Summary

 Resveratrol is a natural compound that affects energy metabolism and mitochondrial function and serves as a calorie restriction mimetic, at least in animal models of obesity. Here, we treated 11 healthy, obese men with placebo and 150 mg/day resveratrol (resVida) in a randomized double-blind crossover study for 30 days. Resveratrol significantly reduced sleeping and resting metabolic rate. In muscle, resveratrol activated AMPK, increased SIRT1 and PGC-1α protein levels, increased citrate synthase activity without change in mitochondrial content, and improved muscle mitochondrial respiration on a fatty acid-derived substrate. Furthermore, resveratrol elevated intramyocellular lipid levels and decreased intrahepatic lipid content, circulating glucose, triglycerides, alanine-aminotransferase, and inflammation markers. Systolic blood pressure dropped and HOMA index improved after resveratrol. In the postprandial state, adipose tissue lipolysis and plasma fatty acid and glycerol decreased. In conclusion, we demonstrate that 30 days of resveratrol supplementation induces metabolic changes in obese humans, mimicking the effects of calorie restriction.

The intestinal microbiota has been implicated in insulin resistance, although evidence regarding causality in humans is scarce. We therefore studied the effect of lean donor (allogenic) versus own (autologous) fecal microbiota transplantation (FMT) to male recipients with the metabolic syndrome. Whereas we did not observe metabolic changes at 18 weeks after FMT, insulin sensitivity at 6 weeks after allogenic FMT was significantly improved, accompanied by altered microbiota composition. We also observed changes in plasma metabolites such as γ-aminobutyric acid and show that metabolic response upon allogenic FMT (defined as improved insulin sensitivity 6 weeks after FMT) is dependent on decreased fecal microbial diversity at baseline. In conclusion, the beneficial effects of lean donor FMT on glucose metabolism are associated with changes in intestinal microbiota and plasma metabolites and can be predicted based on baseline fecal microbiota composition.

Background & Aims

 Obesity has been associated with changes in the composition and function of the intestinal microbiota. Modulation of the microbiota by antibiotics also alters bile acid and glucose metabolism in mice. Hence, we hypothesized that short term administration of oral antibiotics in humans would affect fecal microbiota composition and subsequently bile acid and glucose metabolism. 

Methods

 In this single blinded randomized controlled trial, 20 male obese subjects with metabolic syndrome were randomized to 7days of amoxicillin 500mg t.i.d. or 7days of vancomycin 500mg t.i.d. At baseline and after 1week of therapy, fecal microbiota composition (Human Intestinal Tract Chip phylogenetic microarray), fecal and plasma bile acid concentrations as well as insulin sensitivity (hyperinsulinemic euglycemic clamp using [6,6-²H₂]-glucose tracer) were measured. 

Results

 Vancomycin reduced fecal microbial diversity with a decrease of gram-positive bacteria (mainly Firmicutes) and a compensatory increase in gram-negative bacteria (mainly Proteobacteria). Concomitantly, vancomycin decreased fecal secondary bile acids with a simultaneous postprandial increase in primary bile acids in plasma (p<0.05). Moreover, changes in fecal bile acid concentrations were predominantly associated with altered Firmicutes. Finally, administration of vancomycin decreased peripheral insulin sensitivity (p<0.05). Amoxicillin did not affect any of these parameters. 

Conclusions

 Oral administration of vancomycin significantly impacts host physiology by decreasing intestinal microbiota diversity, bile acid dehydroxylation and peripheral insulin sensitivity in subjects with metabolic syndrome. These data show that intestinal microbiota, particularly of the Firmicutes phylum contributes to bile acid and glucose metabolism in humans. This trial is registered at the Dutch Trial Register (NTR2566).

