Authors:	Khan, Muhammad Ashfaq
Title:	Dietary wheat amylase trypsin inhibitors worsen chronic liver disease in preclinical models of non-alcoholic fatty liver disease and liver fibrosis
Online publication date:	22-Oct-2018
Year of first publication:	2018
Language:	english
Abstract:	A Westernized diet and sedentary life style are the main contributing factors triggering the onset of obesity and non-alcoholic fatty liver disease. However, general dietary components that have low nutritional value and have the potential to trigger inflammatory responses may also be of great importance. In this respect, a common dietary component, wheat amylase trypsin inhibitors (ATI) that have a negligible nutritional value were shown to activate intestinal macrophages and dendritic cells via toll like receptor 4. Importantly, once activated by nutritional ATI, these cells leave the gut to the surrounding mesenteric lymph nodes and likely other sites, potentially promoting intestinal as well as extra-intestinal inflammation. The liver is particularly prone to such effects, according to the postulated immunological gut-liver axis, with anticipated effects of such signals on the course of chronic liver disease, such as non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) and its severe form NASH (non-alcoholic steatohepatitis), and liver fibrosis in general. I therefore studied how far nutritional ATI may affect the severity of liver fibrosis and non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD), obesity and the metabolic syndrome upon feeding mice with experimental liver fibrosis or NAFLD ATI-enriched vs ATI-free diets. For liver fibrosis, Mdr2-/- FVB mice that develop spontaneous secondary biliary fibrosis resembling human primary sclerosing cholangitis received a carbohydrate and protein (zein from corn) defined and vitamin/mineral/essential amino acid supplemented control diet, or 0.7% of the zein being replaced by purified ATI for 6 weeks. For NAFLD/NASH, male C57BI6J mice received the zein-based diet with or without the carbohydrates replaced by 53% of calories by defined fats (high fat diet, HFD), with or without 30% of the zein being replaced by wheat gluten (G, containing about 0.15g ATI per 10g; HFD/G/ATI), or 0.7% of the zein being replaced by purified ATI (HFD/ATI) for 8 weeks. At sacrifice blood, liver and peripheral adipose tissues (in the NAFLD mice) were collected for biochemical, immunological and histological analysis. In the NAFLD mice, insulin resistance (IR) was assessed by an intraperitoneal glucose tolerance test (IPGTT). Mice on the high fat diet (HFD) gained significant weight and developed IR. Compared to the HFD alone, mice fed the HFD/G/ATI, or the HFD/ATI diets dose-dependently gained significantly more weight and displayed significantly higher serum transaminases and triglycerides, epididymal, mesenteric and inguinal fat, and a higher insulin resistance. ATI feeding induced enhanced liver and adipose tissue inflammation, with an increased M1-type macrophage polarization and infiltration, and a significantly increased fibrogenic response in the liver compared to HFD mice on the ATI-free diet. Mdr2-/- mice on the ATI containing diet developed a significantly more severe liver fibrosis than their ATI-free controls. Therefore, in mice wheat ATI when ingested in quantities comparable to human average consumption exacerbate all features of NAFLD/NASH, the metabolic syndrome and biliary fibrosis despite their irrelevant caloric value. These findings underline the detrimental effects of wheat ATI on ongoing peripheral chronic diseases, especially liver inflammation and fibrosis, and NAFLD/NASH related adipose tissue inflammation and insulin resistance. They are currently tested in clinical studies, also in view of consumption and finally the production of healthier (ATI-reduced wheat) products. Eine verwestlichte Ernährung und eine sitzende Lebensweise sind die Hauptfaktoren, die die Entstehung von Fettleibigkeit und nicht-alkoholischer Fettleber auslösen. Jedoch könnten auch allgemeine diätetische Komponenten, die einen