Diéta-bél mikrobiota tengely az osteoarthritisben: lehetséges szerep

1 Ortopédiai Tanszék, Xiangya Kórház, Közép-Déli Egyetem, Changsha, Hunan 410078, Kína

Absztrakt

A bél mikrobiota a mikrobiom és metabolikus termékeinek aktivitása révén nagymértékben részt vesz a gazda fiziológiájában és patológiájában. Az oszteoartritisz (OA) az ízületi gyulladás gyakori formája, amelyet ízületi porc pusztulás és oszteofita képződés jellemez. Bár az OA patogenezisében különféle személyi szintű kockázati tényezőket javasoltak, mint például az életkor, a nem és az elhízás, ezek a személyi szintű tényezők és az OA közötti összefüggések továbbra is rejtélyesek. A bél mikrobiota és ezek a kockázati tényezők közötti áthallás jelenlegi megértése alapján a bél mikrobiota fő rejtett kockázati tényezőnek tekinthető, amely egységesítő mechanizmust biztosít ezen személyi szintű kockázati tényezők OA-ban való részvételének magyarázatára.

1. Bél mikrobiota

Minden metazoánnak, a gerinctelenektől a gerincesekig, bél mikrobiota van. A bél mikrobiota szorosan kapcsolódik a metazoa fiziológia különféle aspektusaihoz, például a fejlődéshez, az anyagcseréhez és az immunitáshoz, és határozottan részt vesz a különböző metazoa betegségek, például gyulladásos bélbetegség, elhízás és rák patogenezisében [1, 2]. Még azoknak a gerincteleneknek is, amelyeknek viszonylag egyszerű a bél mikrobiota, mint pl Caenorhabditis elegans (egy baktériumfaj) és Drosophila melanogaster (5–20 faj), a bél mikrobiota még mindig nagy hatással van a gazdaszervezet fiziológiájára, mint például a gazda hosszú élettartama [1]. A bél mikrobiota hatása a gazdaszervezet fiziológiai funkcióira és a betegségek patogenezisére a mikrobiom és metabolikus termékeinek aktivitásából adódhat [1]. Bár ezekben az években meggyőző előrehaladás tapasztalható a bél mikrobiota dysbiosisának a reumás ízületi gyulladásban való részvételében [3], a bél mikrobiota vagy metabolikus termékeinek szerepe az osteoarthritis (OA) patogenezisében továbbra is ismert.

Az OA az egyik leggyakoribb ízületi rendellenesség világszerte. Az OA pontos etiológiája még mindig nem ismert, de különféle kockázati tényezőkről számoltak be, köztük személyi szintű tényezőkről, mint például életkor, nem, elhízás és étrend, valamint ízületi szintű tényezőkről, beleértve a sérülést, a rosszindulatú rendellenességet és a test rendellenes terhelését. ízületek [4–6]. A személyi szintű tényezők tekintetében számos magyarázatot javasoltak a személyi szintű tényezők OA-ba való bevonásának magyarázatára; ezeknek a hipotéziseknek a többségét azonban kísérletileg nem sikerült bizonyítani, sőt néhányukat későbbi megfigyelési tanulmányok és klinikai vizsgálatok is megkérdőjelezték. Ebben a cikkben megpróbáljuk elmagyarázni egyes személyi tényezők bevonását az OA-ba a bél mikrobiota szempontjából, és megpróbáljuk kiemelni a bél mikrobiota vagy metabolikus termékeinek fontosságát az OA patogenezisében.

2. Kor és OA

Az életkort tekintik az OA fő előrejelzőjének [6]; azonban az OA megnövekedett prevalenciája és előfordulása az életkorral összefüggő mechanizmusok továbbra is ismeretlenek. Bár számos magyarázatot javasoltak, ideértve az oxidatív károsodást, a porc elvékonyodását, az izmok gyengülését és a propriocepció csökkentését, az életkor OA-ban való részvételének magyarázatául szolgálnak, ezeknek a hipotéziseknek egyikét sem sikerült empirikusan igazolni.

Sejtkultúrától függő és tenyésztéstől független vizsgálatokkal az idősebb emberek jelentős különbséget mutatnak a bél mikrobiotájában a fiatalabb felnőttekétől, például a bél mikrobiotájának alacsonyabb változatossága, a Bacteroides spp., és a Clostridium csoportok [7, 8]. A bél mikrobiotájának megváltoztatása szabályozhatja az életkorral összefüggő fiziológiát, például az immunválaszokat, a kognitív funkciókat és a szervi rendellenességeket [7, 8]. Például a bél mikrobiota diszbiózisa nagyon megelőzi és megjósolja az életkorban bekövetkező bélgát diszfunkciót Drosophila, míg a bél mikrobiota öregedéssel összefüggő dysbiosisának célzása enyhíti ezeket az életkorral kapcsolatos diszfunkciókat és növeli az Drosophila [9, 10]. Így teljesen lehetséges, hogy a bél mikrobiota öregedéssel kapcsolatos diszbiózisa hozzájárul az életkorhoz, mint az OA kockázati tényezőjéhez.

