Мікробіота кишечника, ожиріння та резистентність до інсуліну - Swiss Medical Review
резюме
Поширеність ожиріння та діабету 2 типу зростає у розвинених країнах. Ці захворювання представляють реальні проблеми охорони здоров’я, що призводить до інтенсивного дослідження їх причин та можливостей втручання. В останні роки кишкова флора стала одним з основних елементів цього дослідження, розвиток якого до цього часу був обмежений доступними технологіями. Сьогодні досягнення молекулярної біології дозволяють отримати більш конкретний підхід із створенням генетичної бібліотеки мікробіоти кишечника.
У цій статті розглядаються отримані знання та гіпотези щодо потенційної ролі кишкової флори у розвитку ожиріння та резистентності до інсуліну.
Вступ
Мікробіота кишечника складається з сотень трильйонів мікроорганізмів, що представляють у десять разів більше клітин, ніж клітин, що утворюють людський організм (рис. 1). 1 Таким чином, мікробіом (мікробний геном) кодує набір генів у 150 разів більший за геном людини. Мікробіота відіграє ключову роль у забезпеченні корисних біологічних та метаболічних функцій для господаря, які не можуть виконуватися метаболізмом людини. 2,3 Цей складний симбіоз залежить від взаємодії між генетикою господаря та мікробів та навколишнім середовищем.
Дослідження на аксенних мишах (позбавлених кишкової флори) чітко продемонстрували важливу роль мікробіоти кишечника в енергетичному гомеостазі господаря. 4 миші Axenic, порівняно з мишами, забезпеченими кишковою флорою, захищені від ожиріння, спричиненого дієтою з високим вмістом жиру, а також від супутніх метаболічних порушень, таких як непереносимість глюкози; підвищена їх чутливість до інсуліну. 5 Однак ця "стійкість" аксенної миші до дієти з високим вмістом жиру не є постійною. Це залежить від складу дієти, що свідчить про те, що саме взаємодія між мікробами кишечника та поживними речовинами визначає розвиток ожиріння та резистентності до інсуліну. 6 Дослідження інтервенцій на аксенних мишах також показали, що зміни мікробіоти кишечника, які за своїм складом відрізняються від ожиріння та худих мишей, можуть спричинити ожиріння та діабет (рис. 2). 7
Склад мікробіоти щодо діабету та резистентності до інсуліну у людей із ожирінням
Передові молекулярні технології дозволили ідентифікувати понад 160 видів бактерій у кишковому тракті.
Вісімдесят-дев'яносто відсотків бактеріальних філотипів входять до складу двох видів - Bacteroidetes (Bacteroïdes, Prevotella) та Firmicutes (Clostridium, Enterococcus, Lactobacillus, Ruminococcus); далі йдуть актинобактерії (Bifidobacterium) та протеобактерії (Helicobacter, Escherichia). 8
Молекулярний аналіз фекальних бактерій шістнадцяти діабетиків 2 типу порівняно з дванадцятьма здоровими суб'єктами показав, що бактеріальний склад діабетичної групи відрізнявся від контрольної групи: роди Bifidobacterium та Bacteroïdes vulgatus були менш представлені в мікробіоті хворих на цукровий діабет. 9
В іншому дослідженні, що включало вісімнадцять хворих на цукровий діабет та вісімнадцять суб'єктів, що не страждають на діабет, частка пацієнтів із діабетом значно знизилася у хворих на цукровий діабет, а співвідношення Bacteroidetes/Firmicutes позитивно корелювало із вмістом цукру в крові натще, незалежно від індексу маси тіла. 10 Аналіз складу мікробіоти кишечника у 30 пацієнтів із ожирінням - у тому числі семи пацієнтів з діабетом 2 типу, порівняно з тринадцятьма суб'єктами нормальної ваги, показав, що види Faecalibacterium Prausnitzii негативно корелювали зі ступенем стійкості до інсуліну. Ці бактерії модулюють запалення та діабет у людей із ожирінням. 11
Роль сполук, отриманих з мікробіоти у вуглеводному гомеостазі
Ліпополісахариди (ЛПС) являють собою основну мембранну сполуку грамнегативних бактерій. Збільшення концентрації ЛПС у сироватці крові було продемонстровано у тварин із ожирінням та діабетом, а також у людей. 12,13 Ця ендотоксинемія має низьку амплітуду (концентрація LPS подвоюється при ожирінні) і, коли вона відтворюється шляхом екзогенного введення LPS, вона спричиняє зниження чутливості до інсуліну, порівнянне з тим, що визначається у ожирілих мишей. 12 Подібне зростання ЛПС, рівень якого корелював з інсулінемією натще, було виміряно у пацієнтів з діабетом. Ендотоксинемія корелює з поглинанням жиру у здорових людей, сприяючи збільшенню в сироватці крові прозапальних цитокінів. 15 Підвищена проникність кишкового бар’єру також корелює з рівнем ЛПС у сироватці крові у людей із ожирінням та діабетом. 16 Проникність кишкового бар’єру включає дисфункції білків із “щільним з’єднанням” та активацію ендоканабіноїдної системи. 16.17
Таким чином, підвищення рівня циркулюючих ЛПС - шкідливого компонента мікробіоти кишечника - інтегрується і корелює із запальним стресом, який спостерігається при ожирінні та діабеті.
