Участь кишкової флори в енергетичних метаболізмах

Наталі М. Дельценне * та Патріс Д. Кані

участь

Католицький університет Лювена, відділ фармакокінетики, метаболізму, харчування та токсикології, Брюссель, Бельгія. UCL, підрозділ PMNT-7369, авеню Е. Муньє, 73/69, B-1200 Брюссель, Бельгія

Зараз мікрофлора кишечника розглядається як ключовий орган, що бере участь в гомеостазі енергії господаря. Останні дані свідчать про те, що зміни в екосистемі бактерій кишечника можуть сприяти розвитку метаболічних розладів, таких як діабет 2 типу та ожиріння. По-перше, мікрофлора кишечника може підвищити енергетичну ефективність неперетравленої їжі шляхом бродіння, забезпечуючи тим самим більше енергії для господаря. По-друге, потік жирових кислот і їх зберігання в жировій тканині знаходиться під контролем фактора адіпоцитів, викликаного голодуванням FIAF, експресія якого залежить від мікрофлори кишечника. По-третє, дієтичне харчування з високим вмістом жиру змінює профіль кишкових бактерій, що призводить до падіння вмісту біфідобактерій, що корелює з більш високим рівнем LPS у плазмі крові, тим самим беручи участь у появі запалення, резистентності до інсуліну та діабету 2 типу, пов’язаного з ожирінням. Зміна складу мікрофлори кишечника може бути корисним інструментом для профілактики або лікування метаболічного синдрому, спричиненого дієтою.

Діабет 2 типу та ожиріння є двома тісно пов'язаними метаболічними порушеннями і залежать від дисбалансу між споживанням енергії з їжею та витратами. Тому фактори навколишнього середовища, класично згадані для боротьби з розвитком накопичення жирової маси та її супутніми патологіями, - це зменшення надлишкового споживання енергії та сприяння фізичній активності. Однак у типової популяції, яка зазнає дієтичного ряду або "харчового стресу" (дієта з високим вмістом жиру), лише у деяких людей спостерігається ожиріння та гіперглікемія, тоді як інші будуть менш чутливими до метаболічних змін, пов'язаних із вмістом цукру в крові., 2]. Навіть якщо індивідуальну сприйнятливість можна пов’язати з геномом, новий фактор «навколишнього середовища», тісно пов’язаний з особиною, і який характеризує її від народження, схоже, бере участь у контролі маси тіла та енергетичного гомеостазу: кишкової флори. Під час цього синтезу ми спробуємо пролити світло на перші експериментальні дослідження, які допомогли підняти куточок завіси щодо ролі кишкової флори в контролі енергетичного обміну.

Кишкова флора людини: секретний сад

Як флора може змінити накопичення енергії та сприяти ожирінню ?

Кишкові бактерії регулюють накопичення енергії у своєму господарі

Роль кишкової флори у розвитку метаболічних захворювань, пов’язаних із ожирінням. Теорія енергетичної ефективності кормів та FIAF. Енергія в неперетравлюваних вуглеводах - уникнення травлення ферментами у верхніх відділах шлунково-кишкового тракту - може бути надана господареві завдяки втручанню кишкових бактерій, які зброджують їх у коротколанцюгові карбонові кислоти. Останні можна використовувати як ліпогенні та глюконеогенні субстрати печінки. Крім того, кишкова флора регулює експресію білка FIAF - зменшення експресії FIAF збільшує активність ліпопротеїнової ліпази, дозволяючи жирним кислотам засвоюватися периферичними тканинами для зберігання або окислення. FIAF: індукований натще жировий фактор; LPL: ліпопротеїнліпаза.

Важливість якісних змін у флорі

Чи може бактеріальне запалення бути фактором, що відповідає за розвиток ожиріння та діабету ?

Зміни кишкової флори після прийому дієти з високим вмістом жиру та механізми, пов’язані з розвитком запалення, діабету та ожиріння. Теорія ліпополісахариду (LPS). Прийом дієти, багатої ліпідами, змінює склад кишкової флори (1), з більш конкретно зменшенням біфідобактерій (2). Ця зміна кишкової флори пов'язана зі збільшенням рівня LPS у плазмі крові. (3). LPS після зв’язування зі своїм рецептором комплексу CD14/TLR4 стимулює синтез та секрецію прозапальних цитокінів, які беруть участь у розвитку інсулінорезистентності. LPS: ліпополісахариди.

Всі ці дослідження настійно припускають потенційну роль фактора, що походить від кишкової флори (ліпополісахарид), у патогенезі діабету, пов'язаного з ожирінням.

Які метаболічні медіатори залежать від селективної модифікації кишкової флори ?

Модифікація кишкової флори пребіотиками та фізіологічні ефекти. Роль біфідобактерій та шлунково-кишкових пептидів. Проковтування ферментованих волокон пребіотичного типу значно та вибірково збільшує вміст біфідобактерій у кишечнику. Це супроводжується падінням рівня ЛПС у плазмі та зменшенням запалення. Крім того, бродіння пребіотиків збільшує кількість кишкових L-клітин та продуктів їх секреції - GLP-1 та PYY - як тих, що беруть участь у регуляції вуглеводного гомеостазу та насичення. LPS: ліпополісахариди; GLP-1: глюкагоноподібний пептид-1; PYY: YY пептид.

