nome gerardo nardone titolo · pdf filenome gerardo nardone titolo professore di...

48
NOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara di non aver avuto negli ultimi 12 mesi conflitto d’interesse in relazione a questa presentazione e che la presentazione non contiene discussione di farmaci in studio o ad uso off-label

Upload: voquynh

Post on 10-Feb-2018

215 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

NOME Gerardo NardoneTITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II

Il sottoscritto dichiara di non aver avuto negli ultimi 12 mesi conflitto d’interesse in relazione a questa presentazione

e

che la presentazione non contiene discussione di farmaciin studio o ad uso off-label

Page 2: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Gerardo Nardone

[email protected]

University Federico II of Naples

Department of Clinical

and Experimental Medicine

Gastroenterology Unit

Diagnostical and therapeutical issues

Diet, nutriceuticals, biotics therapies

Page 3: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Exponential growth of research interest and publications opening the way to gut microbiome-targeting therapeutic strategies

2005

2012

Page 4: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Antibiotics

Gut microbiota

BioticsNutraceuticals

Modulation of gut microbiome

LIVER HEALTH ???

Diet

Page 5: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Diet

Gut microbiome

MetabolitesPhysiologicalactivity

Metabolites

The intestinal microflora is both a target for nutritional intervention and a factor influencing the biological activity of foods

Diet is the major driver for changes in gut bacterial diversity

Page 6: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

� At birth -digestive tract of humans is sterile

� Colonization by microbes starts within the first few hours of life and depends on

• delivery type • maternal flora• environment hygiene • infant diet

GUT BACTERIA

Harmsen HJM et al.JPGN 2000

Breast feeding Formula feeding% o

f to

talflor

a

% o

f to

talflor

a

Days Days

Page 7: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Rural Diet = ↑↑↑↑ vegetable fibre: ↑↑↑↑ Bacteroidetes ↑↑↑↑ Prevotella

Western diet = ↑↑↑↑ starch and protein: ↑↑↑↑ Firmicutes, ↑↑↑↑ Proteobacteria

European Western diet

African Rural diet

2010

Page 8: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Influence of diet upon dominant human colonic bacteria determined by 16S rRNA gene sequencing

Flint HJ, Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012

Bacterial change occurred within a few days, and were reversed equally quickly by a subsequent dietary switch

Control Wheat

Bran

Resistant

starch

↑↑↑↑Protein

↓↓↓↓Carbohydrates

Page 9: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Diet-driven changes in gut microbial community composition in humans

Flint HJ, Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012

Page 10: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Therefore to better understand the weight of each factor it would be advantageous if one of the two variables be permanent

Both obesity and diet may independently affect gut microbiome composition

Page 11: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

RELMβ knock out (lean independently of diet)

Firmicutes, Clostridiales , Proteobacteria Bacteroidetes

High fat diet

RELMβ KO mice allow to study the effects of diet alone avoiding the bias of the obese state

Page 12: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

2011

Low-fat or high-fat diet

Microbiome composition and mice phenotype were related to diet type, independently from the colonizing flora

Germ free mice

Human fecal flora from obese subjects

Page 13: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Germ free mice

+10 human gut bacteria colonization

+Diets with different concentration of:

- Protein (casein)- Fat (corn oil)- Polysaccharide (cornstarch)- Simple sugar (sucrose)

=

Casein and Sucrose ↑ E. Coli

Casein and Starch ↑ C. symbiosum

Casein ↑ Total fecal bacteria

Mean community member abundance for each diet

Page 14: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

How diet affect gut microbiome composition ?

Maslowski KM, Nature Immunol 2011

Page 15: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Comparison by liver biopsies of the hepatic steatosis between the initial and follow-up (mean 10 wks, range 1-39)

After exercise and diet modification, total macro- and microvesicular steatosis were significantly reduced

120 subjects

25 (Cal/kg/day) x Ideal Body Weight

50% carbohydrates30% fat20% protein

Walking/jogging 20’ three times per week

Page 16: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

2011

TIMING OFSTOOL SAMPLES

Compositions of the gut microbiota changed specifically in each individual in relation to choline intake

Choline depletion diet was directly associated with- higher liver fat - increased levels of Gamma-Proteobacteria and Erysipelotrichi

15 female subjects Liver fat measured by magnetic resonance imaging

AdequateCholine intake Very low Very rich

Page 17: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Proposed lifestyle modification guidelines for persons with Non-Alcoholic Fatty Liver Disease

McCarthy EM, Academy of Nutrition and Dietetics 2012

Page 18: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

There is no consensus as to which diet or lifestyle

approach is the right one for NAFLD patients,

largely because of a lack of scientific evidence

CONCLUSIVE REMARKS

Finelli C, and Tarantino D

Page 19: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Antibiotics

Gut microbiota

BioticsNutraceuticals

Modulation of gut microbiome

LIVER HEALTH ???

