- Titel
- Effects of different types of fermentable carbohydrates on the cardiometabolic health in a Saddleback pig model of human obesity
- Zitierfähige Url:
- https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-1031713
- Datum der Einreichung
- 15.08.2025
- Datum der Verteidigung
- 16.12.2025
- Abstract (DE)
- Adipositas beim Menschen nimmt weltweit weiter zu mit weitreichenden Folgen für die individuelle Gesundheit der betroffenen Personen und die Gesundheitssysteme. Mit zunehmender Schwere der Fettleibigkeit verändert sich die Sekretion des Fettgewebes in Richtung eines proinflammatorischen Musters, was zu einer systemischen, geringgradigen Entzündung führt und Folgeerkrankungen begünstigt. Fermentierbare Kohlenhydrate und daraus resultierende kurzkettige Fettsäuren (SCFA) gewinnen in der Humanernährung zunehmend an Interesse, da sie sich positiv auf Entzündungen und kardiometabolische Risikofaktoren im Zusammenhang mit Fettleibigkeit auswirken können. Diätetisch induzierte Fettleibigkeitsmodelle an Schweinen sind geeignete Modelle, um Erkenntnisse über die Pathophysiologie und die Behandlung von Fettleibigkeit zu gewinnen, da Verdauungs- und dem Herz-Kreislauf-System sich sehr ähneln. Ziel dieser Studie war es, die Wirkung einer Inulin- oder Pektinsupplementierung ergänzend zu einer Western-style Diät auf entzündliche und kardiometabolische Reaktionen in einem Schweinemodell für menschliche Adipositas zu untersuchen. Die Hypothese war, dass Pektin und Inulin die Entzündungsreaktion und die kardiometabolischen Folgen bei fettleibigen Schweinen durch die Modulation der SCFA-Produktion verringern kann. In einer randomisierten Studie wurden 48 gesunde Sattelschweine im Alter von fünf Monaten in vier Fütterungsgruppen (n = 10) und eine Basisgruppe (n = 8) aufgeteilt. Drei Fütterungsgruppen erhielten eine atherogene Diät mit oder ohne Zugabe von 5 % Pektin oder Inulin, und eine Kontrollgruppe erhielt 15 Wochen eine konventionelle Diät. Die Basisgruppe wurde zu Beginn der Studie geschlachtet. Futteraufnahme, Gewichtszunahme, Body Condition Score und Rückenspeckdicke wurden regelmäßig überwacht. Monatlich wurden Blut- und Kotproben entnommen, um die mit einem kardiovaskulären Risiko verbundenen Stoffwechselparameter bzw. den Fettgehalt im Kot zu bestimmen. Nach der 15-wöchigen Fütterungsperiode wurden die Schweine geschlachtet. Die SCFA wurden im Chymus von Jejunum, Zäkum und Kolon sowie der Fettgehalt in der Leber bestimmt. Mit RT-qPCR wurden die mRNA-Level ausgewählter Entzündungsmarker (IL-1β, IL-6, TNF-α, CD68) in Leber und Fettgewebe analysiert. Darüber hinaus wurde das Fettgewebe histologisch auf Makrophageninfiltration und die Koronararterien auf atherosklerotische Plaquebildung untersucht. Die Datenanalyse wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware (SPSS, Statistica, R) durchgeführt. Alle Daten wurden z-standardisiert, mittels Shapiro-Wilk-Test auf Normalverteilung und mittels Levene-Tests auf Varianzhomogenität geprüft. Bei normalverteilten Datensätzen wurden ANOVAs mit Messwiederholung durchgeführt und als Post-hoc-Test der Fisher-LSD-Test bzw. der Games-Howell-Test je nach Homogenität der Datensätze angewendet. Bei nicht normalverteilten Daten wurde der Kruskal-Wallis-Test mit Bonferroni-Korrektur durchgeführt. Weitere Analysen des Metaboloms wurden mittels Hauptkomponentenanalyse und partieller Kleinstquadrat-Diskriminanzanalyse geprüft. Das Signifikanzniveau wurde auf P < 0,05 festgelegt. Die Daten werden als Mediane und 25./75. Perzentile oder als Mittelwerte ± Standardabweichungen angegeben. Unabhängig von der Supplementierung wurden in allen Gruppen, die mit der atherogenen Diät gefüttert wurden, im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikante Veränderungen im Lipidstoffwechsel beobachtet, wie ein Anstieg der Triglyceride, Gallensäuren und des Cholesterins im Serum. Die Metabolomanalyse des Serums zeigte eine Differenzierung der Fütterungsgruppen nach dem Rationstyp, nicht aber nach der Supplementierung mit Pektin oder Inulin. In allen Fütterungsgruppen nahmen die SCFA-Konzentrationen im Kot ab und der pH-Wert im Kot stieg über die Fütterungsperiode an (P < 0,05). Die SCFA-Konzentrationen waren im Kolonchymus und Kot vergleichbar. Die Expression der Entzündungsmarker in der Leber war in allen Gruppen im Durchschnitt < 1, mit Ausnahme von TNF-α. Die Expression der Entzündungsmarker im abdominalen Fettgewebe war in