A gyermekkori elhízás: a bél mikrobiota szerepe?

Absztrakt

Az elhízás súlyos közegészségügyi probléma, amely mind a gyermekeket, mind a felnőtteket érinti. Az elhízás megelőzését és kezelését gyermekkorban kezdik meg, amikor a környezeti tényezők hosszú távú hatást gyakorolnak a felnőttkori elhízás kockázatára. Így a módosítható tényezők azonosítása segíthet csökkenteni ezt a kockázatot. A legújabb bizonyítékok arra utalnak, hogy a bél mikrobiota részt vesz a testtömeg, az energia homeosztázis és a gyulladás szabályozásában, és ezáltal szerepet játszik az elhízás patofiziológiájában. A prebiotikumok és a probiotikumok azért érdekesek, mert bebizonyosodott, hogy megváltoztatják a bél mikrobiotájának összetételét, és a gyomor-bélrendszeri útvonalakon és a bél baktériumközösségének modulációján keresztül befolyásolják a bél mikrobiotájának összetételét, és befolyásolják a táplálékfelvételt és az étvágyat, a testtömeget, az összetételt és az anyagcsere funkciókat. Amint az ebben az áttekintésben bemutatásra került, a prebiotikumok és a probiotikumok olyan fiziológiai funkciókkal rendelkeznek, amelyek hozzájárulnak a bél mikrobiota összetételének megváltozásához, az egészséges testtömeg fenntartásához és a gyermekkori elhízáshoz kapcsolódó tényezők ellenőrzéséhez azáltal, hogy hatással vannak az ételbevitelt, a zsírraktározást és a változásokat szabályozó mechanizmusokra. a bél mikrobiotájában.

1. Bemutatkozás

Az elhízás prevalenciája folyamatosan nőtt az elmúlt 25 évben, világszerte mind a felnőtteket, mind a gyermekeket érintve. Kanadában a felnőttek körülbelül 60% -a és a gyermekek 30% -a tekinthető túlsúlyosnak vagy elhízottnak [1]. Az elhízást fiziológiailag a testzsír feleslegének nevezik, amely hosszú távon pozitív energiamérlegből adódik. Ez komoly aggodalomra ad okot, mivel az elhízott gyermekek nagy valószínűséggel válnak elhízott felnőttekké, ezért nagy a kockázata olyan súlyos társbetegségek kialakulásának, mint a metabolikus szindróma, a 2-es típusú cukorbetegség és a szív- és érrendszeri betegségek [2]. Az elhízás megelőzését és kezelését gyermekkorban kezdik meg [3]. Megalapozott, hogy az elhízásra való hajlam számos tényező összetett kölcsönhatásától függ, amelyek mind genetikai, mind környezeti hatásoknak vannak kitéve. A vonatkozó szakirodalom nagy része hangsúlyozza, hogy a gyermekkori elhízást az étrend nem optimális makroelem-összetétele és az elégtelen fizikai aktivitás magyarázza; a legújabb kutatások azonban dokumentálták olyan különálló tényezők jelentős hatását, mint a rövid alvásidő [4], az alacsony étrendi kalciumbevitel [5], a nem megfelelő táplálkozási viselkedés [6] és a bél mikrobiota [7].

Mivel az emberi genom az évszázadok során viszonylag stabil volt, általában úgy gondolják, hogy a jelenlegi elhízási járvány elsősorban a modern életmódhoz kapcsolódó tényezőknek tulajdonítható. A jelenlegi bizonyítékok azt mutatják, hogy még ha a genetikai variáció sem tűnik a fő meghatározónak a gyermekkori elhízás magas gyakoriságában, bizonyítékok vannak a gén-környezet kölcsönhatások jelentős szerepére, ahol az ember genetikai profilja befolyásolja az obesogén hatások kezelésének képességét. néhány környezeti tényező [8].

