דיאטה דלת-גלוטן משרה שינויים במיקרוביום המעי של מבוגרים דנים בריאים

הדבקות בדיאטה דלת-גלוטן הפכה לנפוצה במידה הולכת וגוברת בחלקים של האוכלוסייה הכללית. מנגנון ההשפעה של דיאטה זו והביסוס הראייתי חסרים כיום, דבר שהופך דיאטה זו לשנויה במחלוקת בציבור. למרות שבדיאטה דלת-גלוטן, גלוטן הוא לא המרכיב היחיד שמשתנה, מרבית הוויכוח מתמקד עליו. גלוטן הוא מרכיב תזונתי עיקרי בחיטה, שיפון ושעורה, ומורכב מחלבונים אשר הינם עמידים בחלקם לעיכול פּרוֹטֶאוֹליטי[1] הנובע מתכולה גבוהה של החומצות האמיניות, פּרוֹלין וגְלוּטָמין.  פפטידים[2] גדולים של גלוטן, כולל גליאדין (אחד ממרכיבי גלוטן), משתמטים מעיכול בקיבה ומצטברים במעי הדק, בו הם עלולים להגיב עם המערכת החיסונית, להשפיע על חדירות המעי ולאפנן (modify) את פעילות החיידקים. דיאטה דלת-גלוטן, מעבר להורדת תכולת הגלוטן, כרוכה גם  בהחלפת דגנים עתירי סיבים תזונתיים, כגון חיטה, שיפון ושעורה בסיבים תזונתיים ממקורות מזון אחרים. שני מחקרים קצרים שחקרו אם דיאטה דלת-גלוטן משנה את מיקרוביום[3] המעי ואת תפקוד המערכת החיסונית במבוגרים בריאים, הניבו תוצאות סותרות.

ניסוי קליני אקראי מבוקר לא-סמוי[4] ומוצלב (cross-over) במבוגרים דנים בגילאי 65-22 שנה ללא מחלת צליאק, שהתפרסם ב-Nature Communications, בדק אם דיאטה דלת-גלוטן (2 גרם גלוטן/יום, מקורו בעיקר בשיבולת שועל) בהשוואה לדיאטה עתירת-גלוטן (18 גרם גלוטן ליום, מקורו בעיקר בחיטה ושיפון) משרה שינויים בהרכב ובתפקוד המיקרוביוטה במעי, במֶטָבּוֹלוֹם[5] השתן ובסמנים ביולוגיים בפיסיולוגיה של הפונדקאי.

הניסוי היה בעל תכנון מוצלב וכלל 2 התערבויות תזונתיות בנות 8 שבועות, דיאטה דלת-גלוטן ודיאטה עתירת גלוטן, אשר ביניהן היה מרווח זמן (washout period) של 6 שבועות לפחות, בו נצרכה דיאטה רגילה. המשתתפים הוקצו בסדר אקראי לדיאטה דלת-גלוטן ודיאטה עתירת גלוטן, כשלאחר מכן קבלו את הדיאטה השנייה. בתקופות ההתערבות נתבקשו המשתתפים להחליף את כל מוצרי הדגנים במוצרים בעלי איכות תזונתית גבוהה דלי-גלוטן או עתירי-גלוטן, אותם קבלו באופן חופשי ונתבקשו לצרוך עד לשובע.

נבדקו השפעות שני משטרי הדיאטות על השינויים בהרכב ותפקוד המיקרוביום במעי, במטבולום השתן, במטבוליטים בנסיוב (serum) ובצואה, וסמנים ביולוגיים בפיסיולוגיה של הפונדקאי, כשכל משתנה נבדק בביקור הראשון והשלישי (התחלת כל התערבות) ובביקור שני ורביעי (סיום כל התערבות).

