nutriCARD -
besseres Verständnis der kardiovaskulären Pathogenese

nutriCARD -
innovative Forschung und Entwicklung

Biomarker und Mechanismen

Mechanismen

Die Entwicklung herzgesünderer Lebensmittel erfordert die Aufklärung der physiologischen Wirkungen von Nährstoffen und deren Metaboliten auf die Alterungvon Zellen des Herz-Kreislauf-Systems. Dazu wurden verschiedene Studien durchgeführt, um bisher unbekannte Stoffwechselwege zu beschreiben und den Einfluss spezifischer Nährstoffe auf die Prävention von Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu untersuchen. In der ersten nutriCARD-Förderperiode wurden neben Vitamin D spezifische Nahrungseiweiße und Fettsäuren näher beleuchtet. Zudem wurde eine mehrmonatige Humaninterventionsstudie durchgeführt, um den Einfluss einer Ernährungsumstellung auf kardiometabolische Risikofaktoren zu untersuchen (MoKaRi). 

In weiteren Teilprojekten wird der Einfluss von Phosphat auf kardiometabolische Biomarker beim Menschen sowie spezifische Vitamin-D-Photoisomere untersucht. Vitamin-D-Photoisomere wie Tachysterol und Lumisterol entstehen, wenn Lebensmittel gezielt mit UV-Licht behandelt werden, um diese mit Vitamin D anzureichern. Obwohl dieses Verfahren seit 2014 in der EU zugelassen ist (u.a. zur Bestrahlung von Bäckerhefe), ist gegenwärtig wenig über die gesundheitlichen Auswirkungen von Tachysterol und Lumisterol bekannt.

Biomarker

In der Diagnose und Risikoprognose für kardiovaskuläre Erkrankungen stellen Gesamtcholesterin, LDL-Cholesterin- und HDL-Cholesterin-Konzentrationen bisher den Goldstandard unter den Biomarkern dar. Studien zeigen jedoch, dass es eine nicht unbeträchtliche Anzahl von Patienten mit symptomatischer KHK gibt, deren LDL-Konzentrationen sich im Normalbereich befinden. Dies verdeutlicht die dringende Notwendigkeit für die Etablierung zusätzlicher Diagnose- und Prognose-Tools.

Die Ziele 

Verbesserung des Verständnisses der Entstehung von kardiovaskulären Erkrankungen – Entwicklung und Etablierung von translationalen Forschungsansätzen zur Entschlüsselung des Beitrags und der molekularen Wirkungen von Nährstoffen/Metaboliten auf kardiovaskuläre Erkrankungen

Methoden

  • Biomarker der Ernährung – Identifizierung, Bewertung und Validierung von Biomarkern der Nahrungsaufnahme
  • Beziehung zwischen Nährstoffen und kardiovaskulärem Risiko – Durchführung von Metaanalysen und Meta-Regressionsanalysen zum Verständnis der Beziehung von Nährstoff- und Nahrungsaufnahme mit kardiovaskulärer Gesundheit und kardiovaskuären Erkrankungen
  • Gen-Nährstoff-Wechselwirkungen – Entschlüsselung der Assoziationen zwischen Diät/Lebensstil, Genen (inkl. der epigenetischen Ebene der DNA-Methylierung) und kardiovaskulären Biomarkern anhand von Kohorten; Etablierung neuer prädiktiver Biomarker)
  • Modellsysteme unterschiedlicher Komplexität – auf Grundlage modernster Zell- und Tiermodellsysteme und Humanstudien

Zusammenhänge zwischen ernährungsrelevanten Biomarkern und dem kardiovaskulären Risiko unter Berücksichtigung geschlechtsspezifischer sowie genetischer und epigenetischer Unterschiede werden in Atherosklerose-Modellsystemen in vitro- und in Tiermodellen wie auch im Rahmen genomweiter Assoziations- (GWAS) und Humaninterventionsstudien untersucht. Im Rahmen von nutriCARD wurde ein Ernährungskonzept zur Umsetzung einer „kardioprotektiven Diät“ entwickelt. Die Wirksamkeit des ausgearbeiteten Ernährungs-Coaching-Programms hinsichtlich der Reduktion kardiovaskulärer Risikofaktoren wird anhand einer Humaninterventionsstudie getestet.