A jelenlegi bizonyítékok arra utalnak, hogy a bél mikrobiota szerepet játszik az anyagcsere szabályozásában, az élelmiszer emésztésében és a rendelkezésre állásban [9,10,11]. A bélmikrobiota a testen belül egy meghatározott entitás, amelynek saját genomja van, és amelynek génállománya sokkal gazdagabb, mint a gazdája. A bél mikrobiotának tulajdonított fiziológiai funkciók kiterjedtek a bélen kívüli szövetekre, például a májra, az agyra és a zsírszövetre, új kapcsolatokat létesítve az elhízással [9] és a kapcsolódó rendellenességekkel, beleértve a 2-es típusú cukorbetegséget [12] és a szív- és érrendszeri betegségeket [10]. Így lehetősége van az energiaszabályozás, valamint a szisztémás gyulladás modulálására, és olyan biológiai tulajdonságnak kell tekinteni, amely szerepet játszik az elhízás patofiziológiájában. Bár az energiafogyasztás befolyásolhatja a bél mikrobiota összetételét, nem világos, hogy a bél mikrobiota milyen ok-okozati szerepet játszik az elhízás kialakulásában gyermekeknél és felnőtteknél.

A prebiotikumok és probiotikumok fogyasztásának és fiziológiai funkcionalitásuknak az elhízás kezelésében betöltött szerepe érdekes, mert a vizsgálatok pozitív összefüggéseket jelentettek a prebiotikumok, probiotikumok és probiotikumokat tartalmazó élelmiszerek, például tejtermékek és az alacsonyabb testtömeg között [13,14] . Ezenkívül számos baktériumtörzset teszteltek probiotikus megközelítésként az elhízás kísérleti modelljeiben, valamint olyan emberi vizsgálatokban, amelyek a zsírtömeg és a testtömeg-index (BMI) csökkenését mutatják be [13,15,16,17]. A prebiotikumok és a probiotikumok azért érdekesek, mert bebizonyosodott, hogy megváltoztatják a bél baktériumközösségének összetételét, és a gyomor-bélrendszeri útvonalakon és a bél mikroflóra modulációján keresztül befolyásolják a táplálékfelvételt és az étvágyat, a testtömeget, az összetételt és az anyagcsere funkciókat [18,19,20, 21].

Az alábbiakban áttekintjük a bél mikrobiota szerepét az energiaháztartásban, az elhízott és sovány egyének közötti bél mikrobiotában meglévő különbségeket, a prebiotikumok és a probiotikumok lehetséges szerepét a testtömeg és az összetétel szabályozásában, mint újszerű diétás megoldásokat az étrend megelőzésében és kezelésében. a gyermekkori elhízás és lehetséges hatásmechanizmusaik.

2. Bél mikrobiota

A bélmikrobiota azt javasolta, hogy befolyásolja az állatok és az emberek egyensúlyát [11,22] azáltal, hogy hozzájárul az energia-anyagcseréhez az étrend összetevőiből, és szerepet játszik az energia tárolásában és elköltésében [11,23]. Korábbi állatokon végzett kutatások kimutatták, hogy az összes testzsír 40% -kal magasabb volt a hagyományosan nevelt egerekben, mint a csíra mentes egerekben, annak ellenére, hogy alacsonyabb a táplálékfelvételük [9]. Sőt, Turnbaugh et al. kimutatta, hogy az ob/ob egerekből a bél mikrobiota transzplantációja csíra mentes egerekbe az összes testzsír tömegének jelentős növekedéséhez vezetett azokhoz a csíra mentes egerekhez képest, amelyek bél mikrobiota transzplantációt kaptak sovány egerektől [12]. Ezek a megállapítások azt sugallják, hogy a bél mikrobiota mikrobiális moduláció révén szerepet játszhat az energiatermelésben és az elhízásban.

Az emberi bél mikrobiota baktériumok billióiból áll, amelyek két túlnyomó baktériumfelosztáshoz tartoznak: Firmicutes és Bacteroidetes. Ez a két phyla részt vesz a mikrobiális dysbiosisban és az elhízás kialakulásában. Állatokon és embereken végzett számos tanulmány kimutatta az elhízott és a sovány populációk közötti különbségeket a bél mikrobiota összetételében és az energia-anyagcserében [24,25]. A bél mikrobiota összetétele és a testzsír-veszteség kapcsolatát vizsgáló tanulmányban 12 elhízott felnőtt férfi és nő, akik véletlenszerűen egy évig alacsony zsírtartalmú vagy alacsony szénhidráttartalmú étrendet kaptak, alacsonyabb Bacteroidetes-számot és magasabb Firmicutes-arányt mutattak ki/Bacteroidetes összehasonlítva a kiindulási, sovány, normál testsúlyú egyénekkel [24]. Az arány azonban normalizálódott azoknál az egyéneknél, akiknél sikeres és tartós volt a fogyás. Egy másik, nemrégiben készült tanulmányban 12 sovány és kilenc elhízott személy székletmikrobiotájának változása az étrend során változó kalóriatartalommal (2400 kcal/nap vs. 3400 kcal/nap) azt mutatta, hogy a megváltozott tápanyagterhelés gyors változásokat indukált a bélbaktériumok közösségében [26].

