A diéta okozta diszbiózis klinikai következményei

Deanna L. Gibson

Biológiai Tanszék, az Irving K. Barber Művészeti és Tudományos Iskola

British Columbia Egyetem Okanagan, ASC 368, 3333 University Way

Kelowna, BC V1V 1V7 (Kanada)

Kapcsolódó cikkek a következőhöz: "

Facebook
Twitter
LinkedIn
Email

Absztrakt

Különböző betegségállapotok társulnak a védő és patogén baktériumok egyensúlyhiányával a bélben, amelyet dysbiosisnak neveznek. A jelenlegi bizonyítékok azt mutatják, hogy az étrendi tényezők befolyásolják a bél mikrobiális ökoszisztémáját. A bél mikrobiota közösségi struktúrájának változása nem következmény nélküli, figyelembe véve a mikrobák mind a helyi, mind a szisztémás immunitásra gyakorolt széles hatásait. Ennek a felülvizsgálatnak az a célja, hogy betekintést nyújtson a bél mikrobiota fontosságába a betegség kialakulásában és a lehetséges terápiás beavatkozásokban a klinikai körülmények között. Bemutatjuk az étrend, a mikrobák és a bélhám komplex háromoldalú kapcsolatát. Ezt követi az étrend által kiváltott dysbiosis, mint a gyomor-bélrendszeri betegségek, például a gyulladásos bélbetegség, az irritábilis bél szindróma és a vastagbélrák, valamint a szisztémás betegségek, például az elhízás, a cukorbetegség, az érelmeszesedés és az alkoholmentes zsírsavak kialakulásának klinikai bizonyítékainak összefoglalása. májbetegség. Végül áttekintjük az egészséges mikrobiális profil elősegítését célzó jelenlegi étrendi és mikrobiális beavatkozásokat.

Kulcsüzenetek

• A mikrobiota nemkívánatos megváltoztatását, amely egyensúlyhiányt eredményez a védő és káros baktériumok között, dysbiosisnak nevezzük.

• A táplálkozási szokások ökológiailag és funkcionálisan megváltoztatják a bél mikrobiotáját, ami fiziológiai következményekkel jár a gazda számára.

• A diszbiózist számos emberi betegség, beleértve a helyi gasztrointesztinális és szisztémás betegségeket is érintik.

• Az egészséges bélmikrobiota helyreállítása és fenntartása hatékony, olcsó és biztonságos gyógymód lehet a dysbiosissal járó betegségek ellen.

A bélmikrobák kolonizációja és sokfélesége

Az emberek hatalmas mennyiségű mikroorganizmussal fejlődtek együtt, amelyek a testben laknak. Az átlagos ember tízszer több baktériumsejtet hordoz, mint saját sejtje. Ezek a mikrobák kolonizálják a bőrt, az orr- és szájüreget, az urogenitális és a gyomor-bél traktust (GIT). Az összes helyszín közül a GIT a legsűrűbben lakott terület, egyedül a vastagbélben 10-10 -1012 kolóniaképző egység található egy gramm székletben, vagyis az emberi test összes mikrobájának 70% -a [1].

1. ábra

A bél mikrobiota kialakulása újszülöttnél. A méhen belüli magzati bél mikrobiális DNS-nek és potenciálisan anyai mikrobáknak van kitéve. Születése után az anyai hüvelyi, vastagbél és a bőr mikrobiotájából átjutó baktériumok gyorsan megtelepítik, a bejuttatás módjától és az antibiotikum-expozíciótól függően. A környezeti tényezők szintén szerepet játszhatnak a mikrobák megszerzésében, többek között: mikrobapopulációk jelenléte a csecsemővel érintkezésbe kerülő személyek születési helyén és a bőr mikrobiotájában, mint például az apa, az ápolók vagy az orvosok. A kolonizáció továbbra is növeli a bélben lévő baktériumfajok mennyiségét és sokféleségét, és különféle fejlődő tényezők befolyásolják, ideértve: a csecsemő gazdag genetikáját, az anyai étrendet, a szoptatást vagy a tápszert, az antibiotikumokat és a környezeti mikrobiális expozíciót, valamint a fejlődő immunrendszert. Az ilyen mikrobiota stabilabbá válik, és 2-4 éves korára elsajátul.