Мікробіота кишечника може впливати на метаболізм за допомогою інших механізмів, наприклад, сприяючи всмоктуванню моносахаридів у кишечнику, 18 викликаючи підвищення рівня цукру в крові після їжі. Крім того, вживаючи непоглинаються поживні речовини в першій частині травного тракту, господар може годувати мікроби в дистальній частині. Ці мікроби можуть зброджувати ці поживні речовини і перетворювати їх у малі ланцюгові жирні кислоти (SCFA) (ацетат, пропіонат, бутират), які будуть всмоктуватися в товстій кишці. Ці SCFA сприяють регуляції метаболізму господаря: справді, кілька даних показують, що ці сполуки корисні для контролю ожиріння та супутніх захворювань, покращуючи чутливість до інсуліну, викликаючи ситість та здійснюючи протизапальну дію. 19
Харчовий контроль ожиріння та резистентності до інсуліну через мікробіоти кишечника
Лікування пацієнтів із ожирінням або хворих на цукровий діабет пребіотиками було перевірено в кількох дослідженнях, мало на сьогодні. Часткова втрата ваги спостерігалася при застосуванні пребіотиків у пацієнтів із ожирінням або надмірною вагою21, але результати у хворих на цукровий діабет менш чіткі, не показуючи значної зміни вуглеводного гомеостазу у тих, хто отримував пребіотики.
Висновок
Стає незаперечним, що кишкова флора відіграє певну роль у розвитку ожиріння та резистентності до інсуліну, хоча причинний зв’язок поки чітко не встановлений. З цієї точки зору необхідно краще розуміти генетичні та екологічні фактори, що визначають характеристики мікробіоти кишечника. Дослідження розподілу колоній бактерій у людей, що страждають ожирінням, до і після втрати ваги, також може бути корисним для кращого націлювання на терапевтичне ставлення, спрямоване на модифікацію складу мікробіоти. Ці перспективи модуляції кишкової мікробіоти та метаболізму мікробних клітин надзвичайно цікаві: чи можуть вони призвести до комерціалізації медикаментозного лікування ожиріння та діабету ?
Практичні наслідки
> Кишкова мікробіота бере участь у метаболічному та енергетичному контролі господаря
> Склад мікробіоти відрізняється у хворих на цукровий діабет 2 типу порівняно з суб’єктами, які не страждають на діабет
> Кілька сполук, отриманих з мікробної флори, включаючи ліпополісахариди (LPS) з мембрани грамнегативних бактерій, пов'язані з порушеннями в гомеостазі вуглеводів
> Пребіотики (не засвоювані олігосахариди, ферментовані в товстій кишці) впливають на склад флори і стимулюють секрецію кишкових гормонів - інкретинів
Бібліографія
Анотація
Зростаюча поширеність ожиріння та діабету є однією з основних проблем охорони здоров'я в розвинених країнах, що призводить до інтенсивного дослідження причин та можливостей втручання. Протягом останніх років кишкова флора стала основною темою в цьому дослідженні: розвиток методів молекулярної біології дозволив більш конкретний підхід та розробку генетичної бібліотеки мікробіоти кишечника.
У цій статті узагальнено набуті знання та гіпотези, пов’язані з потенційною роллю мікробіоти кишечника у розвитку ожиріння та резистентності до інсуліну.