A bél mikrobiota összetétele a korai életkorban a túlsúly/elhízás kialakulását befolyásolja a gyermekeknél [27]. A perinatális probiotikus beavatkozás 10 éven felüli gyermekek túlsúlyának és elhízásának kialakulására gyakorolt hatását vizsgáló tanulmányban 159 nőt randomizáltak a Lactobacillus rhamnosus (1 × 10 1 telepképző egység) és a maltodextrin alkalmazására négy hétig a várható szülés előtt, és hat hónappal a szülés után [28]. Megállapították, hogy a bél mikrobiotájának korai, probiotikumokkal történő modulációja megakadályozhatja a túlzott súlygyarapodást az élet első éveiben [28]. Ez lehet az egyik mechanizmus, amely az elhízásra való hajlamot átruházza az anyától a csecsemőhöz, mivel az anya befolyásolja a csecsemő bél mikrobiotájának eredeti inokulumait és későbbi fejlődését.

3. Potenciális étrendi megoldások

A bélmikrobiota és gazdája közötti szimbiózisos együttműködést számos tényező befolyásolhatja, beleértve az étkezési szokásokat [29], az antibiotikumokat és más környezeti tényezőket [30,31,32]. Fokozódik a fogyasztók érdeklődése az olyan élelmiszerek és élelmiszer-összetevők iránt, amelyek segíthetnek az elhízás és a kapcsolódó anyagcsere-szövődmények megelőzésében vagy kezelésében; hatékony étrendi ellenintézkedéseket azonban még nem hoztak létre. Mivel a farmakológiai megközelítések káros hatásokhoz vezethetnek, az étrendi megközelítés továbbra is a legbiztonságosabb módszer az elhízás csökkentésére és az anyagcsere-funkciók javítására, különösen gyermekeknél. A prebiotikumok, a probiotikumok, valamint a prebiotikumokat és probiotikumokat tartalmazó élelmiszerek funkcionális fiziológiai tulajdonságaik miatt potenciális eszközök. A magas zsírtartalmú vagy alacsony rosttartalmú étrend által létrehozott dysbiosis például az elhízás kialakulásának és az anyagcsere-betegségek kialakulásának fokozott kockázatának egyik oka [33]. Számos tanulmány kimutatta, hogy ezek a hatások a bél mikrobiotájára visszafordíthatók a jobb táplálkozással [33], valamint a prebiotikumok és probiotikumok beadásával. A prebiotikumok és probiotikumok fogyasztása szelektíven megváltoztatja a bél mikrobiota összetételét egy adott nemzetség, sőt a probiotikumok esetében még a specifikus törzsek javára is.

4. Prebiotikumok

A prebiotikum definíciója „nem emészthető rost vagy nem emészthető élelmiszer-összetevő, amely előnyösen befolyásolja a gazdaszervezetet azáltal, hogy szelektíven stimulálja a vastagbél egy vagy korlátozott számú baktériumának növekedését és/vagy aktivitását” [34]. A leggyakoribb prebiotikumok közé tartozik az inulin és az oligoszacharidok [35]. Kimutatták, hogy a prebiotikumok pozitív hatással lehetnek az emésztőrendszer [36,37], az immunrendszer [38], a magas vérnyomás [39], az étvágyérzetek és az elhízás [20] rendellenességeire. Feltételezik, hogy a diéta során a prebiotikus hatás eléréséhez szükséges napi mennyiség 5–20 g/nap [40].

