläkemedel [ 10 , 11 ], är mekanismerna bakom dessa välgörande effekter ännu inte helt klarlagda.
Vidare, även om studier på människor är av kritisk betydelse, erbjuder djurmodeller, särskilt gnagarmodeller för typ 2-diabetes och fetma, en värdefull möjlighet att undersöka de fysiologiska, metabola och molekylära svaren på allulos i en kontrollerad miljö.
Denna 12-veckorsstudie undersökte effekterna av kosttillskott med allulos i en råttmodell för dietinducerad fetma och typ 2-diabetes.
Vi antog att tillskott av allulos skulle leda till betydande förbättringar av kroppsvikt, insulinkänslighet och glykemisk kontroll jämfört med kontrollråttor som matats med en standarddiet utan allulos.
Dessutom undersökte vi de möjliga mekanismerna genom vilka allulos utövar sina effekter, inklusive dess inverkan på adipocytmetabolism och adipokinproduktion, leverns näringshantering och inflammatoriska markörer.
Genom att utforska de metabola effekterna av allulos i en väletablerad djurmodell för typ 2-diabetes och fetma, bidrar denna studie till den växande litteratur som stöder användningen av allulos som en säker och effektiv kostintervention för behandling av dessa tillstånd.
Forskningsresultaten kan få betydande konsekvenser för kostrekommendationer, livsmedelsindustrins praxis och utvecklingen av nya terapeutiska strategier som syftar till etiologin för typ 2-diabetes och fetma.
Studiens syfte var att bekräfta tidigare resultat om allulos effekt på att mildra vissa metabola effekter av västerländsk kost, och att komplettera detta genom att inkludera resultat specifika för fettvävsfysiologi och mitokondriell bioenergetik.
2. Material och metoder
2.1. Djur
Tolv veckor gamla hon- och hanråttor av Wistar-stam köptes från Jackson Laboratories (Bar Harbor, ME, USA) och hölls vid 22 ± 1 °C i en 12-timmars ljus/mörker-cykel.
Djuren delades slumpmässigt in i fyra grupper och placerades individuellt ( n = 10; 5 honor, 5 hanar) under en 12-veckorsstudie enligt följande: standardlaboratoriefoder med stevia (Stevita Naturals, Kennendale, TX, USA), västerländsk diet med stevia, standardlaboratoriefoder med allulos eller västerländsk diet med allulos.
Allulos (allSWEET®) tillhandahölls av Anderson Advanced Ingredients (Irvine, CA, USA).
Djuren hade fri tillgång till mat och vatten.
Den västerländska dieten var Research Diets D12266B (New Brunswick, NJ, USA), som innehöll sackaros, mättat fett (smör) och fleromättade fetter (majsolja).
Stevia och allulos gavs i dricksvattnet, och varje djur fick dagligen tillgång till 30 ml sterilt vatten som antingen innehöll 0,1 ml stevia (med en sötma som matchar alluloset) eller 3 % allulos (för att uppnå en daglig dos på cirka 1,9 g/kg/dag), i enlighet med vad som tidigare utförts [ 12 ].
Under protokollet togs blodprover var fjärde vecka från svansvenen efter en 8-timmars fasta för kontinuerlig hormonanalys (insulin och GLP-1) samt glukosanalys.
Efter 12-veckorsprotokollet användes djuren för toleranstester och avlivades sedan för vävnadsprovtagning för vidare analys (se nedan).
Allt arbete godkändes av Brigham Young Universitys kommitté för djurvård och användning (IACUC; 23-1222) och utfördes i enlighet med de procedurer och föreskrifter som beskrivs i National Institutes of Healths Guide for the Care and Use of Laboratory Animals.
2.2. Kvantifiering av ATP
ATP-koncentrationen ( n = 8 i varje grupp) mättes med hjälp av ATPlite Luminescence Assay kit (Perkin Elmer; Waltham, MA, USA). Vävnaderna homogeniserades i en ATP-stabiliserande buffert (tre volymdelar iskall PBS som innehöll 20 mM glycin, 50 mM MgSO4 och 4 mM EDTA).
Homogenaten späddes sedan 1:5 i ddH2O. Totalt 100 μL ATP-stabiliserande buffert och 50 μL lysbuffert för däggdjursceller tillsattes till en ogenomskinlig, vit 96-brunnsplatta för brunnarna som användes för standarder, och skakades sedan i 5 minuter vid 25 °C och 700 varv/min.
Sedan tillsattes 100 μL av de utspädda proverna till öppna brunnar, och 10 μL av standarderna tillsattes till den ovannämnda ATP-stabiliserande bufferten.
