A bél mikrobioma és annak lehetséges szerepe az elhízásban

Forrás: Journal of Restorative Medicine, 6. évfolyam, 1. szám, 2017. december 6., 46–52. O. (7)

Szerző: Borek, Carmia

ABSZTRAKT

BEVEZETÉS

Az embereket és más gerinceseket mikrobák széles választéka gyarmatosítja, ezeket együttesen nevezik mikrobiota vagy mikrobiom, kifejezések, amelyek meghatározzák a mikrobiota genomját. 1 Becslések szerint a disztális bél 10–100 billió mikrobát tartalmaz, amelyek százszor több gént kódolnak, mint az emberi genom, és szerepet játszanak az egészségben és a betegségekben. 2 A megváltozott egészségügyi vagy környezeti tényezők miatti zavart mikrobiom növelheti a fertőzések és anyagcsere-rendellenességek kockázatát, beleértve az elhízást, az inzulinrezisztenciát, a cukorbetegséget, a diszlipidémiát, a magas vérnyomást és a szív- és érrendszeri betegségeket. 2 - 8

A mikrobiom elhízásban betöltött szerepét megfigyelték, hogy megfigyelték, hogy a mikrobiómát nélkülöző csíra nélküli egerek karcsúbbak, mint a hagyományos tenyésztésű egerek. 4 - 7 A hagyományos tenyésztésű egerek bélmikrobiomjának bevezetése csíra nélküli egerekbe (ezt az eljárást ún. konvencionalizálás) 14 napon belül a testzsír gyors, 60% -os növekedését produkálta az alacsonyabb chow bevitel ellenére, normalizálva az adipozitást a hagyományosan nevelt egerek szintjéhez képest. 7 A mikrobiómát nélkülöző egerek soványabb állapotát annak tulajdonították, hogy képtelenek a poliszacharidokban gazdag táplálékot fermentálni a rövid szénláncú zsírsavakhoz, amelyek energia- és lipogenezisforrást jelentenek. A mikrobiom átvitele a hagyományos egerekről a csíra nélküli egerekbe megfordította a helyzetet, növelve az adipozitást és az inzulinrezisztenciát. 7

Az elhízásban vagy az sovány fenotípus mikrobióm segítségével történő csíramentes egerekbe történő átvitelének képességét tovább megfigyelték egy olyan tanulmányban, amelyben az elhízásban divergens emberi nőstény ikrek mikrobiomját használták. Az elhízott ikertől összegyűjtött bélmikrobiom, amelyet zsírszegény étrenden szondával juttattak el csíramentes egerekhez, az egerek elhízottá váltak; a sovány iker mikrobiomjával telepített egerek soványak maradtak. 9.

A DIÉTA HATÁSAI

A bél mikrobiomjának diétás módosítása befolyásolja az elhízást. 6, 8, 10 - 17 A hatás gyors, a magas zsírtartalmú étrend egyetlen napon belül megváltoztatja a mikrobiómot. 8 A diéta okozta változások szelektívek. A magas zsír- és cukortartalmú nyugati étrend korrelál a Firmicutes mikrobák megnövekedett arányával, amelyek hatékonyan gyűjtenek energiát az élelmiszerekből, a kevésbé hatékony Bacteroidetesekkel szemben, ami elhízáshoz vezethet. 11 Az összegyűjtött energia egyébként emészthetetlen poliszacharidokból származik, amelyeket mikrobiom enzimek fermentálnak, és amelyek nincsenek az emberi genomban kódolva. A fermentációs termékek között vannak monoszacharidok és rövid láncú zsírsavak, amelyek felszívódnak a keringésbe, serkentik a trigliceridek szintézisét a májban, és beépülnek az adipocitákba, vagy szabályozó molekulákként működnek. 7

A mikrobiom által termelt fő rövid láncú zsírsavak az acetát, a butirát és a propionát. 1 - 3 A három közül a butirát és a propionát túlnyomórészt antiobesogén, míg az acetát obezogén potenciált mutat. Az acetátot a váz- és a szívizom, az agysejtek szén-dioxiddá és más metabolitokká, valamint a lipogenezishez adipociták oxidálják, amelyekben rejlik obezogén potenciálja. A butirát metabolizálódik ketontestekké, amelyek energiát szolgáltatnak a vastagbél hámjában. A butirát javítja az inzulinérzékenységet, gyulladáscsökkentő hatású, csökkenti a nyálkahártya gyulladását és erősíti az epitheliális gátat a kórokozók inváziója és kolonizációja ellen, ami fontos funkció, mert összefüggésbe hozták a bél ökológiai egyensúlyának (azaz diszbiózis) meggyengült gátló hatása miatt az elhízással és a vele járó társbetegségekkel.

