Резюме

През последното десетилетие чревният микробиом се очертава като нов и до голяма степен неизследван източник на вариабилност за риска от метаболитни и сърдечно-съдови заболявания, включително диабет. Проучванията върху животни и хора поддържат няколко възможни пътя, чрез които чревният микробиом може да повлияе на здравето, включително производството на свързани с здравето метаболити от хранителни източници. Диетата се счита за важна за оформянето на чревната микробиота; освен това чревната микробиота влияе върху метаболизма на много хранителни компоненти. В настоящата статия се разглежда разликата между композиционния и функционалния анализ на чревната микробиота. Ние се фокусираме върху литературата, която подчертава значението на преминаването отвъд проучванията на микробния състав към измерването на функционирането на чревния микроб, за да очертае механизмите, свързани с взаимодействието между диетата и чревната микробиота в кардиометаболитното здраве.

диета

Това е визуализация на абонаментното съдържание, влезте, за да проверите достъпа.

Опции за достъп

Купете единична статия

Незабавен достъп до пълната статия PDF.

Изчисляването на данъка ще бъде финализирано по време на плащане.

Абонирайте се за списание

Незабавен онлайн достъп до всички издания от 2019 г. Абонаментът ще се подновява автоматично ежегодно.

Изчисляването на данъка ще бъде финализирано по време на плащане.

Препратки

Докладите от особен интерес, публикувани наскоро, бяха подчертани като: • От значение •• От голямо значение

Ley RE, Hamady M, Lozupone C, et al. Еволюция на бозайниците и техните чревни микроби. Наука. 2008; 320: 1647–51.

Muegge BD, Kuczynski J, Knights D, et al. Диетата стимулира сближаването на функциите на микробиома на червата във филогенията на бозайниците и в хората. Наука. 2011; 332: 970–4.

De Filippo C, Cavalieri D, Di Paola M, et al. Въздействието на диетата върху формирането на чревната микробиота разкрива сравнително проучване при деца от Европа и селските райони на Африка. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010; 107: 14691–6.

Yatsunenko T, Rey FE, Manary MJ, et al. Микробиом на човешките черва, разглеждан през възрастта и географията Природата. 2012; 486: 222–7.

Schnorr SL, Candela M, Rampelli S, et al. Микробиом на червата на хадзаджиите. Nat Commun. 2014; 5: 3654.

Xu Z, Knight R. Диетични ефекти върху микробиомното разнообразие на човешките черва. Br J Nutr. 2015; 113: S1–5. Това е преглед на това как диетата може да повлияе на състава на чревната микробиота.

Wong JM. Резултати от чревната микробиота и кардиометаболитите: влияние на хранителния режим и свързаните с тях компоненти. Am J Clin Nutr. 2014; 100: 369S – 77S. Преглед на това как диетата може да повлияе на състава на чревната микробиота.

Graf D, Di Cagno R, Fak F, et al. Принос на диетата към състава на човешката чревна микробиота. Microb Ecol Health Dis. 2015; 26: 26164.

Nicholson JK, Holmes E, Kinross J, et al. Метаболитни взаимодействия между микробиота и гостоприемника. Наука. 2012; 336: 1262–7.

Wikoff WR, Anfora AT, Liu J, et al. Метаболомичният анализ разкрива големи ефекти на чревната микрофлора върху метаболитите в кръвта на бозайници. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009; 106: 3698–703.

Hullar MA, Lancaster SM, Li F, et al. Фенотипите, произвеждащи ентеролигнан, са свързани с повишено микробно разнообразие на червата и променен състав при жени в пременопауза в САЩ. Рак Епидемиол Биомаркери Пред. 2015; 24: 546–54. Популационно проучване на връзката между производството на метаболити и чревния състав на микробиотата.

Koeth RA, Wang Z, Levison BS, et al. Метаболизмът на чревната микробиота на L-карнитин, хранителен елемент в червеното месо, насърчава атеросклерозата. Nat Med. 2013; 19: 576–85.

Delzenne NM, Cani PD. Чревна микробиота и патогенезата на инсулиновата резистентност. Curr Diab Rep.2011; 11: 154–9.

Li D, Kirsop J, Tang WH. Слушане на нашите черва: принос на чревната микробиота и сърдечно-съдовия риск в патогенезата на диабета. Curr Diab Rep.2015; 15: 63. Отличен преглед на възможните пътища от чревната микробиота до сърдечно-съдови заболявания.

Cox AJ, West NP, Cripps AW. Затлъстяване, възпаление и чревна микробиота. Lancet Diabetes Endocrinol. 2015; 3: 207–15.

