Prosjektet har blitt utført på Avdeling for mat, vann og kosmetikk, Divisjon for miljømedisin, Nasjonalt folkehelseinstitutt, med seniorforsker Inger-Lise Steffensen som prosjektleder. Bakgrunnen for prosjektet er en parallell økning både i overvekt/fedme og forskjellige krefttyper observert i mange land i verden de siste tiår.

Overvekt og fedme blir antatt å øke risikoen for ulike krefttyper, inkludert tykktarmskreft. Imidlertid er mekanismene for denne sammenhengen fortsatt uklare. Samtidig har mennesker blitt eksponert for økende mengder av forurensende stoffer i miljøet, såkalte miljøkontaminanter.

I prosjektet har sammenhengen mellom fedme, enten forårsaket av en gen-feil (mutasjon) eller av fettrik kost, og tarmkreft, enten forårsaket av en mutasjon eller av et kjemisk stoff som dannes i stekt mat, blitt undersøkt i mus. Det har også blitt undersøkt om to perfluorerte miljøkontaminanter kunne bidra til utvikling av fedme eller tarmkreft i mus.

Resultater fra prosjektet fordelt på tre hovedproblemstillinger

1. Vi har undersøkt sammenhengen mellom fedme og tarmkreft i en ny dyremodell. ‘Multiple intestinal neoplasia’ (Min-mus) er en veletablert modell for tarmkreft, og har en mutasjon i adenomatøs polypose coli (Apc)-genet. Vi krysset denne musen med ob-mus som utvikler fedme fordi den har en mutasjon (ob) for ‘obesity’ i Lep-genet som koder for hormonet leptin, og derfor mangler leptin som styrer matinntak og energiforbruk.
   
   I tillegg ble tarmkreft også øket ved å gi musene stekemutagenet 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine (PhIP) som dannes i stekt kjøtt og fisk, og fedme ble øket ved å gi musene fettrikt fôr. Ved å forårsake fedme genetisk kunne vi studere effekten av fedme på tarmkreft uavhengig av kosten. I dette forsøket undersøkte vi om fedme i voksne dyr øker tarmkreften.
   
   To hypoteser for sammenhengen mellom fedme og tarmkreft ble undersøkt; forstyrret blodsukkerregulering og inflammasjon (betennelse).
   
   Vi har vist at mus som har mutasjoner i begge kopier av leptin-genet (ob/ob), og dermed total mangel på hormonet leptin, utvikler kraftig fedme. Fedmen forverres ytterligere hvis de spiser fettrikt fôr (45% fett), sammenlignet med fôr som har normalt fettinnhold (10% fett). Musene uten leptin med fedme har også signifikant høyere antall svulster i tynntarmen enn normale mus, og antallet svulster øker ytterligere med fett-rikt fôr.
   
   Det var altså en klar sammenheng mellom fedmen og antall svulster i tynntarmen. Antallet svulster i tykktarm er for få til å kunne relateres til fedmen i denne musestammen. Vi har også vist at reguleringen av blodsukkeret er forstyrret i disse musene med fedme, og igjen at dette er ytterligere forverret hvis de får fett-rikt fôr.
   
   Musene med fedme hadde også økt nivå av insulin i plasma. Det ser ut til å være en sammenheng mellom fedme, enten forårsaket genetisk eller via kosten, forstyrret blodsukkerregulering og kreft i tarmen. Musene med fedme har også økt plasma-nivå av tumor-nekrose-faktor (TNF)α, som er en markør for inflammasjon.
   
   Mus hvor bare en kopi av leptin-genet er mutert, og som produserer noe leptin, hadde noe økt kroppsvekt, men normal blodsukkerregulering og ikke økt antall tynntarmsvulster. Studien er publisert i Journal of Obesity (1).
2. Vi har også undersøkt betydningen av eksponering for obesogene (fedmefremkallende) forhold tidlig i livet for utvikling av fedme i voksen alder. Dette har vi gjort ved å studere vektutvikling og tarmkreft i Min-mus avkom av hunner som fikk fettrikt fôr under svangerskapet, dieperioden eller begge periodene, eller i avkommet som ble gitt fettrikt fôr som voksne, dvs. etter avvenning fra mor, eller hele livet.
   