Diet

Page 20: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Nutraceuticals are the intersection of nutrition and pharmaceutical

NUTRACEUTICALS

GROUPS OF NUTRACEUTICALS

- Antioxidants- Flavonoids- Allium compaunds- Digestive stimulants-- Glucosinolates- Phytoestrogens------

The term “Nutraceutical” was coined from “Nutrition” & “Pharmaceutical” in 1989 by Stephen De Felice

DEFINITION: “Food extracts that have been demonstrated to produce a physiological benefit or provide some protection against chronic disease”

Page 21: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

GLOBAL MARKET $ 105.9 BILLION

NUTRACEUTICALS: ECONOMIC AND SCIENTIFIC BURDEN

Page 22: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

The potential prebiotic effects for both catechin and epicatechin were most notable at the lower concentration of 150 mg/l

EPICATECHIN FERMENTATIONCATECHIN FERMENTATION

Catechin: ↑ Eubacterium rectale, Bifidobacterium , Escherichia coli

↓ Clostridium histolyticum

Epicatechin: ↑ Eubacterium rectale group

Page 23: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Effect of a Low Dose of Dietary Resveratrol on Colon Microbiota

A significant reduction of Enterobacteria was also observed

Resveratrol used at doses (1mg/kg/day) achievable with enriched nutraceuticals

Larrosa MJ, Agric. Food Chem. 2009

↑ Lactobacilli

↑ Bifidobacteria

Page 24: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

↓ Adhesion Salmonella typhimurium

↑ AdhesionLactobacillus rhamnosus

The potential influence of polyphenols on colonic microflora and human gut health

Parkar SG, Int J Food Microbiol 2008

Page 25: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

2002

2004

2007

2011

Polyunsaturated fatty acids (ω-3) and gut microbiome

In vitro studies have shown PUFAs increased growth and adhesion of different Lactobacillus strains

Page 26: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

AST AST

LIVER FAT

It is likely that the beneficial effect of omega 3 supplementation on AST-ALT levels and liver fat could be due not only to a direct antinflammatory action but also to their interaction with gut microbiome

2012

Page 27: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Adverse events associated with the use of complementary medicine and health supplements: An

analysis of reports in the Singapore Pharmacovigilance database from 1998 to 2009Clinical Toxicology 2012

- 627 adverse events associated with herbal derived products- 80% be serious events- Liver the main organ involved in the serious cases- 22 fatalities reported- 10 deaths due to hepatotoxicity

Nutraceuticals include various food- and herbal-derived products

Very often

- Dose,- Duration of treatment, - Drug-interactions - Special warnings

are unclarified

Nutraceutical agents

Page 28: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Antibiotics

Gut microbiota

BioticsNutraceuticals

Modulation of gut microbiome

LIVER HEALTH ???

Diet

Page 29: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

A century ago: the story begins……..

Elie Metchnikoff, Russian Nobel Laureate, at Pasteur Institute in France used coltures of a lactic acid bacteria, the “Bacillus bulgaricus” to colonize the bowel and modify intestinal flora

1907

Page 30: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

…..and the Business also !

Common Probiotics for Human Use

• E faecalis• E. faecium• L. lactis• P. acidilactici

• L. acidophilus• L. paracasei• L. crispatus• L. gasseri• L. johnsoni• L. reuteri• L. rhamnosus• L. salivarus

Lactobacillusspecies

Bifidobacteriumspecies

Other bacteria Othermicrorganisms

• B. adolescentis• B. animalis• B. bifidum• B. longum• B. infantis• B. lactis

• B. cereus• B subtilis• S. cerevisiae• S. boulardi

2007 $14.9 billion

2008 $15.9 billion

2009 $17.8 billion

2011 $19.6 billion

GLOBAL MARKET FOR PROBIOTICS IN USA

Page 31: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Report of a Joint FAO/WHO Expert Consultationon Health and Nutritional Properties of Probiotics

Córdoba, Argentina, October 2001

Page 32: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

DEFINITIONS

PROBIOTICS: Live microrganisms which, when administeredin adequate amounts, confers a health benefit on the host

PREBIOTICS: Non digestible substances that provide a beneficial physiological effect for the host by selectively stimulating the favorable growth or activity of a limited number of indigenous bacteria

SYNBIOTICS: Products that contain both probiotics and prebiotics

POSTBIOTICS: A metabolic product generated by a probiotic organism that influences the host's biological functions

Page 33: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Probiotics: mechanisms of action

Preidis, Gastroenterology 2011

Page 34: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Probiotics as an emerging therapeutic strategy to treat NAFLD: focus on molecular and biochemical mechanisms

PROBIOTICS

Page 35: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Author Year Animal model Treatment Results