ממצאים

באופן כללי, דבקו המשתתפים בשני משטרי הדיאטה כפי שדווח ביומני האכילה (food diary) ובהתאם לירידה בפלסמה, בדיאטה דלת-גלוטן, במטבוליטים האופייניים לדיאטה עתירת-גלוטן, והמספקת עדות אובייקטיבית לדבקות אינדיבידואלית במשטר הדיאטה. לא היה הבדל בסך צריכת סיבים תזונתיים בשני משטרי הדיאטה. כמו כן, לא היה הבדל בין שני משטרי הדיאטה בצריכת אנרגיה (קלוריות) או רכיבי תזונה עיקריים (macronutrients), מלבד צריכה נמוכה יותר במקצת של חלבון (פחות 7 גרם חלבון/יום בממוצע) בדיאטה דלת-גלוטן.

השפעת דיאטה דלת-גלוטן על הרכב המיקרוביום

נבדק, בדגימות צואה, הגנום של 208 מעקובות (sequences) של DNA אינדיבידואליות ונתקבלו 6.7 ג'יגה בממוצע של זוגות בסיסים/דגימה. זוהו בסך הכל 575 זנים (species) של חיידקים ב-10 אנשים לפחות, אשר מתוכם ב-14 זני חיידקים חל שינוי בשפע היחסי (relative abundance) בדיאטה דלת-גלוטן בהשוואה לדיאטה עתירת-גלוטן.

1. השפע של 4 זני Bifidobacterium היה נמוך יותר בזמן דיאטה דלת-גלוטן בהשוואה לדיאטה עתירת-גלוטן.
2. השפע של זני [6] Dorea (זן אחד של Blautia wexlerae, ו-2 זנים ממשפחת Lachnospiracae ו-2 חיידקים יוצרי בּוּטירָט [7], Anaeostipes hadrus ו-Eubacterium hallii), היה נמוך יותר בדיאטה דלת-גלוטן בהשוואה לדיאטה עתירת-גלוטן.
3. זנים לא מסווגים ממקור טקסונומי (עוסק בסיווג) לא ידוע של Clostridiales וזנים לא מסווגים של Lachnospiracae היו גבוהים יותר בדיאטה דלת-גלוטן בהשוואה לדיאטה עתירת-גלוטן.

השפעת דיאטה דלת-גלוטן על תפקוד המיקרוביום

כל הגנים של החיידקים קובצו ליחידות תפקוד עצמאיות (modules) ולגנים השייכים לאותו אב קדמון ומקוּדדים לחלבון בעל אותו תפקוד בזנים שונים (orthologs). בדיאטה דלת-גלוטן בהשוואה לדיאטה עתירת גלוטן, חלו שינויים ב-88 אורתולוגים וב-37 מודולים.

1. בהשוואה לדיאטה עתירת-גלוטן, בדיאטה דלת-גלוטן, היה נמוך יותר שפע המודולים הקשורים במטבוליזם הפחמימות ובקליטת הפחמימות, דבר המצביע על שינוי בפירוק הפחמימות על ידי החיידקים בתגובה להתערבות התזונתית.
2. בהשוואה לדיאטה עתירת-גלוטן, בדיאטה דלת-גלוטן, היה נמוך יותר שפע המודולים הקשורים בטרנספורט של גלוטמט (נוירוטרנסמיטר, חומר בו משתמשים העצבים להעברת מסרים), אבץ/מנגן וסולפט.
3. בהשוואה לדיאטה עתירת-גלוטן, בדיאטה דלת-גלוטן, היה גבוה יותר שפע המודולים הקשורים בטרנספורט של ציסטאין [חומצה אמינית לא-חיונית החשובה לסינתזה של חלבון, סילוק רעלים (detoxification) ולתפקודים מטבוליים שונים] ובברזל.

הממצאים לעיל מוכיחים כי דיאטה דלת-גלוטן משנה את הרכב ותפקוד המיקרוביום במבוגרים בריאים.

