Катедра по основни медицински науки, Колеж по остеопатична медицина, Западен университет по здравни науки, Помона, Калифорния, САЩ

Катедра по вътрешни болести, Университет по медицина и фармация Григоре Т. Попа, Яш, Румъния

Клинична болница Сф. Спиридон, Яш, Румъния

Катедра по основни медицински науки, Колеж по остеопатична медицина, Западен университет по здравни науки, Помона, Калифорния, САЩ

Департамент по здравеопазване и човешко развитие, Университет в Сучава, Румъния

Катедра по основни медицински науки, Колеж по остеопатична медицина, Западен университет по здравни науки, Помона, Калифорния, САЩ

Катедра по вътрешни болести, Университет по медицина и фармация Григоре Т. Попа, Яш, Румъния

Клинична болница Сф. Спиридон, Яш, Румъния

Катедра по основни медицински науки, Колеж по остеопатична медицина, Западен университет по здравни науки, Помона, Калифорния, САЩ

Департамент по здравеопазване и човешко развитие, Университет в Сучава, Румъния

Финансиращи агенции:: Тази работа беше подкрепена от проекта, озаглавен „Анализът на взаимовръзката между чревната микробиота и домакина с приложения в превенцията и контрола на диабет тип 2“, съфинансиран от Европейския фонд за регионално развитие чрез Оперативна програма за конкурентоспособност по договор номер 120/16.09 .2016.

Разкриване:: Авторите не декларират конфликт на интереси.

Резюме

Обективен

Този преглед обобщава сегашното разбиране за връзката между чревната микробиота и гостоприемника, тъй като се отнася до регулирането на енергийния баланс и затлъстяването.

Методи

Документът започва с кратко описание на средата на микробиотата на червата, разпространението и нейната уникална симбиотична връзка с гостоприемника. След това се описва начинът, по който екологичните фактори влияят върху състава на микробиотата и последващото въздействие върху гостоприемника. След това се обсъждат механизмите, свързващи чревната дисбиоза със затлъстяването и накрая са представени текущите предизвикателства и ограничения при разбирането на ролята на чревната микробиота в контрола на затлъстяването.

Резултати

Чревната микробиота е замесена в регулирането на съхранението на мазнини, както и при дисбиозата на червата, като по този начин допринася за развитието на затлъстяване, инсулинова резистентност, хипергликемия и хиперлипидемия. Основните механизми на тези процеси обаче далеч не са ясни и ще изискват сложни предклинични и клинични интердисциплинарни изследвания на бактериите и взаимодействието между клетките-гостоприемници.

Заключения

Необходимо е по-добро разбиране на това как промените в състава на чревната микробиота могат да повлияят на енергийния баланс и по този начин да контролират наддаването на тегло. Това може да представлява обещаващ път в надпреварата за разработване на нехирургично лечение на затлъстяването.

Въведение

Бактериите и домакинът: Уникална симбиотична връзка

Връзката между човешките черва и микробиома е уникално, динамично взаимодействие, което е взаимно симбиотично, при което ние като домакини разчитаме на тези организми за различни функции, свързани с храненето, обучението на имунната система и предотвратяването на тежки инфекции ( 4). Като такава, чревната микробиота участва в функции, необходими за поддържане на здравето, като метаболитна хомеостаза, производство на витамини, синтез на аминокиселини и невротрансмитери, метаболизъм на жлъчните киселини, защитни функции (предотвратяване на колонизацията от патогенни бактерии) и регулаторни функции като синтез на структури и повишени функции на червата (5, 6) .

Трилиони различни микроби колонизират повърхностите и кухините на човешкото тяло, като по-голямата част от тях се намират в дисталното черво (4). Хората си приличат по отношение на техния геном (> 99% идентичност) и клетъчен състав (фосфолипиден бислой, цитоскелет и др.) И въпреки тази малка граница на генетична разлика, нашите микробни общности могат да варират приблизително от 80% до 90% (6 ). Плътността и съставът на микробните съобщества се различават значително в стомашно-чревния тракт поради промени в околната среда в рамките на мястото на обитаване. Например, стомахът и тънките черва приемат относително малък брой микроорганизми, които са способни да оцелеят при условия, свързани с рН, излагане на кислород и бърз транзит, докато дебелото черво благоприятства плътните анаеробни микробни съобщества. Тези организми получават енергия чрез ферментация на несмилаеми диетични компоненти и секрети на гостоприемници, като гликозилираният гел-образуващ муцин, който образува монозахариди във връзка с SCFA, заедно с газовете H2, CO2, CH4 и H2S (7) .