Hartstra AV, Bouter KE, Backhed F, et al. Прозрения за ролята на микробиома при затлъстяване и диабет тип 2. Грижа за диабета. 2015; 38: 159–65. Отличен преглед на възможните пътища от чревната микробиота до затлъстяването и диабет тип 2.

Qin J, Li Y, Cai Z, et al. Изследване за асоцииране с метагеном на чревната микробиота при диабет тип 2. Природата. 2012; 490: 55–60.

Karlsson FH, Tremaroli V, Nookaew I, et al. Чревен метагеном при европейски жени с нормален, нарушен и диабетен контрол на глюкозата. Природата. 2013; 498: 99–103.

Larsen N, Vogensen FK, van den Berg FW, et al. Чревната микробиота при хора с диабет тип 2 се различава от възрастните без диабет. PLoS One. 2010; 5: e9085.

Ley RE, Turnbaugh PJ, Klein S, et al. Микробна екология: човешки чревни микроби, свързани със затлъстяването. Природата. 2006; 444: 1022–3.

Turnbaugh PJ, Hamady M, Yatsunenko T, et al. Основен чревен микробиом при затлъстели и слаби близнаци. Природата. 2009; 457: 480–4.

Turnbaugh PJ, Ley RE, Mahowald MA, et al. Чревен микробиом, свързан със затлъстяването, с повишен капацитет за енергийна реколта. Природата. 2006; 444: 1027–31.

Dumas ME, Barton RH, Toye A, et al. Метаболитното профилиране разкрива принос на чревната микробиота към мастния чернодробен фенотип при резистентни на инсулин мишки. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006; 103: 12511–6.

Cani PD, Bibiloni R, Knauf C, et al. Промените в чревната микробиота контролират възпалението, предизвикано от метаболитна ендотоксемия, при затлъстяване и диабет при мишки с високо съдържание на мазнини. Диабет. 2008; 57: 1470–81.

Karlsson FH, Fak F, Nookaew I, et al. Симптоматичната атеросклероза е свързана с променен метагеном на червата. Nat Commun. 2012; 3: 1245.

Yang T, Santisteban MM, Rodriguez V, et al. Чревната дисбиоза е свързана с хипертония. Хипертония. 2015; 65: 1331–40.

Holmes E, Loo RL, Stamler J, et al. Разнообразието от метаболитни фенотипове на човека и неговата връзка с диетата и кръвното налягане. Природата. 2008; 453: 396–400.

Fu J, Bonder MJ, Cenit MC, et al. Чревният микробиом допринася за значителна част от промяната в липидите в кръвта. Circ Res. 2015; 117: 817–24.

Tang WH, Wang Z, Levison BS, et al. Чревен микробен метаболизъм на фосфатидилхолин и сърдечно-съдов риск. N Engl J Med. 2013; 368: 1575–84.

Wang Z, Klipfell E, Bennett BJ, et al. Метаболизмът на чревната флора на фосфатидилхолин насърчава сърдечно-съдовите заболявания. Природата. 2011; 472: 57–63.

Zoetendal EG, Collier CT, Koike S, et al. Молекулярен екологичен анализ на стомашно-чревната микробиота: преглед. J Nutr. 2004; 134: 465–72.

Savage DC. Микробна екология на стомашно-чревния тракт. Annu Rev Microbiol. 1977; 31: 107–33.

Finegold SM, Attebery HR, Sutter VL. Ефект на диетата върху фекалната флора на човека: сравнение на японската и американската диета. Am J Clin Nutr. 1974; 27: 1456–69.

Suau A, Bonnet R, Sutren M, et al. Директният анализ на гени, кодиращи 16S rRNA от сложни общности, разкрива много нови молекулярни видове в човешкото черво. Appl Environment Microbiol. 1999; 65: 4799–807.

Eckburg PB, Bik EM, Bernstein CN, et al. Разнообразие на чревната микробна флора на човека. Наука. 2005; 308: 1635–8.

Tringe SG, von Mering C, Kobayashi A, et al. Сравнителна метагеномика на микробни общности. Наука. 2005; 308: 554–7.

Olsen GJ, Lane DJ, Giovannoni SJ, et al. Микробна екология и еволюция: подход на рибозомната РНК. Annu Rev Microbiol. 1986; 40: 337–65.

Caporaso JG, Kuczynski J, Stombaugh J, et al. QIIME позволява анализ на данни за последователност на общността с висока производителност. Методи Nat. 2010; 7: 335–6.

