A nyugati étrend, a bél dysbiosis és az anyagcsere-betegségek: kapcsolódnak-e egymáshoz?

Felülvizsgálat

Teljes cikk
Ábrák és adatok
Hivatkozások
Idézetek
Metrikák
Újranyomtatások és engedélyek
PDF

ABSZTRAKT

Bevezetés

Az elhízás és a társbetegségek, beleértve a cukorbetegséget, a metabolikus szindrómát és a szívbetegségeket, hátrányosan befolyásolják az életminőséget, és jelentős egészségügyi költségekkel járnak. 1,2 Ezért feltétlenül meg kell érteni a metabolikus betegség hátterében álló számos hozzájáruló tényező összetett kölcsönhatását. Ide tartozik többek között az étrend, az aktivitás szintje, az alvás, a genetika és a bél mikrobiota. Ez az áttekintés kifejezetten az étrend és a bél mikrobiota közötti kölcsönhatásra fog összpontosítani (vagyis a gyomor-bél traktusban található baktériumok, gombák, archeák és vírusok összegyűjtésére), különös hangsúlyt fektetve a bélbaktériumokra. A bélmikrobiota szerkezetét és működését nagymértékben befolyásolják a többféle zsírban és egyszerű cukorban gazdag nyugati étrendek, az étrend, a gazdaszervezet és a mikrobák összetett kölcsönhatása elősegítheti az elhízás kialakulását.

Az elhízás és a nyugati étrendnek a bél mikrobiotájára gyakorolt mély hatásának bemutatása mellett a következő fontos kutatási kérdésekkel fogunk foglalkozni: 1) a magas zsírtartalmú étrend (HFD) mennyiben változtatja meg a közösség tagságát és működését, és ez függ-e a mennyiségétől vagy a zsír típusa és/vagy milyen arányban fogyasztják őket ?, 2) az étrendi váltások milyen gyorsan változtatják meg mikrobiális közösségeinket, és ezek az elmozdulások megelőzik-e az elhízás kialakulását?, 3) fennmaradnak-e ezek a változások, vagy helyreállhat-e a mikrobiom étrendi stressz ?, 4) hogyan táplálja a táplálék a gazda-mikroba kölcsönhatásokat, amelyek elhízáshoz vezetnek?, és 5) mit lehet tenni a HFD káros hatásának helyreállítására a bél mikrobiotájára? A felülvizsgálat célja ezekre a kérdésekre ad választ, leírva ezzel a nyugati étrend káros hatását a bél mikrobiotájára, valamint a HFD által kiváltott dysbiosis és metabolikus betegség enyhítésére szolgáló jelenlegi mikrobiota-központú stratégiákat.

Elhízás és a bél mikrobiota

Az elhízás összefüggésbe hozható a bél mikrobiota káros átszervezésével, amelyet általában dysbiosisnak neveznek. Az elhízás diszbiózisát gyakran a csökkent mikrobiális sokféleség, a fő phyla, például a Firmicutes és a Bacteroidetes relatív bőségének változása és/vagy a patogén mikroorganizmusok virágzása jellemzi. 13 Azonban egy nemrégiben végzett metaanalízis, amelyet Pat Schloss 10 független tanulmánya végzett, és elhízott emberi alanyok bélmikrobiotáját vizsgálta, azt mutatja, hogy a gyakran alkalmazott Firmicutes/Bacteroides arány (F/B arány) önkényes mutató. 14 Az F/B arány minden bizonnyal megbízhatatlan mutatója a bél mikrobiota funkcionális tulajdonságainak és a gazdaszervezetre gyakorolt hatásuknak, és félrevezető is lehet, mert a HFD-k kimutatták, hogy a Firmicutes egyes tagjainak, például a Lactobacillusnak a relatív bősége csökken. Mindazonáltal a diszbiotikus mikrobiota funkcionális eredménye egyértelmű, tekintettel arra, hogy a diszbiotikus közösségek naiv csíra nélküli egerekbe történő átültetése növeli az adipozitást, bizonyítva a mikrobák közvetlen hatását a zsírraktározás elősegítésére az emlős gazdaszervezetben. 7