Plattan skakades därefter i 5 minuter vid 25 °C och 700 varv/min. Sedan tillsattes 50 μL substrat till varje enskild brunn (i mörker) och skakades i 5 minuter vid 25 °C och 700 varv/min. Lösningarna i brunnarna lämnades för mörkeranpassning i 10 minuter. Luminescensen mättes därefter med hjälp av en Victor Nivo Multimode Plate Reader (Perkin Elmer), och ATP-koncentrationen normaliserades mot proteinkoncentrationen mätt med BCA protein assay (Thermo Fisher Scientific; Waltham, MA, USA).
2.3. Mitokondriell andning
Mitokondriella syreförbrukningshastigheter bestämdes vid 37 °C från färskt isolerad vävnad med en Oroboros O2K Oxygraph (Oroboros, Innsbruck, Österrike), med MiR05 respirationsbuffert, enligt tidigare beskrivning [ 13 ].
Innan prover från fettvävnad placerades i oxygrafens respirometerkammare, permeabiliserades proverna i 0,05 mg/ml saponin (Sigma-Aldrich, St. Louise, MO, USA) i MiR05 i 30 minuter vid 4 °C.
Efter tillsats av den permeabiliserade vävnaden hyperoxygeniserades respirometerkamrarna till ~350 nmol/ml. Syreförbrukningshastigheterna bestämdes med följande protokoll: Elektronflödet via komplex I och II stöddes genom tillsats av glutamat + malat + succinat (10 mM, 2 mM och 10 mM) för att bestämma läckagesyreförbrukning (GMS). Efter stabilisering tillsattes adenosindifosfat (ADP) (2,5 mM) för att bestämma syreförbrukning kopplad till oxidativ fosforylering. Efter avslutande av respirationsprotokollet samlades proverna från kamrarna och lagrades vid -20 °C för vidare analys.
Proteinkoncentrationerna mättes med BCA assay (Perkin Elmer), och respirationshastigheterna normaliserades mot proteinkoncentrationen.
2.4. Plasmaproteinanalys
Proteinisolering utfördes genom homogenisering med RIPA-buffert och proteashämmare (Fisher Scientific). Det totala proteinet kvantifierades med BCA Protein Assay Kit (Fisher Scientific), och 20 µg protein användes för aktiv immunoblot-undersökning eller proteinkarakterisering.
Proverna applicerades på membran från individuella antikropps-arrays för gnagare (Abcam, Cambridge, Storbritannien) som innehöll antikroppar specifika mot C-reaktivt protein, aktivt GLP-1, insulin, adiponektin och leptin, och inkuberades över natten innan de återvanns och inkuberades igen med ett andra antikropps-array-membran.
Sedan tillsattes biotinylerade antikroppar till varje membran och inkuberades över natten, följt av slutlig inkubering med streptavidin-konjugerad fluorescerande markör för detektering av cytokinuttryck.
Membranen utsattes för avbildning med det tidigare nämnda fluorescerande bildbehandlingssystemet (LI-COR; Lincoln, NE, USA), och kvantifierades sedan med Image J version 1.54h (US National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA).
Signalintensiteterna jämfördes med de positiva kontrollerna på varje membran, enligt tidigare utförande [ 14 ].
2.5. Toleranstester
Toleranstestet delades upp i tre huvudprocedurer som utfördes på separata dagar, med minst 48 timmars återhämtningstid mellan testerna:
pyruvat-toleranstest (PTT), glukostoleranstest (GTT) och insulintoleranstest (ITT).
För varje test togs blodprover från svansvenen vid 0 (basvärde), 15, 30, 60 och 120 minuter efter injektion för att mäta blodsockernivån med en handhållen glukosmätare (Bayer Contour; Whippany, NJ, USA).
Efter 8 timmars fasta fick råttorna en injektion av natriumpyruvat intraperitonealt (2 g/kg kroppsvikt) för mätning av plasmapyruvatnivåer genom enzymatisk analys.
En vecka efter PTT utfördes GTT efter liknande fasta, följt av intraperitoneal injektion av glukos (2 g/kg kroppsvikt).
ITT utfördes en vecka efter GTT, och råttorna fick insulin (0,75 U/kg) intraperitonealt.
2.6. Leveranalys
Efter avlivning samlades levervävnadsprover in, vägdes omedelbart och homogeniserades i iskall buffert för bestämning av triglycerid- och glykogeninnehåll.
Levertriglyceriderna kvantifierades med ett triglycerid-testkit (ab65336; Abcam, Cambridge, Storbritannien) enligt tillverkarens protokoll.
Glykogennivåerna utvärderades med ett leverglykogen-testkit (ab169558; Abcam).
Triglycerid- och glykogeninnehållet normaliserades mot leverns våtvikt.
För bedömning av leverfunktion mättes plasmanivåerna av alaninaminotransferas (ALT) och aspartataminotransferas (AST).
Blodproverna togs direkt efter avlivning genom hjärtpunktion, och plasma erhölls genom centrifugering vid 3000 g i 10 minuter.
Plasma-ALT- och AST-aktivitet bestämdes med kommersiellt tillgängliga testkit (ab263883 och ab285264; Abcam).