geringen Nährwert haben und potentiell Entzündungsreaktionen auslösen, von großer Wichtigkeit sein. In dieser Hinsicht wurde gezeigt, dass eine übliche Diätkomponente, Weizen-Amylase-Trypsin-Inhibitoren (ATI), die einen vernachlässigbaren Nährwert haben, intestinale Makrophagen und dendritische Zellen über Toll-like-Rezeptor 4 aktivieren. Wichtig ist, dass diese Zellen, sobald sie durch die ATI-Ernährung aktiviert werden, den Darm zu den umgebenden mesenterischen Lymphknoten und wahrscheinlich anderen Organen verlassen, was nach bisherigen Daten sowohl die intestinale als auch die extraintestinale Entzündung fördert. Die Leber ist gemäß der postulierten immunologischen Darm-Leber-Achse besonders anfällig für solche Effekte, wobei die erwarteten Auswirkungen solcher Signale auf den Verlauf einer chronischen Lebererkrankung wie der nichtalkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD) und ihrer schweren Form NASH (nicht-alkoholische Steatohepatitis) und ggf. auch die Leberfibrose im Allgemeinen verhältnismässig ausgeprägt sein sollten. Ich untersuchte daher, wie weit ATI in der Nahrung den Schweregrad der Leberfibrose und der nicht-alkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD), von Fettleibigkeit und des metabolischen Syndroms bei in Mäusen mit experimenteller Leberfibrose oder NAFLD beeinflussen können. Mdr2-/- FVB-Mäuse, die eine spontane sekundäre biliäre Fibrose ähnlich der humanen primär sklerosierenden Cholangitis entwickelen, erhielten eine Kontrolldiät aus definierten Kohlenhydraten und Protein (Zein aus Mais), ergänzt mit Vitaminen/Mineralstoffen und essentiellen Aminosäure oder die gleiche Diät, in der 0,7% des Zeins durch gereinigte ATI ersetzt wurden, für 6 Wochen. Im Modell der NAFLD/NASH erhielten männliche C57BI6J-Mäuse die zeinbasierte Diät mit oder ohne Ersatz von der Kohlenhydrate durch 53% der Kalorien an definierten Fetten (Hochfettdiät, HFD). Ferner wurden in weiteren Gruppen 30% des Zeins durch Weizengluten (G, enthaltend etwa 0,15 g ATI pro 10 g; HFD/G/ATI), oder 0,7% des Zeins durch gereinigte ATI ersetzt(HFD/ATI) . Die Diäten erfolgten über 8 Wochen ersetzt. Zum Versuchsende wurden Blut, Leber und peripheres Fettgewebe für biochemische, immunologische und histologische Analysen gesammelt. In den NAFLD-Mäusen wurde ferner die Insulinresistenz (IR) durch einen intraperitonealen Glucosetoleranztest (IPGTT) gemessen. Die NAFLD-Mäuse nahmen signifikant an Gewicht zu und entwickelten eine IR. Im Vergleich zur HFD alleine nahmen Mäuse, welche die HFD/ G /ATI oder HFD / ATI-Futter dosisabhängig erhielten, signifikant mehr Gewicht und zeigten signifikant höhere Serumtransaminasen und Triglyceride, Epididymal--, Mesenterial- und Leistenfett und eine höhere Insulinresistenz. ATI-Fütterung induzierte eine verstärkte Leber- und Fettgewebsentzündung mit einer vermehrten Makrophagenpolarisation und -infiltration vom M1-Typ und einer signifikant erhöhten fibrogenen Reaktion in der Leber im Vergleich zu HFD-Mäusen unter der ATI-freien Diät. Mdr2 - / - Mäuse auf der ATI-haltigen Diät entwickelten eine signifikant schwerere Leberfibrose als ihre ATI-freien Kontrollen. Daher verschlimmern mit der Diät aufgenommene Weizen ATI in Mengen, die mit dem menschlichen Durchschnittsverbrauch vergleichbar sind, alle Merkmale der NAFLD, des metabolischen Syndroms und der biöiären Leberfibrose, trotz ihres irrelevanten Kalorienwerts. Diese Ergebnisse unterstreichen die schädlichen Auswirkungen von Weizen-ATI auf anhaltende periphere chronische Erkrankungen, insbesondere Leberentzündung und Fibrose, und die mit NAFLD/NASH verbundene Fettgewebeentzündung und Insulinresistenz. Die Ergebnisse werden z.Zt in klinischen Studien überprüft, u.a. in Hinblick auf den Verzehr und schließlich die Produktion gesünderer (ATI-reduzierter Weizen-) Produkte.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 04 Medizin
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1170
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000023444
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	xi, 75 Blätter
Appears in collections:	JGU-Publikationen