Az egész közösségek transzferje mellett az egyes törzsek csíramentes egerekbe juttatása, beleértve a Enterobacter cloacae B9, A 20 Clostridium ramosum, 21 és a Lachnospiraceae AJ110941, 22 törzs fokozott hajlandóságot mutatott az elhízásra. Ezzel szemben a Akkermansia muciniphila, A Verrucomicrobia, a bél mikrobiota összetett közösségéhez tartozó törzshöz tartozó szervezet közvetlenül kapcsolódik a metabolikus szindróma és az érelmeszesedés javításához. Ez a mikroba gyakran alulreprezentált elhízott alanyokban, és megnövekedett RYGB után vagy éhgyomorra. 5,19,23-26 A. muciniphila elhízott állatok esetében javult a glükóz tolerancia. 23 Ezek a megfigyelések együttesen azt sugallják, hogy egyes mikrobák szabályozhatják a DIO-ra adott gazda metabolikus válaszának különböző és ellentétes aspektusait, azonban további vizsgálatokra van szükség a közvetlen okozati összefüggés és a hatásmechanizmus meghatározásához.

A magas zsírtartalmú étrend mennyiben változtatja meg a közösség tagságát és működését, és ez függ-e az elfogyasztott zsír mennyiségétől vagy zsírtípusától?

Az étrend mélyen befolyásolja az állatmodellek mikrobiális szerkezetét, amely nagyon hasonlít az elhízott embereknél észlelt dysbiosisra, amint azt Peter Turnbaugh csoportja bizonyítja. Pontosabban David és mtsai. kimutatta, hogy a kizárólag zsíros étrend, amely kizárólag állati eredetű élelmiszerekből, például húsból és sajtból áll, drámai módon és azonnal megváltoztatta a bél mikrobiota közösségi struktúráját az emberi résztvevőkben. 27 változást találtunk a β sokféleségben csak két napos étrend-váltás után, összehasonlítva a kiindulási értékkel. Az étrend dominanciáját a mikrobiális összetétel megváltoztatásában egy állatkísérletben tovább összefoglalták Carmody és munkatársai. amelyben öt különféle beltenyésztett egér törzset, négy, a gazda-mikroba kölcsönhatás szempontjából releváns genetikai knockout törzset (pl. ob/ob, NOD2, MyD88 -/- és Rag1 -/-), valamint 200 tenyésztett egeret helyeztek nyugati zsírtartalmú, magas cukortartalmú étrend és összehasonlítottuk a növényi poliszacharidokban gazdag étrendet. 28 A nyugati étrend alaposan modulálta a mikrobiális közösség szerkezetét az LF étrenddel szemben, a törzstől vagy a genetikai különbségektől függetlenül, ami arra utal, hogy az étrend a domináns hajtóerő a bél mikrobiotájának kialakításában a gazda genetikájához képest. 28.

A tanulmányban megszerzett ismeretek ellenére érdekes lenne tudni, hogy a halolaj által kiváltott mikrobiota jótékony hatása az étrendnek a mikrobiális közösségekre gyakorolt közvetlen hatásának eredménye-e, vagy a halolaj által kiváltott mikrobiota hatékonysága a házigazda jelzéseit is. Az előbbi lehetővé tenné a potenciálisan hatékonyabb probiotikus terápiák előállítását anélkül, hogy szükség lenne túlzott halolaj-fogyasztásra. Lam és munkatársai külön tanulmányában azonban azt találták, hogy a halolaj-kiegészítés a teljes kcal 7% -ánál (étrend vagy kiegészítés révén elérhető mennyiség) vagy a Resolvin D1 csökkentette a HFD-közvetített virágzást a Deltaproteobacteriumokban, fokozta a HFD-közvetített a Bacteroides csökkenése, valamint szerényen befolyásolta a β sokféleséget. 35 Ez a csoport összehasonlította az omega-3 és az omega-6 zsírsavakban gazdag étrendeket is, és 8 hetes táplálkozás után különbségeket talált a mikrobiális közösségekben. 35 További vizsgálatokra van szükség a zsírsavak mennyiségének meghatározásához, amelyek akár kiegészítéssel, akár étrendi fogyasztással érhetők el a bél mikrobiotájára gyakorolt jótékony hatások kiváltása érdekében.

