Преглед

  • Пълен член
  • Цифри и данни
  • Препратки
  • Цитати
  • Метрика
  • Препечатки и разрешения
  • PDF

РЕЗЮМЕ

Въведение

Затлъстяването и свързаните с него съпътстващи заболявания, включително диабет, метаболитен синдром и сърдечни заболявания, оказват неблагоприятно влияние върху качеството на живот и водят до значителни разходи за здравеопазване. 1,2 По този начин е наложително да се разбере сложното взаимодействие между многото фактори, допринасящи за метаболитното заболяване. Те включват диета, ниво на активност, сън, генетика и чревната микробиота, наред с други. Този преглед ще се фокусира специално върху взаимодействието между диетата и чревната микробиота (т.е. събирането на бактерии, гъбички, археи и вируси, задържани в стомашно-чревния тракт), със специфичен акцент върху чревните бактерии. Структурата и функцията на чревната микробиота са силно повлияни от западните диети, богати на няколко вида мазнини и прости захари, а сложното взаимодействие между диетата, гостоприемника и микробите може да допринесе за развитието на затлъстяване.

западните

В допълнение към илюстрирането на дълбокото въздействие на затлъстяването и западните диети върху чревната микробиота, ще бъдат разгледани следните важни изследователски въпроси: 1) до каква степен диетите с високо съдържание на мазнини (HFD) променят членството и функцията на общността и разчита ли това на количеството или вид мазнини и/или в каква пропорция се консумират ?, 2) колко бързо диетичните промени променят нашите микробни общности и тези промени предшестват ли развитието на затлъстяването?, 3) поддържат ли се тези промени или може ли микробиомът да се възстанови от диетата стрес ?, 4) как диетата стимулира взаимодействията гостоприемник и микроби, водещи до затлъстяване ?, и 5) какво може да се направи, за да се възстанови вредното въздействие на HFD върху чревната микробиота? Целта на този преглед е да отговори на тези въпроси, като по този начин описва вредното въздействие на западните диети върху чревната микробиота и настоящите стратегии, ориентирани към микробиотата, за подобряване на индуцирана от HFD дисбиоза и метаболитно заболяване.

Затлъстяването и чревната микробиота

Затлъстяването е свързано с пагубната реорганизация на чревната микробиота, която обикновено се нарича дисбиоза. Дисбиозата при затлъстяване често се характеризира с намалено микробно разнообразие, промени в относителното изобилие на основни видове като Firmicutes и Bacteroidetes и/или разцвет на патогенни микроорганизми. 13 Въпреки това, скорошен мета-анализ, извършен от групата от 10 независими проучвания на Pat Schloss, изследващи чревната микробиота при затлъстели хора, показва, че често използваното съотношение Firmicutes/Bacteroides (съотношение F/B) е произволна метрика. 14 Съотношението F/B със сигурност е ненадежден индикатор за функционалните свойства на чревната микробиота и тяхното въздействие върху гостоприемника и може също да бъде подвеждащо, тъй като относителното изобилие на някои членове на Firmicutes като Lactobacillus е намалено от HFDs. Независимо от това, функционалният резултат от дисбиотичната микробиота е ясен, като се има предвид, че трансплантацията на дисбиотични съобщества на наивни мишки без микроби увеличава затлъстяването, демонстрирайки пряко въздействие на микробите върху насърчаването на съхранението на мазнини в бозайника гостоприемник. 7

В допълнение към трансфера на цели съобщества, доставяне на единични щамове в мишки без микроби, включително Enterobacter cloacae B9, 20 Clostridium ramosum, 21 и Lachnospiraceae щам AJ110941, 22 доведоха до повишена склонност към затлъстяване. За разлика от тях, въвеждането на Akkermansia muciniphila, принадлежащи към вида Verrucomicrobia, към сложна общност на чревната микробиота, е пряко замесен в подобряването на метаболитния синдром и атеросклерозата. Този микроб често е слабо представен при затлъстели лица и се увеличава след RYGB или по време на гладуване. 5,19,23-26 Освен това, администриране на A. muciniphila при затлъстели животни е показано, че подобрява толерантността към глюкозата 23 Заедно тези наблюдения предполагат, че някои микроби могат да регулират различни и противоположни аспекти на метаболитния отговор на гостоприемника към DIO, но са необходими допълнителни проучвания за определяне на пряката причинно-следствена връзка и механизма на действие.