קשרים בין דיאטה דלת-גלוטן לבין התססה (fermentation) במעי

1. בהשוואה לדיאטה עתירת גלוטן, בדיאטה דלת-גלוטן פליטת מימן במבחן נשימה (מאבחן שגשוג יתר של חיידקים וספיגה לקויה של פחמימות) הייתה נמוכה יותר הן בצום והן לאחר ארוחה.
2. המשתתפים דיווחו על תחושה כללית טובה יותר (improved well-being) לאחר דיאטה דלת-גלוטן בהשוואה לדיאטה עתירת גלוטן.
3. בהשוואה לדיאטה עתירת-גלוטן, בדיאטה דלת-גלוטן, לאחר 8 שבועות התערבות, חלה ירידה בפליטת מימן במבחן נשימה בקרב משתתפים שדיווחו על ירידה בנפיחה (bloating); תצפיות אלה מצביעות על שינוי בהתססה במעי בהתאם לשינויים במודולים של חיידקים הקשורים במטבוליזם הפחמימות.
4. בהשוואה לדיאטה עתירת גלוטן, בדיאטה דלת-גלוטן נמצאו הבדלים בהרכב הפחמימות (כולל רמות גבוהות יותר של גלקטוז, ראמנוז, מנוז, וחומצה גלקטורונית (מקורם במספר ירקות, פירות-יער ודגנים שאינם חיטה או שיפון, כגון שיבולת שועל), ורמות נמוכות יותר של ארבינוז וקסילוז (מקורם בחיטה ושיפון); שינויים תזונתיים אלה היו בהתאמה לשפע הנמוך יותר של המודולים הקשורים טרנספורט של ארבינוז/לקטוז.
5. בהשוואה לדיאטה עתירת-גלוטן, בדיאטה דלת-גלוטן נצפו שינויים איכותיים, כגון רמות נמוכות יותר של פרוקטו-אוליגוסוכרים ומניטול/סורביטול, ורמות גבוהות יותר של לקטוז.

ריכוזי פליטת המימן הנמצאים בקשר שלילי עם המודולים המטבוליים הקשורים ביצירת מֶתָן[8] (methanogenesis) על ידי החיידקים במעי מהווים תמיכה לשינויים בהתססה במעי.

6. שינויים בהתססה במעי בדיאטה דלת-גלוטן נחקרו על ידי בדיקת איפיון המטבוליטים בשתן:בהשוואה לדיאטה עתירת גלוטן, בדיאטה דלת-גלוטן נמצאו בשתן ריכוזים נמוכים יותר של תרכובות שמקורן בחיטה וריכוזים גבוהים יותר של מטבוליטים, תוצרי פירוק של ליגנן (enterolactone-

glucuronide); תצפיות אלה מצביעות על שינוי בפירוק סיבים תזונתיים בזמן דיאטה דלת-גלוטן הקשור בשינויים במיקרוביום המעי.

א. פליטת מימן במבחן הנשימה הייתה בקורלציה חיובית עם המטבוליטים של חיטה בשתן ובקורלציה שלילית עם enterolactone-glucuronide (מטבוליטים של תוצר הפירוק של ליגנן) בשתן, דברים המוכיחים שההבדלים בין 2 משטרי הדיאטה נבעו משינויים בהתססה במעי הגס.

ב. הקשר בין המטבוליטים של חיטה בשתן לבין זני Bifidobacterium מצביע על כך שהירידה בשפע ה- Bifidobacterium בעקבות דיאטה דלת גלוטן הייתה קשורה בצריכה נמוכה יותר של חיטה.

ג. שפע המודולים הכרוכים בקליטה ופירוק של מָנוֹז, סוכרוז ואַרְבּינוֹז היה קשור באופן חיובי במטבוליטים בשתן של חיטה.

כל הממצאים לעיל ביחד מצביעים על כך ששינויים במיקרוביום ובהתססה, הנובעים מהבדלים איכותיים בהרכב הסיבים התזונתיים, יכולים להסביר את הירידה בפליטת מימן ובנפיחה בעקבות דיאטה דלת-גלוטן.

השפעת דיאטה דלת-גלוטן על ירידה במשקל

1. לאחר 8 שבועות של דיאטה דלת-גלוטן, משקל המשתתפים היה נמוך ב-0.8 ק"ג בממוצע, בהשוואה לדיאטה עתירת גלוטן.
2. לאחר דיאטה דלת-גלוטן, בהשוואה לדיאטה עתירת גלוטן, חלה עליה בריכוזי פפטיד YY[9] בפלסמה בתגובה לארוחה.