2.7. Statistisk analys
Medelvärden ± SEM utvärderades med enkelriktad (för enstaka mätningar) eller tvåvägs (för tidsbaserade mätningar) ANOVA, följt av Student t-test.
Resultaten är representativa, och p-värden mindre än 0,05 ansågs signifikanta.
Den statistiska analysen utfördes med programvaran GraphPad Prism 7.0.
3. Resultat
Ett av de centrala resultaten i studien var att förstå effekten av allulos på viktförändringar och födointag, inklusive komplettering av de förmedlande mekanismerna för sådana förändringar.
Kroppsvikten ( figur 1A ; genomsnittlig startvikt för hanar: 328 ± 17 g; genomsnittlig startvikt för honor: 245 ± 12 g) ökade signifikant hos djur som fick västerländsk diet (WD) med stevia.
Viktökningen var dock signifikant mindre i WD+allulos-grupperna jämfört med WD+stevia-gruppen.
Det är viktigt att notera att ingen viktskillnad observerades mellan råttor som fick stevia eller allulos och som åt standarddiet (SD), vilket tyder på att effekterna av allulos var specifika för den västerländska dieten.
I enlighet med dessa resultat ökade födointaget avsevärt i WD+stevia-gruppen jämfört med SD+stevia-gruppen ( figur 1B ; genomsnittligt startintag för hanar: 21 ± 3 g; genomsnittligt startintag för honor: 16 ± 2 g).
WD+allulos-gruppen uppvisade återigen en betydande minskning av födointaget jämfört med WD+stevia-gruppen.
- Figur. Kroppsvikt, födointag och endokrina förändringar under 12 veckors alluloskonsumtion.
Under 12-veckorsstudien uppvisade råttorna ett antal betydande förändringar.
För det första minskade alluloskonsumtionen viktökningen vid västerländsk diet, vilket återspeglades i en minskning av det totala födointaget.
Nivåerna av insulin (C) och glukos (D), som användes för att beräkna HOMA-IR (E), medan de steg signifikant i WD+stevia-gruppen, var normala i WD+allulos-gruppen (n=8).
Nivåerna av GLP-1 ökade signifikant under studien i båda grupperna som konsumerade allulos ((F); n = 8). * p < 0,05; ** p < 0,005; *** 0,0005.
I linje med effekterna på kroppsvikten blockerade allulos vid västerländsk diet även utvecklingen av hyperinsulinemi ( figur 1C ), hyperglykemi ( figur 1D ) och insulinresistens (baserat på Homeostatic Model Assessment for Insulin Resistance (HOMA-IR)-index; figur 1E ), vilket observerades i WD+stevia-gruppen.
Det är intressant att notera att skyddet som gavs av allulos var förknippat med högre serumnivåer av aktivt glukagonliknande peptid-1 (GLP-1; figur 1F ).
Det bör noteras att högre GLP-1-nivåer observerades i båda allulosgrupperna, men fördelen för kroppsvikt och metabola parametrar observerades endast i WD+allulos-gruppen.
För att bättre förstå den metabola effekten av allulos på helkroppsmetabolismen utförde vi toleranstester, nämligen glukos-, insulin- och pyruvattester ( figur 2A–C ).
Vid intraperitoneal glukosbelastning ( figur 2A ) uppvisade WD+stevia-gruppen det största glukossvaret, och bibehöll ett signifikant högre svar under hela testet jämfört med de andra grupperna (vilket är i linje med sämre insulinresistens).
Däremot framkallade WD+allulos-gruppen ett måttligt svar.
Ett liknande resultat erhölls med insulintoleranstestet ( figur 2B ).
Genom att utföra ett pyruvattoleranstest fastställde vi även om västerländsk kost kan förvärra glukoneogenesen.
I enlighet med förväntningarna visade WD+stevia-gruppen en signifikant stimulering av glukoneogenesen, med en uttalad ökning av serumglukosnivåerna som svar på pyruvat.
Det bör noteras att allulos blockerade glukoneogenesen hos råttor som fick västerländsk kost ( figur 2C ).
Figur 2. Toleranstester för glukos, insulin och pyruvat hos råttor som utfodrats med allulos.
Vid slutet av den 12 veckor långa studien utfördes toleranstester på djuren för glukos (( A ); 2 g/kg kroppsvikt), insulin (( B ); 0,75 IE/kg kroppsvikt) och pyruvat (( C ); 0,75 IE/kg kroppsvikt) ( n = 6).
Baserat på arean under kurvan (AUC) uppvisade råttor som behandlats med WD+stevia det mest dramatiska svaret på alla stimuli; dämpade svar observerades för WD+allulos i glukos- ( A ) och insulintoleranstesterna ( B ), medan de uppvisade ett normalt svar på pyruvat ( C ). * p < 0,05; ** p < 0,005; *** p < 0,0005 mot SD+stevia; # p < 0,05 mot WD+stevia.