   Tarmkreften ble forårsaket enten spontant ved en nedarvet mutasjon i Apc-genet eller p.g.a. eksponering for stekemutagenet PhIP. Effekten på blodsukkerregulering av fettrikt fôr i de ulike periodene ble også undersøkt.
   
   Vi fant at mus som ble utsatt for fettrikt fôr (45% fett) via mor tidlig i livet, dvs. som foster og i dieperioden, hadde økt kroppsvekt som voksne og fikk flere svulster i tynntarmen enn mus utsatt for fôr med normalt fettinnhold (10% fett). Blodsukkeret var ikke påvirket av denne tidlige eksponeringen for fettrikt fôr, slik det var ved slik eksponering som voksne.
   
   Forsøket viser at fostertiden og tiden rett etter fødsel er et ‘kritisk vindu’ for eksponering for obesogene forhold som dermed bidrar til utvikling av fedme og økning av tarmkreft senere i livet. Studien er publisert i Journal of Obesity (2).
3. Vi blir stadig eksponert for kjemiske stoffer, bl.a. via mat og matemballasje. Vi har undersøkt om det å bli utsatt for slike miljøkontaminanter under fosterlivet kan påvirke utvikling av fedme, dvs. ha en obesogen effekt, eller øke tarmkreft, hos musene som voksne.
   
   I dette forsøket studerte vi effektene av de perfluorerte kjemikaliene perfluorooktansyre (PFOA) og perfluorooktylsulfonat (PFOS), som fins i matemballasje, allværsjakker og mange andre produkter vi omgir oss med. Vi så på vektøkning, blodsukkerregulering og tarmkreft. Tarmkreften ble forårsaket enten spontant ved en nedarvet mutasjon i Apc-genet eller p.g.a. eksponering for stekemutagenet PhIP.
   
   Vi fant at eksponering av mus for stoffene PFOA eller PFOS under fosterlivet ikke gav økt kroppsvekt, forstyrret blodsukker eller økt antall svulster i tynntarmen hos musene som voksne. Disse resultatene var i strid med en tidligere studie som fant at PFOA økte kroppsvekten hos mus.
   
   Forfatterne av den studien har imidlertid ikke klart å repetere sine funn. Det er også i ettertid publisert en epidemiologisk studie som fant at verken PFOA eller PFOS økte tarmkreft hos mennesker, helt i tråd med våre resultater på mus. Vår studie har derfor vært et viktig bidrag til å avklare om PFOA eller PFOS er obesogene og/eller kreftfremkallende kjemikalier eller ikke. Denne studien er publisert i Environmental Research (3).

Prosjektet har hatt en doktorgradsstipendiat som disputerte for PhD-graden ved Universitetet i Oslo (4). En studie i mus av endringer i uttrykket av sentrale gener i inflammasjon og glukose-intoleranse etter eksponering for kost med høyt fettinnhold ble gjort i samarbeid med Rowett Institute of Nutrition and Health, University of Aberdeen, Skottland, og er publisert i PLoS One (5).

Prosjektet har også hatt et merutbytte ved at andre avdelinger ved Divisjon for miljømedisin har fått organer fra musene i disse forsøkene, bl.a. for å studere effekt av fedme på mannlig reproduksjon. Dette samarbeidet har hittil ført til en publikasjon i Andrology (6). Resultatene fra prosjektet har blitt presentert på flere nasjonale og internasjonale konferanser.

Betydning/nytteverdi av resultatene

Vi har etablert en ny dobbelt mutant musemodell (Min x Ob), som vil være aktuell også for andre problemstillinger relatert til fedme og tarmkreft. Vi har studert samspill mellom to gener som har human relevans (Apc og Lep) og miljøfaktorer som mennesker eksponeres for daglig; stekemutagenet PhIP i stekeskorpe på stekt kjøtt og fisk, fettrik kost, og PFOA og PFOS som fins bl.a. i matemballasje og diverse forbrukerprodukter.