5. Probiotikumok

Az Egészségügyi Világszervezet szerint a probiotikum „élő mikroorganizmus, amely megfelelő mennyiségben beadva egészségügyi haszonnal jár a gazda számára” [41]. A két baktériumfaj, amelyet a probiotikus termékekben használnak a legjobban, a Bifidobacteriumok és a Lactobacillusok [42]. Kimutatták, hogy a probiotikumok képesek kezelni az emésztőrendszer fertőzéseit vagy rendellenességeit [43,44], és szerepet játszhatnak a különféle rákos megbetegedések megelőzésében [45,46], valamint az allergia és az asztma kezelésében [47,48]. Elősegítik az immunrendszer pozitív modulációját [49], a hangulat szabályozását [50] és a depresszió csillapítását [50,51]. Továbbá a probiotikumokról azt is javasolják, hogy játsszanak szerepet az elhízás és a kapcsolódó anyagcserezavarok, köztük a hiperglikémia és a diszlipidémia kezelésében [20,52]. A probiotikumok megtalálhatók olyan élelmiszerekben, mint a tejtermékek és kiegészítők formájában (tabletták, kapszulák, tabletták és porok). Az étrendben lévő ételek közül a joghurt volt az első, amelyhez probiotikumokat adtak. Továbbá bebizonyosodott, hogy egyes probiotikumok, mint például a bifidobaktériumok, jobb életben maradtak a joghurtban, mint más mátrixokban, beleértve a kiegészítőket is [53].

6. Prebiotikumok, probiotikumok és bélmikrobiota

6.1. Hatásmechanizmusok

Az emberi étrendnek közvetlen hatása lehet a bél mikrobiotájára, ami végül a bél lumenében bekövetkező biokémiai reakciók mintázatának változását eredményezi. A bél mikrobiotával kapcsolatos utak prebiotikumok és probiotikumok általi manipulációját támogató kutatások az elhízás kezelésére korlátozottak; a javasolt mechanizmusok azonban tartalmazzák a bél mikrobioma összetételére és működésére gyakorolt hatásokat. Bár a specifikus baktériumok jelenléte fontos, a mikrobaközösségek relatív aránya is szerepet játszik az energia homeosztázisban [12].

A mikrobiális egyensúlyhiány megváltozott bélkörnyezetet eredményez, amely elősegítheti a vastagbél fermentációját. Az étrendben nem emészthető szénhidrátok fermentálhatók a bél lumenében, rövid szénláncú zsírsavak (SCFA), például acetát, propionát és butirát termeléséhez. A bélben lévő SCFA-k profilja tükrözi a különböző típusú mikrobioták közötti metabolikus együttműködést, mivel egyetlen baktérium nem sem képes hidrolizálni az összes tápanyagot, és egyik sem termeli ezeket az SCFA-kat fermentáció során. A rövid szénláncú zsírsavak, amelyeket a bél mikrobiotája által termelt közvetett tápanyagoknak tekintenek, szerepet játszanak az energia-anyagcserében és a zsírszövet-terjeszkedésben, és jelzőmolekulaként működhetnek azáltal, hogy stimulálják a kaszkádot, ami fokozott zsírraktározáshoz és az energia megőrzéséhez vezet a G -proteinhez kapcsolt receptorok, GPR41 és GPR43 [54,55]. Gpr41-hiányos egereken végzett vizsgálatok azt sugallták, hogy a GPR41 SCFA általi aktiválása felelős a PYY felszabadulásáért. Sőt, a magas szénhidráttartalmú és magas zsírtartalmú étrendet tápláló Gpr43-hiányos egerek testtömege alacsonyabb és magasabb a sovány tömege, mint a vad típusú egereké [55]. Így a fermentációval előállított SCFA energia szubsztrátként és/vagy metabolikus szabályozóként működhet.

Ezenkívül a bélbaktériumok változásai befolyásolhatják a gyomor-bélrendszeri GLP-1 és PYY hormonokat, amelyeket az endokrin L-sejtek választanak ki a tápanyag-inger hatására, valamint az orexigén hormon, a ghrelin, amelyek szerepet játszanak a glikémiás kontrollban, a jóllakottságban és az energia bevitelében. Kimutatták, hogy a prebiotikus kiegészítés növeli a GLP-1 és a PYY értékeket, és csökkenti a ghrelin értékét emberben [56,57] és rágcsálókban [58], ami viszont gátolja a gyomor motilitását a csípőfékre gyakorolt hatásai révén [59]. Így lehetséges, hogy a prebiotikumok is késleltetik a gyomor kiürülését.