Vävnader av primärt intresse för allulos är levern och dess differentierade näringsomsättning, särskilt glykogen och levertriglycerider.
Allulos har visat sig öka glykogeninnehållet i levern hos laboratorieråttor, vilket medför en viss viktökning, trots att det saknar effekt på leverfunktion eller histologi [ 15 ].
I linje med denna rapport observerade även vi en betydande ökning av leverstorlek och glykogeninnehåll hos djur på standarddiet som fick allulos jämfört med dem som fick stevia ( figur 3A,B ).
Det är känt att västerländsk kost ökar både glykogen- och fettnivåer i levern, och i enlighet med förväntningarna var nivåerna av både glykogen och leverfett (triglycerider) signifikant förhöjda i WD+stevia-gruppen ( figur 3A–C ).
WD+allulos-gruppen uppvisade dock, trots att den fortfarande hade höga glykogenhalter, ett visst skydd mot utveckling av fettlever och utvecklade mindre leverhypertrofi (viktökning) jämfört med WD+stevia-gruppen ( figur 3A–C ).
I själva verket observerades förhöjda leverfunktionstester endast i WD+stevia-gruppen ( figur 3E ).
Dessa studier visar att allulos har en skyddande effekt på leverfunktionsresultaten vid västerländsk kost.
I alla grupper förblev leverns mitokondriella andning oförändrad ( figur 3D ).
Figur 3. Analys efter 12 veckors alluloskonsumtion.
Levermassan ( A ) mättes före analys av glykogen ( B ) och triglycerider ( C ) efter 12 veckor på västerländsk kost (WD) och standarddiet (SD), kompletterat med stevia eller allulos i dricksvattnet.
Den mitokondriella andningen (se avsnitt 2) mättes för att bestämma kostens direkta effekt på leverfunktionen.
Som markörer för leverhälsa kvantifierades leverenzymerna alaninaminotransferas (ALT) och aspartataminotransferas (AST) i plasma (E). N = 8. * p < 0,05; ** p < 0,005; *** p < 0,0005 mot SD+stevia.
På grund av viktförändringarna strävade vi efter en bättre förståelse av fettvävnadens bioenergetiska processer.
Tidigare har vi funnit att olika kostinterventioner kan öka hastigheten på fettmetabolismen [ 16 ]. Även om vi inte observerade några skillnader mellan grupperna i mitokondriell andning ( figur 4A ) eller ATP-nivåer ( figur 4B) såg vi att allulosgrupperna hade en signifikant lägre kvot mellan andning och ATP-nivåer ( figur 4C ), vilket tyder på en högre mitokondriell frikoppling.
Figur 4. Analys av fettcellernas mitokondriella funktion efter 12 veckors alluloskonsumtion.
Mitokondriell andning (( A ); se avsnitt 2) mättes i subkutan fettvävnad hos råttor efter 12 veckor på västerländsk kost (WD) och standarddiet (SD) med stevia eller allulos i dricksvattnet.
ATP bestämdes också ( B ), och en kombination av variabler användes för att bestämma i vilken utsträckning vävnaderna producerade ATP baserat på andningsfrekvens ( C ). N = 7. * p < 0,05 mot SD+stevia.
I likhet med levern uppvisar även njuren en unik respons på allulos. Efter 12-veckorsstudien analyserade vi njurmassa ( figur 5A ) och glykogennivåer ( figur 5B ).
Även om det inte fanns någon skillnad i njurmassa mellan grupperna, observerades en lätt men signifikant skillnad i njurens glykogennivåer i båda allulosgrupperna.
Figur 5. Njuranalys efter 12 veckors alluloskonsumtion.
Njurmassan ( A ) mättes före glykogenanalys ( B ) efter 12 veckor på västerländsk kost (WD) och standarddiet (SD) med stevia eller allulos i dricksvattnet. N = 10. * p < 0,05 mot SD+stevia.
För att få en djupare förståelse av interventionens effekt på det allmänna inflammatoriska och metabola tillståndet mätte vi nivåerna av ett antal metabola markörer, inklusive C-reaktivt protein (CRP), adiponektin och leptin.
Hos djur i WD+stevia-gruppen mer än fördubblades CRP-nivåerna jämfört med båda SD-grupperna ( figur 6A ), en effekt som dämpades i WD+allulos-gruppen.
Adiponektinnivåerna var signifikant sänkta endast i WD+stevia-gruppen, medan leptin i allmänhet följde en liknande, om än mer blygsam trend som den för CRP.
Adiponektin/leptin-kvoten, som är en surrogatmarkör för adipocytstorlek [ 17 ], visade endast en signifikant sänkning i WD+stevia-gruppen ( figur 6B ).
Figur 6. Hormonnivåer hos råttor som utfodrats med allulos.
Vid slutet av 12-veckorsstudien samlades plasma in från gnagare som hållits på västerländsk kost (WD) och standarddiet (SD) med stevia eller allulos i dricksvattnet.