Vi har også vist at såkalte ‘kritiske vinduer’ for eksponering er av stor betydning for effekten, både når det gjelder kostholdsfaktorer som fettrik kost eller miljøkontaminanter som PFOA og PFOS. Selv om man skal være forsiktig med direkte overføring av resultater fra ulike perioder i livet hos mus til mennesker, er det god grunn til å anta at eksponering tidlig i livet også vil ha større betydning for effektene hos mennesker sammenlignet med eksponering som voksne. Slike problemstillinger er det vanskelig å studere i mennesker, siden det vil være uetisk å påvirke fosteret under svangerskapet eller nyfødte barn.

Vår studie på de forurensende stoffene i miljøet PFOA og PFOS har vært et viktig bidrag til å avklare om disse kjemikaliene er obesogene og/eller kreftfremkallende eller ikke.

Resultatene som er oppnådd i disse studiene støtter og utvider forståelsen for årsakssammenhengen mellom fedme og tarmkreft. Resultatene våre viser klart at det er en sammenheng mellom både arvelig fedme og fedme forårsaket av kostholdet, og tarmkreft. Effektene av fettrik kost forverrer effektene av den arvelige fedmen.

Våre resultater tyder på at denne sammenhengen mellom fedme og tarmkreft kan involvere både forstyrret blodsukkerregulering og inflammasjon. Slik kunnskap er nødvendig både for forebyggende strategier og for intervensjon mot fedme-relaterte sykdommer, inkludert kreft.

Videre planer

Musene i forsøket under problemstilling 2 vil utgjøre første generasjon i et fler-generasjonsforsøk hvor det er avlet videre i tre generasjoner. Eksponeringen for et fettrikt fôr tidlig i livet, dvs. under svangerskapet og dieperioden, kommer her enten fra mor eller fra far eller begge.

I dette forsøket vil det bli undersøkt om den økte fedmen og tarmkreften som ble sett i første generasjon etter en slik eksponering tidlig i livet (i forsøk 2), blir overført til de neste generasjonene.

Det jobbes også videre med nye søknader om forskningsmidler for å undersøke om slike transgenerasjonelle effekter kan skyldes epigenetiske forandringer.

Referanser

1) Ngo HT, Hetland RB, Nygaard UC, Steffensen I-L (2015) Genetic and diet-induced obesity increased intestinal tumorigenesis in the double mutant mouse model multiple intestinal neoplasia X obese via disturbed glucose regulation and inflammation. J. Obes., Vol. 2015, Article ID 343479, 21 pages. http://dx.doi.org/10.1155/2015/343479.

2) Ngo HT, Hetland RB, Steffensen I-L (2015) The intrauterine and nursing period is a window of susceptibility for development of obesity and intestinal tumorigenesis by a high fat diet in Min/+ mice as adults. J. Obes., Vol. 2015, Article ID 624023, 25 pages. http://dx.doi.org/10.1155/2015/624023.

3) Ngo HT, Hetland RB, Sabaredzovic A, Haug LS, Steffensen I-L (2014) In utero exposure to perfluorooctanoate (PFOA) or perfluorooctane sulfonate (PFOS) did not increase body weight or intestinal tumorigenesis in multiple intestinal neoplasia (Min/+) mice. Environ. Res. 132, 251-263.

4) Ngo HT. The interplay between environmental contaminants, genes and diet in obesity and intestinal cancer. PhD Dissertation, Department of Biosciences, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, University of Oslo, 2014.

5) Williams LM, Campbell FM, Drew JE, Koch C, Hoggard N, Rees WD, Kamolrat T, Ngo HT, Steffensen I-L, Gray SR, Tups A (2014) The development of diet-induced obesity and glucose intolerance in C57Bl/6 mice on a high-fat diet consists of distinct phases. Plos One, 9 (8), e106159. doi: 10.1371/journal.pone.0106159.

6) Duale N, Steffensen I-L, Andersen J, Brevik A, Brunborg G, Lindeman B (2014) Impaired sperm chromatin integrity in obese mice. Andrology, 2, 234-243.