Az étrendi váltások milyen gyorsan változtatják meg a bél mikrobiális közösségeit?

A közösségi tagság és a bélmikrobiota struktúrájának gyors elmozdulását HFD körülmények között számos tanulmány kiterjedten vizsgálta. Először, Carmody és munkatársai tanulmányában. kimutatták, hogy az egereknek az alacsony zsírtartalmú étrend (LFD) vagy a HFD 3 napos ciklusainak való kitettsége következetes változásokat eredményezett a közösség tagságában és struktúrájában. 28 Két egércsoportot kezdetben LFD-re vagy HFD-re helyeztünk, és mindegyik csoport 3 ciklusonként több cikluson át LF-re vagy HF-re váltott. Különösen következetes volt a Bacteroidales és Clostridiales relatív bőségének inverz kapcsolata LFD vagy HFD körülmények között. Ugyanis a Bacteroidales növekedett az LFD-ciklusok alatt, a Clostridiales pedig a HFD-ciklusok alatt. A sokféleségben és a baktériumok bőségében megfigyelt változások az étrend-váltás 1 napján belül nyilvánvalóak voltak, és az előző étrend bevezetése után következetesen visszatértek. 28 E váltások funkcionális jelentősége azonban ismeretlen.

A magas zsírtartalmú étrend a bakteriofág közösség metagenómáit is átalakítja, amelyet „fágomnak” neveznek. A bakteriofág olyan kicsi DNS-vírus, amely a baktérium gazdaszervezetétől függ a lítikus vagy lizogén ciklusokon keresztüli szaporodáshoz. Ez utóbbi magában foglalja a bakteriofág nukleinsav integrációját a baktérium gazdasejtjébe, amely potenciálisan megváltoztathatja funkcionális tulajdonságait. Howe és Ringus et al. hogy a magas telített zsírtartalmú étrend 24 órán belül képes a fágómát elmozdítani, függetlenül a baktérium gazdaszervezetétől. Nevezetesen, ez a váltás a lemosódás után nem volt visszafordítható, ami arra utal, hogy az étrend által közvetített változások a fágközösségben tartósak. 38 Ez a koncepció fontos aggodalmat vet fel azzal kapcsolatban, hogy az étrendi sértést követően helyreállíthatók-e a mikrobaközösségek.

Fenntartódnak-e az étrend által közvetített változások, vagy felépülhet-e a mikrobiom az étrendi stresszből?

Tekintettel a mikrobiális szerkezet drámai és gyors változásaira, érdekes tudni, hogy a bél mikrobioma képes-e felépülni az étrendi stresszből. Az étrend-elmozdulás vizsgálatában Carmody és mtsai. hogy több operatív taxonómiai egység (OTU) bősége a korábbi étrendi expozíciótól függ. Például számos, a Clostridiales-hez tartozó OTU tartósan dúsabb lesz magas zsírtartalmú étrend körülmények között a HFD minden egyes új ciklusával. 28 Ez a hatás hiszterézis néven ismert, és más jelentésekben is kimutatták. 38–40

A hiszterézis hatása nemcsak egy életen belül, hanem generációk óta is megmutatkozott. Justin Sonnenburg csoportjának munkája meggyőzően bebizonyította, hogy a mikrobák számára hozzáférhető szénhidrátokban (MAC) hiányos és az egyszerű cukrokban gazdag étrend a baktériumok sokféleségének generációs csökkenését eredményezi. 40 A sokféleség helyreállítása és a specifikus mikrobák újbóli megjelenése csak az FMT-n érhető el, de nem az étrend váltásán keresztül. Ez a tanulmány megalapozza azt az elméletet, amely szerint a magas zsírtartalmú és magas egyszerű szénhidráttartalmú élelmiszerekből álló nyugati étrend gyors változása a baktériumok sokféleségének fokozatos csökkenéséhez vezethetett az elmúlt évtizedekben. Feltételezik, hogy testünk evolúciósan nem alkalmas arra, hogy alkalmazkodjon a bél mikrobiotájának hirtelen sértéséhez, ami a zsírfelesleg túlzott mértékű tárolásához és elhízáshoz vezet. Ezért a hasznos mikrobák FMT-vel vagy probiotikus kiegészítéssel történő újbóli bevezetése hatékony megközelítés lehet a HFD által kiváltott dysbiosis és a baktériumok sokféleségének csökkenése elleni küzdelemben, amelyet az alábbiakban tárgyalunk.