A GIT, a mikrobák és a diéta

2. ábra

Asztal 1

A tanulmányok összefoglalása, amely azt mutatja, hogy az étrendi tényezők megváltoztatják az emberek mikrobiális profilját és a kapcsolódó klinikai következményeket

Az étrendi tényezők megváltoztatják a vékonybél mikrobiális ökológiáját, ahol elsősorban az élelmiszer-antigének emésztődnek, valamint a vakbél és a disztális vastagbél, ahol az emésztés nem a gazda fő, hanem a mikrobák fontos funkciója. A magas zsírtartalmú táplálás diszbiózist vált ki az epe közvetlen antimikrobiális aktivitása révén. Az oldhatatlan lipidmolekulákat az epe és a lipázok apró cseppecskékre bontják, amelyek oldható szabad zsírsavakká és monogliceridekké válnak, és ezután bejutnak a véráramba. Mint látható, a magas zsírtartalmú táplálás során szekretált epe befolyásolhatja egyes mikrobák növekedését vagy túlélését [25], bár azt tapasztaltuk, hogy a különféle zsírsavak nagyobb szerepet játszanak a dysbiosisban, mint önmagában a magas zsírtartalmú táplálkozás [19,20 ]. A lipidek emésztésének folyamata több nyomot adhat arra vonatkozóan, hogy a mikrobák hogyan kapcsolódhatnak a különféle betegségekhez.

A béldiszbiózissal társult betegségek klinikai bizonyítékai

Az egészséges mikrobiotát a nagy változatosság és a fiziológiai stressz alatti változásokkal szembeni ellenállás képessége határozza meg. Ezzel szemben a betegséggel összefüggő mikrobiotát a fajok alacsonyabb diverzitása, a hasznos mikrobák száma és/vagy a kórokozók jelenléte határozza meg. Tekintettel a mikrobiota szerepére a gazdaszervezet anyagcseréje és az immunitás közvetítésében, a mikrobiota megszakadása a GIT különböző emberi betegségeivel és szisztémásan az egész testben összefüggésbe hozható. Itt áttekintjük a dysbiosis és a különböző betegségek összekapcsolásának legújabb klinikai tanulmányainak bizonyítékait, hangsúlyt fektetve az étrendi tényezők bevonására.

Béldiszbiózis gyomor-bélrendszeri betegségekben

Az emberi GIT funkcionális szerepei közé tartozik a tápanyagok felszívódása, a hulladék eltávolítása perisztaltikával, a bevitt kórokozók elleni védekezés és az élelmiszer vagy antigének véráramba történő transzlokációjának megakadályozása. A bél mikrobiota számos ilyen funkciót szabályoz, beleértve a perisztaltikát, a gátfunkciót és a kiegyensúlyozott gyulladásos és homeosztatikus válaszok fenntartását. A bél mikrobiota megzavarása a GIT-t sebezhetővé teszi a helyi betegségállapotokkal szemben (3. ábra).

3. ábra

Az étrend okozta dysbiosis és betegségek. A diagram összefoglalja a gasztrointesztinális betegségeket (sötétszürke dobozokban) és a szisztémás betegségeket (világosszürke dobozokban), a releváns étrendi tényezőket és az indukált bélmikrobiális közösség változásait, amelyeket ebben a felülvizsgálatban tárgyaltunk.