Caporaso JG, Lauber CL, Walters WA, et al. Анализ на свръхвисокопроизводителна микробна общност на платформите Illumina HiSeq и MiSeq. ISME J. 2012; 6: 1621–4.

Morgan XC, Huttenhower C. Глава 12: Анализ на човешки микробиом. PLoS Comput Biol. 2012; 8: e1002808.

Weisburg WG, Barns SM, Pelletier DA, et al. 16S рибозомно усилване на ДНК за филогенетично изследване. J Бактериол. 1991; 173: 697–703.

Gill SR, Pop M, Deboy RT, et al. Метагеномичен анализ на човешкия дистален чревен микробиом. Наука. 2006; 312: 1355–9.

Консорциум по човешки микробиоми. Структура, функция и разнообразие на здравия човешки микробиом. Природата. 2012; 486: 207–14.

Turnbaugh PJ, Ley RE, Hamady M, et al. Проектът за човешки микробиом. Природата. 2007; 449: 804-10.

Ley RE, Backhed F, Turnbaugh P, et al. Затлъстяването променя микробната екология на червата. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005; 102: 11070–5.

Walters WA, Xu Z, Knight R. Мета-анализи на човешки чревни микроби, свързани със затлъстяването и IBD. FEBS Lett. 2014; 588: 4223–33.

Turnbaugh PJ, Backhed F, Fulton L, et al. Индуцираното от диетата затлъстяване е свързано с подчертани, но обратими промени в дисталния чревен микробиом на мишката. Клетъчен домакин Микроб. 2008; 3: 213–23.

Hildebrandt MA, Hoffmann C, Sherrill-Mix SA, et al. Диетата с високо съдържание на мазнини определя състава на микробиома на миши черва, независимо от затлъстяването. Гастроентерология. 2009; 137: 1716–24.

Walker AW, Ince J, Duncan SH, et al. Доминиращи и отговарящи на диетата групи бактерии в човешката микробиота на дебелото черво. ISME J. 2011; 5: 220–30.

Wu GD, Chen J, Hoffmann C, et al. Свързване на дългосрочни диетични модели с чревни микробни ентеротипове. Наука. 2011; 334: 105–8.

De Filippis F, Pellegrini N, Vannini L, et al. Спазването на средиземноморска диета на високо ниво благоприятно влияе върху чревната микробиота и свързания с нея метаболом. Червата. 2015. doi: 10.1136/gutjnl-2015-309957.

Kovatcheva-Datchary P, Nilsson A, Akrami R, et al. Индуцираното от диетата подобряване на метаболизма на глюкозата е свързано с повишено изобилие от превотела. Cell Metab. 2015; 22: 971–82.

Dillon SM, Lee EJ, Kotter CV, et al. Активирането на чревни дендритни клетки свързва променен микробиом на дебелото черво с лигавица и системно активиране на Т-клетки при нелекувана HIV-1 инфекция. Имунол на лигавицата. 2016; 9: 24–37.

Forslund K, Hildebrand F, Nielsen T, et al. Разплитане на диабет тип 2 и подписи за лечение с метформин в човешката чревна микробиота. Природата. 2015; 528: 262–6. Проучване, илюстриращо възможността лекарствата да объркат асоциациите между чревната микробиота и здравните резултати.

Интегративен консорциум за изследователска мрежа на HMP. Интегративният човешки микробиомен проект: динамичен анализ на микробиом-гостоприемниковите профили през периода на човешко здраве и болести. Клетъчен домакин Микроб. 2014; 16: 276–89.

Chen R, Mias GI, Li-Pook-Than J, et al. Профилирането на лична омика разкрива динамични молекулярни и медицински фенотипи. Клетка. 2012; 148: 1293–307.

Kussmann M, Raymond F, Affolter M. Управляваното от OMICS откритие на биомаркери в храненето и здравето. J Биотехнол. 2006; 124: 758–87.

Duffy LC, Raiten DJ, Hubbard VS, et al. Напредък и предизвикателства в разработването на метаболитни отпечатъци от диетата при микробен кометаболизъм на човешките черва. J Nutr. 2015; 145: 1123S – 30S. Преглед на пътищата до диетичните метаболити чрез метаболизма на чревната микробиота.

den Besten G, van Eunen K, Groen AK, et al. Ролята на късоверижните мастни киселини във взаимодействието между диетата, чревната микробиота и метаболизма на енергията на приемника. J Lipid Res. 2013; 54: 2325–40.

Manach C, Scalbert A, Morand C, et al. Полифеноли: източници на храна и бионаличност. Am J Clin Nutr. 2004; 79: 727–47.

