A bél mikrobiómájának kialakulása gyermekeknél, valamint az elhízás és a kardiometabolikus betegség életre gyakorolt ​​következményei

Anica I. Mohammadkhah

1 Szív- és érrendszeri osztály, Vanderbilt University Medical Center, Nashville, TN 37232, USA; [email protected] (A.I.M.); ei.dct@enospmis (E.B.S.)

Eoin B. Simpson

1 Szív- és érrendszeri osztály, Vanderbilt University Medical Center, Nashville, TN 37232, USA; [email protected] (A.I.M.); ei.dct@enospmis (E.B.S.)

Stephanie G. Patterson

2 a Kritikus Gondozási Orvostudományi Osztály, Gyermekgyógyászati ​​Osztály, Vanderbilt University Medical Center, Nashville, TN 37232, USA; [email protected]

Jane F. Ferguson

1 Szív- és érrendszeri osztály, Vanderbilt University Medical Center, Nashville, TN 37232, USA; [email protected] (A.I.M.); ei.dct@enospmis (E.B.S.)

Absztrakt

Új bizonyítékok arra utalnak, hogy a mikrobioma összetétele és működése összefügg az elhízás és az anyagcsere-betegség kialakulásával. A mikrobiális kolonizáció a születést követően gyorsan tágul, és a mikrobiom összetétele csecsemőkorban különösen változó. Azok a tényezők, amelyek csecsemő- és gyermekkorban befolyásolják a bélmikrobiom képződését, jelentős hatással lehetnek az elhízás és az anyagcsere-diszfunkció kialakulására, egész életen át tartó következményekkel járnak. Ebben az áttekintésben megvizsgáljuk a bél mikrobioma összetételének meghatározóit csecsemő- és gyermekkorban, valamint értékeljük az elhízásra és a kardiometabolikus kockázatra gyakorolt ​​lehetséges hatást.

1. Bemutatkozás

A krónikus kardiometabolikus betegségek a halálozás legfőbb okai az Egyesült Államokban, a szívbetegségek és a cukorbetegség évente több mint 500 milliárd dollárba kerül [1,2], és életük során az egyének körülbelül 60% -át érintik [1,3]. Számos tényező járul hozzá a betegség kockázatához, beleértve a környezeti kitettséget, az étrendet és a genetikai hátteret. A patogenezis évtizedek alatt alakul ki, és ezáltal a gyermekkorból származó kockázati tényezők különös jelentőséggel bírnak az egész életen át tartó betegség kockázata szempontjából. A mikrobiom betegségmodulátorként való szerepét egyre inkább felismerik és tanulmányozzák [4,5]. Az emberi bélmikrobiom az anyagcsere központi szabályozójaként működhet, reagálva az étrendi bevitel vagy a gazdaélettan változásaira [6,7]. A bél mikrobioma gyorsan kitágul csecsemőknél a születés után [7,8], a csecsemőkorban vagy gyermekkorban kialakuló dysbiosis pedig befolyásolhatja a bél mikrobiomjának hosszú távú egészségét. Ezen áttekintés szakaszain belül és az 1. ábra összefoglalásával a mikrobiómák összetételének számos ismert tényezőjét értékeljük, és megvizsgáljuk, hogy a gyermekek mikrobioma-összetételének változása hogyan befolyásolhatja az elhízás és a kardiometabolikus betegség életkori kockázatát.

gyermekeknél

A mikrobioma összetételének meghatározói és a mikrobiotát a betegséggel összekapcsoló lehetséges mechanizmusok.

2. A bél mikrobiom-kolonizációjának meghatározói újszülöttekben

2.1. szállítási mód

2.2. Koraszülés

A koraszülöttek belseje fejletlen, ami megzavarhatja az egészséges gazda – mikrobiota kapcsolatok kialakulását az élet elején. [19] A koraszülötteknél sokkal nagyobb a kockázata a születés utáni szövődmények kialakulásának, beleértve a nekrotizáló enterocolitist (NEC), amely összefüggésbe hozható a bél mikrobiomjának gyengülésével [20]. Megállapították, hogy a koraszülötteknél, akiknél NEC alakult ki, megnövekedett a proteinobaktériumok és csökkent a firmicutes és a bakteroidetes bőség [20]. Bizonyíték van arra is, hogy az anya megváltozott mikrobioma összetétele összefüggésben állhat a koraszülés kockázatával [21], ami arra utal, hogy a megváltozott mikrobioma összetétele a koraszülés egyik oka és következménye. Kimutatták, hogy a koraszülöttek mikrobiómák változatosságában eltérések mutatkoznak, a terhesség korától függően [22]. A koraszülött bélben a diszbiózist összekapcsolják a szülés módjával, a szteroidok és az antibiotikumok használatával, amelyek mind befolyásolják a bél mikrobiomjának fejlődését [13,23,24].