Gyulladásos bélbetegségek

Klinikai tanulmányok dysbiosist azonosítottak gyulladásos bélbetegségben (IBD) szenvedő betegeknél, beleértve mind a Crohn-kórt (CD), mind a fekélyes vastagbélgyulladást (UC). Az ikreket vizsgáló vizsgálatok kimutatták, hogy dúsított Actinobacteriumok és Proteobacteriumok és csökkent Bacteroidetes az ikrekben UC-vel, összehasonlítva egészséges testvéreikkel [26]. A szulfid-képződés növekedése Desulfovibrio alfaj és Fusobacterium varium amelyek behatolhatnak a hámba, jelen vannak UC-s betegeknél [27], míg gyulladáscsökkentőkkel társulnak Faecalibacterium prausnitzii csökken [28]. Az emberi IBD-s betegek tipikus vonása a csökkent bél mikrobiális biodiverzitás [29,30]. Például a CD-ben szenvedő betegek szintje csökkent volt Faecalibacterium és Roseburia, megnövekedett Ruminococcus[30] és Enterobacteriaceae, beleértve a tapadó-invazív Escherichia coli[31]. A rágcsálókban a túlzott tejzsír [32] és az omega-6 PUFA [19] kimutatták, hogy dysbiosis révén súlyosbítják az IBD-t, amit az omega-6 PUFA túlzott fogyasztásával az UC-nek 30% -kal megnövekedett kockázata is alátámaszt [33].

Kimutatták, hogy az afro-amerikaiak a nyugati étrendhez való alkalmazkodása növeli a vastagbélrák (CRC) előfordulását és miatti mortalitását, amely megfelel a megváltozott ürülék mikrobiális profiloknak [34]. Kimutatták, hogy a CRC betegeknél megnövekedett bizonyos baktériumfajok, mint pl Bacteroides fragilis, Enterococcus, Escherichia/Shigella, Klebsiella, Streptococcus, Peptostreptococcus, Roseburia és csökkent a butirátot termelő Lachnospiraceae-k mennyisége [35]. A növekvő bizonyítékok alátámasztják az élelmi rost-, gyümölcs- és zöldségbevitel és a CRC kialakulásának kockázata közötti inverz kapcsolatot. A hosszú távú rostbevitel olyan mikrobiota enterotípust eredményezhet, amely pozitív kapcsolatban áll a Firmicutes és Proteobacteriumokkal, és fordítva a Bacteroidetes, Actinobacteria [6] és Bifidobaktériumok[36]. Ennek oka lehet a bél gátfunkciójának javulása, mivel a jótékony mikrobák javítják a gát integritását, és ez a kolektómián átesett betegek komplikációinak csökkenésével jár együtt [37]. Az étkezési rostbevitel szintén csökkentheti a CRC kialakulásának kockázatát azáltal, hogy elősegíti a bél mikrobiotáját, amelyet az SCFA termelés gazdagít [38].

Irritábilis bél szindróma

Az étrend és a bél mikrobiota két kulcsfontosságú elem, amely szerepet játszik az irritábilis bél szindróma (IBS) patogenezisében. A gyengén felszívódó étkezési szénhidrátok hosszan tartó hidrogéntermelést indukálnak az IBS-ben szenvedő betegek belében (Róma III kritérium), ami fontos, mivel a termelt metán mennyisége megfelel a betegség tüneteinek [39]. Az IBS-ben szenvedő betegek megváltozott szénhidrát- és fehérje-anyagcserét folytatnak a bélben, változásokkal járva az egyes bélbaktériumok nemzetségeinek változatosságában [40], ahol a dúsított Firmicutes és a csökkent Bacteroidetes összefüggésbe hozható az IBS-betegek különálló alcsoportjával [41]. . A hasmenés által dominált IBS-ben végzett vizsgálatok szerint a széklet aerob baktériumai csökkentek, Bifidobaktériumok és Verrucomicrobium és a növekedés Lactobacillus,Veillonella, Prevotella és Parasporo [42,43]. Ezenkívül a E. coli és csökkenése Leptum és Bifidobaktériumok és az epesav átalakulásában részt vevő baktériumok a széklet epesavainak növekedésével járnak, amely endogén hashajtóként működik, és tovább súlyosbítja a betegség tüneteit [44].

