Increased Ultra-processed Food Intake is Associated with Inflammation-promoting Shift of Gut Environment in Inflammatory Bowel Disease : A Patient-Based Multi-Omics Study = 염증성장질환 환자에서 초가공식품 섭취로 인한 장내 환경의 염증성 변화

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background
Consumption of ultra-processed foods (UPF) is rising worldwide and is known to affect the gut environment of Inflammatory bowel disease (IBD) patients. Given the limited availability of patient-level multi-omics data, we examined whether UPF intake correlates with distinct gut microbial or metabolic profiles and adverse clinical characteristics in Korean IBD patients.

Methods
Diet was measured with a validated food-frequency questionnaire and classified using the NOVA system. UPF intake was calculated as a percentage of total energy, and participants were grouped into UPF-low (Q1–Q2) and UPF-high (Q3–Q4). Fecal samples were profiled by 16S rRNA sequencing and untargeted metabolomics. Associations between UPF intake and clinical features were tested using Spearman correlations, ANOVA-derived η², and point-biserial correlations.

Results
There was a significant difference in microbial beta-diversity between UPF-low and UPF-high groups. Higher UPF intake was linked to an overabundance of pro-inflammatory pathobionts and a depletion of anti-inflammatory commensals. Metabolomics revealed activation of inflammatory pathways, and integrated analyses showed significant associations between dysbiotic taxa and pro-inflammatory metabolites. Within NOVA UPF categories, sugar-sweetened beverages, ready-to-eat dishes, and packaged snacks and confectioneries were most strongly associated with these adverse profiles. Clinically, sugar-sweetened beverage intake was significantly associated with higher CRP levels and upper GI involvement for Crohn’s Disease (CD).

Conclusion
Greater UPF consumption, especially from certain NOVA categories, aligns with gut dysbiosis and a pro-inflammatory metabolomic profile, which in turn is associated with less favorable clinical features in IBD patients. These results offer patient-based multi-omics evidence and highlight actionable dietary targets for IBD management.

국문 초록 (Abstract)

연구 배경
전 세계적으로 초가공식품(UPF) 섭취가 증가하고 있으며, 이는 염증성장질환 (IBD) 환자의 장 환경에 악영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. 환자 수준의 다중오믹스 데이터가 제한적인 상황에서, 본 연구는 한국인 IBD 코호트에서 UPF 섭취가 특정 미생물과 대사체 변화와 연관되는지, 더 나아가 나쁜 예후를 시사하는 임상소견과 연관되는지를 조사하였습니다.

연구 방법
검증된 식품섭취빈도조사를 사용해 식이를 평가 후 NOVA 체계로 분류하였습니다. UPF 섭취는 총 열량 대비 비율(%)로 산출했으며, UPF-low(Q1–Q2)와 UPF-high(Q3–Q4) 군으로 구분하였습니다. 대변 시료는 16S rRNA sequencing과 비표적 대사체 분석으로 분석하였습니다. UPF 섭취와 임상 지표 간의 연관성은 Spearman 상관분석, ANOVA 기반 η², Point-Biserial 상관분석으로 평가하였습니다.

연구 결과
UPF-low와 UPF-high 군 사이에 유의미한 미생물 베타다양성 차이가 관찰되었습니다. 높은 UPF 섭취는 염증성 균주의 증가 및 항염증성 균주의 감소와 연관되었습니다. 대사체 분석에서도 염증 관련 경로의 활성화가 확인되었고, 통합 분석 결과 장내 미생물의 불균형과 항염증성 대사물 사이에 유의미한 연관성이 나타났습니다. UPF 세부 범주 중 설탕 첨가 음료, 즉석/가정 간편식, 포장 스낵/제과류가 이러한 염증성 변화와 가장 강력하게 연관되었습니다. 임상적으로도 설탕 첨가 음료 및 즉석/가정 간편식 섭취가 C-반응성 단백(CRP) 상승 및 크론병(CD)에서의 상부 위장관 침범과 유의한 연관성을 보였습니다.

결론
높은 UPF 섭취는 장내 미생물 불균형과 염증성 대사체 반응과 연관되며, 이는 IBD 환자에서 나쁜 임상 소견으로 연결될 수 있습니다. 본 연구는 환자 기반 다중오믹스 근거를 제공하며, IBD 환자 관리에서 실행 가능한 식이 목표를 제시합니다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Background pg. 1
• Chapter 2. Methods pg. 3
• Chapter 3. Results pg.9
• Chapter 4. Discussion pg.15
• Funding and Acknowledgements pg. 20
• Conflict of Interest pg. 21
• Tables and Figures pg. 22
• References pg. 34
• Abstract in Korean pg. 39