2.3. A születés előtti mikrobiális kolonizáció

Továbbra is nyitott kérdés, hogy a kommensális mikrobák anyai úton történő átterjedése a magzatra szokásos-e. Viszonylag közelmúltig a méh környezetét sterilnek gondolták. Ezt a feltételezést számos tanulmány megkérdőjelezte, amikor a méhben [25], a placentában [26], a köldökzsinórban [27] és a magzatvízben [28], valamint a meconiumban [29] található mikrobiota bizonyítékokat talált, jelezve, hogy a mikrobiota a magzat fejlődése során kell továbbítani. Az adatok azonban ellentmondásosak [30,31]; mikrobiális DNS kimutatható a szennyeződés, az elhalt baktériumokból származó DNS jelenléte vagy a membránrepedés utáni összegyűjtés miatt [32], és eddig a mikrobák nem bizonyítottan életképesek a méhben. Míg a bizonyítékok alátámasztják a mikrobiális anyagok bizonyos átadását a magzat felé, még mindig meghatározandó, hogy ez jelentősen hozzájárul-e a magzati mikrobiomhoz, és hogy ez befolyásolja-e a fejlődést vagy az eredményeket.

3. A korai csecsemőtáplálási gyakorlatok hatása a mikrobiómák fejlődésére

3.1. Anyatej és tápszer etetés

3.2. Prebiotikus és probiotikus kiegészítés

A különféle típusú formulák specifikus összetétele módosíthatja a mikrobiomot. Számos kísérletben értékelték a probiotikumok vagy a prebiotikumok, például az oligoszacharidok csecsemőtáplálékban való beépítését az anyatej-összetétel szorosabb utánzásába [55]. A számos Bifidobacterium törzzsel kiegészített anyatej-helyettesítő tápszer megváltoztatta a csecsemők mikrobiómájának összetételét, de nem befolyásolta a hosszú távú kolonizációt [56]. Az oligoszacharid és a Bifidobacterium kiegészítésnek nem volt szignifikáns hatása a hasmenésre vagy a lázas fertőzésre, azonban a kiegészített csecsemők mikrobiotája jobban hasonlított a szoptatott csecsemőkéhez [57]. A laktóz beépítése a tejallergiás csecsemők számára tervezett hidrolizált tápszerbe elősegítette a Bifidobacterium és a Lactobacillales növekedését, valamint a bél rövid láncú zsírsavainak (SCFA) növekedését [58]. Megállapították, hogy a Lactobacillus kiegészítés megváltoztatja a bél mikrobiom összetételét [59]. A jelenlegi adatok azt sugallják, hogy a pre- és probiotikumok bevonása a tápszerbe jól tolerálható, azonban hogy ez jótékony hatással van-e a hosszabb távú eredményekre, még nem ismert.

3.3. Tej szállítási mód

Bizonyos bizonyítékok állnak rendelkezésre a közvetlen szoptatás különböző hatásairól, szemben az expresszált anyatej palackból történő adagolásával [60]. A szoptatás során a csecsemők az anya bőrének mikrobiotájának vannak kitéve, és a nyál is lerakódik, amely mikrobiotát és kórokozókat tartalmaz, amelyek visszaküldhetők az anyához, és visszacsatolási hurok révén kiválthatják az anyatej összetételét [61,62]. Bár érdekes, ez a terület további kutatásokat igényel.

3.4. Donor anyatej

Az anyatej lehetséges előnyei miatt a donortejet néha akkor használják, amikor a csecsemő biológiai anyjától származó tej nem áll rendelkezésre. Ez különösen elősegíti a koraszülötteket. Az azonban továbbra sem tisztázott, hogy a donortejnek ugyanazok a védő tulajdonságai vannak-e [63]. Koraszülötteknél végzett randomizált vizsgálatban a donortej nem látszott előnyben a tápszerrel szemben az anyatejjel összehasonlítva [64]. A donortejet általában pasztőrözik a fertőzés kockázatának csökkentése érdekében, és gyakran több donorforrásból gyűjtik össze. A pasztörizálás megsemmisítheti a pre- és probiotikumokat, csökkentve az emberi tej jótékony hatásait. Ezenkívül az anyatej-összetétel változékonysága azt eredményezheti, hogy a donortej nem optimális egy rokon csecsemő számára. Sokkal több kutatásra van azonban szükség a donortejnek a tápszer alternatívájaként történő alkalmazásának potenciális előnyeinek és kockázatainak megállapításához.

4. A bélmikrobiom-összetétel étrendi modulátorai egész gyermekkorban

A szilárd táplálék bevezetése a csecsemő mikrobiomjának elmozdulásához kapcsolódik, hogy jobban hasonlítson a felnőtt profilokra, azonban a gyermek mikrobioma fluxusban marad legalább az élet első 3 évében [7]. Ez viszonylag képlékeny periódusra utal, és azt jelenti, hogy a kisgyermekkori étrendnek aránytalanul nagy hatása lehet az egész életen át tartó mikrobiom összetételére és a kapcsolódó egészségügyi hatásokra. Felnőtteknél az étrend megváltoztatása jelentősen befolyásolja a bél mikrobiomjának összetételét, 24 órán belül megfigyelhető jelentős változások vannak a mikroba összetételében az étrend lényeges vagy akut megváltoztatása esetén, például hirtelen átállás kizárólag növényi vagy állati eredetű ételekre. A kiindulási összetételhez való visszatérés 48 órával a normál étrend folytatása után figyelhető meg [6]. Az étrendi beavatkozásnak a gyermekek mikrobiomjára gyakorolt ​​hatására korlátozottak az adatok, de tekintettel arra, hogy a 3 évesnél idősebb gyermekek mikrobiómaprofiljai nagyban hasonlítanak a felnőttek profiljához, valószínű, hogy az étrendi változások gyorsan befolyásolhatják a gyermekek mikrobiómájának összetételét.