3. Nem és OA

Érdekes megfigyelés, hogy az OA prevalenciája és súlyossága a csípőben, a térdben és a kézben magasabb a nőknél, mint a férfiaknál, és a menopauza körül is növekszik [11]. Például egy kanadai Alberta városában 4733 alanynál végzett egyik tanulmány alapján a térd OA prevalenciája férfiaknál 6,3%, a nőknél 8,9%, míg a csípő OA prevalenciája férfiaknál 4,4%, a nőknél 7,6% [12]. Ez a felfedezés a nemek közötti különbség jelenlétére utal az OA prevalenciájában és incidenciájában, a nőknél általában nagyobb a kockázat. Ez a meggyőző vizsgálat azt a hipotézist eredményezi, hogy a hormonális tényezők, mint az ösztrogén, szerepet játszanak az OA kialakulásában. Megfigyelési és klinikai vizsgálatok későbbi következtetései azonban vitatják ezt a hipotézist [13, 14], és további magyarázatokat javasoltak az OA-ban élő férfiak és nők közötti eltérésekre, például a porc térfogatának, a csontok erejének és az izomerőnek a különbségeire.

4. Elhízás és OA

Az OA egyik jól ismert rizikófaktora az elhízás [20, 21]. A C57BL/6J hím egereknek, amelyek 12 hétig tápláltak magas zsírtartalmú étrendet (HFD), nagyobb a testsúlyuk, és a térd OA-val összhangban lévő tulajdonságokkal rendelkeznek, összehasonlítva a kontroll egerekkel [22]. 1764 061 megfigyelt alany esetében 4,45 (4,19–4,98) év közötti medián (interkvartilis tartomány) esetén a túlsúly vagy az elhízás növeli az OA kockázatát a térdnél, a csípőnél és a kéznél, különösen a térdnél: túlsúlyos és (I. és II. Fokozat) az elhízás 2, 3,1 és 4,7-szeresére növeli a térd OA kockázatát [23]. Egy kanadai Alberta városában 4733 alanyral végzett tanulmányban az elhízás (

) figyelemreméltóan összefügg a térd és a csípő OA prevalenciájával [12]. Az a mechanizmus azonban, amellyel az elhízás fokozza az OA-t, rejtélyes. Az elhízás és az OA közötti kapcsolat a megnövekedett testtömeg következtében hozzájárult a túlzott ízületi terheléshez; azonban az elhízás okozta OA komplexebb etiológiáját jelezték, például zavart lipid anyagcserét, alacsony fokú gyulladást és az ízületi szövetek adipokinjeit.

Köztudott, hogy a bél mikrobiota összefügg az elhízás kialakulásával és kialakulásával. Az elhízás a mikrobiota (azaz a Firmicutes/Bacteroidetes aránya), a baktériumok sokféleségének csökkenésével, a baktériumok génjeinek és anyagcsere útjainak megváltozott ábrázolásával jár együtt a menedék szintű változásokkal [24, 25]. Genetikailag elhízott ob/ob egerek és elhízott emberek esetében a Firmicutes és a Bacteroides aránya megnő, ami elősegíti a biológiailag aktív metabolitok, például rövid szénláncú zsírsavak (SCFA-k), köztük az acetát, propionát és butirát oldható étkezési rostokból (azaz fruktánok) képződését és keményítő, ami emészthetetlen szénhidrátokból történő magasabb energiatermeléshez és adipogenezishez vezet a májban [24, 25]. Mivel a bél mikrobiota diszbiózisa hozzájárul az elhízáshoz és más, az elhízással kapcsolatos állapotokhoz, beleértve az inzulinrezisztenciát és a szisztémás gyulladást, ésszerű, hogy a bél mikrobiota az OA patogenezisével társul.

5. Diéta és OA

6. Következtetés

A bél mikrobiota mélyen összefügg a különféle betegségek, például a gyulladásos bélbetegség, az elhízás és a rák kialakulásával [1, 2]. Itt leírjuk annak a hipotézisnek az indokolását, hogy a bél mikrobiota az OA fő rejtett kockázati tényezője, és fontos magyarázat az OA személyi szintű kockázati tényezőire (1. ábra). Bár a bakteriális lipopoliszacharidot rejtett kockázati tényezőként javasolták az OA-ra [32], gyümölcsöző feltárni az OA betegekkel kapcsolatos változásokat a mikrobiota összetételében, a baktériumok sokféleségében és a baktériumok génjeiben, valamint az anyagcsere útjában. A bél mikrobiota és az OA közötti kapcsolat megértése megkönnyítheti az OA diagnosztizálásának és kezelésének új megközelítéseinek kidolgozását. Különösen a bél mikrobiotájának ismeretében az OA patogenezisében a tápanyag-bél mikrobiota - baktérium metabolit tengelyének manipulálása potenciálisan megakadályozhatja és kezelheti az OA-t.

Közzététel

Yusheng Li és Wei Luo az első társszerzőknek számít.

Versenyző érdekek

A szerzők kijelentik, hogy nincsenek versengő érdekek.

A szerzők közreműködése

Yusheng Li és Guanghua Lei alkották a tanulmányt. Yusheng Li, Wei Luo és Zhenhan Deng összegyűjtötte az adatokat. Yusheng Li és Guanghua Lei írták a lapot.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a munkát a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány (81272034, 81402224, 81401838 és 81472130 sz.), Hunan Tartományi Tudományos Alapítvány (2015JJ3139 sz.), Hunan tartomány Tudományos és Technológiai Irodája (2012FJ6001), a Changsha City Tudományos és Technológiai Irodája (K1203040-31), Hunan tartomány Egészségügyi és Családtervezési Bizottsága (B2014-12), Hunan tartomány hagyományos kínai orvoslásának adminisztrációja (2015116. sz.), A A Central South University Egyetem (CSUZC201639) és a Hunan Tartományi Posztgraduális Tartományi Innovációs Alapítvány (CX2016B060) értékes és precíziós eszközei.