Bélmikrobiota: A mikroorganizmusoktól az elhízást befolyásoló metabolikus szervekig

Általános Orvostudományi Tanszék, Osteopátiás Orvostudományi Főiskola, Nyugati Egészségtudományi Egyetem, Pomona, Kalifornia, USA

Grigore T. Popa Orvostudományi és Gyógyszerészeti Egyetem Belgyógyászati ​​Klinika, Iasi, Románia

Klinikai Kórház Sf. Spiridon, Iasi, Románia

Általános Orvostudományi Tanszék, Osteopátiás Orvostudományi Főiskola, Nyugati Egészségtudományi Egyetem, Pomona, Kalifornia, USA

Egészségügyi és Humán Fejlesztési Tanszék, Suceava Egyetem, Románia

Általános Orvostudományi Tanszék, Osteopátiás Orvostudományi Főiskola, Nyugati Egészségtudományi Egyetem, Pomona, Kalifornia, USA

Grigore T. Popa Orvostudományi és Gyógyszerészeti Egyetem Belgyógyászati ​​Klinika, Iasi, Románia

Klinikai Kórház Sf. Spiridon, Iasi, Románia

Általános Orvostudományi Tanszék, Osteopátiás Orvostudományi Főiskola, Nyugati Egészségtudományi Egyetem, Pomona, Kalifornia, USA

Egészségügyi és Humán Fejlesztési Tanszék, Suceava Egyetem, Románia

Finanszírozó ügynökségek:: Ezt a munkát az „A bélmikrobiota és a gazda közötti kapcsolatok elemzése a 2. típusú cukorbetegség megelőzésében és leküzdésében” című projekt támogatta, amelyet az Európai Regionális Fejlesztési Alap társfinanszírozott a Versenyképesség Operatív Programon keresztül a 120/16.09. .2016.

Közzététel:: A szerzők nem jelentettek összeférhetetlenséget.

Absztrakt

Célkitűzés

Ez az áttekintés összefoglalja a bél mikrobiota és a gazda kapcsolatának jelenlegi megértését, mivel az az energiaegyensúly és az elhízás szabályozásához kapcsolódik.

Mód

A cikk a bél mikrobiota környezetének, eloszlásának és a gazdával való egyedi szimbiotikus kapcsolatának rövid ismertetésével kezdődik. Ezután azt írják le, hogy a környezeti tényezők hogyan befolyásolják a mikrobiota összetételét, és a gazdára gyakorolt ​​későbbi hatást. Ezután megvitatjuk azokat a mechanizmusokat, amelyek összekapcsolják a bél dysbiosist az elhízással, és végül bemutatják a bél mikrobiota szerepének megértésében rejlő jelenlegi kihívásokat és korlátozásokat az elhízás szabályozásában.

Eredmények

A bél mikrobiotája szerepet játszik a zsírraktározás, valamint a bél dysbiosis szabályozásában, hozzájárulva ezzel az elhízás, az inzulinrezisztencia, a hiperglikémia és a hiperlipidémia kialakulásához. E folyamatok mögöttes mechanizmusai azonban korántsem világosak, és komplex preklinikai és klinikai interdiszciplináris vizsgálatokat igényelnek a baktériumokról és a gazdasejt-sejt interakciókról.

Következtetések

Jobban meg kell érteni, hogy a bél mikrobiota összetételének változásai miként befolyásolhatják az energiaegyensúlyt, és ezáltal szabályozhatják a súlygyarapodást. Ez ígéretes utat jelenthet az elhízás nem sebészeti kezeléseinek kidolgozásában.

Bevezetés

Baktériumok és a gazdaszervezet: Egyedülálló szimbiotikus kapcsolat

Az emberi bél és a mikrobiom közötti kapcsolat egyedülálló, dinamikus kölcsönhatás, amely kölcsönösen szimbiotikus, amelyben mi, mint gazdaszervezetek, támaszkodunk ezekre az organizmusokra a táplálkozással, az immunrendszer edzésével és a súlyos fertőzések megelőzésével kapcsolatos különböző funkciókra ( 4). Mint ilyen, a bél mikrobiota részt vesz az egészség megőrzéséhez elengedhetetlen funkciókban, például a metabolikus homeosztázisban, a vitaminok termelésében, az aminosavak és a neurotranszmitterek szintézisében, az epesav anyagcserében, a védő funkciókban (a kórokozó baktériumok általi kolonizáció megakadályozásában) és a szabályozó funkciókban, például a bél szerkezete és megnövekedett funkciói (5, 6) .