Bél diszbiózis szisztémás betegségekben

A lokális GIT betegségek mellett a bél dysbiosis olyan szisztémás betegségekkel is társul, mint az elhízás, a cukorbetegség, az érelmeszesedés és az alkoholmentes zsírmájbetegség (NAFLD) (3. ábra). Valójában számos anyagcsere-betegség társul a lipopoliszacharid által kiváltott krónikus gyulladással, amely a gram-negatív baktériumok külső membránjának egyik fő alkotóeleme. A bél mikrobiotájához kapcsolódó egyéb okozó tényezők közé tartozik a bélgát diszfunkciója, az immunmoduláció, az SCFA és más metabolitok termelése, valamint a tápanyagok vagy az energia betakarításában szerepet játszó metabolikus utak változásai.

A jelenlegi bizonyítékok azt mutatják, hogy a bélmikrobák kritikus jelentőségűek az elhízást befolyásoló teljes energiatermelésben [45]. A zsír- és szénhidrát-korlátozott étrend megnövekedett Bacteroidetes és csökkent Firmicutes értékekhez vezet [46]. Más, alacsony szénhidrát- és magas fehérjetartalmú étrend, rezisztens keményítő [47] vagy magas élelmi rosttartalmú étrend [48] szintén a baktériumok különböző populációinak egyértelmű növekedéséhez vezet. Az elhízott gyermekek mikrobiótája Enterobacteriaceae-mal dúsított [49], csökkent Bacteroides és a Bacteroidetes/Firmicutes arány, amelyek negatívan korrelálnak a testtömeg-indexdel [50]. Az elhízott gyermekeknél fokozott a Desulfovibrio és Akkermansia muciniphila[49] fontosnak találták a bélgát diszfunkciója szempontjából [51]. Ezenkívül az elhízott gyermekeknél fokozott az SCFA-szint és a szubsztrátok kimerítőbb kihasználtsága, ami azt sugallja, hogy a mikrobák képesek megnövekedett energiatermelésre [52]. Ehhez hasonlóan az elhízott serdülőknek is voltak olyan bélmikrobáik, amelyek jobban foglalkoztak a de novo B12 szintézissel és a butiráttermeléssel [53]. Megállapították, hogy az anyagcserezavarral küzdő finn nők száma nőtt Eubacterium rectale-Clostridium coccoides amely hatékonyan gyűjti be az energiát és a tápanyagokat, és pozitívan korrelál számos metabolikus markerrel [54].

A 2-es típusú cukorbetegség (T2D) egy metabolikus rendellenesség, amelyet az inzulinrezisztencia, a bélpermeabilitás károsodása, az endotoxémia és a krónikus gyulladás határoz meg. Mindezek kapcsolódnak az étrend által kiváltott dysbiosishoz [55]. Kimutatták, hogy a T2D-ben szenvedő betegeknek székletmikrobiota van, csökkent Firmicutes populációval, beleértve a Clostridia klaszterből származó mikrobákat is [56]. A közelmúltban egy metagenómát átfogó, 345 kínai alany bevonásával végzett vizsgálatban szekvenálták a széklet mikrobiota sörétes puskáját, és a dysbiosist megerősítették T2D-ben szenvedő betegeknél. Az eredmények azt mutatták, hogy a betegek székletmikrobiota több opportunista kórokozóval és kevesebb mikrobával gazdagodott a butiráttermelésben. Ez megnövekedett mikrobiális funkciókat eredményezett, beleértve a szulfát redukciót és az oxidatív stressz ellenállást [57]. Egy másik tanulmány megállapította, hogy a kínai eredetű T2D-betegek mikrobiotája is csökkent Bifidobaktériumok spp. [58], a T2D rágcsáló modelljeiben gyakran kimutatták, hogy egy jótékony mikroba csökken. Bár az egyre növekvő bizonyítékok azt mutatják, hogy a bélmikrobák fontosak a T1D patogenezisében, egyelőre kevés bizonyíték kapcsolta össze az étrendi tényezőket a betegség progressziójával.