Mechanisms for liraglutide-induced weight loss are poorly understood. We investigated the effects of liraglutide on gastric emptying, glycemic parameters, appetite and energy metabolism in obese non-diabetic individuals. Participants (N=49, 18–75 years, body mass index: 30–40 kg m−2) were randomized to two of three treatments: liraglutide 1.8 mg, 3.0 mg, or placebo in a double-blind, incomplete crossover trial. After 5 weeks, 24-h energy expenditure (EE) and substrate oxidation were measured in a respiratory chamber. Gastric emptying (acetaminophen absorption method), glycemic parameters and appetite were assessed during a 5-h meal test. Ad libitum energy intake during a subsequent lunch was also assessed. Five-hour gastric emptying (AUC0–300 min) was found to be equivalent for liraglutide 1.8 versus 3.0 mg (primary end point), and for both liraglutide doses versus placebo, as 90% confidence intervals for the estimated treatment ratios were contained within the prespecified interval (0.80–1.25). However, 1-h gastric emptying was 23% lower than placebo with liraglutide 3.0 mg (P=0.007), and a nonsignificant 13% lower than placebo with liraglutide 1.8 mg (P=0.14). Both liraglutide doses similarly reduced fasting glucose (0.5–0.6 mmol l−1 versus placebo, P<0.0001), glucose Cmax and 1-h AUC versus placebo; only liraglutide 3.0 mg reduced iAUC0–300 min (by ∼26% versus placebo, P=0.02). Glucagon iAUC0–300 min decreased by ∼30%, and iAUC0–60 min for insulin and C-peptide was ∼20% lower with both liraglutide doses versus placebo. Liraglutide doses similarly increased mean postprandial satiety and fullness ratings, reduced hunger and prospective food consumption and decreased ad libitum energy intake by ∼16%. Liraglutide-associated reductions in EE were partly explained by a decrease in body weight. A relative shift toward increased fat and reduced carbohydrate oxidation was observed with liraglutide. Clinicaltrials.gov ID:NCT00978393. Funding: Novo Nordisk. Gastric emptying AUC0–300 min was equivalent for liraglutide 1.8 and 3.0 mg, and for liraglutide versus placebo, whereas reductions in 1-h gastric emptying of 23% with liraglutide 3.0 mg and 13% with 1.8 mg versus placebo were observed. Liraglutide 3.0 mg improved postprandial glycemia to a greater extent than liraglutide 1.8 mg. Liraglutide-induced weight loss appears to be mediated by reduced appetite and energy intake rather than increased EE.

Total daily energy expenditure ("total expenditure") reflects daily energy needs and is a critical variable in human health and physiology, but its trajectory over the life course is poorly studied. We analyzed a large, diverse database of total expenditure measured by the doubly labeled water method for males and females aged 8 days to 95 years. Total expenditure increased with fat-free mass in a power-law manner, with four distinct life stages. Fat-free mass-adjusted expenditure accelerates rapidly in neonates to ~50% above adult values at ~1 year; declines slowly to adult levels by ~20 years; remains stable in adulthood (20 to 60 years), even during pregnancy; then declines in older adults. These changes shed light on human development and aging and should help shape nutrition and health strategies across the life span.

Background— Adipose tissue (AT) dysfunction in obesity contributes to chronic, low-grade inflammation that predisposes to type 2 diabetes mellitus and cardiovascular disease. Recent in vitro studies suggest that AT hypoxia may induce inflammation. We hypothesized that adipose tissue blood flow (ATBF) regulates AT oxygen partial pressure (AT P o 2 ), thereby affecting AT inflammation and insulin sensitivity. Methods and Results— We developed an optochemical measurement system for continuous monitoring of AT P o 2 using microdialysis. The effect of alterations in ATBF on AT P o 2 was investigated in lean and obese subjects with both pharmacological and physiological approaches to manipulate ATBF. Local administration of angiotensin II (vasoconstrictor) in abdominal subcutaneous AT decreased ATBF and AT P o 2 , whereas infusion of isoprenaline (vasodilator) evoked opposite effects. Ingestion of a glucose drink increased ATBF and AT P o 2 in lean subjects, but these responses were blunted in obese individuals. However, AT P o 2 was higher (hyperoxia) in obese subjects despite lower ATBF, which appears to be explained by lower AT oxygen consumption. This was accompanied by insulin resistance, lower AT capillarization, lower AT expression of genes encoding proteins involved in mitochondrial biogenesis and function, and higher AT gene expression of macrophage infiltration and inflammatory markers. Conclusions— Our findings establish ATBF as an important regulator of AT P o 2 . Nevertheless, obese individuals exhibit AT hyperoxia despite lower ATBF, which seems to be explained by lower AT oxygen consumption. This is accompanied by insulin resistance, impaired AT capillarization, and higher AT gene expression of inflammatory cell markers. Clinical Trial Registration— URL: http://www.trialregister.nl . Unique identifier: NTR2451.

