Stearoyl-CoA desaturase og energimetabolisme – et prosjekt ved Universitetet i Oslo

Prevalensen av overvekt og fedme har økt de siste tiårene og øker fortsatt på verdensbasis (1). På Avdeling for ernæringsvitenskap ved Universitetet i Oslo forskes det på tiltak som kan bidra til å øke kunnskapen rundt forebygging og behandling. Prosjektet ledes av postdoc. Kathrine Vinknes og professor Helga Refsum.

Bakgrunn

Både fettsyresammensetningen i kostholdet og endogen omsetning av fettsyrer i kroppen kan påvirke risikoen for fedme (2 – 5). Omsetningen av fettsyrer i kroppen innebærer elongering (elongaser) og desaturering (desaturaser) som henholdsvis inkorporerer karbonenheter eller introduserer dobbeltbindinger i den voksende hydrokarbonkjeden (6,7). Det finnes tre kjente desaturaser hos mennesker: ?9 stearoyl-CoA desaturase (SCD) og ?5- og ?6 desaturaser. Hovedfunksjonen til SCD er å konvertere mettede fettsyrer (SFA) til enumettede fettsyrer (MUFA), mens ?5- og ?6 desaturasene deltar i omdannelsen av MUFA til flerumettede fettsyrer (PUFA), se Figur 1 (7).

Figur 1: Figuren oppsummerer endogen fettsyremetabolisme samt funksjonen til de ulike desaturasene i produksjonen av enumettede og flerumettede fettsyrer.

PUFA og SCD i relasjon til fedme

In vitro- og dyrestudier har vist at dietter rike på n-3 og n-6-PUFA nedregulerer uttrykk av gener og enzymer i lipogenesen. Resultatet av dette er et skifte fra fettsyresyntese og fettlagring til oksidering av fettsyrer (8,9). Et enzym som ser ut til å reguleres av PUFA-status er SCD. SCD er involvert i lipogenesen og er ansvarlig for desatureringen av SFA til MUFA, spesielt 16:0 (palmitat) og 18:0 (stearinsyre) til 16:1n-7 (palmitoleinsyre) og 18:1n-9 (oljesyre).

Hos mennesker brukes produkt/substrat ratio (16:1n-7/16:0 og 18:1n-9/18:0) i blodet som markører for SCD-aktivitet i vev, og disse ratioene er positivt assosiert med fedme (10 – 12). I Helseundersøkelsene i Hordaland (HUSK) ble denne markøren funnet å være sterkt assosiert med økt kroppsfett (11). Videre ble både inntak av PUFA gjennom kosten og plasmakonsentrasjoner av PUFA satt i sterk sammenheng med markører for SCD-aktivitet (11,13). Ettersom det tidligere er blitt vist at økte plasmakonsentrasjoner av PUFA hang sammen med lavere fettmasse, kan det spekuleres i om SCD spiller en viktig rolle her, men funn fra humane studier er per nå ikke entydige (14 – 16).

Cystein, SCD og fedme

Cystein er en svovelholdig aminosyre som produseres fra den essensielle aminosyren metionin. Plasmakonsentrasjoner av cystein er i likhet med SCD sterkt knyttet til fettmasse i humane studier (17). I studier på gnagere hvor man begrenset inntaket av metionin er det demonstrert lavere plasmakonsentrasjoner av cystein og lavere andel kroppsfett (18). Videre er det i to store europeiske populasjoner blitt observert at plasma cystein er positivt korrelert til plasma SCD-indisier (19). Totalt peker data i retning av at SCD linker cystein til energimetabolisme (20, 21).

Hensikt med prosjektet

På bakgrunn av dette er hensikten med prosjektet å undersøke om kostholdsintervensjoner kan endre markører for SCD1-aktivitet i plasma og videre påvirke energimetabolisme, kroppssammensetning, og risikoprofil hos personer som er disponert for å utvikle fedme. Basert på de ovenfornevnte funn i litteraturen har vi utviklet en diett rik på PUFA og lav på cystein og metionin, og en kontrolldiett rik på mettet fett (SFA), cystein og metionin. Fordi svovelaminosyrene cystein og metionin er mest utbredt i animalske matvarer, er diettene plantebaserte. Det er likevel viktig å påpeke at for å komme ned i lave nok nivåer måtte vi også begrense inntaket av enkelte plantebaserte matvarer. For å sikre et adekvat inntak av essensielle aminosyrer, og på grunn av et lavt proteininnhold i diettene, ble begge gruppene supplert et proteintilskudd med (intervensjon) og uten (kontroll) metionin og cystein. Videre er innholdet av makro- og mikronæringsstoffer tilnærmet identisk i de to diettene med unntak av PUFA, SFA, metionin og cystein. Energiinnholdet varierer noe med hensyn til kjønn, og dietten for menn ble satt til 2500 kcal, mens dietten for kvinner inneholder 2000 kcal.