אולם,

א. לא נמצאו הבדלים בסך צריכת האנרגיה בין 2 משטרי הדיאטה.

ב. לא חל שינוי ברמות הורמוני מערכת העיכול, gastric inhibitory peptide[10] ו-glucagon-like peptide 2.

ג. הממצאים לעיל מצביעים על כך שמנגנונים אחרים אחראים לירידה במשקל.

ד. בין המטבוליטים בשתן שנבדלו בין 2 משטרי הדיאטה הייתה חומצת ביתא-אמינו-איזובוטירית[11], אשר ריכוזה היה גבוה יותר בעקבות דיאטה דלת-גלוטן בהשוואה לדיאטה עתירת גלוטן.

ה. השינויים בחומצת ביתא-אמינו-איזובוטירית לא היו קשורים בשינוי בחיידקי המעי, אלא בהשפעות אחרות של דיאטה דלת-גלוטן על מטבוליזם הפונדקאי.

ו. הריכוזים המוגברים של חומצת ביתא-אמינו-איזובוטירית בשתן והשינוי בפפטיד YY בפלסמה יכולים להצביע על כך שצריכת דיאטה דלת-גלוטן מאפננת (modulates) מאזן אנרגיה על ידי שינוי בייצור חום (thermogenesis) או על ידי שינוי בחימצון שומן.

לא נמצא שינוי בחימצון שומן.

א. בדיקת המטבוליטים הקשורים בציר מיקרוביוטה-מעי-מוח בצואה ובנסיוב (serum) גילתה עלייה בריכוזי kynurenine בצואה בעקבות דיאטה דלת-גלוטן; בחולי צליאק הצורכים דיאטה דלת-גלוטן נמצאו בנסיוב ריכוזים נמוכים יותר של חומצות אמיניות ארומטיות, כולל טריפטופן, שמהווה מצע (substrate) ל-kynurenine; כיון שריכוזי הטריפטופן וחומרי הפירוק על ידי חיידקים לא השתנו בעקבות דיאטה דלת-גלוטן, העלייה שנצפתה בריכוזי ה- kynurenineבצואה מרמזת על שינוי במסלולי הפירוק של הטריפטופן על ידי החיידקים ולא כתוצאה של זמינות הסובסטרט.

ב. ריכוזי kynurenine בצואה נמצאו כקשורים באופן חיובי בריכוזי חומצת ביתא-אמינו-איזובוטירית בשתן, דבר המצביע על התפקיד הפוטנציאלי של חיידקי המעי הגס בהפיכת שומן לבן לשומן חום.

השפעה קלה של דיאטה דלת-גלוטן על מערכת החיסון

על מנת לבדוק את ההשפעה הפוטנציאלית של דיאטה דלת-גלוטן על התגובה החיסונית, העריכו החוקרים סמנים של דלקת בדמם של המשתתפים, וכן ציטוקינים[12] שהושרו במבחנה על ידי ליפופוליסכריד (LPS) בדם מלא.

1. לא נמצאו בנסיוב שינויים בריכוזי הסמנים של דלקת [חלבון מגיב סי (C-reactive protein – CRP), אינטרלאוקין (IL-6) ו-Tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha)].
2. לא נמצאו שינויים באוכלוסיות תאי חיסון בדם (לדוגמא, לויקוציטים, לימפוציטים, ניוטרופילים ומונוציטים).
3. לא נמצאו שינויים בסמנים של דלקת במעי (רמות בצום בפלסמה של ציטרוּלין וקַלְפּרוֹקְטין בצואה).
4. לא נמצאה חדירות מעיים (intestinal permeability), כפי שנמדדה על ידי זוֹנוּלין בצום בפלסמה והפרשת לַקְטוּלוֹז ומָניטוֹל בשתן.
5. בניסוי במבחנה, LPS גרם להפרשה נמוכה יותר של הציטוקין המעודד דלקת והקשור ב-inflammasome, IL1-beta, בהשוואה לדיאטה עתירת גלוטן.
6. בניסוי במבחנה, LPS לא גרם לשינויים בהפרשת מתווכים מעודדי-דלקת שאינם קשורים ב-inflammasome, כגון IL-6, TNF-alpha ואינטרפרון-גמא.