Marcobal A, Kashyap PC, Nelson TA, et al. Метаболомичен поглед върху това как човешката чревна микробиота въздейства върху метаболома на гостоприемника, използвайки хуманизирани и гнотобиотични мишки. ISME J. 2013; 7: 1933–43. Пример за интеграция на човешки проби и животински модели за механистично разбиране на чревните микробиота-метаболоми пътища.

Turnbaugh PJ, Ridaura VK, Faith JJ, et al. Ефектът от диетата върху микробиома на човешките черва: метагеномен анализ при хуманизирани мишки с гнотобиотик. Sci Transl Med. 2009; 1: 6ra14.

Tang WH, Wang Z, Kennedy DJ и др. Чревният микробиота-зависим триметиламин N-оксид (TMAO) път допринася както за развитието на бъбречна недостатъчност, така и за риск от смъртност при хронично бъбречно заболяване. Circ Res. 2015; 116: 448–55.

Rhee EP, Ho JE, Chen MH, et al. Изследване за асоцииране на целия геном на човешкия метаболом в кохорта, базирана в общността. Cell Metab. 2013; 18: 130–43.

Lever M, George PM, Slow S, et al. Бетаинът и триметиламин-N-оксидът като предиктори за сърдечно-съдови резултати показват различни модели при захарен диабет: Наблюдателно проучване. PLoS One. 2014; 9: e114969.

Miao J, Ling AV, Manthena PV, et al. Съдържаща флавин монооксигеназа 3 като потенциален играч при свързана с диабет атеросклероза. Nat Commun. 2015; 6: 6498.

Gao X, Xu J, Jiang C, et al. Рибеното масло подобрява непоносимостта към глюкоза, усилена с триметиламин N-оксид, при мишки, хранени с диети с високо съдържание на мазнини. Хранителни функции. 2015; 6: 1117–25.

Mueller DM, Allenspach M, Othman A, et al. Плазмените нива на триметиламин-N-оксид са объркани от нарушена бъбречна функция и лош метаболитен контрол. Атеросклероза. 2015; 243: 638–44.

Wang TJ, Larson MG, Vasan RS, et al. Метаболитните профили и рискът от развитие на диабет. Nat Med. 2011; 17: 448–53.

Zhu W, Gregory JC, Org E, et al. Чревният микробен метаболит TMAO повишава хиперреактивността на тромбоцитите и риска от тромбоза. Клетка. 2016; 165: 111–24.

Bennett BJ, de Aguiar Vallim TQ, Wang Z, et al. Триметиламин-N-оксидът, метаболит, свързан с атеросклероза, проявява сложна генетична и диетична регулация. Cell Metab. 2013; 17: 49–60.

Hartiala J, Bennett BJ, Tang WH, et al. Сравнителни проучвания за асоцииране в целия геном при мишки и хора за N-оксид на триметиламин, проатерогенен метаболит на холин и L-карнитин. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2014; 34: 1307–13.

Craciun S, Balskus EP. Микробното превръщане на холин в триметиламин изисква ензим глицил радикал. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012; 109: 21307–12.

Koeth RA, Levison BS, Culley MK, et al. гама-бутиробетаин е проатерогенен междинен продукт в чревния микробен метаболизъм на L-карнитин до TMAO. Cell Metab. 2014; 20: 799–812.

Zhu Y, Jameson E, Crosatti M, et al. Метаболизмът на карнитина до триметиламин чрез необичайна оксигеназа от тип Rieske от човешка микробиота. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014; 111: 4268–73.

Falony G, Vieira-Silva S, Raes J. Микробиологията отговаря на големи данни: случаят с триметиламин, получен от чревна микробиота. Annu Rev Microbiol. 2015; 69: 305–21.

Miller CA, Corbin KD, da Costa KA, et al. Ефект от поглъщането на яйца върху производството на триметиламин-N-оксид при хора: рандомизирано, контролирано проучване с доза-отговор. Am J Clin Nutr. 2014; 100: 778–86. Проучване с контролирано хранене, демонстриращо променливо производство на триметиламин N-оксид, чревен микробиота-зависим хранителен метаболит.

Chen ML, Yi L, Zhang Y, et al. Ресвератролът отслабва индуцираната от триметиламин-N-оксид (ТМАО) атеросклероза чрез регулиране на синтеза на ТМАО и метаболизма на жлъчните киселини чрез ремоделиране на чревната микробиота. MBio. 2016; 7: e02210–5.

Wu WK, Panyod S, Ho CT, et al. Диетичният алицин намалява трансформацията на L-карнитин в TMAO чрез въздействие върху чревната микробиота. J Функционални храни. 2015; 15: 408–17.