До каква степен диетите с високо съдържание на мазнини променят членството и функционирането на общността и разчита ли това на количеството мазнини или вида на консумираните мазнини?

Диетата оказва дълбоко въздействие върху микробната структура при животински модели, която много прилича на дисбиоза, наблюдавана при затлъстели хора, както е показано от групата на Питър Търнбо. По-конкретно, David et al. показа, че диетите с високо съдържание на мазнини, състоящи се единствено от храни на животински произход като месо и сирене, драстично и незабавно променят структурата на общността на чревната микробиота при участниците при хората. 27 Промени в β разнообразието са установени само след два дни диетична смяна в сравнение с изходното ниво. Доминирането на диетата в промяната на микробния състав беше допълнително рекапитулирано в проучване върху животни от Carmody et al. при които пет различни инбредни щамове на мишки, четири генетични нокаут щамове, свързани с взаимодействията между гостоприемника и микробите (напр. ob/ob, NOD2, MyD88 -/- и Rag1 -/-), и 200 безпородни мишки бяха поставени върху западни високомаслени мишки, диета с високо съдържание на захар и сравнена диета, хранена с мишки, богата на растителни полизахариди. 28 Западната диета дълбоко модулирана структура на микробната общност в сравнение с LF диетата, независимо от щама или генетичните различия, предполага, че диетата е доминиращият двигател при оформянето на чревната микробиота над генетиката на гостоприемника. 28

Въпреки знанията, получени в това проучване, би било интересно да се знае дали благоприятният ефект от индуцираната с рибено масло микробиота е резултат от прякото въздействие на диетата върху микробните общности или дали ефективността на индуцираната от рибено масло микробиота зависи от репликите на домакина също. Първият би позволил производството на потенциално по-ефективни пробиотични терапии, без да е необходима прекомерна консумация на рибено масло. Въпреки това, в отделно проучване на Lam et al., Беше установено, че добавките с рибено масло при 7% от общите kcals (количество, постижимо чрез диета или добавки) или Resolvin D1 намаляват HFD-медиирания цъфтеж в Deltaproteobacteria, увеличават HFD-медиираното намаляване на Bacteroides, както и умерено повлияно β разнообразие. 35 Тази група също сравнява диети, богати на омега-3 с омега-6 мастни киселини и открива разлики в микробните общности след 8 седмици диетично хранене. Необходими са още проучвания за определяне на количествата мастни киселини, които са постижими или чрез добавки, или чрез диетична консумация, за да предизвикат благоприятни ефекти върху чревната микробиота.

Колко бързо диетичните промени променят чревните микробни общности?

Бързата промяна на членството в общността и структурата на чревната микробиота при условия на HFD е подробно изследвана в няколко проучвания. Първо, в изследването на Carmody et al. беше демонстрирано, че излагането на мишки на 3-дневни цикли на диета с ниско съдържание на мазнини (LFD) или HFD води до постоянни промени в членството и структурата на общността. 28 Две кохорти мишки първоначално бяха поставени върху LFD или HFD и всяка група премина на LF или HF на всеки 3 дни в продължение на няколко цикъла. Особено последователна е обратната връзка на относителното изобилие на Bacteroidales и Clostridiales при LFD или HFD условия. А именно, Bacteroidales се увеличава по време на LFD цикли и Clostridiales се увеличава по време на HFD цикли. Наблюдаваните промени в разнообразието и бактериалното изобилие са очевидни в рамките на 1 ден от смяната на диетата и постоянно се връщат обратно след въвеждането на предишната диета. 28 Функционалното значение на тези промени обаче е неизвестно.

Диетите с високо съдържание на мазнини също трансформират метагеномите на общността на бактериофагите, известна като „фагеома“. Бактериофагите са малки ДНК вируси, които зависят от бактериални гостоприемници за разпространение през литични или лизогенни цикли. Последното включва интегриране на нуклеиновата киселина на бактериофага в генома на бактериалния гостоприемник, което потенциално може да придаде промени във функционалните му свойства. Това беше демонстрирано от Howe и Ringus et al. че диетата с високо съдържание на наситени мазнини може да измести фагеома в рамките на 24 часа по независим начин от техния модел на бактериални гостоприемници. Забележително е, че тази промяна не е обратима след измиване, което предполага, че промените, свързани с диета, в фаговата общност са постоянни. 38 Тази концепция поражда важна загриженост относно това дали микробните съобщества могат да бъдат възстановени след диетична обида.