Hogyan hajtják a magas zsírtartalmú étrendek a gazda-mikroba kölcsönhatásokat, amelyek elhízást eredményeznek?

Míg az elhízásban az SCFA csökkenése figyelhető meg, a vizsgálatok azt mutatják, hogy a H2S szintje megemelkedik. A hidrogén-szulfidot a gazdaszervezet endogén módon képes előállítani, azonban a csíra mentes egerek szintje 50–80% -kal alacsonyabb, mint a hagyományos állatoknál, mind a perifériás plazmában, mind a gyomor-bél traktusban, ami azt jelzi, hogy a bélmikrobák jelentős mértékben hozzájárulnak a H2S poolhoz. 15 Amint azt Devkota és mtsai mutatják, a bélmikrobák megnövekedett H2S-termelése részben annak tudható be, hogy a specifikus zsírforrások közvetlenül befolyásolják a gazda epesavtermelését. 30 A magas telített zsírtartalmú étrend fokozza a taurin-konjugált máj epesavak gazdatermelését. Ez a szerves kén fokozott hozzáférhetőségéhez vezet a szulfit-redukáló bélmikrobák számára a belekben, beleértve a deltaproteobaktériumokat is, lehetővé téve számukra a virágzást. Azt, hogy a mikrobiális eredetű és a gazda eredetű H2S drámaibb hatással van-e a gazdaszervezet metabolikus funkciójára, még meg kell határozni. Összességében a HFD-k által kiváltott mikrobiális funkció és metabolikus melléktermékek közvetlen és közvetett változásai jelentősen befolyásolhatják a gazda metabolikus egészségi állapotát.

Mit lehet tenni a magas zsírtartalmú étrend káros hatásának helyreállítására a bél mikrobiotájára?

A gazda-mikrobioma mező az anyagcsere és a testsúly fenntartásának javítása felé mozog a bél mikrobiális közösségeinek modulálása révén, különféle kiegészítők, köztük prebiotikumok és probiotikumok alkalmazásával. Számos tanulmány sikeresen alkalmazott prebiotikus és probiotikus terápiákat a HFD által kiváltott elhízás ellen. Az FMT-vel, a szinbiotikumokkal vagy a DIO-ra vonatkozó posztbiotikumokkal kapcsolatos bizonyítékok hiánya miatt az olvasókat máshová irányítják, hogy áttekintse ezeket a terápiákat. 43

Prebiotikumok

Probiotikumok

Számos bizonyíték támasztja alá a probiotikumok hatékony alkalmazását a HFD által kiváltott dysbiosis és metabolikus betegségek meghiúsítására. A probiotikumok olyan élő mikroorganizmusok, amelyeket külön-külön vagy olyan kombinációkban szállítanak, mint a VSL # 3, amelyek pozitívan befolyásolják a gazdaszervezet egészségi állapotát. 54 Például a VSL # 3 7 különböző törzset tartalmaz, amelyek a nemzetségekhez tartoznak Bifidobacterium és Lactobacillus és kimutatták, hogy javítja a NAFLD-t gyermekeknél. 62 Míg a kevert törzsű probiotikumok, mint például a VSL # 3 vagy egy szbibiotikum (egy probiotikum és prebiotikum kombinációja), hatékonyabbak lehetnek, mint önmagában az egyes mikrobiális izolátumok, nehéz a mikrobák egyéni hatékonyságát elemezni a mechanizmusok azonosítása érdekében, amelyeken keresztül a gazdára hatnak. A probiotikum kiválasztását tovább bonyolítja a piacon elérhető vagy a kutatásban használt különféle készítmények rengeteg száma, valamint a szabályozási felügyelet és a minőségellenőrzés hiánya, ezért nehéz felismerni a HFD által kiváltott elhízás elleni küzdelem leghatékonyabb probiotikus terápiáját. szintén szükség lehet minden egyes személyre.