Analyserna inkluderade C-reaktivt protein (CRP), adiponektin och leptin ( A ). Adiponektin och leptin användes vidare för att skapa en kvot som återspeglar adipocyternas storlek ( B ). N = 6. * p < 0,05; ** p < 0,005; *** p < 0,0005 mot SD+stevia.
4. Utvärdering
Resultaten från denna studie bidrar till förståelsen av de metabola effekterna av allulos, särskilt i kontexten av kostinducerade förändringar i kroppsvikt, födoämnesintag, insulinresistens och vävnadsspecifika metabola svar.
Det bör noteras att våra resultat stöder slutsatser från tidigare forskning, att tillägg av allulos i västerländsk kost lindrar de skadliga effekter som ofta förknippas med kost rik på fett och socker, såsom ökad kroppsvikt och insulinresistens, vilka har betydande relevans globalt [ 18 ].
Dessutom ger detta arbete ny insikt i GLP-1-dynamik, samt adipocytförändringar och mitokondriell funktion.
Våra inledande observationer stöder vad som hittats i tidigare arbeten.
Observationen att kroppsvikten ökade signifikant i både WD+stevia- och WD+allulos-grupperna jämfört med deras motsvarigheter på standarddiet (SD), om än i olika grad, belyser den komplexa interaktionen mellan kostsocker och viktreglering.
Den mindre viktökningen i WD+allulos-gruppen tyder på en potentiell skyddande effekt av allulos mot kostinducerad fetma.
Detta stöds även av tidigare forskning som visar att allulos har anti-obese effekter i både djurstudier, främst genom minskning av visceralt fett och förbättrad lipidomsättning [ 5, 19, 20 ].
Vidare tyder den måttliga ökningen av födoämnesintag i WD+allulos-gruppen jämfört med WD+stevia-gruppen på en aptitreglerande effekt av allulos.
Detta fynd är i linje med studier som antyder att allulos kan påverka mättnadskaskaden och minska det totala kaloriintaget [ 21 ].
Den signifikanta ökningen av nivåerna av aktivt glukagonlikt peptid-1 (GLP-1) i allulosgrupperna uppmärksammar en annan mekanism genom vilken allulos kan utöva sina metabola fördelar.
Det har visats att nivåerna av GLP-1, ett hormon som deltar i glukosreglering och aptitkontroll, stiger vid intag av allulos, vilket förbättrar glukostoleransen och minskar viktökningen [ 9, 22 ].
Medan andra har visat på ökad GLP-1-sekretion som svar på allulos [ 23 ], anser vi att våra resultat är de första som rapporterar om förhöjda GLP-1-nivåer i ett specifikt tillstånd, vilket tyder på att allulos framkallar en ihållande effekt, långt efter konsumtionstillfället.
De olika responsmönstren för insulin- och glukosnivåer mellan grupperna – där WD+stevia-gruppen uppvisade en gradvis ökning medan WD+allulos-gruppen inte gjorde det – betonar ytterligare den gynnsamma roll som allulos har för att modulera glukoshomeostas och insulinkänslighet.
Dessa data stämmer överens med idén att allulos kan förbättra den glykemiska kontrollen genom både glukosdeposition och produktion, förbättra insulinkänsligheten genom att öka depositionen i muskulatur och minska produktionen från glykogenos [ 1, 20 ], samt genom substratkonkurrens positionsmässigt minska den enteriska absorptionen [ 18, 24 ].
Vår analys av lever och fettvävnad belyser ytterligare de vävnadsspecifika metabola effekterna av allulos, inklusive nya fynd rörande förändringar i mitokondriell funktion.
Medan triglyceridnivåerna i levern endast ökade i WD+stevia-gruppen, vilket tyder på att allulos kan förhindra ansamling av leverfett, kan den betydande glykogenansamlingen i alla interventionsgrupper, särskilt allulosgrupperna, återspegla en förskjutning av mekanismer för näringsutnyttjande eller lagring.
Detta fynd kan delvis förklara resultaten som observerats av Liu och kollegor [ 15 ], som rapporterade om förbättrad träningskapacitet hos gnagare som matats med allulos.
Med tanke på att vi, liksom andra, ser ett skydd mot fetma genom inkorporering av allulos, använde vi våra tidigare erfarenheter av analys av mitokondriella bioenergetiska processer i fettvävnad för att fastställa allulos relevans i denna process [ 13, 25 ].
I fettvävnaden hos båda allulosgrupperna observerade vi en högre grad av mitokondriell frikoppling, vilket tyder på en ny effekt av allulos i denna process. Denna mekanism kan bidra till att förklara de observerade effekterna på viktreglering.
På grund av vävnadsbegränsningar kunde vi inte direkt mäta nivåer av frikopplingsproteiner i fettvävnaden för att bekräfta förändringen i proteinnivå.