A bél mikrobiotájában a diszbiózis különböző mechanizmusok révén elhízáshoz vezethet (1. ábra). Amikor a bél mikrobiotájában egyensúlyhiány következik be, a baktériumok hatékonyabbá válnak az energia kinyerésében [60]. Az SCFA jelzőmolekulaként működhet, és stimulálhatja a kaszkádot, amely a GPR41 és GPR43 receptorokon keresztül fokozott zsírtartalékot és energia visszatartást eredményez [54,55]. A mikrobiota szabályozza az FIAF fehérje (más néven ANGPTL4) expresszióját is, amely a lipoprotein lipáz (LPL) inhibitora. A mikrobiota módosulása az FIAF expressziójának csökkenését eredményezi, ami az LPL aktivitás növekedését eredményezi, amely katalizátor a zsírsavakat a zsír- és izomszövetbe rögzíti és tárolja, valamint növeli a lipidek tárolását [9,10].

A bél mikrobiotájában a diszbiózis különböző mechanizmusok révén elhízáshoz vezethet. (A) A bél mikrobiotájának egyensúlyhiánya az SCFA és a bélpermeabilitás növekedéséhez, valamint a FIAF és az AMPK csökkenéséhez vezet; és (B) A prebiotikumok és/vagy probiotikumok által helyreállított mikrobiota gátolhatja a (A) és a PYY és a GLP-1 hormonok növekedéséhez és a ghrelin csökkenéséhez vezet.

A bél mikrobiota módosulása megváltoztatja az inkretinek és a különféle emésztőrendszeri hormonok (például GLP-1, PYY, ghrelin) szekrécióját a bélnyálkahártya sejtjein keresztül. Ezek a hormonok részt vesznek a glikémiás szabályozásban és az energia bevitel szabályozásában [70].

6.2. Az élelmiszer-bevitel és az étvágy ellenőrzése

Feltételezték, hogy a bél mikrobiota a bélpeptid jelátvitel útján is befolyásolhatja a táplálékfelvételt és a jóllakottságot [20,71,72]. A bélhormonok, például a glukagon-szerű peptid-1 (GLP-1), a peptid tirozin-tirozin (PYY), a kolecisztokinin (CCK) és a ghrelin kritikus szerepet játszanak a táplálkozási és energiaállapot jelzéseinek továbbításában a bélből a központi idegrendszerbe. az ételbevitel szabályozása érdekében. Kísérleti vizsgálatok kimutatták, hogy elhízott egerekben a prebiotikumok szabályozzák a GLP-1-et, ami arra utal, hogy a bél mikroflóra változásai stimulálhatják vagy elnyomhatják a gyomor-bélrendszeri hormonok szekrécióját [58,73,74]. Továbbá a probiotikumok kimutatták, hogy módosítják a jóllakottsági hormonok termelését, ha patkányoknak adják őket [75].

6.3. Testtömeg-szabályozás és testösszetétel

7. Következtetések

A prebiotikumok és a probiotikumok olyan élettani funkciókkal rendelkeznek, amelyek hozzájárulnak a bél mikrobiotájának egészségéhez, az egészséges testtömeg fenntartásához és az elhízással járó tényezők ellenőrzéséhez azáltal, hogy hatással vannak az ételbevitelt, a testsúlyt és a bél mikrobiotáját szabályozó mechanizmusokra. Hiányoznak azonban az intervenciós vizsgálatok, amelyek a prebiotikumok és a probiotikumok gyermekeknél gyakorolt hatását vizsgálnák a testsúly kezelésével kapcsolatban, különösen hosszabb távon.

8. Jövőbeli kutatás

További vizsgálatokra van szükség a probiotikumok és a prebiotikumok testtömegre gyakorolt hatásainak, az elhízással járó tényezőknek és a bél mikrobiota változásának a gyermekeknél történő felderítéséhez. Ezenkívül a prebiotikumok és probiotikumok értékelése a különféle élelmiszer-mátrixokban, beleértve a joghurtot és a tejtermékeket is, további betekintést nyújtana ezen összetevők gyermekek testsúly-kezelésére gyakorolt hatására.

Szerző közreműködései

Marina Sanchez, Shirin Panahi és Angelo Tremblay együtt dolgoztak a kézirat koncepcióján, irodalomkeresésén és megírásán.

Összeférhetetlenség

Nincsenek összeférhetetlenségi nyilatkozatok.