Устойчиви ли са промените, медиирани от диетата, или микробиомът може да се възстанови от диетичния стрес?

Предвид драматичните и бързи промени в микробната структура, интересно е да се знае дали чревният микробиом може да се възстанови от диетичния стрес. Наблюдавано е в проучването за смяна на диетата от Carmody et al. че изобилието от няколко оперативни таксономични единици (OTU) зависи от предишната хранителна експозиция. Например, няколко OTU, принадлежащи на Clostridiales, стават все по-устойчиви при условия на диета с високо съдържание на мазнини с всеки нов цикъл на експозиция на HFD. 28 Този ефект е известен като хистерезис и е демонстриран в други доклади. 38-40

Ефектът на хистерезис е показан не само в рамките на един живот, но е демонстриран и през поколенията. Работата на групата на Джъстин Соненбург убедително демонстрира, че диетите с недостиг на достъпни до микроби въглехидрати (MAC) и високо съдържание на прости захари водят до загуба на бактериално разнообразие от поколенията. 40 Възстановяването на разнообразието и повторната поява на специфични микроби може да се постигне само при FMT, но не и от смяна на диетата. Това проучване поставя основата на теория, според която бързата промяна в западните диети, състоящи се от преработени храни с високо съдържание на мазнини и с много прости въглехидрати, може да е довела до прогресивна загуба на бактериално разнообразие през последните няколко десетилетия. Спекулира се, че телата ни не са еволюционно оборудвани да се адаптират към внезапната обида върху чревната ни микробиота, като по този начин водят до съхранение на излишни мазнини и затлъстяване. 40 Следователно, повторното въвеждане на полезни микроби чрез FMT или пробиотични добавки може да бъде ефективен подход за борба с индуцирана от HFD дисбиоза и загуба на бактериално разнообразие, което е обсъдено по-долу.

Как диетите с високо съдържание на мазнини стимулират взаимодействията между гостоприемника и микробите, които водят до затлъстяване?

Докато намаляването на SCFA се наблюдава при затлъстяване, проучванията показват, че нивата на H2S са повишени. 5 Водородният сулфид може да бъде произведен ендогенно от гостоприемника, но нивата при мишки без микроби са с 50–80% по-ниски от тези при конвенционалните животни както в периферната плазма, така и в стомашно-чревния тракт, което показва, че чревните микроби имат значителен принос за пула H2S. 15 Както показват Devkota et al., Увеличеното производство на H2S от чревните микроби отчасти може да се дължи на прякото въздействие на специфични източници на мазнини върху производството на жлъчна киселина в гостоприемника. 30 Диети с високо съдържание на наситени мазнини предизвикват повишено производство на приемник на конюгирани с таурин чернодробни жлъчни киселини. Това води до повишена достъпност на органична сяра до редуциращите сулфита чревни микроби в червата, включително Deltaproteobacteria, което им позволява да цъфтят. Остава да се определи дали H2S, получен от микроби и срещу домакин, има по-драматично въздействие върху метаболитната функция на гостоприемника. Като цяло директните и индиректните промени в микробната функция и метаболитните странични продукти, предизвикани от HFD, могат да имат значително въздействие върху метаболитното здраве на гостоприемника.

Какво може да се направи, за да се възстанови вредното въздействие на диетата с високо съдържание на мазнини върху чревната микробиота?