allen Gruppen höher als im subkutanen Fettgewebe. Die Gruppe mit atherogener Diät ohne Pektin- bzw. Inulinergänzung wies signifikant niedrigere IL-1β- und CD68-mRNA-Werte auf als die Kontrollgruppe (P < 0,03). Im Vergleich der atherogenen Fütterungsgruppen waren die IL-1β mRNA-Werte in der Gruppe mit Inulinergänzung höher als in der Gruppe mit Pektinergänzung und mit der atherogenen Diät ohne Ergänzung (P = 0,02). Kardiovaskuläre Läsionen wurden in allen Fütterungsgruppen und in der Basisgruppe gefunden. Die Supplementierung der atherogenen Diät mit Pektin oder Inulin hatte keinen signifikanten Einfluss auf die Größe der kardiovaskulären Läsionen. Sattelschweine sind als Modell geeignet, um die Auswirkungen der Ernährung auf Atherosklerose bei adipösen Menschen zu untersuchen, da Sattelschweine bereits in jungem Alter spontane Läsionen in den Koronararterien entwickeln. Entgegen unserer Hypothese konnten fermentierbare Kohlenhydrate, die einer atherogenen Diät zugesetzt wurden, die mit Fettleibigkeit einhergehenden Entzündung nicht modifizieren.
- Abstract (EN)
- Human obesity continues to increase worldwide, with far-reaching consequences for the individual health status and healthcare systems. With the progressive severity of obesity, the secretion from adipose tissue changes towards a pro-inflammatory pattern, resulting in a systemic low-grade inflammation in humans and promoting comorbidities. Fermentable carbohydrates and resulting short-chain fatty acids (SCFAs) are gaining interest in the field of human nutrition because of their benefits on inflammation and obesity-related cardiometabolic risk factors. Diet-induced porcine models of obesity are a suitable model for gaining important insights into the pathophysiology and treatment of obesity due to their similarity to the digestive and cardiovascular systems. The aim of this study was to investigate the effect of inulin or pectin supplemented to a Western-style diet on the inflammatory and cardiometabolic response using a Saddleback pig model for human obesity. We hypothesized that pectin and inulin may reduce the inflammatory response and cardiometabolic consequences in obese pigs mediated by the modulation of SCFA production. In a randomized study, 48 healthy pigs aged five months were divided into four feeding groups (n = 10) and one baseline group (n = 8). Three feeding groups received an atherogenic diet with or without supplementation of 5% pectin or inulin, and one control group received a conventional diet over 15 weeks. The baseline group was slaughtered at the beginning of the study. Feed intake, weight gain, body condition score, and back fat thickness were monitored regularly. Blood and faecal samples were collected monthly to assess the metabolites associated with high cardiovascular risk and fat content, respectively. The pigs were slaughtered for sample collection at the end of 15 weeks. The SCFAs were determined in jejunal, caecal and colonial chyme as well as the fat content in liver. RT-qPCR was used to analyse liver and adipose tissue mRNA levels of selected inflammatory markers (IL-1β, IL-6, TNF-α, CD68). In addition, the adipose tissue was histologically examined for macrophage infiltration and coronary arteries for atherosclerotic plaque formation. Data analysis was performed with commercial statistical software (SPSS, Statistica, R). All the data were z-standardized and checked for a normal distribution via the Shapiro–Wilk test. Variance homogeneity was determined using the Levene test. Repeated measures ANOVAs were used for normally distributed and homogeneous datasets, and Fisher’s LSD test was applied as a post hoc test. The Games–Howell test was used as a post hoc test for normally distributed and but not homogeneous datasets. As the datasets were not normally distributed, Kruskal‒Wallis test with Bonferroni correction was performed. Further statistical analyses on metabolome data were conducted using principal component analysis and partial least squares-discriminant analysis. The level of significance was set at P < 0.05. Data are presented as medians and 25th/75th percentiles or as mean values ± standard deviations. Independent of supplementation, significant changes were observed in the lipid metabolism, such as an increase in triglycerides, bile acids and cholesterol in serum, in all groups fed with atherogenic diets in comparison to the control group. Serum metabolome