Coffee intake and the effects on intestinal inflammation, metabolic homeostasis and intestinal barrier function in mice

Abstract

Epidemiological studies have associated coffee consumption with beneficial effects including reduced risk of metabolic diseases such as type 2 diabetes. Conclusive results from experimental studies remain yet to be defined, suggesting a need for further effort. The work conducted in this thesis was part of a project which aimed to investigate the effects of coffee on intestinal inflammation, metabolic homeostasis and intestinal barrier function in mice. The project included a dietary intervention in mice fed a high-fat diet supplemented with coffee in three different doses equivalent to 1, 5 and 10 cups per day, with non-supplemented high-fat and low-fat diets as controls. We aimed to examine the possible effects of coffee to prevent high-fat-induced weight gain, as increased weight is a well-known risk factor for metabolic diseases. We also wanted to investigate glucose homeostasis in vivo to evaluate whether coffee could have a positive influence on the development of insulin resistance. Moreover, reduced intestinal barrier function is thought to occur in situations of subclinical inflammation, as with type 2 diabetes. We investigated whether coffee could have an impact on intestinal barrier function by conducting an intestinal permeability assay. The intestinal inflammatory tone is regulated by several mechanisms and functions. Thus, we wanted to examine the effects of coffee on intestinal inflammatory regulation by analyzing gene expression of cytokines in the bowel and evaluate regulatory T cell populations in the small intestinal lamina propria. The results showed that coffee in higher doses might have a beneficial effect on weight control, but coffee did not display a significant impact on glucose tolerance. However, the results demonstrated a tendency to poorer glucose tolerance with coffee consumption. Although not statistically significant, findings revealed a tendency for increased permeability in the animals fed coffee. The assessment of intestinal inflammatory regulation showed no significant differences in gene expression, but coffee in the highest dosage had fewer regulatory T cells than the high-fat controls, although not statistically significant. This study provided new insights to the effects of coffee on intestinal inflammatory tone, barrier function and metabolic homeostasis. The findings in this thesis should provide a basis to further explore the mechanisms behind the observed effects.

Flere epidemiologiske studier har funnet assosiasjoner mellom kaffe og dens fordelaktige effekter på metabolske sykdommer, deriblant diabetes type 2. Eksperimentelle studier har enda til gode å komme med entydige resultater, noe som tilsier at videre forskning er nødvendig. Arbeidet som ble gjort i denne oppgaven var en del av et større prosjekt som hadde som mål å undersøke effektene av kaffe på faktorer som intestinal inflammasjon, metabolsk regulering og tarmbarrierefunksjon. I prosjektet inngikk det en kostintervensjon på mus hvor de ble fôret en høyfettkost tilsatt kaffe i doser tilsvarende 1, 5 og 10 kopper per dag. En gruppe med kun høyfettkost og en gruppe med lavfettkost ble inkludert som kontrollgrupper. Vi hadde som mål å undersøke om kaffe kunne forhindre vektoppgang fremmet av høyfettkost, siden økt vekt er en velkjent risikofaktor for utvikling av metabolsk sykdom. Vi ønsket også å undersøke regulering av glukose in vivo, for å kunne evaluere om kaffe kan virke positivt på utvikling av insulinresistens. Redusert tarmbarrierefunksjon er ofte funnet å opptre sammen med inflammasjonstilstander av subklinisk karakter, slik som ved diabetes type 2. Vi undersøkte om kaffe kunne påvirke tarmbarrierefunksjonen ved å utføre en intestinal permeabilitets test. Videre, inflammatorisk status i tarm er regulert av flere mekanismer og funksjoner. Derfor ønsket vi å studere effektene av kaffe på inflammatorisk regulering i tarm ved å analysere genekspresjon av utvalgte cytokiner i tarmen, og evaluere andelen T-regulatoriske celler i tynntarmens lamina propria. Resultatene viste at kaffe i høyere doser kan ha en gunstig effekt på vektkontroll, men kaffe viste ingen statistisk signifikant påvirkning på toleranse av glukose. Likevel, resultatene viste en tendens til dårligere glukose toleranse ved inntak av kaffe. Resultatene fra studien viste også at musene som ble gitt kaffe hadde en tendens til høyere permeabilitet i tarmen. Vurderingen av inflammatorisk regulering i tarm viste ingen signifikante resultater fra genekspresjonsanalysen. Likevel viste det seg at kaffe gitt i den høyeste dosen førte til en markant, dog ikke signifikant, reduksjon i andelen T regulatoriske celler sammenliknet med høyfettkontrollene. Denne studien har gitt nye empiri omkring effektene av kaffe på inflammatorisk status i tarm, barrierefunksjon og metabolsk regulering. Funnene fra denne oppgaven bør brukes som et utgangspunkt for videre forskning på mekanismene bak de observerte effektene.