Untersuchungen zur Wirkung einer ketogenen Diät bei Kolitis

• Antragsteller: Professor Dr. Tilman Grune; Professor Karsten-Henrich Weylandt, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Ernährungswissenschaften
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397437773

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Eine ketogene Diät (KD) ist eine Diät, die reich an Fett und arm an Kohlenhydraten ist und eine Zunahme der Konzentration von zirkulierenden Ketonkörpern bewirkt, die als Ketose bezeichnet wird. Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass sowohl die KD als auch die Ketonkörper bei verschiedenen pathophysiologischen Zuständen einen positiven Effekt haben können. In einem vorläufigen Experiment konnte eine schützende Wirkung einer präventiven Behandlung mit einer KD im Vergleich zu einer klassischen kohlenhydratreichen Standarddiät im Natrium-Dextransulfat (DSS)-Kolitismodell gezeigt werden. Das Ziel des Projekts war es, die Rolle und Mechanismen einer KD und/oder von Ketonkörpern als einen therapeutischen Ansatz für chronisch-entzündliche Darmerkrankungen zu untersuchen. Zusätzlich sollte die metabolische Sicherheit verschiedener KD-Zusammensetzungen in einer Langzeitfütterungsstudie bewertet werden. Mit Hilfe verschiedener murinen Kolitismodelle, wurden die Auswirkungen einer KD-Fütterung und der Supplementierung mit Ketonestern (KE), einer einnehmbaren Form von Ketonkörpern, auf die intestinale Entzündung untersucht. Unerwarteterweise führte die Fütterung mit der KD nicht zu einer Verbesserung der Krankheitsaktivität bei DSS- und TNBS-induzierter Kolitis. Infolge der fehlenden Kolitis-protektiven Wirkung der KD wurde die metabolische Sicherheit verschiedener Zusammensetzungen einer KD nicht Im Rahmen des Projekts untersucht. Da aber vermutet wird, dass die Wirkung einer KD bei anderen entzündlichen Pathophysiologien mit einem veränderten Darmmikrobiom in Verbindung stehen könnte, untersuchten wir dennoch die Effekte einer KD-basierten Ernährung auf das Mikrobiom des Dickdarms. Unsere Ergebnisse zeigten signifikante Veränderungen in der Gesamtzahl der Darmbakterien sowie in der Zusammensetzung des Mikrobioms nach Verabreichung der KD. Diese beobachteten Veränderungen deuten möglicherweise auf entzündungshemmende und antidiabetische Wirkungen einer KD hin. Im Gegensatz zur Verabreichung der KD zeigte die Supplementierung von KE in beiden untersuchten Mausmodellen eine Minderung der experimentellen Kolitisaktivität. Dabei war der Kolitis-protektive Effekt bei einer präventiven Einnahme von KE stärker ausgeprägt als bei einer therapeutischen Supplementierung. Zusätzlich ging die KE-induzierte Verminderung der Kolitis mit einer erhöhten Mucin2-Expression einher, was auf eine schützende Wirkung auf die Schleimhautbarriere hinweist. Übereinstimmend damit führte die KE-Supplementierung zu einer verbesserten Funktion und Differenzierung der Becherzellen. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass KE eine effektive entzündungshemmende Nahrungsergänzung im Zusammenhang mit akuter Kolitis darstellen und ein vielversprechender Ansatz für eine ergänzende Ernährungstherapie bei Patienten mit entzündlichen Darmerkrankungen sein könnten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Knock-In Mice Expressing a 15-Lipoxygenating Alox5 Mutant Respond Differently to Experimental Inflammation Than Reported Alox5−/− Mice. Metabolites, 11(10), 698.
  Marbach-Breitrück, Eugenia; Rohwer, Nadine; Infante-Duarte, Carmen; Romero-Suarez, Silvina; Labuz, Dominika; Machelska, Halina; Kutzner, Laura; Schebb, Nils Helge; Rothe, Michael; Reddanna, Pallu; Weylandt, Karsten H.; Wieler, Lothar H.; Heydeck, Dagmar & Kuhn, Hartmut
  
• Microbiota profiling in aging-associated inflammation and liver degeneration. International Journal of Medical Microbiology, 311(4), 151500.
  Baumann, Anja; Hernández-Arriaga, Angélica; Brandt, Annette; Sánchez, Victor; Nier, Anika; Jung, Finn; Kehm, Richard; Höhn, Annika; Grune, Tilman; Frahm, Christiane; Witte, Otto Wilhelm; Camarinha-Silva, Amélia & Bergheim, Ina
  
• Omega‐3 fatty acids protect from colitis via an Alox15‐derived eicosanoid. The FASEB Journal, 35(4).
  Rohwer, Nadine; Chiu, Cheng‐Ying; Huang, Dan; Smyl, Christopher; Rothe, Michael; Rund, Katharina M.; Helge, Schebb Nils; Kühn, Hartmut & Weylandt, Karsten‐Henrich
  
• Formation, Signaling and Occurrence of Specialized Pro-Resolving Lipid Mediators—What is the Evidence so far?. Frontiers in Pharmacology, 13.
  Schebb, Nils Helge; Kühn, Hartmut; Kahnt, Astrid S.; Rund, Katharina M.; O.’Donnell, Valerie B.; Flamand, Nicolas; Peters-Golden, Marc; Jakobsson, Per-Johan; Weylandt, Karsten H.; Rohwer, Nadine; Murphy, Robert C.; Geisslinger, Gerd; FitzGerald, Garret A.; Hanson, Julien; Dahlgren, Claes; Alnouri, Mohamad Wessam; Offermanns, Stefan & Steinhilber, Dieter
  
• Ketogenic Diet Has Moderate Effects on the Fecal Microbiota of Wild-Type Mice. Nutrients, 15(21), 4629.
  Rohwer, Nadine; El Hage, Racha; Smyl, Christopher; Ocvirk, Soeren; Goris, Tobias; Grune, Tilman; Swidsinski, Alexander & Weylandt, Karsten-H.
  
• Prevention of colitis-induced liver oxidative stress and inflammation in a transgenic mouse model with increased omega-3 polyunsaturated fatty acids. Redox Biology, 64, 102803.
  Rohwer, Nadine; Jelleschitz, Julia; Höhn, Annika; Weber, Daniela; Kühl, Anja A.; Wang, Chaoxuan; Ohno, Rei-Ichi; Kampschulte, Nadja; Pietzner, Anne; Schebb, Nils Helge; Weylandt, Karsten-H. & Grune, Tilman
  
• Transgenic mice overexpressing human ALOX15 under the control of the aP2 promoter are partly protected in the complete Freund’s adjuvant-induced paw inflammation model. Inflammation Research, 72(8), 1649-1664.
  Heydeck, Dagmar; Kakularam, Kumar R.; Labuz, Dominika; Machelska, Halina; Rohwer, Nadine; Weylandt, Karsten & Kuhn, Hartmut