Die Aufnahme von Zuckerersatzstoffen durch die Eltern kann sich laut Studie auf die Darmbiologie der Nachkommen auswirken

Eine neue Mausstudie legt nahe, dass von Eltern konsumierte Süßstoffe Darmbakterien, mikrobielle Metaboliten und Stoffwechselsignale bei den Nachkommen umgestalten können, wobei Sucralose den stärksten generationsübergreifenden Eindruck hinterlässt.

In einer kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Grenzen in der ErnährungForscher zeigten, dass nicht-nutritive Süßstoffe (NNS) über Generationen hinweg unterschiedliche genetische und Darmreaktionen hervorrufen.

Eine zuckerreiche Ernährung fördert Adipositas, Hyperinsulinämie und eine beeinträchtigte Glukosetoleranz und ist mit einem höheren Risiko für nichtübertragbare Krankheiten bei Kindern und Erwachsenen verbunden. NNS wie Aspartam, Saccharin, Acesulfam K, Stevia, Sucralose und Cyclamat werden häufig als kalorienfreie Zuckerersatzstoffe verwendet. Der NNS-Verbrauch hat in allen Altersgruppen, auch bei Frauen im gebärfähigen Alter, erheblich zugenommen.

Laut einer Umfrage in den Vereinigten Staaten (USA) nutzten im Jahr 2020 mehr als 140 Millionen Erwachsene NNS. Darüber hinaus deutet eine aktuelle Richtlinie der Weltgesundheitsorganisation (WHO) darauf hin, dass die langfristige Einnahme von NNS mit Nebenwirkungen wie einem höheren Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes verbunden sein kann. Trotz der weit verbreiteten Nutzung von NNS durch Frauen im gebärfähigen Alter sind die Auswirkungen der elterlichen Einnahme von NNS auf die Nachkommen noch nicht ausreichend erforscht.

Studiendesign für elterliche NNS-Mäuse

In der vorliegenden Studie untersuchten die Forscher, wie die elterliche Aufnahme von Stevia oder Sucralose die Produktion von fäkalen Mikrobiota (FM) und kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) sowie die Genexpression in Leber und Darm beeinflusst und ob Veränderungen an die Nachkommen weitergegeben werden. Zunächst wurden vier Wochen alte männliche und weibliche Mäuse (Eltern- oder F0-Generation) randomisiert und erhielten 16 Wochen lang Wasser (Kontrolle) oder mit Stevia oder Sucralose angereichertes Wasser.

Mäuse derselben Gruppe wurden in Woche 6 gekreuzt. Vier Wochen nach der Laktation wurde die erste Generation (F1) entwöhnt und bis zum Alter von 20 Wochen beobachtet. Nicht verwandte F1-Mäuse aus derselben Gruppe wurden gekreuzt, um die zweite (F2) Generation zu erzeugen. F1- und F2-Tiere erhielten nur Standardfutter und reines Wasser, ohne direkte NNS-Exposition. Veränderungen der Nahrungs- und Wasseraufnahme sowie des Körpergewichts wurden jede Woche überwacht.

In Woche 20 wurden Mäuse aller Generationen eingeschläfert und Leber- und Ileumgewebe entnommen. Vor der Euthanasie wurde ein oraler Glukosetoleranztest (OGTT) durchgeführt. Darüber hinaus wurden vor der Euthanasie von jeder Generation und Gruppe Stuhlproben entnommen. Die FM-Zusammensetzung wurde mithilfe der Gensequenzierung der 16S-ribosomalen Ribonukleinsäure (rRNA) bewertet. SCFAs wurden mittels Gaschromatographie quantifiziert.

Gesamtribonukleinsäure (RNA) wurde aus Darm- und Lebergewebe extrahiert, um die Expression von Genen zu quantifizieren, die an Entzündungen beteiligt sind (Tumornekrosefaktor). [Tnf] und Toll-like-Rezeptor 4 [Tlr4]), Darmbarrierefunktion (Tight Junction Protein 1 [Tjp1]) und Stoffwechsel (Sterol-regulatorisches Element-bindendes Protein 1 [Srebp1]). Der Kruskal-Wallis-Test und der Post-hoc-Dunn-Test wurden verwendet, um Unterschiede zwischen Generationen und Gruppen zu vergleichen.

Glykämische Ergebnisse zu Stevia und Sucralose

Der OGTT-Test zeigte bei F0-Mäusen keine Unterschiede im Glukosespiegel zwischen der Kontroll- und der Sucralosegruppe. Dennoch zeigten die Männer in der Stevia-Gruppe nach 120 Minuten niedrigere Glukosewerte als diejenigen in der Sucralose- und Kontrollgruppe. Männliche F1-Mäuse in der Sucralose-Gruppe hatten niedrigere Glukosespiegel als diejenigen in der Stevia- und Kontrollgruppe, obwohl die glykämischen Veränderungen insgesamt bescheiden und selektiv waren. F2-Frauen in der Stevia-Gruppe hatten einen höheren Nüchtern-Glykämiespiegel.