чревна

Хронология на развитието на микробиома на гостоприемника. По време на раждането новородените се представят на нови бактерии чрез вътрешни и външни фактори. Тези фактори инициират основната ниша за микробиота. Развитието на този микробиом се влияе от различни пред-, пери- и постнатални условия. Тъй като микробиомът се стабилизира, различни екологични и генетични фактори влияят върху неговото въздействие върху здравето. Модулатори като диета, пробиотици и пребиотици допринасят за установяването на хомеостатичен суперорганизъм, при който гостоприемникът и бактериите действат синергично. Генетичните и екологични фактори обаче могат да нарушат хомеостазата на чревната микробиота, причинявайки дисбиоза (микробен дисбаланс) с дългосрочни последици, водещи до заболявания, включително затлъстяване, диабет и възпалителни заболявания на червата. В някои случаи дисбиозата може да бъде разрешена и хомеостазата може да бъде възстановена чрез промени в диетата, пребиотично и пробиотично лечение или фекални трансплантации. ЦНС, централна нервна система. [Цветна фигура може да се види на wileyonlinelibrary.com]

Влияния върху околната среда върху микробиотата

Микробно извличане на енергия

Асоциация между затлъстяването и микробиотата

Механизми на взаимодействието на затлъстяването и микробиомите: Хипотеза за съхранение

Ролята на SCFA

Чревната микробиота съдържа впечатляващ набор от гликозидази и лиази, които са от съществено значение за разграждането на диетичните полизахариди (иначе несмилаеми), както и тяхната ферментация в абсорбиращи се монозахариди и SCFA като пропионат и бутират (8). Тези SCFA се използват главно като енергиен източник от домакина, като по този начин увеличават усвояването на енергия от диетата (58); те обаче също играят важна метаболитна роля. Например, бутиратът подобрява инсулиновата чувствителност и увеличава енергийните разходи при затлъстели мишки (59, 60). Също така, бутиратът и пропионатът осигуряват защита срещу индуцирано затлъстяване и регулират секрецията на инкретини като пептид YY и GLP-1. В допълнение към ролята си в метаболизма, SCFAs, произведени от коменсална микробиота, също стимулират пролиферацията и диференциацията на епитела. Независимо от това, хранителните сигнали, получени от микробиота, имат плейотропни ефекти отвъд енергийната реколта, които са обобщени на фигура 2.

Механизми на затлъстяването и микробиомните взаимодействия: метаболитна възпалителна хипотеза

Добре известно е, че диетата предизвиква независими и зависими микробни ефекти върху метаболизма на гостоприемника (Фигура 2). Чревната микробиота произвежда възпалителни молекули, като липополизахарид (LPS) и пептидогликан, които могат да повлияят метаболизма на гостоприемника чрез протеини, произведени от гостоприемника, за да медиират имунния отговор (например, холин, холестерол, SCFA) (67). Тези корелативни открития повдигат важния въпрос дали променената чревна микробиота е причинен фактор в патогенезата на затлъстяването или индуцираната от затлъстяването чревна дисбиоза е просто невинен наблюдател. Сега обаче има достатъчно доказателства, демонстриращи ясна връзка между състава на микробиотата в червата и метаболитния фенотип на гостоприемника. Това се илюстрира и от проучвания, които показват, че чревната микробиота може да повлияе на възпаление като атеросклероза, дори при липса на затлъстяване или хранене с високо съдържание на мазнини, чрез няколко механизма, които включват претоварване на имунната система чрез задействане на възпалителен отговор, намеса в липидите и метаболизма на жлъчните киселини и производството на вредни микробни метаболити (68) .

Метаболитна ендотоксемия и дисфункция на чревната бариера

Диета и микробиота

Метаболитен подпис на микробиота: причина и следствие