Karbohydrater og gener

Transkript

1 1 Arena MAT og HELSE Karbohydrater og gener Professor Berit Johansen Institutt for Biologi NTNU

2 2 Innhold: Helseutfordring i dag: overvekt og kronisk sykdom Inflammasjon: felles symptom ved livsstils- og kroniske sykdommer Kosthold for optimal helse Konklusjon

3 3 Fakta om overvekt: 2/3 deler av den voksne US befolkning er overvektige/har fedme (JAMA2010) Omlag 25% av helseutgiftene skyldes behandling av overvektsrelaterte sykdommer, økende utgift Overvekt er en alvorlig risikofaktor for utvikling av kronisk sykdom inkludert hjerte/kar-sykdom, type 2 diabetes, økt blodtrykk/slag, visse former for kreft Overvekt fører til alvorlige bivirkninger på blodtrykk, blodkolesterol, blod triglycerider og insulinresistens De viktigste årsaker til overvekt er for høyt inntak av feil og energitett mat, samt redusert fysisk aktivitet

4 4 HUNT Helseundersøkelsen i Nord-Trøndelag; Tredobling i antall overvektige menn i perioden

5 5 Helsetilstanden de siste 40 år Overvekt, diabetes type 2 og hjertekar-sykdom (HKS) er et helseproblem Fett er fryktet for sin evne til å forårsake sykdom og død Fett blitt utropt som samfunnsfiende nr 1 Konklusjon: reduser kostens fettinnhold!

6 6 Helsetilstanden de siste 40 år Den gjennomsnittlige nordmann har redusert det prosentvise kaloriinntaket fra fett Er vi blitt sunnere? Nei! Paradokset er at parallelt med nedgang i fettinntaket har vi hatt en sterk økning i overvekt og livsstilssykdommer, inkludert diabetes type 2. Reduksjon i fettinntak er erstattet med karbohydrat Fortsatt er den dominerende dødsårsaken i Norge, Europa, vestlige verden hjerte-kar-sykdom, og står for i underkant av 50% av alle dødstilfeller

7 7 Hjertekarsykdom ny forståelse 50 % av dødsfall i HKS uten forhøyet blodkolesterol! (Braunwald, NEJM, 97) Inflammation (betennelse) er erkjent som viktig risikofaktor for utvikling av atherosclerose og HKS Sartipy, Johansen et al., Circ.Res. 2000, Ghesquiere, Johansen et al.. J.Lip.Res. 46(2):201-10, 2005

8 8 Hjerte-karsykdom ny forståelse En årsak til at vi ikke ser de forventede helsegevinster ved et redusert fettinntak er at det egentlig ikke er fettet i kosten som gjør oss syke? Dessuten, fett er forskjellig Noen typer fett er bra for deg, og det er meget viktig at disse typer fett inkluderes i kosten Inflammasjon er viktig årsak til HKS, sammen med mettet fett Hva i kostholdet påvirker inflammasjon?

9 9 CHRONIC DISEASES The immune system attacks an imaginary enemy leading to chronic inflammation Rheumatism, T2D, Psoriasis, Allergy, Asthma, Crohns disease, Bechterevs disease, Cardiovascular disease, various neurodegenerative diseases, Lifestyle disease, and more Common symptom is inflammation

10 10 Inflammation: A basic way in which the body identifies and destroys invading virus, bacteria, toxins or autoantigens. Inflammation is a type of nonspecific immune response. The 5 hallmarks of inflammation: Calor - Warmth Dolor - Pain Rubor - Redness Tumor - Swelling and Functio laesa - Loss of function

11 11 PLA2 A mediator between proximal and distal effectors of inflammation Pruzanski W, Vadas P. Immunol Today May;12(5):143-6.

12 12 ARACHIDONATE CASCADE Availability of Arachidonic acid - rate limiting factor in eicosanoid generation NSAIDs

13 13 Lipids and inflammation. Inflammation: a simple word many complex biological processes. Fields of interest, cellular signalling Skin cell hyperproliferation: Lipids and keratinocytes Rheumatoid arthritis: Lipids and synoviocytes Atherosclerosis/CVD: Lipids and monocytes / macrophages Diet macronutrient composition Metabolic inflammation

14 14 Ernæring og immunitet er nært koblet

15 15 Slanking regulerer inflammasjonsgener i fettvev hos overvektige Overvektige kvinner, 28d, 800 kcal Genuttrykksanalyser i hvitt fettvev, adipocytter Nedregulering av inflammasjonsgener Oppregulering av anti-inflammasjons gener Konklusjon: Overspising fører til mikrobetennelse! Clement et al. Faseb J18,1658, 2004.

16 16 Model of overlapping metabolic and inflammatory signaling and sensing pathways in adipocytes and macrophages Obesity is associated with a state of chronic low level inflammation! J.Clin.Investig. 115,1111,2005

17 17 Diet and chronic diseases Hypothesis Epidemiologic data suggest that diet quality has independent effects compared to excess caloric intake in being the driving force behind the twin epidemics, obesity and T2D (NHS, Hu, et al., NEJM, 2001) A typical western diet, rich in carbohydrates, gives rise to a constant silent inflammation What are the mechanisms?

18 18 Pilot study Hans-Richard Brattbakk, Ingerid Arbo Siv Aagaard, Inge Lindseth, Ann-Kristin desoysa, Mette Langaas, Bård Kulseng, Fedon Lindberg, Berit Johansen Pilot purposes Sample size Intervention length Tissue Type of food Diet intervention 30E % C:40E % F:30E % P Normocaloric diet 5 meals pr day 28 days Sampling Blood at day 0,1,2,7,14,28 Subcutaneous adipose tissue at day 0,7,28

19 Log 2 ratio Days 7321 diet responsive genes 0.5 Log 2 ratio Days 0.5 Log 2 ratio non-responding genes Days Brattbakk, et al, OMICS, 2011

20 20 Genes downregulated are highly enriched by genes involved in immunity and defense (PANTHER Classification system; pantherdb.org)

21 21 Nedregulering av inflammasjonsgener etter 1 døgn

22 22 Konklusjon pilotstudie Balansert kosthold normaliserer en proinflammatorisk genprofil I overvektige, ellers friske menn Den gunstige effekten sees så tidlig som etter 1 døgn, og bedrer seg gradvis i en 4 ukers periode Klientene rapporterte økt overskudd og velvære med dietten Statistisk grunnlag for identifisering av diettresponsive enkeltgener for spinkelt

23 23 Aims main diet intervention study Identify new molecular markers to be used in prevention, diagnosis and therapy of lifestyle diseases Propose new, scientifically substantiated hypotheses on mechanisms underlying development of lifestyle diseases To find links between macronutrient relative energy content and risks of developing chronic lifestyle diseases on normocaloric diets

24 24 Macronutrient energy composition Diet A (high carbohydrate) Diet B (medium carb.) 15 E % proteins 20 E % fats 30 E % proteines 43 E % fats 65 E % carbohydrates 27 E % carbohydrates

25 25 Energy %-distribution in the two study diets A and B M acronutrients and types of fatty acids carbohydrates proteines total fat saturated monounsaturated polyunsaturated omega-6 omega-3 omega-3 fish Diet A Diet B Share of E % per macronutrient and type of fatty acid Johansen, et al, US/UK/Can Prov. patent applic. no , 2012

26 26 Subjects and study design Anthropometric and biochemical measures at baseline Flowchart Mean Range Age (years) BMI (kg/m 2 ) Waist/hip ratio Glucose (mmol/l) HDL-cholesterol (mmol/l) LDL-cholesterol (mmol/l) Triglycerides (mmol/l) Insulin (pg/ml) hscrp (mg/l) n = 32; fasting values

27 27 Differentially expressed blood leukocyte genes stimulating inflammation and proliferation are upregulated on high carbohydrate diet Figure 2 Illustrates the number of differentially expressed genes for the Western Diet and the Balanced Diet, and the number of common genes for the two diets

28 28 Differentially expressed genes in blood leukocytes Carbohydrate rich diet induces: proinflammatory transcription factors: NF-kB; STAT3/5; CTNNb, LEF/TCF; and CEBPA genes involved in cell proliferation and apoptosis Carbohydrate rich diet downregulates genes involved in glucose uptake and glycogen synthase (PI3K, apkc, Akt, ERK1/2 ) Balanced diet downregulates: proinflammatory transcription factors: NF-kB, proatherogene genes (ICAM1, TNFSF12, CCR5, CD40LG, and MMP3 ) Balanced diet stimulates FOXO3, a negative regulator of NF-kB, and recently identified as a pro-longevity factor!