Висновок

Список літератури

  1. Tappy L. Метаболічні наслідки перегодовування у людини. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2004; 7: 623–8. [Google Scholar]
  2. Левін Б.Є., Кізі Р.Е. Захист різної заданої ваги тіла у страждаючих ожирінням та стійких щурів, викликаних дієтою. Am J Physiol 1998; 274: R412-R419. [Google Scholar]
  3. Дикун DC. Мікробна екологія шлунково-кишкового тракту. Annu Rev Microbiol 1977; 31: 107–33. [Google Scholar]
  4. Turnbaugh PJ, Ley RE, Mahowald MA, et al. Мікробіом кишечника, пов’язаний із ожирінням, зі збільшеною здатністю до збору енергії. Природа 2006; 444: 1027–31. [Google Scholar]
  5. Xu J, Mahowald MA, Ley RE та ін. Еволюція симбіотичних бактерій у дистальному відділі кишечника людини. PLoS Biol 2007; 5: e156. [Google Scholar]
  6. Лей Р.Є., Петерсон Д.А., Гордон СІ. Екологічні та еволюційні сили, що формують мікробне різноманіття в кишечнику людини. Клітина 2006; 124: 837–48. [Google Scholar]
  7. Gill SR, Pop M, Deboy RT та ін. Метагеномічний аналіз мікробіому дистальної кишки людини. Наука 2006; 312: 1355–9. [Google Scholar]
  8. Ніколсон Дж. К., Холмс Е, Вільсон. Кишкові мікроорганізми, метаболізм ссавців та індивідуальна медична допомога. Nat Rev Microbiol 2005; 3: 431–8. [Google Scholar]
  9. Wong JM, De SR, Kendall CW та ін. Здоров’я товстої кишки: бродіння та коротколанцюгові жирні кислоти. J Clin Gastroenterol 2006; 40: 235–43. [Google Scholar]
  10. Гірка JO. Розуміння та вирішення проблеми епідемії ожиріння: перспектива енергетичного балансу. Endocr Rev 2006; 27: 750–61. [Google Scholar]
  11. Сервін А.Л. Він «ловить» між кишковою мікрофлорою та господарем. Med Sci (Париж) 2007; 23: 229–30. [Google Scholar]
  12. Backhed F, Ding H, Wang T, et al. Мікробіота кишечника як фактор навколишнього середовища, що регулює накопичення жиру. Proc Natl Acad Sci USA 2004; 101: 15718–23. [Google Scholar]
  13. Foufelle F, Hegarty B, Bobard A, et al. Нова роль інсуліну в регуляції печінкового вуглеводно-ліпідного обміну. Med Sci (Париж) 2005; 21: 569–71. [Google Scholar]
  14. Ley RE, Turnbaugh PJ, Klein S, et al. Мікробна екологія: мікроби кишечника людини, пов’язані з ожирінням. Природа 2006; 444: 1022–3. [Google Scholar]
  15. Cani PD, Neyrinck AM, Maton N, et al. Олігофруктоза сприяє насиченню щурів, які харчуються жирною дієтою: участь глюкагоноподібного пептиду-1. Obes Res 2005; 13: 1000–7. [Google Scholar]
  16. Cani PD, Daubioul CA, Reusens B, et al. Залучення ендогенного аміду глюкагоноподібного пептиду-1 (7-36) до знижуючого глікемію ефекту олігофруктози у щурів, які отримували стрептозотоцин. J Endocrinol 2005; 185: 457–65. [Google Scholar]
  17. Cani PD, Knauf C, Iglesias MA та ін. Поліпшення толерантності до глюкози та печінкової чутливості до інсуліну за допомогою олігофруктози вимагає функціонального глюкагоноподібного рецептора пептиду 1. Діабет 2006; 55: 1484–90. [Google Scholar]
  18. Cani PD, Joly E, Horsmans Y, et al. Олігофруктоза сприяє насиченню здорової людини: пілотне дослідження. Eur J Clin Nutr 2006; 60: 567–72. [Google Scholar]
  19. Keenan MJ, Zhou J, McCutcheon KL, et al. Вплив стійкого крохмалю, що не засвоюється ферментованої клітковини, на зменшення жиру в організмі. Ожиріння (Срібна весна) 2006; 14: 1523–34. [Google Scholar]
  20. Backhed F, Manchester JK, Semenkovich CF, et al. Механізми, що лежать в основі стійкості до ожиріння, спричиненого дієтою, у безмікробних мишей. Proc Natl Acad Sci USA 2007; 104: 979–84. [Google Scholar]
  21. Хотаміслігіл Г.С. Запалення та порушення обміну речовин. Природа 2006; 444: 860–7. [Google Scholar]
  22. Neal MD, Leaphart C, Levy R, et al. Ентероцити TLR4 опосередковують фагоцитоз і транслокацію бактерій через кишковий бар’єр. J Immunol 2006; 176: 3070–9. [Google Scholar]
  23. Vreugdenhil AC, Rousseau CH, Hartung T et al. Білок, що зв’язує ліпополісахарид (LPS), опосередковує детоксикацію LPS хіломікронами. J Immunol 2003; 170: 1399–405. [Google Scholar]
  24. Райт С.Д., Рамос Р.А., Тобіас П.С. та ін. CD14, рецептор комплексів ліпополісахаридів (LPS) та LPS-зв'язуючого білка. Наука 1990; 249: 1431–3. [Google Scholar]
  25. Cani PD, Amar J, Iglesias MA, et al. Метаболічна ендотоксемія ініціює ожиріння та резистентність до інсуліну. Діабет 2007; 56: 1761–72. [Google Scholar]
  26. Brun P, Castagliuolo I, Leo VD та ін. Підвищена кишкова проникність у мишей із ожирінням: нові дані в патогенезі неалкогольного стеатогепатиту. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2007; 292: G518–25. [Google Scholar]
  27. Creely SJ, McTernan PG, Kusminski CM, et al. Ліпополісахарид активує вроджену реакцію імунної системи в жировій тканині людини при ожирінні та діабеті 2 типу. Am J Physiol Endocrinol Metab 2007; 292: E740–7. [Google Scholar]
  28. Гібсон Г.Р., Роберфроїд МБ. Дієтальна модуляція мікробіоти товстої кишки людини: введення поняття пребіотиків. J Nutr 1995; 125: 1401–12. [Google Scholar]
  29. Cani PD, Neyrinck AM, Fava F, et al. Вибіркове збільшення біфідобактерій в мікрофлорі кишечника покращує діабет, викликаний дієтами, що викликається жирами, у мишей за допомогою механізму, пов'язаного з ендотоксемією. Діабетологія 2007; 50: 2374–83. [Google Scholar]
  30. Cani PD, Dewever C, Delzenne NM. Фруктани типу інуліну модулюють шлунково-кишкові пептиди, що беруть участь у регуляції апетиту (глюкагоноподібний пептид-1 та грелін) у щурів. Br J Nutr 2004; 92: 521–6. [Google Scholar]
  31. Delzenne NM, Cani PD, Daubioul C, et al. Вплив інуліну та олігофруктози на шлунково-кишкові пептиди. Br J Nutr 2005; 93 (додаток 1): S157–61. [Google Scholar]