Megállapították, hogy a propionát gátolja a koleszterinszintézist és gátolja az ellenállóképességet (3), amely az elhízás által közvetített inzulinrezisztenciában szerepet játszó adipocita eredetű jelátviteli polipeptid. Ezenkívül a butirát és a propionát elősegíti a testsúly szabályozását azáltal, hogy stimulálja az anorexogén bélhormonokat, amelyek elősegítik az élelmiszer-bevitel csökkenését.

A rövid láncú zsírsavak anyagcserére, ezen belül az elhízásra gyakorolt hatásainak többségét rágcsálókkal végezték, és gyakran ellentmondásos eredményeket hoztak. A bél mikrobiómájától és az emésztett ételtől függően a rövid szénláncú zsírsavaknak eltérő metabolikus hatása lehet, ami csökkent és fokozott elhízást eredményezhet. 11.

Emberekkel végzett vizsgálatok azt mutatják, hogy a bélkülönbségek és az étrend befolyásolja a mikrobiómát és az energiaegyensúlyt. 12 - 16 Például az elhízásra hajlamos személyek olyan bélmikrobiómát hordozhatnak, amely hatékonyabban szállítja a monoszacharidokat, és hatékonyabban kivonja és tárolja az étrendből származó energiát, mint a sovány egyedek mikrobiómája. A mikrobiom étrend-módosítása és az adipozitás közötti összefüggést vizsgáló tanulmányban 12 elhízott embert 1 évre alacsony kalóriatartalmú étrendhez rendeltek, amely vagy zsír-, vagy szénhidrát-korlátozott volt. A székletminták genetikai elemzése azt mutatta, hogy a mikrobiális fajok 70% -a egyedileg egyedi, és állandó maradt az idő múlásával, a mikrobiomban a Bacteroidetes és a Firmicutes divízió tagjai domináltak. 12 elhízott embernél kevesebb Bacteroidete és több Firmicute volt, mint a sovány kontroll alanyoknál. A fogyás növelte a Bacteroidetes arányát a Firmicutes-szel szemben, függetlenül az étrend típusától. 10, 13 Egy másik tanulmányban, amelyben 12 sovány és 9 elhízott ember fogyasztott étrendet, amelynek kalóriabevitele változó volt (2400 vs. 3400 kcal), a kutatók azt találták, hogy a magasabb kalóriabevitel, amely megnöveli a testsúlyt, közvetlenül összefügg a Firmicutes 20% -os és a Bacteroidetes 20% -os csökkenése. 16.

A DIÉTATARTALOM HATÁSA A MIKROBIÓMÁRA

A GYERMEKKORÚ MIKROBIÓMA A KÉSŐBBI TÖBBÉL TELJESÍTVE

Bizonyos mikrobiom fajok elterjedtsége a korai gyermekkorban a túlsúlyhoz és az elhízáshoz köthető a későbbi életben. 18 A normál testsúlyú 6 és 12 hónapos csecsemőknél a bifidobaktériumok szintje magasabb volt, mint az azonos korú gyermekeknél, akiknél 7 éves korukban elhízás alakult ki. A szoptatás meghatározó szerepet játszott a mikrobiom összetételében és a későbbi életben az elhízásra való hajlam csökkentésében. 18 Bifidobaktériumok, különösen Bifidobacterium breve,B. infantis, és B. longum, tipikusan gyarmatosította az egészséges, szoptatott csecsemők bélmikrobiómáját, így 13–22% -kal csökkentette e gyermekek túlsúlyos vagy elhízott gyermekkori kockázatát. Minél hosszabb ideig szoptattak egy csecsemőt, annál alacsonyabb a későbbi életbeli elhízás valószínűsége. 18.