29 29 Serum lipids are improved after medium carb diet (B) compared to high carbohydrate diet (A) Change Diet Mean 95% CI P Triglycerides (mmol/l) AHC BMC , , <0.001 Total cholesterol (mmol/l) AHC BMC , , <0.001 <0.001 LDL-cholesterol (mmol/l) AHC BMC , , HDL-cholesterol (mmol/l) AHC BMC , , 0.02 < Triglycerides/HDL-cholesterol ratio AHC BMC , , <0.001 Atherogenic index AHC BMC , , <0.001

30 30 Serum adipokines are improved after medium carb diet (B) compared to HC diet (A) Change Diet Mean 95% CI P C-peptide (pg/ml) 2 AHC BMC , , hscrp (mg/l) 1 AHC BMC , , Adiponectin (mg/l) 2 AHC BMC , , PAI-1 (pg/ml) 2 AHC BMC , , Glucagon (pg/ml) 2 AHC BMC , 8-144, GLP-1 (pg/ml) 2 AHC BMC , ,

31 31 HOMA factors expressing insulin resistance development are improved after medium carb diet compared to HC diet Change Diet Mean 95% CI P HOMA2 IR HC MC , , HOMA2 B (%) HC MC , , HOMA2 S (%) HC MC , ,

32 32 Adipose tissue: adipokines, cytokines and insulin resistance are induced on a carbohydrate rich diet

33 33 Mulig signalmolekyl for kommunikasjon mellom fordøyelse og immunsystem? Metabolisme av 6 essensielle fettsyrer Linolsyre LA, 18:2 Delta 6 desaturase Alder, transfettsyrer virusinfeksjoner Gamma linolensyre GLA, 18:3 Dihomo gamma linolensyre DGLA, 20:3 Glucagon og EPA1 Delta 5 desaturase Insulin 2 Arakidonsyre AA, 20:4 Antiinflammatoriske eicosanoider Proinflammatoriske eicosanoider 1 DeGomezDunn et al. J.Lipid. Res.1975; Lipids, 1976, Narce et al. Br.J.Nutr Friedmann et al. IsrJMedSci Poisson et al. Diabete Metab

34 34 kostholdspyramider

35 35 Næringsemnenes relative kaloriforhold i balansert kosthold Karbohydrat : Protein : Fett i alle måltider Type fett: vegetabilsk, enumettet marint, polyumettet Type karbohydrat: lav/middels glycemisk (max ¼ del høyglykemisk) Type protein: fisk, lyst kjøtt, soya, egg, melkeprotein, bønner, linser, nøtter 5 6 måltider, unngå overspising! Eaton SB. and Konner MJ. Paleolithic nutrition. N.Engl.J.Med. 312,283,1985.

36 36 Konklusjoner Inflammasjon er symptomet ved kronisk sykdom Overvekt er karakterisert med metabolsk inflammasjon Metabolsk inflammasjon drivkraft i insulinresistensutvikling, T2D og HKS Et balansert kosthold normaliserer en proinflammatorisk genprofil hos unge, lett overvektige ellers friske, individ Metabolsk Inflammasjon påvirkes av: Overspising (nutrient overload-effect) Kostens makronæringsstoff sammensetning! Optimalt kosthold er det som minimaliserer kroppens behov for frisetting av insulin!

37 37 Contributors Anita Skarstad Marten Hofker Astrid Feuerherm Menno Dewinther Katarina Jørgensen Ingerid Arbo Maastricht, Netherlands Hans Richard Brattbakk Janne Østvang Jiri Neuzil Randi Sommerfelt Marit W. Anthonsen Brisbane, Australia Wenche Sjursen Sonja Andersen Ewa Ninio Berit Johansen Paris, France NTNU, Norway Astrid Lægreid Andrea Huwiler Frankfurt/Bern, Germany/SCH Mette Langås Bård Kulseng Eva Hurt-Camejo Stig Slørdahl Lars Skattebøl Astra Zeneca, SE Fedon Lindberg, Oslo Martin Kuiper

38 38 Takk for oppmerksomheten!