Transfer

Die Etablierung neuer Biomarker für die Diagnose und Risikoabschätzung kardiovaskulärer Erkrankungen wie auch die Etablierung neuer ernährungsrelevanter Biomarker (Biosignaturen) stellen grundlegende Pfeiler für die Herausgabe neuer Empfehlungen bzw. Leitlinien im öffentlichen Gesundheitswesen dar. Ferner können aus den Erkenntnissen neue Konzepte für Ernährungspräventionsstrategien sowie für die Entwicklung herzgesunder Lebensmittel abgeleitet werden.

Forschungsprojekte im Clustermodul 2

Biomarker und Mechanismen

Projektsäule 2 - Biomarker und Mechanismen
Projekt P2A Mechanismen

Beitrag zum kardiovaskulären
Risiko/Sicherheit der entwickelten Lebensmittel und Zutaten
Projekt P2B Biomarker

Identifizierung und Validierung von ernährungsrelevanten
Biomarkern und Gen-Nährstoff-Interaktionen
Arbeitspaket A1
Vitamin D vs. durch UV-Licht gebildetes Vitamin D
Arbeitspaket B1
Metaanalysen
Arbeitspaket A2
Sicherheit von Vitamin-D-Photoisomeren
Arbeitspaket B2
Interventionsstudie (MoKaRi II)
Arbeitspaket A3
Postprandiale Reaktion auf anorganisches Phosphat (Interventionsstudie)
Arbeitspaket B3
Validierung von Biomarkern
Arbeitspaket A3
Einfluss von Ballaststoffen auf Risikofaktoren und Atherosklerose (Tiermodel)
Arbeitspaket B4
Analysen in Kohortenstudien
  Arbeitspaket B5
Konzeption der RICARDA-Kohorte

Zusammenhänge zwischen Nährstoffen und kardiovaskulären Risikofaktoren: Metaanalysen zum Beitrag von Energie, Nahrungsfett, Salz und Zucker

In Arbeitspaket B1 werden Metaanalysen durchgeführt, die den Zusammenhang zwischen Nährstoffen (Fokus: Nahrungsfett) und der Ausbildung von Übergewicht/Adipositas, kardio-metabolischen Erkrankungen, einschließlich Dyslipidämie, Diabetes mellitus Typ 2 und/oder dem Auftreten von kardiovaskulären Ereignissen betrachten. Die aus den Metaanalysen gewonnenen Ergebnisse werden in Konzepte für die Entwicklung von herzgesunden Lebensmitteln und Strategien zur Verbesserung des Ernährungsverhaltens (z. B. Menüpläne, Unterrichtsbegleitmaterialien etc.) und Curricula und Kursmodule für Multiplikatoren integriert.

MoKaRi II Humaninterventionsstudie zur Modulation des kardiovaskulären Risikos und des Risikos für Diabetes mellitus Typ 2 durch personalisierte Tagesmenüpläne

Das Arbeitspaket beschäftigt sich mit der Entwicklung und Validierung von Ernährungskonzepten für Patienten mit Hypertriglyzeridämie, Hypercholesterinämie und Personen mit gestörter Glucosetoleranz. Basierend auf den vielversprechenden Ergebnissen der MoKaRi I -Studie werden Motivationsstrategien, wie z. B. Kochkurse, die Ausgabe von Tagesmenüplänen (Kochbuch plus relevante Informationen), der Bereitstellung von ausgewählten Studienlebensmitteln, der regelmässigen Verlaufskontrolle (14tägig) der Risikofaktoren (Gewicht, Blutdruck, Blutlipide, Blutdruck, Nüchternglucose), einschließlich der Interpretation der erzielten Veränderungen und einer persönlichen Ernährungsberatung in das Studiendesign implementiert, um die Compliance der Probanden zu verbessern.  Das Studiendesign ermöglicht den Vergleich der Effektivität der Ernährungskonzepte, welche an die Anforderungen der Zielgruppen angepasst wurden. Einflussfaktoren auf die Ernährungsgewohnheiten, inklusive der Probleme und Herausforderungen bei der Überführung der Konzepte in die tägliche Routine werden erfasst, um diese bei der Ausarbeitung zielgruppenadaptierter Ernährungsstrategien zu berücksichtigen.