MŰSZAKI ÉDESÍTŐK ÉS ELHÍZÁS

A súlygyarapodás elleni küzdelem céljából fogyasztott mesterséges édesítőszerek hozzájárulhatnak az elhízáshoz a mikrobiom megváltoztatásával és a metabolikus szindrómához kapcsolódó metabolikus változások kiváltásával. 19 11 hétig szacharinnal, szukralózzal vagy aszpartámmal táplált egerek glükóz-intoleranciát mutattak, összehasonlítva a glükóz-toleráns maradt glükóz- vagy szacharóz-kontroll egerekkel. A szacharin fejtette ki a legmélyebb hatást, és további vizsgálatokban édesítőszerként használták fel. A magas zsírtartalmú étrend szacharinnal táplált egerekben glükóz intoleranciát váltott ki, de a kontroll egerekben nem. A mikrobiomot elpusztító antibiotikum-kezelés megakadályozta a glükóz intoleranciát. A glükóz-intoleráns, szacharinnal táplált egerekből csíra nélküli egerekbe átültetett ürülék a csíra-mentes egerekben glükóz-intoleranciát váltott ki, ami arra utal, hogy a mesterséges édesítőszer bevitelét követően bekövetkezett metabolikus rendellenességeket a bél mikrobioma közvetíti. 19.

Egy humán vizsgálatban 381 cukorbetegség nélküli személy (44% férfi, 56% nő) hosszú távú szacharinbevitele korrelált a súlygyarapodással és a magasabb éhomi glükózszinttel. 19 Egy prospektív vizsgálatban egészséges önkéntesek (öt férfi és két nő, 28–36 év közöttiek), akik nem alkalmaztak mesterséges édesítőszereket, az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatóságának maximális napi elfogadott dózisát (5 mg/testtömeg-kg) fogyasztották. 5 nap. Az önkéntesek többsége (a hétből négy) glükóz intoleranciát mutatott a szacharin fogyasztását követő napokon belül. Hárman nem voltak levelezők és szacharinfogyasztás után glükóz-toleránsak maradtak, ami a mesterséges édesítőszerre adott emberi metabolikus válaszok különbségét jelzi. A válaszadók kifejezett változásokat mutattak mikrobiomjukban, míg a nem levelezőknek kevés változásuk volt. Ha a válaszadóktól székletet veszünk a szacharin fogyasztása előtt és után, és csíramentes egerekbe helyezzük, akkor csak azoknál az egereknél változott mikrobiom és glükóz intolerancia, amelyek a szacharin fogyasztóktól székletet kaptak. Ezzel szemben azok az egerek, amelyek székletet kaptak a nem levelezőktől, normális glükóz toleranciát és változatlan mikrobiomot mutattak. 19.

Ezek a tanulmányok azt sugallják, hogy bizonyos cukorhelyettesítők alkalmazása az elhízás megelőzésére egyeseknél növelheti az elhízás kockázatát a bél mikrobiomjának megváltoztatásával és az elhízással járó anyagcsere-változások kiváltásával. A válaszok és a végeredmény azonban egyénre szabott, a mikrobiomban tapasztalható személyes különbségek és annak egy adott édesítőszer általi módosításának lehetősége alapján.

A bélmikrobiom étrendi manipulálása

PREBIOTIKA

A prebiotikumok nem emészthető élelmiszerek, amelyek stimulálják a vastagbélmikrobák növekedését és/vagy aktivitását. 20 - 27 Biztonságos módszert kínálnak a bél mikrobiomjának modulálására, és javíthatják az elhízásban a gazda-baktérium kölcsönhatásokat. 21, 22 A prebiotikumok megváltoztatják a mikrobiómát, főleg a bifidobaktériumok koncentrációjának növelésével. 25, 26 A jelentett metabolikus változások közé tartozik a máj koleszterin és triglicerid szintjének csökkenése, a gyulladás markerek csökkentése, 23 fokozott jóllakottság, 24 és csökkent testzsír elhízott gyermekeknél. 26 A fruktooligoszacharid inulint napi 16 g-os napi 16 g-os fruktooligoszacharid inulint fogyasztó önkéntesek a serdülőkorú Bifidobacterium növekedését mutatták a kiindulási 0,89% -ról 3,9% -ra. 25

PROBIOTIKA

A probiotikumok élő baktériumok, és megtalálhatók joghurtban, kefirben, erjesztett sajtban és szabványosított kiegészítőkben. A probiotikumok modulálják a mikrobiomot, de a prebiotikumokkal ellentétben a bevitel után rövid ideig fennmaradnak, és nem válnak a mikrobiom állandó tagjaivá. 28.