Cho CE, Taesuwan S, Malysheva OV, et al. Отговорът на биомаркера на триметиламин-N-оксид е функция на приема на хранителни предшественици и състава на микробиота в червата при здрави млади мъже. FASEB J. 2016; 30 (1): Приложение 406.6.

Manach C, Williamson G, Morand C, et al. Бионаличност и биоефективност на полифенолите при хората. I. Преглед на 97 проучвания за бионаличност. Am J Clin Nutr. 2005; 81: 230S – 42S.

Williamson G, Manach C. Бионаличност и биоефективност на полифенолите при хората. II. Преглед на 93 интервенционни проучвания. Am J Clin Nutr. 2005; 81: 243S-55S.

Scalbert A, Manach C, Morand C, et al. Диетични полифеноли и профилактика на заболявания. Crit Rev Food Sci Nutr. 2005; 45: 287–306.

Manach C, Mazur A, Scalbert A. Полифеноли и профилактика на сърдечно-съдови заболявания. Curr Opin Lipidol. 2005; 16: 77–84.

Ding M, Franke AA, Rosner BA, et al. Изофлавоноиди в урината и риск от диабет тип 2: проспективно проучване при жени в САЩ. Br J Nutr. 2015; 114: 1694–701.

Sun Q, Wedick NM, Pan A, et al. Метаболити на чревната микробиота от диетични лигнани и риск от диабет тип 2: проспективно разследване в две кохорти от американски жени. Грижа за диабета. 2014; 37: 1287–95.

Bowey E, Adlercreutz H, Rowland I. Метаболизъм на изофлавони и лигнани от чревната микрофлора: проучване при плъхове, свободни от микроби и човешка флора. Храни Chem Toxicol. 2003; 41: 631–6.

Song KB, Atkinson C, Frankenfeld CL, et al. Разпространението на фенотипите, метаболизиращи дайдзеин, се различава при жените и момичетата от Кавказка и Корея. J Nutr. 2006; 136: 1347–51.

Setchell KD, Cole SJ. Метод за определяне на статуса на производител на еквал и неговата честота сред вегетарианците. J Nutr. 2006; 136: 2188–93.

Rowland IR, Wiseman H, Sanders TA, et al. Индивидуални вариации в метаболизма на соевите изофлавони и лигнани: влияние на обичайната диета върху производството на еквол от чревната микрофлора. Рак на Nutr. 2000; 36: 27–32.

Atkinson C, Newton KM, Bowles EJ, et al. Демографски, антропометрични и начин на живот фактори и прием на диети във връзка с метаболизиращите фенотипи на дайдзеин сред жените в пременопауза в САЩ. Am J Clin Nutr. 2008; 87: 679–87.

Lampe JW, Skor HE, Li S, et al. Храненето с пшенични трици и соев протеин не променя отделянето на изофлаван еквал с урината при жени в пременопауза. J Nutr. 2001; 131: 740–4.

Melby MK, Watanabe S. Соеви изофлавони в епидемиологични серумни проби: какви са оптималните времеви интервали и прекъсвания на концентрацията за определяне на статут на производител на еквол? Austin J Nutr and Food Sci. 2014; 2: id1034.

Hanage WP. Микробиология: науката за микробиома се нуждае от здравословна доза скептицизъм. Природата. 2014; 512: 247–8. Отлично обобщение на текущите предизвикателства в изследванията на микробиомите.

Arrieta MC, Walter J, Finlay BB. Мишки, свързани с човешка микробиота: модел с предизвикателства. Клетъчен домакин Микроб. 2016; 19: 575–8.

David LA, Maurice CF, Carmody RN, et al. Диетата бързо и възпроизводимо променя микробиома на човешките черва. Природата. 2014; 505: 559–63. Проучване с контролирано хранене, демонстриращо промени в производството на микробен метаболит и генната експресия в рамките на 24 часа след преминаване между диети на растителна и животинска основа.

Brooks JP, Edwards DJ, MD Harwich Jr, et al. Истината за метагеномиката: количествено определяне и противодействие на пристрастията в проучвания на 16S рРНК. BMC Microbiol. 2015; 15: 66.

Sinha R, Abnet CC, White O, et al. Проектът за контрол на качеството на микробиома: изходен дизайн на проучване и бъдещи насоки. Геном Biol. 2015 г .; 16: 276.

Zeevi D, Korem T, Zmora N, et al. Персонализирано хранене чрез прогнозиране на гликемичните отговори. Клетка. 2015; 163: 1079–94.