Fontos szempont a probiotikus készítményekben egyetlen törzs és baktériumok kombinációjának leadása, mivel mindegyik törzs eltérő hatással lehet a mikrobiális szerkezetre/funkcióra vagy a gazdaszervezet immunválaszára. Például ugyanabban a vizsgálatban három baktériumtörzs, beleértve Lactobacillus paracasei CNCM I-4270, Lactobacillus rhamnosus I-3690 és Bifidobacterium animalis subsp lactis CNCM I-2494 egerektől függetlenül csökkent a testtömeg és javult a glükóz tolerancia, bár különálló mechanizmusok révén 55 (a korábban áttekintettek szerint). Az egyes törzsek alapos megértése csak akkor érthető meg teljes mértékben, ha azokat külön elemzik állatkísérletekben és randomizált klinikai vizsgálatokban (RCT) embereken.

Szükség van olyan vizsgálatokra is, amelyek szisztematikusan meghatározzák a prebiotikumok beépítésének szükségességét a probiotikum növekedésének elősegítése érdekében. A rostkiegészítés elősegítheti a probiotikum növekedését, kolonizációját és működését, különös tekintettel arra, hogy elegendő információ ismert a probiotikum előnyös üzemanyag-forrásáról. A specifikus probiotikumok szigorúbb genomiális, transzkriptomikus és metabolomikus elemzése szolgáltathatja ezeket az információkat az előnyben részesített tüzelőanyag-forrásról, valamint az optimális növekedés és a gazda számára előnyös metabolit-termelés leghatékonyabb feltételeiről. Egy másik fontos szempont az emberek közötti, az egyének közötti variabilitás szintje, amelynek eltérő válaszai lehetnek a probiotikumokra. Míg a HFD drámai eltolódásai valószínűleg hasonló elmozdulásokat indukálnak a bél mikrobiotájában egy populáción belül, az egy mikroba bevezetése miatti finom változások nem válthatnak ki azonos mértékű változásokat.

Az összesített tanulmányok közül sok bemutatja a pre- és probiotikumok hasznosságát állatmodellekben. További bizonyítékok, amelyek rámutatnak a pre- és probiotikumok anyagcsere-betegség összefüggésében történő felhasználásának előnyös szerepére és eredményeire, számos közelmúltbeli áttekintésben találhatók. 68-70 Mivel a probiotikumokat táplálékként (olyan élelmiszerekként forgalmazzák, amelyek alapvető táplálkozási értékük mellett egészségügyi előnyöket is nyújtanak), és nem gyógyszerként, az FDA hatáskörébe tartozik, ezért gondot jelent a megfelelő minőség-ellenőrzés és szabványosítás. Sajnos a probiotikumok népszerűsége és forgalmazása meghaladta azt az arányt, amellyel megfelelő kutatások végezhetők embereken annak jótékony hatásaival kapcsolatos állítások alátámasztására. Ezért a fogyasztóknak körültekintőnek kell lenniük, és a probiotikumok napi fogyasztása előtt meg kell vizsgálniuk a megvásárolt termékeket. Összességében ez a kutatási csoport azt sugallja, hogy a probiotikumok ígéretes terápiát jelentenek, de az embereknél több bizonyítékra van szükség, különösen randomizált, kontrollált vizsgálatok formájában, hogy jobban megértsék, mely probiotikumok hatékonyak, mennyit szednek, milyen gyakran és milyen gyakorisággal. mennyi ideig kell szedni őket az anyagcsere-egészségre gyakorolt tartós hatások elősegítése érdekében.

Összegzés

A lehetséges összeférhetetlenség nyilvánosságra hozatala

Potenciális összeférhetetlenséget nem hoztak nyilvánosságra.