הממצאים לעיל מצביעים על ירידה סלקטיבית בשיפעול (activation) התגובה של inflammasome בעקבות דיאטה דלת-גלוטן בהשוואה לדיאטה עתירת גלוטן.

מסקנות החוקרים

דיאטה דלת-גלוטן בת 8 שבועות במבוגרים בריאים בגיל ביניים הביאה לשינויים במיקרוביום המעי, בהתססה של פחמימות מורכבות[13], לירידה בפליטת מימן, לירידה בנפיחות ולירידה סלקטיבית בשיפעול התגובה של   inflammasome, כפי שמשתקף בשינויים במטבולום השתן ובירידה בפליטת מימן במבחן נשימה. למרות שדרושים מחקרים נוספים, כדי שאפשר יהיה להכליל את ממצאי מחקר זה על אוכלוסיות אחרות, השינויים בהרכב החיידקים ובהתססה מרמזים על כך שההשפעות של דיאטה דלת-גלוטן במבוגרים בגיל הביניים יכולות להיות מוּנָעות, במידה מסוימת, על ידי שינויים איכותיים בסיבים תזונתיים עם הירידה בצריכת מזונות עתירי-גלוטן, ולא רק על יד

[1] עיכול פרוטאוליטי – פרוק החלבונים על ידי אנזימים במערכת העיכול.

[2] פפטיד – מולקולה המורכבת מ-2 חומצות אמינו או יותר.

[3] מיקרוביום – מאמרים מדעיים רבים מבחינים בין מיקרוביוטה, שהיא כלל המיקרואורגניזמים בגוף, לבין מיקרוביום שהוא הגנום המצרפי של כל המיקרוביוטה, כלומר קידוד הגנים של החיידקים בדומה לקידוד הגנום האנושי, אם כי לעתים מבלבלים בין שני המונחים; גנום הוא מִכְלוֹל הַגֵּנִים, כלומר כלל המידע התורשתי באורגניזם המקודד ב-DNA, ובחלק מהנגיפים ב-RNA.

[4] לא-סמוי – הן המשתתפים והן החוקרים יודעים מהו הטיפול.

[5] מטבולום – שורה שלמה של מטבוליטים (חומרי פירוק).

[6] Dorea – סוג חיידקים יוצרי גזים עיקריים, בעיקר פחמן דו-חמצני ומימן.

[7] בוטירט – חומצת שומן קצרת שרשרת; הוכחה כמווסתת מטבוליזם הפחמימות בכבד (מגבירה אגירת פחמימות כגליקוגן, מצמצמת גליקוליזה, ועל ידי כך מגבירה חימצון חומצות השומן להספקת אנרגיה לתאים ותורמת להוצאת האנרגיה).

[8] מתן – אחד ממרכיבי גז הנפיחה.

 [9]פפטיד YY – הורמון הקשור ברעב ושובע; הוא מקטין צריכת מזון באמצעות עיכוב תנועתית הקיבה ועל ידי כך גורם לתחושת שובע.

[10] gastric inhibitory peptide – הורמון העולה בעקבות צריכת רכיבי תזונה ומוריד את הפרשת החומצה בקיבה, כדי למנוע נזק למעי, מקטין את קצב ריקון הקיבה ומעכב תנועתיות הקיבה.

[11] חומצת ביתא-אמינו-איזובוטירית – גורמת להפיכת שומן לבן לשומן חום ומגבירה חימצון שומן בכבד; בניגוד לשומן לבן האוגר אנרגיה, שומן חום שורף אנרגיה ויוצר חום.

[12] ציטוקינים – מולקולות המשתתפות בתקשורת בין תאי המערכת החיסונית והמתווכות והמווסתות חסינות (immunity) דלקת (inflammation) וייצור תאי דם וטסיות במח העצמות (hematopoiesis).

[13] פחמימה מורכבת – רב-סוכר (כמו עמילן) המורכב ממאות או אלפי יחידות של חד-סוכרים.