analysis showed a differentiation of the feeding groups by diet but not by supplementation with pectin or inulin. Faecal SCFA concentrations decreased and faecal pH increased over the feeding period (P < 0.05) and SCFA concentrations were comparable between colon and faeces in all feeding groups. Liver inflammatory-marker expressions were < 1 on average in all groups, except TNF-α. Inflammatory-marker expressions in the abdominal adipose tissue exceeded subcutaneous marker expressions in all groups. The atherogenic diet group without supplementation showed significantly lower IL-1β and CD68 mRNA levels than the control group (P < 0.03). Comparing the atherogenic diet groups, the IL-1β mRNA levels were higher in the inulin-supplemented atherogenic diet group than in the pectin-supplemented atherogenic diet group and the atherogenic diet group without supplementation (P = 0.02). Cardiovascular lesions were found in all feeding groups and the baseline group. Supplementation of pectin or inulin in the atherogenic diet had no significant impact on the size of cardiovascular lesion. The Saddleback pig model used in this study is suitable to investigate the effects of diet on atherosclerosis in obese humans, as Saddleback pigs develop spontaneous lesions in their coronary arteries in early life. Contrary to our hypothesis, data indicated that fermentable carbohydrates added to an atherogenic diet cannot resolve the low-grade adipose tissue inflammation associated with obesity.
- Verweis
- 3.1 Effects of atherogenic diet supplemented with fermentable carbohydrates on metabolic responses and plaque formation in coronary arteries using a Saddleback pig model
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0275214 - 3.2 Type of diet has no major influence on inflammatory response in a Saddleback pig model
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-92420-y - Freie Schlagwörter (DE)
- Adipositas, kardiometabolisches Risiko, Fermentierbare Kohlenhydrate, Pektin, Inulin
- Freie Schlagwörter (EN)
- Obesity, cardiometabolic risk, fermentable carbohydrates, pectin, inulin
- Klassifikation (DDC)
- 636.089
- 636
- Den akademischen Grad verleihende / prüfende Institution
- Universität Leipzig, Leipzig
- Version / Begutachtungsstatus
- angenommene Version / Postprint / Autorenversion
- URN Qucosa
- urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-1031713
- Veröffentlichungsdatum Qucosa
- 18.03.2026
- Dokumenttyp
- Dissertation
- Sprache des Dokumentes
- Englisch
- Lizenz / Rechtehinweis
CC BY-SA 4.0- Inhaltsverzeichnis
Table of contents 1 Introduction 2 Literature review 2.1 Prevalence of overweight and obesity 2.2 Pathomechanism of obesity 2.3 Obesity-related health consequences 2.3.1 Alterations in adipose tissue 2.3.2 Changes in microbiome and SCFA production 2.3.3 Comorbidities of obesity in humans 2.4 Differentiation between metabolic phenotypes of obesity 2.5 Animal models of obesity 2.5.1 Non-mammalian models 2.5.2 Rodent models 2.5.2 Large animal models 2.5.3.1 Dog models 2.5.3.2 Pig models 2.5.4 Non-human primate models 2.6 Treatment of obesity 2.6.1 Lifestyle modification 2.6.2 Weight loss medication 2.6.3 Bariatric surgery 2.6.4 Dietary fibre in modulation of obesity and comorbidities 2.6.4.1 Pectins 2.6.4.2 Inulins 3 Publications 3.1 Effects of atherogenic diet supplemented with fermentable carbohydrates on metabolic responses and plaque formation in coronary arteries using a Saddleback pig model 3.2 Type of diet has no major influence on inflammatory response in a Saddleback pig model 4 Discussion 4.1 Feed intake and morphometric measurements 4.2 Serum parameters of lipid metabolism 4.3 SCFA concentration, pH in chyme and faeces including faecal fat content 4.4 Fat content and inflammatory markers in liver 4.5 Inflammatory markers in adipose tissue 4.6 Macrophages in adipose tissue 4.7 Plaque formation in coronary arteries 4.8 Conclusion 5 Zusammenfassung 6 Summary 7 References 8 Appendix 8.1 Supporting information to the publications 8.1.1 Effects of atherogenic diet supplemented with fermentable carbohydrates on metabolic responses and plaque formation in coronary arteries using a Saddleback pig model 8.1.2 Type of diet has no major influence on inflammatory response in a Saddleback pig model 8.2 List of presentations as part of this thesis 8.3 Further publications 8.3.1 Published articles 8.3.2 Published conference contributions 9 Acknowledgement