Før vi setter i gang med hovedprosjektet, som er en stor-skala randomisert, klinisk kontrollert diettintervensjon, ønsket vi å gjennomføre et pilotprosjekt. Pilotprosjektet ble gjennomført på friske individer for å evaluere aminosyre- og fettsyreresponsen i plasma etter både ett enkeltmåltid og etter 7 dager på en av de beskrevne diettene. Enkeltmåltidet ble inntatt på avdeling for ernæring ved Universitetet i Oslo, og det ble samlet blodprøver og urin opp til 72 timer etter måltidet. I selve diettintervensjonen fikk deltakerne kjørt hjem maten de skulle spise på forhånd sammen med menyer og oppskrifter. Blod- og urinprøver ble tatt ved studiestart, dag 3 og 7. I tillegg til å samle inn data om aminosyre- og fettsyrerespons ble det samlet inn informasjon om kroppssammensetning, og en rekke andre klinisk relevante parametre som blodtrykk, blodlipider, glykolysert hemoglobin, inflammasjonsmarkører, antioksidanter og leverenzymer.

Resultatene er under utarbeiding og skal blant annet brukes til å styrkeberegne en større kostintervensjon som skal gjennomføres på overvektige menn og kvinner. Vi vil også bruke tilbakemeldinger fra deltakerne på etterlevelse, appetittfølelse, smak på de forskjellige rettene og matvarene i dietten samt trivsel til å vurdere gjennomførbarheten og relevansen av dietten, og om vi eventuelt må gjøre endringer før vi setter i gang hovedprosjektet. Dersom du ønsker mer informasjon om studien kan du lese om den på clinicaltrials.gov med ID NCT02647970.

Referanser

  1. World Health Organization. Obesity and overweight – fact sheet No. 311. January 2015. Internet: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs311/en/ (lest 27.04.2016).

  2. Bray GA, Popkin BM. Dietary fat intake does affect obesity! Am J Clin Nutr 1998; 68: 1157 – 1173.

  3. Horton TJ, Drougas H, Brachey A et al. Fat and carbohydrate overfeeding in humans: different effects on energy storage. Am J Clin Nutr 1995; 62: 19 – 29.

  4. Moussavi N, Gavino V, Receveur O. Could the quality of dietary fat, and not just its quantity, be related to risk of obesity? Obesity (Silver Spring) 2008; 16: 7 – 15.

  5. Dobrzyn A, Ntambi JM. The role of stearoyl-CoA desaturase in the control of metabolism. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids 2005; 73: 35 – 41.

  6. Frayn KN. Metabolic regulation: a human perspective. 3th ed. Chichester, West Sussex: Blackwell; 2010.

  7. Nakamura MT, Nara TY. Structure, function, and dietary regulation of delta6, delta5, and delta9 desaturases. Annu Rev Nutr 2004; 24: 345 – 376.

  8. Georgiadi A, Kersten S. Mechanisms of gene regulation by fatty acids. Adv Nutr 2012; 3: 127 – 134.

  9. Sampath H, Ntambi JM. Polyunsaturated fatty acid regulation of genes of lipid metabolism. Annu Rev Nutr 2005; 25: 317 – 340.

  10. Vessby B, Ahren B, Warensjo E, Lindgarde F. Plasma lipid fatty acid composition, desaturase activities and insulin sensitivity in Amerindian women. Nutr Metab Cardiovasc Dis 2010.

  11. Vinknes KJ, Elshorbagy AK, Nurk E, et al. Plasma stearoyl-CoA desaturase indices: association with lifestyle, diet, and body composition. Obesity 2013; 21: E294 – 302.

  12. Warensjo E, Ohrvall M, Vessby B. Fatty acid composition and estimated desaturase activities are associated with obesity and lifestyle variables in men and women. Nutr Metab Cardiovasc Dis 2006; 16: 128 – 136.

  13. Vinknes KJ, Elshorbagy AK, Drevon CA, et al. Associations between plasma polyunsaturated fatty acids, plasma stearoyl-CoA desaturase indices and body fat. Obesity 2013.

  14. Czernichow S, Thomas D, Bruckert E. n-6 Fatty acids and cardiovascular health: a review of the evidence for dietary intake recommendations. Br J Nutr 2010; 104: 788 – 796.

  15. Lorente-Cebrian S, Costa AG, Navas-Carretero S, et al. Role of omega-3 fatty acids in obesity, metabolic syndrome, and cardiovascular diseases: a review of the evidence. Journal of physiology and biochemistry 2013; 69: 633 – 651.

  16. Krishnan S, Cooper JA. Effect of dietary fatty acid composition on substrate utilization and body weight maintenance in humans. Eur J Nutr 2014; 53: 691 – 710.

  17. Elshorbagy AK, Nurk E, Gjesdal CG, et al. Homocysteine, cysteine, and body composition in the Hordaland Homocysteine Study: does cysteine link amino acid and lipid metabolism? Am J Clin Nutr 2008; 88: 738 – 746.

  18. Elshorbagy AK, Valdivia-Garcia M, Refsum H et al. Sulfur amino acids in methionine-restricted rats: hyperhomocysteinemia. Nutrition 2010; 26: 1201 – 1204.

  19. Vinknes KJ, Dekker JM, Drevon CA, et al. Plasma sulfur amino acids and stearoyl-CoA desaturase activity in two caucasian populations. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids 2013; 89: 297 – 303.

  20. Elshorbagy AK, Kozich V, Smith AD, Refsum H. Cysteine and obesity: consistency of the evidence across epidemiologic, animal and cellular studies. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2012; 15: 49 – 57.

  21. Elshorbagy AK, Smith AD, Kozich V, Refsum H. Cysteine and obesity. Obesity 2012; 20: 473 – 481.