Denna studie har vissa begränsningar. En begränsning med studien är användningen av stevia som kontroll.
Vi försökte använda ett sötningsmedel som kontroll som är både vanligt förekommande och till största del inert.
Eftersom dessa produkter är mycket olika är det omöjligt att vara säker på att de använda doserna av allulos och stevia är ”likvärdiga”.
Följaktligen använde vi doser av båda som tidigare har använts [ 12, 26 ].
Det är viktigt att notera att medan stevia har visat sig stimulera GLP-1-sekretion i cellkulturer, känner vi inte till sådana bevis hos gnagare eller människor.
Detta tyder på att en del av de fördelar som observerats med allulos i denna studie kan vara specifika för GLP-1-frisättning.
Vidare är stevia en idealisk kontroll i denna studie, givet tidigare bevis som tyder på att stevia inte har någon effekt på indikatorer för viktökning jämfört med vatten [ 27 ].
Det bör dock noteras att en grupp som endast konsumerade vatten saknas.
En andra begränsning är avsaknaden av histologiska data för lever och njure.
Även om våra resultat tyder på en benign effekt av allulostillskott när det gäller näringslagring i njure och lever, samt enzymer i leverns fall, skulle histologiska jämförelser ha gett större insikt i dessa vävnaders tillstånd.
Det är extremt viktigt att söka efter livsmedelsingredienser som kan lindra ogynnsamma metabola tillstånd utan att äventyra kosttillfredsställelsen.
Genom att tillhandahålla nya data och stödja tidigare arbeten visar vår studie att allulostillskott i kontexten av västerländsk kost kan modulera kroppsvikt, födoämnesintag och metabola parametrar på ett sätt som främjar bättre metabol hälsa.
5. Slutsatser
Dessa resultat belyser potentialen i att använda allulos som ett funktionellt kosttillskott, vilket effektivt kan förbättra metabola hälsoresultat, såsom insulinresistens, kroppsvikt och annat, allt utan att tvinga fram potentiellt svåra kostförändringar.
Ytterligare forskning krävs för att utforska de långsiktiga konsekvenserna av allulosintag och dess tillämpning i koststrategier för att förebygga och behandla metabola sjukdomar.
Författarnas bidrag
Konceptualisering, BTB, PRR, JAA, RJJ och KBC; metodik, KBC, MJS, MSH, IJK, DPD, APK, NB, DMD, NGN, PRR och BTB; mjukvara, KBC, MJS, MSH och IJK; formell analys, KBC, PRR, RJJ och BTB; undersökning, KBC, MJS, MSH, IJK, PRR och BTB; resurser, PRR och BTB; datahantering, KBC och BTB; skrivande – originalutkast, BTB; skrivande – granskning och redigering, alla författare; handledning, PRR och BTB; projektadministration, BTB; finansiering, BTB. Alla författare har läst och godkänt den publicerade versionen av manuskriptet.
Deklaration från institutionell granskningsnämnd
Djurförsöksprotokollet godkändes av etiknämnden vid Brigham Young University (23-1222; godkänt: 13 december 2023).
Deklaration om datatillgänglighet
Data finns tillgängliga på begäran.
Finansieringsdeklaration
Denna forskning finansierades av ett sponsrat forskningsavtal, nummer R0602714, tilldelat Brigham Young University av Anderson Advanced Ingredients.
Fotnoter
Ansvarsfriskrivning/utgivarens anmärkning: Påståenden, åsikter och data i publikationer återspeglar endast åsikterna från respektive författare och bidragsgivare och inte från MDPI och/eller redaktör(er). MDPI och/eller redaktör(er) avsäger sig allt ansvar för personskador eller materiella skador som uppstår på grund av idéer, metoder, instruktioner eller produkter som refereras till i innehållet.