A legújabb bizonyítékok azt mutatják, hogy a bél mikrobiota részt vesz az érelmeszesedésben, az artériák krónikus gyulladásos állapotában, több plakk képződésével, amelyek korlátozzák a véráramlást. Különböző mikrobiális melléktermékek vagy úgynevezett mikrobákhoz kapcsolódó molekuláris minták (MAMP) kulcsszerepet játszanak az atherogenezisben [59]. Ezenkívül az étrendi foszfatidilkolin metabolizmusa és a kardiovaszkuláris betegség kockázati markereinek későbbi generálása a bél mikrobiotától függ [60]. Specifikus bakteriális filotípusok vannak olyan ateroszklerotikus plakkokban, amelyek közösek az érelmeszesedésben szenvedő betegek orális vagy bélmintáiban, ahol a bakteriális DNS mennyisége korrelál az ateroszklerotikus lepedékben talált leukociták mennyiségével [61]. A székletminták puskás szekvenálása azt mutatta, hogy a Bacteroides- és Ruminococcus-a domináns enterotípusokat alul-, illetve túlzott mértékben expresszálták érelmeszesedésben szenvedő betegeknél. A betegség mikrobioma a peptidoglikán szintézist kódoló génekkel gazdagodott, de a lipidben oldódó antioxidánsok metabolizmusához szükséges fitoén-dehidrogenázban kimerült [4]. Bár eddig korlátozott számú klinikai tanulmány létezik, ezek erőteljes üzenetet jelentenek a bélbe kerülő érelmeszesedés elleni lehetséges terápiás stratégiák számára.

Alkoholmentes zsírmáj betegség

A NAFLD a vékonybél baktériumok túlnövekedésével (SIBO) és a megnövekedett acetaldehid, trimetilamin, trimetilamin N-oxid és a tumor nekrózis-a-faktor következményeivel jár [62]. Tekintettel arra, hogy a bélet és a májat a portális vénás rendszer köti össze, sebezhetőbbé teszi a májat a baktériumok, bakteriális termékek, endotoxin vagy szekretált citokinek transzlokációja ellen. Az obesogén mikrobiota a májfunkciókat váltogathatja a máj trigliceridjeinek stimulálásával és a szisztémás lipid-anyagcsere modulálásával, amelyek közvetett módon befolyásolják a zsírsavak májban történő tárolását [63]. Ennek alátámasztására a SIBO korrelál az emberek szivárgó bélével [64] és az elhízott betegek máj steatosisával [65]. A NAFLD súlyossága krónikus endotoxin expozícióval jár emberben [66]. A kolinhiányhoz és a zsírmáj fejlődéséhez társult a γ-proteobaktériumok és az Erysipelotrichi bőségének változása is [67]. Az étrend által kiváltott ilyen baktériumok bősége tovább segít megjósolni a zsírmáj fejlődésének kockázatát.

Bakterioterápia az egészséges mikrobiális profil elősegítése érdekében

Az étrend módosítható beavatkozásnak számít; azonban megértésünk arról, hogyan lehet az étrenddel manipulálni az egészséges mikrobiota előmozdítását, még gyerekcipőben jár, mivel sok táplálkozási tényező hatását gyakran megváltoztatják, vitatják, vagy egyszerűen nincs bizonyíték. A bélmikrobáink megváltoztatásának újszerű megközelítése a bakterioterápia (4. ábra). Noha a bakterioterápia alternatív megközelítés lehet a betegségek megelőzésében, kezelésében vagy akár gyógyításában, az emberekben való hatékonysága nem egyértelmű.

4. ábra

Bakterioterápia a diszbiózissal összefüggő betegségek kezelésében. A diszbiózis megváltozott mikrobiális összetételt eredményez, amelyet gyakran a fajok sokféleségének jelentős csökkenése és a jellemzően nem domináns taxonok fokozott növekedése jellemez. A bakterioterápia olyan módszer, amellyel az eredeti mikrobiota vagy egy új egészséges helyreállítása bakteriális manipulációval valósul meg. Ezt egy vagy többféle beavatkozás kombinációjával érhetjük el, beleértve: a patogén baktériumok eltávolítását antibiotikumok alkalmazásával, prebiotikumokkal történő kiegészítést a hasznos baktériumok szaporodásának elősegítésére, probiotikumokkal történő kiegészítést a specifikus baktériumtörzsek nem megfelelő szintjének kompenzálására, és legutóbb, új mikrobiális ökoszisztéma bevezetése egészséges donor székletbaktériumainak átültetésével.