Validierung von Biomarkern: Interaktionen zwischen nutriCARD und der Nachwuchsgruppe Nutritional Concepts

Die Humaninterventionsstudien MoKaRi I, MoKaRi II und die im Rahmen der Nachwuchsgruppe Nutritional Concepts durchgeführten Humanstudien beinhalten die Bestimmung von ernährungsassoziierten Biomarkern (Vitamine, Mineralstoffe, Spurenelemente, Metablomic profiling) und kardiovaskulären Risikofaktoren, Markern, die das Diabetes-Risiko widerspiegeln und die Erfassung von anthropometrischen Daten. Dadurch ergibt sich die einzigartige Möglichkeit, die Startwerte der unterschiedlichen Studienkollektive (Erwachsene mit erhöhten kardiovaskulären Risikofaktoren vs. Erwachsene mit gestörter Glucosetoleranz (Pre-Diabetes) vs. gesunde Probanden mit unterschiedlichen Ernährungsgewohnheiten (z. B. Mischköstler, Flexitarier, Vegetarier und Veganer) sowie die jeweiligen Änderungen der physiologischen Parameter infolge der ernährungsassoziierten Interventionen miteinander zu vergleichen.

Die ernährungsassoziierten Biomarker, für die ein Zusammenhang mit kardiovaskulären Risikofaktoren identifiziert wurde, sollen auch in den involvierten nutriCARD-Kohorten, z. B. LURIC und CARLA, analysiert werden. Die große Stichprobe, inklusive der Menge an bereits vorhandenen Informationen, z. B. zu den Ernährungsgewohnheiten und die zur Verfügung stehenden Daten aus dem Follow-up, ermöglichen die Bewertung des Beitrags der identifizierten, ernährungsassoziierten Biomarker auf den Gesundheits- und Krankheitszustand.

Zusammenhänge zwischen nahrungsassoziierten Biomarkern, Genen und kardiovaskulären Risikofaktoren – Betrachtungen in Kohortenstudien

nutriCARD hat Zugang zu vorhandenen Daten und gesammelten Blutproben aus den involvierten Kohortenstudien (z. B. Ludwigshafen Risk and Cardiovascular Health (LURIC), Cardiovascular Disease, Living and Ageing in Halle (CARLA), Baseline/Follow-up, German National Cohort Study (NaCo), Halle).

Im Rahmen der CARLA-Kohorte werden Informationen zur Prävalenz und Inzidenz von kardiovaskulären Erkrankungen, kardiovaskulären Risikofaktoren, prognostische Faktoren, anthropometrische Daten und Ernährungsgewohnheiten erhoben, wobei hauptsächlich ältere Probanden eingeschlossen werden und demzufolge ein Schwerpunkt auf altersassoziierte Erkrankungen gelegt wird. In der 2. Förderphase werden ausgewählte kardiovaskuläre Risikofaktoren und Marker für den Konsum von Nahrungsfetten (Fettsäurenverteilung in den Plasmalipiden) in der CARLA-Kohorte analysiert (Baseline, n = 1.779).

Die Ludwigshafen Risk and Cardiovascular Health (LURIC)-Studie ist eine prospektive Kohortenstudie kaukasischer Probanden mit und ohne kardiovaskulärer Ereignisse zu Beginn der Studie (n = 3.300). Die Probanden stammen aus der Region um Ludwigshafen (Deutschland) und waren ursprünglich aufgrund einer Koronarangiographie zwischen 1997 und 2000 im Krankenhaus. Das 10-jährige klinische Follow-up ist abgeschlossen und das 20-jährige Follow-up läuft, so dass die Daten direkt mit der langfristigen Prognose der Patienten korreliert werden können. Von den LURIC-Probanden ist eine Vielzahl an klinischen, biochemischen und genetischen Daten verfügbar, einschließlich der umfassenden Charakterisierung der Blutlipide, Lipidomics-Daten, Fettsäurenverteilung in den Erythrozytenlipiden, Phytosterole, Vitamine, Carotinoide und Marker für den oxidativen Stress. Um die verschiedenen Subtypen der kardiovaskulären Erkrankungen besser charakterisieren zu können, sollen die zur Baseline erhaltenen Angiogramme mit den aktuell verfügbaren technologischen Möglichkeiten neu ausgewertet werden.