Referenser
1. Hossain A., Yamaguchi F., Matsuo T., Tsukamoto I., Toyoda Y., Ogawa M., Nagata Y., Tokuda M. Sällsynta sockerarten D-allulos: Potentiell roll och terapeutisk monitorering vid underhåll av fetma och typ 2-diabetes. Pharmacol. Ther. 2015;155:49–59. doi: 10.1016/j.pharmthera.2015.08.004. [ DOI ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
2. Lanaspa MA, Sanchez-Lozada LG, Choi YJ, Cicerchi C., Kanbay M., Roncal-Jimenez CA, Ishimoto T., Li N., Marek G., Duranay M. et al. Urinsyra orsakar leversteatos genom generering av mitokondriell oxidativ stress: Potentiell roll vid fruktosberoende och oberoende fettlever. J. Biol. Chem. 2012;287:40732–40744. doi: 10.1074/jbc.M112.399899. [ DOI ] [ PMC fri tillgång till artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
3. Preechasuk L., Luksameejaroenchai C., Tangjittipokin W., Kunavisarut T. Korttidseffekter av alluloskonsumtion på glukoshomeostas, metabola parametrar, inkretinnivåer och inflammationsmarkörer hos patienter med typ 2-diabetes: en dubbelblind, randomiserad, kontrollerad, crossover klinisk studie. Eur. J. Nutr. 2023;62:2939–2948. doi: 10.1007/s00394-023-03205-w. [ DOI ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
4. Niibo M., Kanasaki A., Iida T., Ohnishi K., Ozaki T., Akimitsu K., Minamino T. D-allulos ger skydd mot progression av diabetisk nefropati hos Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty-råttor med typ 2-diabetes. PLoS ONE. 2022;17:e0263300. doi: 10.1371/journal.pone.0263300. [ DOI ] [ PMC fri tillgång till artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
5. Iida T., Hayashi N., Yamada T., Yoshikawa Y., Miyazato S., Kishimoto Y., Okuma K., Tokuda M., Izumori K. Underlåtenhet att omvandla d-psikos absorberad i tunntarmen till energi och dess låga jäsbarhet i tjocktarmen hos människor. Metab. Clin. Exp. 2010;59:206–214. doi: 10.1016/j.metabol.2009.07.018. [ DOI ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
6. Japar S., Fukunaga K., Kobayashi T., Imachi H., Sato S., Saheki T., Ibata T., Yoshimura T., Soh KL, Ong SL m.fl. Experimentell studie om effekten av D-allulos på postprandiell glukosnivå hos patienter med typ 2-diabetes under Ramadan-fastan. Diabetol. Metab. Syndr. 2022;14:86. doi: 10.1186/s13098-022-00856-3. [ DOI ] [ PMC fri artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
7. Franchi F., Yaranov DM, Rollini F., Rivas A., Rivas Rios J., Been L., Tani Y., Tokuda M., Iida T., Hayashi N. m.fl. Effekten av D-allulos på glukostolerans och insulinrespons vid standardiserad oral sackarosbelastning: Resultat från en prospektiv, randomiserad, crossover-studie. BMJ Open Diabetes Res. Care. 2021;9:e001939. doi: 10.1136/bmjdrc-2020-001939. [ DOI ] [ PMC fri artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
8. Yuma T., Tokuda M., Nishimoto N., Yokoi H., Izumori K. Allulos för att sänka blodsockernivån efter måltid hos friska människor: En systematisk översikt och metaanalys. PLoS ONE. 2023;18:e0281150. doi: 10.1371/journal.pone.0281150. [ DOI ] [ PMC fri artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
9. Iwasaki Y., Sendo M., Dezaki K., Hira T., Sato T., Nakata M., Goswami C., Aoki R., Arai T., Kumari P. m.fl. Frisättning av GLP-1 och aktivering av vagala afferenter medierar de fördelaktiga metabola och kronoterapeutiska effekterna av D-allulos. Nat. Commun. 2018;9:113. doi: 10.1038/s41467-017-02488-y. [ DOI ] [ PMC fri artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
10. Yao H., Zhang A., Li D., Wu Y., Wang CZ, Wan JY, Yuan CS Jämförande effektivitet av GLP-1-receptoragonister gällande glykemisk kontroll, kroppsvikt och lipidprofil vid typ 2-diabetes: En systematisk översikt och nätverksmetaanalys. BMJ. 2024;384:e076410. doi: 10.1136/bmj-2023-076410. [ DOI ] [ PMC fri artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
11. Ryan D., Acosta A. GLP-1-receptoragonister: Icke-glykemiska kliniska effekter vid viktminskning och utöver det. Obesity. 2015;23:1119–1129. doi: 10.1002/oby.21107. [ DOI ] [ PMC fri artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
12. Pratchayasakul W., Jinawong K., Pongkan W., Jaiwongkam T., Arunsak B., Chunchai T., Tokuda M., Chattipakorn N., Chattipakorn SC Inte bara metformin, utan även D-allulos lindrar metabola störningar och kognitiv försämring hos prediabetiska råttor. Nutr. Neurosci. 2022;25:1115–1127. doi: 10.1080/1028415X.2020.1840050. [ DOI ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
13. Walton CM, Jacobsen SM, Dallon BW, Saito ER, Bennett SLH, Davidson LE, Thomson DM, Hyldahl RD, Bikman BT Ketoner inducerar distinkta förändringar i fettvävnadens mitokondriella bioenergetik. Int. J. Mol. Sci. 2020;21:6255. doi: 10.3390/ijms21176255. [ DOI ] [ PMC fri artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