Probiotikumok, Prebiotikumok és Szimbiotikumok

A probiotikumok olyan élő mikroorganizmusok, amelyek megfelelő mennyiségű bevitel esetén egészségügyi előnyökkel járnak a gazda számára. Ezeket Versalovic tárgyalja ebben a számban. A prebiotikumok nem emészthető élelmiszer-összetevők, amelyek kedvezően befolyásolják a gazdaszervezetet azáltal, hogy szelektíven stimulálják a hasznos vastagbélbaktériumok növekedését és/vagy aktivitását. A probiotikumok és a prebiotikumok kombinációját szimbiotikumoknak nevezik. A probiotikumok törzsspecifikusak és elegendő dózist és időt igényelnek a hatékony hatások eléréséhez. Különféle probiotikumokat teszteltek klinikailag potenciális terápiás szerként mind lokalizált, mind szisztémás betegségek esetén. A probiotikumok egészségre és betegségekre gyakorolt hatásainak nemrégiben készült áttekintését a 2. táblázat mutatja be. A probiotikumok helyi gyomor-bélrendszeri betegségekre gyakorolt hatása általában pozitív, bár általában nincs bizonyíték arra, hogy a hatásokat a bél mikrobiotája közvetítette volna. Bár a probiotikumok még mindig ismeretlenek, a szisztémás betegségek hatása változékonyabb.

2. táblázat

A diszbiózis által kiváltott betegségek elleni probiotikumokat alkalmazó klinikai vizsgálatok összefoglalása

Antibiotikumok

Széklettranszplantáció

A diszbiózissal összefüggő betegségek enyhítésének egyik ígéretes megközelítése a normális mikrobiota helyreállítása az egészséges donor székletének átültetésével egy tüneti gazdaszervezetbe, amelyet széklettranszplantációnak (FT) neveznek (4. ábra). Klinikai körülmények között az FT sokkal hatékonyabb és biztonságosabb eljárásként jelent meg, mint a szokásos antibiotikum-kezelés a visszatérő azonnali és tartós megoldása mellett C. difficile. Jelenleg ez az eljárás a szabványosítás hiányában szenved; sikertelensége azonban meghaladja a 95% -ot [72] és a káros hatások látszólagos hiánya arra késztette a szakértőket, hogy megvizsgálják más krónikus betegségek, például IBD [73] és metabolikus szindróma [74] kezelésében való alkalmazását. Amint megértjük a gazda mikrobiota alapvető szerepét a betegségekben és az immunitásban, a mikrobiota manipulációs terápiák alkalmazása ésszerűbbé válik. Például az FT egyik lehetséges jövőbeli helyszíne a páciens saját tárolt egészséges székletének használata a bél mikrobiotájának helyreállítására az antibiotikum-kezelést vagy a betegség kialakulását követően. Olcsó jellege miatt az FT különösen kedvező lehet azokban a populációkban, ahol a drága kezelések nem könnyen hozzáférhetők.

Következtetések

A különféle táplálkozási tényezők és a bélmikrobák közötti kölcsönhatások diszbiózishoz vezethetnek, amely a gazdaszervezetben eltérő immunválaszokat fejt ki, ami nagyobb fogékonyságot eredményez a különböző gyomor-bélrendszeri és szisztémás betegségek iránt. Az egészséges bélmikrobiota helyreállítása és fenntartása hatékony, olcsó és biztonságos gyógymód lehet ezekre a betegségekre.

Elismerés

D.L.G. a kanadai Crohn és Colitis Alapítvány, a Természettudományi és Mérnöki Kutatási Tanács és a Bélbetegségek Oktatási Tudatosság Társaság támogatásaiból finanszírozzák.

Közzétételi nyilatkozat

A szerzők nem jelentenek összeférhetetlenséget. A cikk megírását a Nestlé Nutrition Institute támogatta.