Ernährungsmuster sind mit dem Risiko für chronische Erkrankungen, wie kardiovaskuläre Erkrankungen, Diabetes mellitus Typ 2 und Alzheimer-Demenz assoziiert. Kardiovaskuläre Erkrankungen und Diabetes mellitus Typ 2 sind Risikofaktoren für die Alzheimer-Demenz. Dies deutet darauf hin, dass Ernährungsmuster, die mit kardiovaskulären Erkrankungen und Diabetes mellitus Typ 2 assoziiert sind, ähnliche pathogene Mechanismen beeinflussen können, die auch zur Alzheimer-Demenz führen. Durch enge Zusammenarbeit zwischen nutriCARD und DietBB soll in den involvierten Kohorten LURIC (nutriCARD), DELCODE und AgeCoDe (DietBB)) gemeinsamen nach pathogenen Pfaden gesucht werden, wobei genomische und epigenomische Faktoren, Ernährungsmuster und Biomarker in Zusammenhang gebracht werden sollen. Der Datensatz soll ermöglichen, gemeinsam genetische und epigenetische Faktoren zu untersuchen, die den Einfluss der Ernährung auf das Krankheitsrisiko erklären könnten. Die Auswertung soll die Verwendung Score-basierter Ansätze, welche gleichzeitig mehrere chromosomale Loci und Pathway-basierte Ansätze berücksichtigen, beinhalten. Für die epigenetischen Analysen wird ein innovativer Algorithmus zur Ableitung von Methylierungsdaten auf der Basis genomweiter genetischer Daten implementiert, wodurch die Detektionsleistung auf epigenetischer Ebene verbessert wird.

Konzeption und Design der RICARDA-Kohortenstudie

Das Ziel der prospektiven, bundesweiten RICARDA-Kohorte ist die Untersuchung der klinischen, physiologischen, metabolischen, zellulären, genetischen und psychologischen Unterschiede, welche durch die langfristige Umsetzung (mindestens 5 Jahre) eines definierten Ernährungs- bzw. Lebensstils, wie z. B. vegetarische oder vegane Lebensweise vs. ‚Western diet‘ bedingt werden. Zusätzlich sollen auch Flexitarier und Personen mit exzessivem Fleischkonsum als Untergruppen rekrutiert werden. Die Teilnehmer werden anthropometrischen Messungen und klinischen Untersuchungen unterzogen, wobei Biomaterialien (Blut, Urin, Fäzes, PBMCs, etc.) gesammelt werden.

Nach der Basisuntersuchung sind regelmäßige Kontrolluntersuchungen im Rhythmus von zwei Jahren vorgesehen. Anhand der erhobenen Daten im Rahmen der RICARDA-Kohorte soll die Beziehung zwischen Ernährungsformen bzw. -gewohnheiten und des damit assoziierten Lebensstils und der Entwicklung/Ausprägung von kardiovaskulären Erkrankungen sowie weiteren chronischen Erkrankungen, Krebs, altersassoziierten Erkrankungen usw. untersucht und bewertet werden.

Die in der Nachwuchsgruppe Nutritional Concepts durchgeführte NuEva (Nutritional Evaluation)-Studie beinhaltet ein umfangreiches Screening der Nährstoffversorgung von Vegetariern, Veganern und Flexitarien im Vergleich zu Personen, die eine traditionelle Mischkost (Western Diet) konsumieren (www.nuco.uni-jena.de). Damit liefert die NuEva-Studie die Grundlage für die geplante Kohortenstudie RICARDA. Das Konzept und Design der RICARDA-Kohorte soll am Ende des zweiten Förderzeitraums vorliegen. Eine Finanzierung der Kohortenstudie soll über die Einwerbung weiterer Fördermittel erfolgen.

Mechanismen

In vitro Studien und Tiermodellsysteme

Biomarker

Identifikation von ernährungsrelevanten Biomarkern und Bewertung der Rolle in der Entwicklung KVE