Im Gegensatz dazu hatten F2-Männchen in der Sucralose-Gruppe einen niedrigeren Blutzuckerspiegel als in der Stevia-Gruppe und einen höheren Nüchternglukosespiegel als die Kontrollgruppe. In der Kontrollgruppe gab es keine generationsübergreifenden Veränderungen des Blutzuckerspiegels. Die NNS-Aufnahme hatte keinen Einfluss auf die intestinale Tjp1-Expression bei F0-Tieren und den Nachkommen. Im Gegensatz dazu war Sucralose bei F0-Mäusen im Vergleich zu Kontrollen mit einer erhöhten Tnf- und Tlr4-Expression im Darm und einer verringerten hepatischen Srebp1-Expression verbunden.

Experimentelles Design für die generationenübergreifende Exposition gegenüber Sucralose und Stevia. Im Alter von 4 Wochen: nicht-blutsverwandte, erstgebärende weibliche und männliche C57BL/6J-Mäuse [parental (F0) generation] wurden nach dem Zufallsprinzip in drei Gruppen eingeteilt und erhielten 16 Wochen lang Wasser allein (Kontrolle) oder mit Sucralose (0,1 mg/ml) oder Stevia (0,1 mg/ml) ergänztes Wasser. Um die generationsübergreifende Wirkung von nicht-nutritiven Süßungsmitteln (NNSs) zu beurteilen, wurden F0-Mäuse, die zur gleichen Behandlungsgruppe gehörten, im Alter von 10 Wochen gepaart. Nach 4 Wochen Laktation wurden die F1-Nachkommen entwöhnt und bis zum Alter von 20 Wochen beobachtet. Die Generationen F1 und F2 erhielten keine direkte NNS-Exposition. Alle Mäuse wurden unter identischen Haltungs- und Haltungsbedingungen gehalten, einschließlich des gleichen Tierraums, des gleichen Käfigtyps und der gleichen Einstreu, der gleichen Futtermenge, des gleichen Wasserquellen- und Flaschenreinigungsprotokolls sowie des gleichen standardisierten Käfigreinigungsplans.

Veränderungen der Darmmikrobiota und SCFA über Generationen hinweg

Bei F1-Tieren waren intestinales Tnf und Tlr4 in NNS-Gruppen im Vergleich zu Kontrollen überexprimiert, und diese Veränderungen waren bei F2-Mäusen normalisiert. Bei F0-Tieren unterschied sich die Alpha-Diversität nicht zwischen den Gruppen, aber der Shannon-Index war in der Stevia-Gruppe höher als in der Sucralose- und Kontrollgruppe. Die Beta-Diversität zeigte signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen.

Bei F1-Mäusen wurden in der Sucralose-Gruppe mehr Arten beobachtet als in der Kontrollgruppe; Der Shannon-Index war in den NNS-Gruppen höher als in den Kontrollgruppen, und die Beta-Diversität unterschied sich zwischen den Gruppen. Bei F2-Tieren wies die Sucralose-Gruppe mehr beobachtete Arten und einen höheren Shannon-Index auf als die Stevia- und Kontrollgruppen; Die Beta-Diversitätsunterschiede blieben in dieser Generation bestehen. Die Kontrollgruppe zeigte keine generationsübergreifenden Unterschiede in der Alpha- oder Beta-Diversität.

Darüber hinaus führte die NNS-Aufnahme zu erheblichen Veränderungen in der FM-Zusammensetzung bei F0- und F1-Tieren, insbesondere in der Sucralose-Gruppe. Darüber hinaus wurden die NNS-bedingten Änderungen in der FM-Zusammensetzung auf die F1-Generation übertragen, in der F2-Generation jedoch teilweise wiederhergestellt. In der F0-Generation zeigten NNS-Gruppen niedrigere Valerat- und Acetatwerte im Stuhl als die Kontrollen, ohne Unterschiede bei den Butyrat- und Propionatwerten oder den SCFA-Anteilen.

In der F0-Generation waren die Gesamt-SCFA-Werte in den NNS-Gruppen niedriger als in den Kontrollgruppen. Bei F1-Tieren waren die Acetat-, Butyrat-, Valerat- und Propionatspiegel in der Sucralose-Gruppe signifikant verringert. Bei F2-Mäusen hatte die Sucralose-Gruppe niedrigere Propionat- und Acetatspiegel und die Stevia-Gruppe niedrigere Valerat-, Butyrat-, Acetat- und Propionatspiegel als die Kontrollen. Die gesamten SCFA-Werte waren in den NNS-Gruppen niedriger.

Generationenübergreifende gesundheitliche Auswirkungen der NNS-Exposition

Zusammengenommen führte die elterliche NNS-Aufnahme zu generationsübergreifenden Veränderungen in der Zusammensetzung der Darmmikrobiota, der mikrobiellen Metabolitenproduktion, den glykämischen Reaktionen des Wirts sowie der hepatischen und intestinalen Genexpression bei den Nachkommen. Diese Ergebnisse stellen die Annahme in Frage, dass NNS metabolisch inert sind, und verdeutlichen ihr Potenzial, die Gesundheit der Nachkommen zu beeinflussen. Insgesamt zeigte Sucralose das stärkere und anhaltendere generationsübergreifende Signal, wohingegen Stevia-bedingte Effekte in F1 stärker ausgeprägt waren und mehrere Veränderungen durch F2 abgeschwächt wurden. Weitere Forschung ist erforderlich, um die zugrunde liegenden Mechanismen und ihre Relevanz für die menschliche Gesundheit abzugrenzen.

Quellen: