Fettreiche und hyperkalorische Ernährungsformen sind mit Adipositas (Fettleibigkeit) und Diabetes mellitus Typ 2 mit der Folge eines metabolischen Syndroms assoziiert. Unklar ist bislang, welche Effekte Nahrungsfette per se nach dem Wechsel von isokalorischer kohlenhydratreicher Kost auf eine isokalorische Hochfett-Kost haben. Ebenso ist der Einfluss dieser isokalorischen Hochfett-Kost auf die Circadianik und deren Heritabilität bei Menschen unerforscht. In der NUtriGenomics Analysis in Twins-(NUGAT)-Studie wurden 46 gesunde Zwillingspaare (34 monozygote, 12 dizygote) mit einem durchschnittlichen BMI (Body Mass Index) von 22,5 kg/m2 und einem mittleren Alter von 25 Jahren eingeschlossen. Diese erhielten für sechs Wochen als Run-in-Phase eine isokalorische kohlenhydratbetonte Kost (55 E % Kohlenhydrate, 30 E % Fett, 15 E % Protein), anschließend eine isokalorische fettreiche Kost (45 E % Kohlenhydrate, 40 E % Fett, 15 E % Protein) für weitere sechs Wochen. Es erfolgten eine anthropometrische und metabolische Charakterisierung, die analytische Bestimmung des Melatonin- und Cortisol-Stoffwechsels in der Saliva (Speichel) und im 24-Stunden-Sammelurin sowie der mRNA-Expression der 11β-Hydroxy¬steroid-Dehydrogenase 1 und 2 (11β-HSD1 und -2) im subkutanen Fettgewebe an drei Untersuchungstagen. Zusätzlich wurden geschlechts- und altersspezifische Unterschiede differenziert analysiert. Außerdem erfolgte eine Erblichkeitsanalyse mittels des ACE-Modells. Es zeigten sich alters- und geschlechtsspezifische signifikante Effekte nach isokalorischer Hochfett-Kost auf den Glucose- und Lipid-Metabolismus. Der circadiane Parameter Melatonin in der Saliva reagierte auf die Kostumstellung ebenfalls mit signifikanten geschlechts- und altersspezifischen Konzentrationsveränderungen, die Analyse des Melatonin-Metaboliten aMT6s im Sammelurin zeigte keine signifikante Veränderung. Ebenso blieb der circadiane Parameter Cortisol in der Saliva nahezu unverändert, das freie Cortison und der allo-THF-Metabolit im Sammelurin wiesen einen signifikanten Konzentrationsabfall nach Woche 1 und Woche 6 der Hochfett-Kost auf. Die mRNA-Expression der 11β-HSD1 im subkutanen Fettgewebe fiel signifikant bzw. hochsignifikant in der gesamten Studienpopulation, auf der anderen Seite stieg die Expression von 11β-HSD2-mRNA signifikant in der Altersgruppe 26–45 Jahre nach Woche 1 der Hochfett-Kost an. Eine genetische Determinierung wurde bei Melatonin in der Saliva nach Woche 6 der Hochfett-Kost und beim aMT6s im Sammelurin während der gesamten Studiendauer nachgewiesen. Das freie Cortisol im Sammelurin zeigte eine Heritabilität nach Woche 1 und Woche 6 der Hochfett-Kost, das freie Cortison nach Woche 1 der Hochfett-Kost. Die daraus resultierende Zusammenfassung zeigt Effekte einer isokalorischen Hochfett-Kost mit geschlechts- und altersabhängiger Veränderung im Glucose- und Lipidmetabolismus und einer Einflussnahme auf circadiane Synchronisationssignale mit in der Peripherie vermittelten hormonell-metabolischen Mechanismen, einschließlich der mRNA-Expression der 11β-HSD1 und 2 im subkutanen Fettgewebe. Die mithilfe des ACE-Modells und von Korrelationsanalysen durchgeführte Erblichkeitsanalyse ließ eindeutig eine genetische Determinierung des Melatonin-, weniger des Glucocorticoid-Metabolismus unter einer sechswöchigen Hochfett-Kost erkennen.
High fat and hypercaloric diets are associated with obesity and type 2 diabetes leading to metabolic syndrome. It is unclear what effects the dietary fats themselves have after a switch from an isocaloric high-carbohydrate diet to an isocaloric high-fat diet. The influence of this isocaloric high fat diet on the circadian system and its heritability in humans has also not been researched. In the NutriGenomics Analysis in Twins (NUGAT) study, 46 healthy twin pairs (34 monozygotes, 12 dizygotes) with an average BMI (body mass index) of 22.5 kg/m2 and an average age of 25 years were studied. They received an isocaloric carbohydrate-based diet (55 E % carbohydrates, 30 E % fat and 15 E % protein) for a run-in phase of six weeks, followed by an isocaloric high fat diet (45 E % carbohydrates, 40 E % fat and 15 E % protein) for another six weeks. An anthropometric and metabolic characterization was performed, as well as a survey of the melatonin and cortisol metabolism from the saliva of the subjects and from their 24-hour urine collection, additionally an examination of the 11β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase 1 und 2 (11β-HSD1 und -2)-mRNA from subcutaneous adipose tissue was carried out on three distinct days. Gender and age-specific differences were calculated by a differentiated analysis of the data. In addition, hereditary analysis was carried out using the ACE model. After isocaloric high-fat diet, significant age- and gender-specific effects were noted on glucose and lipid metabolism. The circadian parameter melatonin saliva also reacted to changing diet with significant gender- and age-specific changes in concentration, there were no significant alterations of melatonin metabolite aMT6s urine, the circadian parameter cortisol saliva remained almost unchanged. Free cortison and the metabolite allo-THF in the urine collection showed a significant decrease in concentration after one week of diet change and after the total high-fat intervention. The expression of 11β-HSD1-mRNA in subcutaneous adipose tissue fell significantly in the entire population under study, whereas that of 11β-HSD2-mRNA increased significantly in the age group 26–45 years after week 1 of a high-fat diet. A genetic determination was detected in melatonin saliva after week 6 of high-fat diet and in aMT6s urine during the entire period of study. During a high-fat diet, free cortisol in the urine showed heritability after week 1 and 6, free cortisone after week 1. The resulting summary shows the effects of an isocaloric high-fat diet with gender- and age-dependent changes on glucose and lipid metabolism and the influence on circadian synchronization signals with peripheral hormonal-metabolic mechanisms, including mRNA expression of 11β-HSD1 and -2 in subcutaneous adipose tissue. An hereditary analysis with the help of the ACE model and a correlation analysis, showed clearly genetic determination of melatonin metabolism, less that of glucocorticoid metabolism during a high-fat diet.