Abstract Short-chain fatty acids (SCFA), formed by microbial fermentation, are believed to be involved in the aetiology of obesity and diabetes. This study investigated the effects of colonic administration of physiologically relevant SCFA mixtures on human substrate and energy metabolism. In this randomized, double-blind, crossover study, twelve normoglycaemic men (BMI 25–35 kg/m 2 ) underwent four investigational days, during which SCFA mixtures (200 mmol/L) high in either acetate (HA), propionate (HP), butyrate (HB) or placebo (PLA) were rectally administered during fasting and postprandial conditions (oral glucose load). Before and for two hours after colonic infusions, indirect calorimetry was performed and blood samples were collected. All three SCFA mixtures increased fasting fat oxidation ( P < 0.01), whilst resting energy expenditure increased after HA and HP compared with PLA ( P < 0.05). In addition, all three SCFA mixtures increased fasting and postprandial plasma peptide YY (PYY) concentrations, and attenuated fasting free glycerol concentrations versus PLA ( P < 0.05). Colonic infusions of SCFA mixtures, in concentrations and ratios reached after fibre intake, increased fat oxidation, energy expenditure and PYY, and decreased lipolysis in overweight/obese men. Human intervention studies are warranted to investigate whether these effects translate into long-term benefits for body weight control and insulin sensitivity in the obese insulin resistant state.

Abstract Microbial-derived short-chain fatty acids (SCFA) acetate, propionate and butyrate may provide a link between gut microbiota and whole-body insulin sensitivity (IS). In this cross-sectional study (160 participants, 64% male, BMI: 19.2–41.0 kg/m 2 , normal or impaired glucose metabolism), associations between SCFA (faecal and fasting circulating) and circulating metabolites, substrate oxidation and IS were investigated. In a subgroup (n = 93), IS was determined using a hyperinsulinemic-euglycemic clamp. Data were analyzed using multiple linear regression analysis adjusted for sex, age and BMI. Fasting circulating acetate, propionate and butyrate concentrations were positively associated with fasting GLP-1 concentrations. Additionally, circulating SCFA were negatively related to whole-body lipolysis (glycerol), triacylglycerols and free fatty acids levels (standardized (std) β adjusted (adj) −0.190, P = 0.023; std β adj −0.202, P = 0.010; std β adj −0.306, P = 0.001, respectively). Circulating acetate and propionate were, respectively, negatively and positively correlated with IS (M-value: std β adj −0.294, P < 0.001; std β adj 0.161, P = 0.033, respectively). We show that circulating rather than faecal SCFA were associated with GLP-1 concentrations, whole-body lipolysis and peripheral IS in humans. Therefore, circulating SCFA are more directly linked to metabolic health, which indicates the need to measure circulating SCFA in human prebiotic/probiotic intervention studies as a biomarker/mediator of effects on host metabolism.

Abstract Obesity is associated with a disturbed adipose tissue (AT) function characterized by adipocyte hypertrophy, an impaired lipolysis and pro-inflammatory phenotype, which contributes to insulin resistance (IR). We investigated whether AT phenotype in different AT depots of obese individuals with and without type 2 diabetes mellitus (T2DM) is associated with whole-body IR. Subcutaneous (SC) and visceral (V) AT biopsies from 18 lean, 17 obese and 8 obese T2DM men were collected. AT phenotype was characterized by ex vivo measurement of basal and stimulated lipolysis (mature adipocytes), adipocyte size distribution (AT tissue sections) and AT immune cells (flow cytometry). In VAT, mean adipocyte size, CD45 + leukocytes and M1 macrophages were significantly increased in both obese groups compared to lean individuals. In SCAT, despite adipocyte hypertrophy, no significant differences in immune cell populations between groups were found. In SCAT, multiple linear regression analysis showed that none of the AT phenotype markers independently contributed to HOMA-IR while in VAT, mean adipocyte size was significantly related to HOMA-IR. In conclusion, beside adipocyte hypertrophy in VAT, M1 macrophage- or B-cell-mediated inflammation, may contribute to IR, while inflammation in hypertrophic SCAT does not seem to play a major role in IR.