Li Z 2003 Ob/Ob mice Ob/Ob mice + fat diet

VSL#3 Anti-TNFa Ab

↓ Total hepatic fat

↓ ALT↓ TNFa RNA

Ewaschuk J 2007 129Sv/Ev WT + LPS

129Sv/Ev IL-10- + LPS

VSL#3

anti-PPARg↓ Liver damage

↓ Intestinal damage

Ma X 2008 C57BL6 mice VSL#3

↓ Liver NK cells

↓ TNFa− IL-4

Velayudham A 2009 C57BL6 mice

C57BL6 mice + MCD diet

VSL#3 ↓ TGFb receptor

↓ Liver fibrosis

Gut-liver axis: animal interventional studies

VSL#3: high concentration (450 billions colonies/sachet) of lyophilized Bifidobacteria, Lactobacilli and Streptococcus thermophilus

Page 36: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

2008

The supplementation of VSL#3 probiotics to a high fat diet - ↑ liver NKT cells- ↓ body weight- ↓ steatosis

Page 37: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

2009

VSL#3 modulates liver fibrosis but does not protect from inflammation and steatosis

The mechanisms include modulation of impaired TGF signaling

Page 38: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

TNFα

IL-1

IL-6

Hepatic microcirculation

Histological findings

Liver pro-inflammatorycitokines

Ileal flora

Lactobacyllus Paracasei F19 supplementation, by restoring gut microbiota, attenuated oxidative and metabolic liver injury

Page 39: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

2011

7 trials suitable for analysis

Each used different probiotics

The risk of bias was high

Probiotics VS. no treatment

- Significant difference in plasma ammonia after one and three months- No advantage on symptom resolution , mortality, adverse events, quality of life

Administration 10- 180 days

Page 40: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Prebiotics: mechanisms of action

Page 41: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

The most important are

PREBIOTICS

- Lactulose

- Fructo-Oligo Saccarides FOS

- Galacto-Oligo Saccarides GOS

- Inulin

Reported probiotic in use

Prebiotics UK market

Page 42: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Influence of dietary supplementation with dextrin or oligofructose on the hepatic redox balance in rats

Kozmus CEP, Mol. Nutr. Food Res. 2011

Rats were fed either a 10% oligofructose (OFS) or a 10% dextrin (DEX) supplemented diet for 9 wk

DEX protects the liver from protein carbonylation

DEX and OFC improve glutathione/oxidized glutathione ratio

Glutathione

Oxidized glutathione

Lipid peroxidation

Protein carbonylation

Acetate

Butyrate

OXIDATIVE STRESS BIOMARKERS

ANTiOXIDATIVEENZYMES

SERUM SCFA LEVELS

Page 43: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

2011

CONTROL DG

Control

VIT E

During D-galactose induced liver damage both FOS and Vit Einduce

↑ antioxidant enzymes↓ histological damage↑ fecal Bifidobacteria

Hepatic antioxidant enzyme activitiesin D-galactose treated mice

Fecal total and Bifidobacteria countsin D-galactose treated mice

Histological findingsin D-galactose treated mice

D-Galactose

D-G + FOS D-G + Vit E

Page 44: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

7 patients with NASH confirmed by liver biopsy

A randomized double-blind crossover design

16 g/day OFS or maltodextrine (placebo) for 8 weeks

Oligofructose decreased significantly serum AST after 8 wks

Although many limitations (number of patients, follow-up, and

endpoint) this is the first and unique human RCT assessing the

effect of prebiotics on liver

Page 45: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Gut microbiota is not a bystander in the complex

biological events regulating intestinal homeostasis,

but it may be an active player implicated in pathogenesis

of digestive and extradigestive diseases

Diet, nutriceuticals, and biotics may change gut

microbiota and affect its functional relationships with

the host opening the way to new therapeutic strategies

Take Home Message

Page 46: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

However the majority of available data come from animal modelstudies furnishing only biological plausible health benefits …

… there are limited clinical studies supporting systematic evidence-based recommendations

ANIMAL STUDIES HUMAN STUDIES

Page 47: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

Diet, nutriceuticals, biotics therapies

Probiotics-Prebiotics-Synbiotics-Nutraceuticals

Which is best type, dose, duration of treatment?

What outcome measures are appropriate?

What is the appropriate follow-up?

Dietary intervention

Which is the best diet or dietary components

Unmeet needs

What’s needed

• Human Randomized controlled trials

• Larger population

• Longer duration of treatment and follow up

• Defined outcomes

Page 48: NOME Gerardo Nardone TITOLO · PDF fileNOME Gerardo Nardone TITOLO Professore di Gastroenterologia ISTITUZIONE Università degli Studi di Napoli Federico II Il sottoscritto dichiara

The Science

of Nutrition

The Art

of Caring=

“ Let Food Be Your Medicine and Medicine Be Your Food “