Állat- és emberkutatások bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy a szelektív probiotikumok segíthetnek megakadályozni az adipozitást. 29 - 31 A kutatók egy saját probiotikus formula súlykontrollra gyakorolt hatását tesztelték, a VSL # 3 probiotikus kiegészítéssel, amely nyolc élő baktérium törzset tartalmaz: Streptococcus thermophilus,B. brevi, B. longum, B. infantis, Lactobacillus acidophilus, L. plantarum és L. paracasei. A vizsgálatban 20 nem elhízott, egészséges fiatal férfi 2 hétig magas zsírtartalmú étrendet fogyasztott, 10-en VSL # 3-at, a másik 10 pedig placebót kapott. A probiotikummal kezelt férfiak kevésbé híztak, mint a placebót kapók. 29.

A szelektív probiotikumok elősegíthetik a súlygyarapodást

A probiotikumokat a mezőgazdaságban a haszonállatok növekedésének elősegítésére használták. Bizonyos körülmények között a kiválasztott mikrobák hasonlóan befolyásolhatják az embert a mikrobiom módosításával. Egyes bél laktobacillusok magas szintje növelheti a testsúlyt és a hiperglikémiát egészséges felnőtteknél, bár a hatások törzs- és dózis-specifikusak. Mind a baktériumtörzs, mind a gazda fontos annak eldöntésében, hogy a probiotikus készítmény szerepet játszik-e a súlygyarapodás gátlásában vagy elősegítésében, és lehetséges, hogy egyes forgalmazott probiotikumok tartalmazhatnak olyan törzseket, amelyek elősegítik az elhízást. Lactobacillus acidophilus bevitel, valamint L. fermentum és L. ingluviei, emberek és állatok súlygyarapodásával társultak, míg a L. gasseri vagy L. plantarum elhízott emberek és állatok súlycsökkenést eredményeztek. 32, 33 Mivel a legtöbb kereskedelmi forgalomba kerülő probiotikus készítmény tartalmaz Lactobacillus törzsek, tanácsos lehet a Lactobacillus az előkészítésben.

A probiotikumok a fágfertőzés célpontjai lehetnek. Eddig korlátozott tudományos érdeklődés mutatkozott a probiotikus baktériumokra specifikus fágok azonosítása iránt. Új módszerekre van szükség a fágfertőzések probiotikus kultúrákra gyakorolt lehetséges negatív hatásainak megelőzésére vagy korlátozására. 34

A MIKROBIÓMA MÓDOSÍTÁSA SZINBIOTIKA ÉS SZéklettranszplantáció segítségével

A prebiotikumokat és a probiotikumokat ötvöző szbibiotikumok támogatják a probiotikus törzsek túlélését azáltal, hogy prebiotikus szubsztrátumokkal látják el őket az erjesztéshez. 35 Pedig in vitro tanulmányok kimutatták, hogy a szinbiotikumok a bél mikrobiomjának megváltoztatásában hatékonyabbak, mint a prebiotikumok vagy a probiotikumok, a szinbiotikumok elhízás kezelésére történő felhasználására vonatkozó humán vizsgálatok korlátozottak. 36 A sovány és elhízott személyek széklettranszplantációja az elhízás kezelésének eszközeként növeli az inzulinérzékenységet. 37 Ennek a módszernek az elhízás elleni kezelésként való alkalmazása óvatosságot igényel, mivel fennáll annak a veszélye, hogy vírusos kórokozókat vesznek fel a széklettranszplantációba.