Полето гостоприемник-микробиом се насочва към подобряване на метаболизма и поддържането на теглото чрез модулиране на чревните микробни общности, като се използват различни добавки, включително пребиотици и пробиотици. Няколко проучвания успешно използват пребиотични и пробиотични терапии срещу индуцирано от HFD затлъстяване. Поради липсата на доказателства относно FMT, синбиотици или постбиотици за DIO, читателите са насочени другаде за преглед на тези терапии. 43

Пребиотици

Пробиотици

Няколко доказателства подкрепят ефективното използване на пробиотици за предотвратяване на индуцирана от HFD дисбиоза и метаболитно заболяване. Пробиотиците са живи микроорганизми, доставяни поотделно или в комбинации като VSL # 3, които влияят положително върху здравните резултати в гостоприемника. 54 Например, VSL # 3 съдържа 7 различни щама, принадлежащи към родовете Bifidobacterium и Лактобацилус и е доказано, че подобрява NAFLD при деца. 62 Въпреки че смесените щамове пробиотици като VSL # 3 или синбиотик (комбинацията от пробиотик и пребиотик), може да са по-ефективни от единичните микробни изолати, е трудно да се анализира индивидуалната ефективност на микробите, за да се идентифицират механизмите, чрез които те засягат домакина. Изборът на пробиотик се усложнява допълнително от големия брой различни формулировки, предлагани на пазара или използвани в научните изследвания и липсата на регулаторен надзор и контрол на качеството, и поради това е трудно да се различи най-ефективната пробиотична терапия за борба със затлъстяването, предизвикано от HFD и също може да се наложи да бъдат съобразени с всеки отделен човек.

Предоставянето на единичен щам спрямо комбинация от бактерии в пробиотични състави е важно съображение, тъй като всеки щам може да има различно въздействие върху микробната структура/функция или върху имунния отговор на гостоприемника. Например, в същото проучване, три щама бактерии, включително Lactobacillus paracasei CNCM I-4270, Lactobacillus rhamnosus I-3690 и Bifidobacterium animalis subsp lactis CNCM I-2494 независимо намалено телесно тегло и подобрен глюкозен толеранс при мишки, макар и чрез различни механизми 55 (както беше прегледано по-рано). 43 Цялостното разбиране на всеки щам не може да бъде напълно разбрано, освен ако те не се анализират отделно в проучвания върху животни и рандомизирани клинични изпитвания (RCT) при хора.

Необходими са и проучвания, системно определящи необходимостта от включване на пребиотици за насърчаване на растежа на пробиотика. Добавянето на фибри може да помогне за растежа, колонизацията и функцията на пробиотика, особено като се има предвид, че е известна достатъчно информация относно преференциалния източник на гориво на пробиотика. По-строгите геномни, транскриптомични и метаболомични анализи на специфични пробиотици биха могли да предоставят тази информация относно предпочитания източник на гориво и най-ефективните условия за оптимален растеж и полезно производство на метаболит за гостоприемника. Друго важно съображение е нивото на междуиндивидуална вариабилност между хората, което може да има диференциран отговор на пробиотиците. Докато драматичните промени в HFDs вероятно ще предизвикат подобни промени в чревната микробиота в популация, фините промени, дължащи се на въвеждането на един микроб, може да не предизвикат промени в същата степен.

Много от обобщените изследвания представят ползата от пре и пробиотиците в животински модели. Допълнителни доказателства, подчертаващи благотворната роля и резултатите от употребата на пре и пробиотици при хора в контекста на метаболитно заболяване, могат да бъдат намерени в няколко скорошни прегледа. 68-70 Тъй като пробиотиците се предлагат на пазара като нутрицевтици (храни, които осигуряват ползи за здравето в допълнение към основната си хранителна стойност), а не като лекарства в обхвата на FDA, съществува загриженост за правилния контрол на качеството и стандартизацията. За съжаление, популярността и пускането на пазара на пробиотици са надминали скоростта, с която могат да бъдат проведени адекватни изследвания при хора в подкрепа на твърденията за тяхното благотворно въздействие. Поради това потребителите трябва да бъдат внимателни и да изследват продуктите, които купуват, преди да консумират ежедневно пробиотици. Като цяло този набор от изследвания предполага, че пробиотиците са обещаваща терапия, но са необходими повече доказателства при хората, особено под формата на рандомизирани контролирани проучвания, за да се помогне за по-доброто разбиране кои пробиотици са ефективни, колко да се приемат, колко често и колко дълго да ги приемате, за да насърчите трайни ефекти върху метаболитното здраве.

Обобщение

Разкриване на потенциални конфликти на интереси

Не са разкрити потенциални конфликти на интереси.