Список малюнків

Роль кишкової флори у розвитку метаболічних захворювань, пов’язаних із ожирінням. Теорія енергетичної ефективності кормів та FIAF. Енергія в неперетравлюваних вуглеводах - уникнення травлення ферментами у верхніх відділах шлунково-кишкового тракту - може бути надана господареві завдяки втручанню кишкових бактерій, які зброджують їх у коротколанцюгові карбонові кислоти. Останні можна використовувати як ліпогенні та глюконеогенні субстрати печінки. Крім того, кишкова флора регулює експресію білка FIAF - зменшення експресії FIAF збільшує активність ліпопротеїнової ліпази, дозволяючи жирним кислотам засвоюватися периферичними тканинами для зберігання або окислення. FIAF: індукований натще жировий фактор; LPL: ліпопротеїнліпаза.

Зміни кишкової флори після прийому дієти з високим вмістом жиру та механізми, пов’язані з розвитком запалення, діабету та ожиріння. Теорія ліпополісахариду (LPS). Прийом дієти, багатої ліпідами, змінює склад кишкової флори (1), з більш конкретно зменшенням біфідобактерій (2). Ця зміна кишкової флори пов'язана зі збільшенням рівня LPS у плазмі крові. (3). LPS після зв’язування зі своїм рецептором комплексу CD14/TLR4 стимулює синтез та секрецію прозапальних цитокінів, які беруть участь у розвитку інсулінорезистентності. LPS: ліпополісахариди.

Модифікація кишкової флори пребіотиками та фізіологічні ефекти. Роль біфідобактерій та шлунково-кишкових пептидів. Проковтування ферментованих волокон пребіотичного типу значно та вибірково збільшує вміст біфідобактерій у кишечнику. Це супроводжується падінням рівня ЛПС у плазмі та зменшенням запалення. Крім того, бродіння пребіотиків збільшує кількість кишкових L-клітин та продуктів їх секреції - GLP-1 та PYY - як тих, що беруть участь у регуляції вуглеводного гомеостазу та насичення. LPS: ліпополісахариди; GLP-1: глюкагоноподібний пептид-1; PYY: YY пептид.

Поточні показники використання показують сукупний підрахунок переглядів статей (повнотекстові перегляди статей, включаючи перегляди HTML, завантаження PDF та ePub, відповідно до наявних даних) та подання тез на платформі Vision4Press.

Дані відповідають використанню на платформі після 2015 року. Поточні показники використання доступні через 48–96 годин після публікації в Інтернеті та оновлюються щодня по днях тижня.

Початкове завантаження метрик може зайняти деякий час.