Kurzzeitige diätetische Reduktion von verzweigtkettigen Aminosäuren reduziert die Insulinsekretion und verändert die Darmmikrobiomzusammensetzung in übergewichtigen Patienten mit Typ-2-Diabetes

Fragestellung:

Erhöhte Serumspiegel verzweigtkettiger Aminosäuren (BCAA: Valin, Leucin, Isoleucin) bei Insulinresistenz und/oder Typ-2-Diabetes (T2D) können aus den Ernährungsgewohnheiten, der Darmmikrobiomzusammensetzung oder einer zellulären Energiestoffwechselstörung resultieren. Wir prüften die Hypothese, dass eine diätetische BCAA-Reduktion die Insulinsensitivität verbessert und die Insulinsekretion bei Patienten mit T2D vermindert.

Methoden:

In einer randomisierten, placebokontrollierten Crossover-Doppelblindstudie erhielten 12 Patienten (8 männlich, 4 weiblich, 54 ± 4 Jahre, BMI 30,8 ± 2,8 kg/m2, HbA1c 6,6 ± 0,9%/49 ± 10 mmol/mol) eine einwöchige Diät mit allen Aminosäuren (BCAA+) oder einer 60%-igen Reduktion der BCAA (BCAA-). Die Ganzkörper-Insulinsensitivität wurde durch hyperinsulinämisch-euglykämische Clamps (HEC) und die Beta-Zell-Funktion durch Mixed-Meal-Toleranz-Tests (MMT) erfasst. In Muskel- und Fettgewebebiopsien wurde die Insulin-Signalübertragung mittels Western-Blots und die mitochondriale Effizienz mittels hochauflösender Respirometrie (Respiratory Control Ratio, RCR) bestimmt. Die Zusammensetzung des Darmmikrobioms wurde durch Next-Generation-Sequenzierung ermittelt.

Ergebnisse:

Verglichen mit der BCAA+-Diät, bewirkte die BCAA–Diät eine Abnahme der BCAA-Serumkonzentration um 17% (p < 0,01). Die MMT-induzierte Insulinsekretion war 28% niedriger als bei der BCAA+-Diät (p < 0,05). Die Insulinsensitivität stieg im MMT (PREDIM) um 23% (p < 0,01), blieb aber im HEC (M-Wert) unverändert. Nach BCAA–Diät war die RCR im Fettgewebe 1,7-fach höher (p < 0,05), im Skelettmuskel jedoch unverändert. Die mTOR-Phosphorylierung war nur im Fettgewebe um 13% niedriger (p < 0,05). Die BCAA–Diät führte des Weiteren zu einer 40%-igen Zunahme fäkaler Bacteroidetes und einer 11%-igen Abnahme der Firmicutes (beide p < 0,05).

Schlussfolgerungen:

Eine kurzfristige diätetische Reduktion verzweigtkettiger Aminosäuren senkt die prandiale Insulinsekretion und steigert die prandiale Insulinsensitivität, die durch veränderte Zusammensetzung des Darmmikrobioms und verbesserte mitochondrialen Effizienz des Fettgewebes bedingt sein.