14. Curtis KL, Homer KM, Wendt RA, Stapley BM, Clark ET, Harward K., Chang A., Clarke DM, Arroyo JA, Reynolds PR Inflammatorisk cytokinproduktion efter passiv rökning (SHS) medieras delvis av RAGE-signalering. Int. J. Mol. Sci. 2023;24:15645. doi: 10.3390/ijms242115645. [ DOI ] [ PMC fri artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
15. Liu B., Gou Y., Tsuzuki T., Yamada T., Iida T., Wang S., Banno R., Toyoda Y., Koike T. D-allulos förbättrar uthållighet och återhämtning efter utmattning hos hanar av C57BL/6J-möss. Nutrients. 2022;14:404. doi: 10.3390/nu14030404. [ DOI ] [ PMC fri artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
16. Ludwig DS, Ebbeling CB, Bikman BT, Johnson JD Testning av kolhydrat-insulinmodellen i möss: Vikten av att skilja mellan primär hyperinsulinemi, insulinresistens och metabol dysfunktion. Mol. Metab. 2020;35:100960. doi: 10.1016/j.molmet.2020.02.003. [ DOI ] [ PMC fri artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
17. Zaletel J., Barlovic DP, Prezelj J. Adiponektin-leptin-kvot: En användbar uppskattning för insulinresistens hos patienter med typ 2-diabetes. J. Endocrinol. Investig. 2010;33:514–518. doi: 10.1007/BF03346639. [ DOI ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
18. Daniel H., Hauner H., Hornef M., Clavel T. Allulos i den mänskliga kosten: Vad vi vet och vad vi inte vet. Br. J. Nutr. 2022;128:172–178. doi: 10.1017/S0007114521003172. [ DOI ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
19. Hossain A., Yamaguchi F., Hirose K., Matsunaga T., Sui L., Hirata Y., Noguchi C., Katagi A., Kamitori K., Dong Y. m.fl. Den sällsynta sockerarten D-psikos förhindrar utveckling och progression av diabetes i en T2DM-modell, Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty-råttor. Drug Des. Dev. Ther. 2015;9:525–535. doi: 10.2147/DDDT.S71289. [ DOI ] [ PMC fri artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
20. Shintani T., Yamada T., Hayashi N., Iida T., Nagata Y., Ozaki N., Toyoda Y. Sirap med sällsynt socker, som innehåller D-allulos men inte majssirap med hög frukthalt, bibehåller glukostolerans och insulinkänslighet hos Wistar-råttor, delvis genom translokation av leverns glukokinas. J. Agric. Food Chem. 2017;65:2888–2894. doi: 10.1021/acs.jafc.6b05627. [ DOI ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
21. Han Y., Han HJ, Kim AH, Choi JY, Cho SJ, Park YB, Jung UJ, Choi MS D-allulos-tillskott normaliserade kroppsvikt och fettvävnadsmassa hos dietinducerade feta möss genom reglering av lipidmetabolism under isokaloriska förhållanden. Mol. Nutr. Food Res. 2016;60:1695–1706. doi: 10.1002/mnfr.201500771. [ DOI ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
22. Noronha JC, Braunstein CR, Glenn AJ, Khan TA, Viguiliouk E., Noseworthy R., Blanco Mejia S., Kendall CWC, Wolever TMS, Leiter LA m.fl. Effekten av lågdosfruktos och allulos på postprandiell glukosmetabolism vid typ 2-diabetes: En dubbelblind, randomiserad, kontrollerad, akut jämförelsestudie. Diabetes Obes. Metab. 2018;20:2361–2370. doi: 10.1111/dom.13374. [ DOI ] [ PMC fri artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
23. Hira T., Trakooncharoenvit A., Taguchi H., Hara H. Förbättring av glukostolerans genom livsmedelsfaktorer med glukagonliknande peptid-1-frisättande aktivitet. Int. J. Mol. Sci. 2021;22:6623. doi: 10.3390/ijms22126623. [ DOI ] [ PMC fri artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
24. Kishida K., Iida T., Yamada T., Toyoda Y. Intestinal absorption av D-fruktosisomerer, D-allulos, D-sorbos och D-tagatos i råttor via glukostransportör 5 (GLUT5), men inte via natriumberoende glukos-kotransportör 1 (SGLT1). Br. J. Nutr. 2023;130:1852–1858. doi: 10.1017/S0007114523001113. [ DOI ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
25. Dallon BW, Parker BA, Hodson AE, Tippetts TS, Harrison ME, Appiah MMA, Witt JE, Gibbs JL, Gray HM, Sant TM m.fl. Insulin minskar selektivt mitokondriell frikoppling i brun fettvävnad hos möss. Biochem. J. 2018;475:561–569. doi: 10.1042/BCJ20170736. [ DOI ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
26. Nunez Martinez P., Arguelles Luis J., Perillan Mendez C. Steviapreferenser hos Wistar-råttor. Psicothema. 2016;28:442–447. doi: 10.7334/psicothema2015.244. [ DOI ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]
27. Tabarelli Z. Effekt av vattenextrakt på kroppsvikt, födo- och vätskeintag hos omogna Wistar-råttor. Logo Ciência Nat. 1986;8:73–80. doi: 10.5902/2179460X25443. [ DOI ] [ Google Scholar ]