KLINIKAI SZEMPONTOK

A diéta 1 napon belül szelektíven módosíthatja a mikrobiom összetételét. Az étrend tartalma és kalóriaértéke egyaránt kritikus. A magas zsírtartalmú étrend vagy a szénhidrátokból származó kalóriákban gazdag étrend növeli a Firmicutes arányát a Bacteroidetes-ekhez képest, serkenti a lipogenezist és a súlygyarapodást. A hipoenergetikus (alacsony szénhidráttartalmú vagy alacsony zsírtartalmú) étrend a fogyással párhuzamosan növeli a Bacteroidetes arányát a Firmicutes-szal szemben. Fontos a zsír forrása. Amint az állatoknál látható, a telített zsírok eltérő hatást gyakorolnak a bél mikrobiomjára; a telítetlen zsírok etetését követően megváltozott mikrobiom megvédhet a telített zsírok által kiváltott súlygyarapodástól. 6.

Kis számú vizsgálat kimutatta, hogy az étrend módosítása prebiotikumokkal, probiotikumokkal vagy szinbiotikumokkal csökkenti az elhízással járó anyagcsere-markereket. 31., 35. Nagyobb prospektív tanulmányokra van szükség a meggyőző válaszok megadásához. A prebiotikumok, például az inulin, megváltoztatják a mikrobiális összetételt. A hatás érdekében rendszeresen szedni kell a probiotikumokat, mert a mikrobák nem válnak állandó populációvá a bélben. A probiotikumok különböző forrásai eltérnek a mikrobiális fajok típusától és számától. Következésképpen növelhetik vagy csökkenthetik a súlyukat, a mikrobiális fajok tartalmától és a befogadó gazdától függően. 32, 33 További vizsgálatokra van szükség a bélmikrobák szaporodásának azonosításához és elősegítéséhez, amelyek a leghatékonyabban csökkentenék az elhízást.

Kimutatták, hogy a kiválasztott mesterséges édesítőszerek bevitele növeli a metabolikus szindróma és az elhízás markereit a mikrobiom megbontásával. 19 Az emberekre gyakorolt hatása gyors volt. Egy kis prospektív vizsgálatban az emberek, akik nagy adag szacharint fogyasztottak, már 5 nap után inzulinrezisztenciát mutattak. Fontos szempont volt, hogy a válaszok eltérőek voltak, egyeseket a mesterséges édesítőszer nem érintett. 19 Ezeket a váratlan eredményeket a mesterséges édesítőszerek súlygyarapodásban betöltött szerepéről nagyobb humán vizsgálatokban kell megerősíteni.

Potenciális jövőbeli irányok

Az elhízás elleni küzdelem a bélmikrobiom szabályozásával egyre nagyobb érdeklődést mutat a kutatók, a kereskedelmi társaságok és a kormányok számára. A biotechnológiai társaságok már dollárok százmillióit fektetik be az emberi mikrobiómán alapuló gyógyszer kifejlesztésébe, amely átalakítja az elhízás orvosi kezelését. A Fehér Ház 2016 májusában jelentette be a Nemzeti Mikrobioma Kezdeményezést, hogy támogassa az állami és a magánszféra közötti együttműködéseket a technológiák fejlesztésében, hogy betekintést nyerjen a mikrobiómába és bővítse az oktatást.

Az étrend, az életkor, a nem és a mikrobiom közötti kapcsolatok, köztük a gazda – mikroba és a mikroba – mikroba kölcsönhatások, valamint az egyes prebiotikumok és probiotikumok módosító hatásainak jobb megértése döntő fontosságú lesz az elhízás kezelését elősegítő gyógyszer kidolgozásában . 38 A megközelítések magukban foglalhatják az olyan élelmiszerek azonosítását, amelyek befolyásolják a mikrobiom génjeit az elhízás kapcsán, valamint a bél mikrobioma és az agy jóllakottsága közötti kommunikációs utak tisztázását. Összefoglalva, a legmodernebb technikák és a jól megtervezett humán vizsgálatok kombinációjára van szükség a mikrobiómához, az emberi genetikához és az életmódhoz kapcsolódó bonyolultságok felderítéséhez, valamint az elhízás növekvő globális problémájának orvoslásához.