Milliónyi változó mikroba gyarmatosítja az emberi test felületét és üregeit, többségük a disztális belekben helyezkedik el (4). Az emberek genomjukban (> 99% azonosságuk) és sejtösszetételükben (foszfolipid kétrétegű, citoszkeleton stb.) Hasonlóak, és ennek a kis genetikai különbségnek a ellenére mikrobiális közösségeink körülbelül 80-90% -kal változhatnak (6 ). A mikrobiális közösségek sűrűsége és összetétele a gyomor-bél traktusban jelentősen eltér a lakóhely környezeti eltérései miatt. Például a gyomor és a vékonybél viszonylag kevés olyan mikroorganizmust tartalmaz, amelyek képesek túlélni a pH-t, az oxigén-expozíciót és a gyors tranzitot, míg a vastagbél sűrű anaerob mikrobiális közösségeket támogat. Ezek az organizmusok energiát nyernek nem emésztett étrendi komponensek és gazda szekréciók fermentálásával, például a glikozilezett gélképző mucinval, amely a H2, CO2, CH4 és H2S gázokkal párosulva SCFA-kkal együtt monoszacharidokat képez (7) .

metabolikus

A gazda mikrobioma fejlődésének ütemterve. A születés során az újszülötteket belső és külső tényezők révén új baktériumokba vezetik be. Ezek a tényezők indítják el a mikrobiota elsődleges fülkét. Ennek a mikrobiomnak a fejlődését különböző pre-, peri- és postnatalis állapotok befolyásolják. Amint a mikrobiom stabilizálódik, különböző környezeti és genetikai tényezők befolyásolják az egészségre gyakorolt ​​hatását. Az olyan modulátorok, mint az étrend, a probiotikumok és a prebiotikumok, hozzájárulnak egy olyan homeosztatikus szuperorganizmus létrejöttéhez, amelyben a gazda és a baktériumok szinergikusan hatnak. A genetikai és környezeti tényezők azonban megzavarhatják a bél mikrobiota homeosztázisát, dysbiosist (mikrobiális egyensúlyhiány) okozva, amelynek hosszú távú következményei olyan betegségekhez vezetnek, mint az elhízás, a cukorbetegség és a gyulladásos bélbetegségek. Bizonyos esetekben a dysbiosis megoldható és a homeosztázis helyreállítható az étrend megváltoztatásával, a prebiotikus és probiotikus kezeléssel vagy a széklettranszplantációval. CNS, központi idegrendszer. [A színes ábra megtekinthető a wileyonlinelibrary.com oldalon]

Környezeti hatások a mikrobiotára

Az energia mikrobiális kinyerése

Társulás az elhízás és a mikrobiota között

Az elhízás és a mikrobiom kölcsönhatások mechanizmusai: A tárolási hipotézis

Az SCFA-k szerepe

A bél mikrobiota lenyűgöző glikozidáz- és liázkészletet tartalmaz, amelyek elengedhetetlenek az étrendi poliszacharidok lebontásához (egyébként emészthetetlenek), valamint felszívódó monoszacharidokká és SCFA-kká, például propionáttá és butiráttá történő fermentálódásukhoz (8). Ezeket az SCFA-kat a gazda elsősorban energiaforrásként használja, ezáltal növelve az étrendből történő energiaszerzést (58); ugyanakkor fontos metabolikus szerepet is játszanak. Például a butirát javítja az inzulinérzékenységet és növeli az energiafelhasználást elhízott egerekben (59, 60). A butirát és a propionát védelmet nyújt az étrend okozta elhízással szemben, és szabályozza az inkretinek, például az YY és a GLP-1 peptidek szekrécióját. Az anyagcserében betöltött szerepük mellett a kommenzális mikrobiota által termelt SCFA-k serkentik a hám proliferációját és differenciálódását is. Mindazonáltal a mikrobiota eredetű táplálkozási jelek pleiotróp hatással bírnak az energiatermelésen túl is, amelyeket a 2. ábra foglal össze.

Az elhízás és a mikrobiom kölcsönhatások mechanizmusai: A metabolikus gyulladásos hipotézis

Köztudott, hogy az étrend független és függő mikrobiális hatásokat vált ki a gazdaszervezet anyagcseréjében (2. ábra). A bélmikrobiota gyulladásgátló molekulákat, például lipopoliszacharidot (LPS) és peptidoglikánt állít elő, amelyek a gazdaszervezet anyagcseréjét befolyásolhatják a gazdaszervezet által az immunválasz közvetítésére termelt fehérjék révén (pl. Kolin, koleszterin, SCFA-k) (67). Ezek az összefüggő megállapítások felvetik annak a fontos kérdését, hogy a megváltozott bél mikrobiota okozó tényező-e az elhízás patogenezisében, vagy az elhízás által kiváltott bél dysbiosis csak ártatlan szemlélő. Most azonban bőséges bizonyíték van arra, hogy egyértelmű összefüggés van a bél mikrobiota összetétele és a gazda metabolikus fenotípusa között. Ezt olyan tanulmányok is illusztrálják, amelyek kimutatták, hogy a bél mikrobiota akár elhízás vagy magas zsírtartalmú táplálás hiányában is befolyásolhatja a gyulladást, például az érelmeszesedést, számos olyan mechanizmus révén, amelyek magukban foglalják az immunrendszer túlterhelését gyulladásos válasz kiváltásával, a lipidbe való beavatkozással. és az epesav anyagcseréje, valamint a káros mikrobiális metabolitok termelése (68) .

Metabolikus endotoxémia és a bélgát diszfunkciója

Diéta és mikrobiota

Mikrobiota anyagcsere-aláírás: ok és okozat