Beszélő mikrobák: Amikor a bélbaktériumok kölcsönhatásba lépnek az étrenddel és a gazdaszervekkel

Anyagcsere és táplálkozás kutatócsoport, WELBIO‐ vallon kiválóság az élettudományokban és a biotechnológiában, Louvain Drug Research Institute, Université catholique de Louvain, Brüsszel, Belgium

Levelezés: Patrice D. Cani

Absztrakt

Rövidítések

1. Bemutatkozás

Az elhízás növekvő elterjedése világszerte aggodalomra ad okot. A kapcsolódó anyagcserezavarok, mint például a 2-es típusú cukorbetegség, az inzulinrezisztencia, az anyagcsere-gyulladás és az alkoholmentes zsírmájbetegségek ebből eredő növekedése a kardiometabolikus rendellenességek és a különböző rákos megbetegedések fő kockázati tényezője.

Noha a túlsúly, az elhízás és a kapcsolódó rendellenességek fő okai a nem megfelelő étkezési szokások és a fizikai inaktivitás, számos más környezeti tényező is fontosnak számít. Az elmúlt 10 évben a bél mikroorganizmusai (vagyis a bél mikrobiota) jelentős figyelmet keltettek. Évtizedek óta tudjuk, hogy az emberek „csak” 10 billió sejtből állnak, míg a bélünkben 100 billió mikrobiális sejt található 1. Az analitikai eszközök nemrégiben történt fejlődésének köszönhetően most már jobban megérthetjük az emberi bél mikrobiota összetételét és ezáltal annak a gazdafiziológiára gyakorolt hatását 2. A bélmikrobáink által kódolt 3,3 millió nem redundáns gén első katalógusa 2010-ben jelent meg 3; ez a katalógus mára 10 millióra bővült 4. A metagenomikai elemzéseknek köszönhetően elért fontos előrelépés mellett azonban számos kulcsfontosságú nyitott kérdés maradt megválaszolatlan: hogyan fejlődik a bél mikrobiota, hogyan befolyásolja a bél mikrobiota az anyagcserét? Hogyan hozzájárulnak az étrendi tényezők ennek a mikrobaközösségnek a formálásához és ezek a legfontosabb jellemzők az anyagcserezavarok megjelenéséhez vezetnek-e?

Több közelmúltbeli áttekintés megvitatta a bél mikrobiota részletes összetételéről szóló jelenlegi ismereteket az elhízás, a 2-es típusú cukorbetegség és a kapcsolódó betegségek során. Ezenkívül számos mechanizmust, például a rövid láncú zsírsavak, az epesavak vagy a specifikus metabolitok (pl. TMAO) hatását széles körben megvitatták (áttekintés céljából: 5-12). Sőt, olyan kórokozók, mint pl Bilophila nemrégiben azonosították 13, 14. A specifikus probiotikus baktériumok hatását a metabolikus szindróma összefüggésében a közelmúltban áttekintették az embereknél és a 15., 16. rágcsálóknál. Ezen fent említett áttekintések miatt a jelen kéziratban röviden az étrendi lipidek bél mikrobiota összetétele. Ezt követően megvitatjuk az étrend enterotípusokra gyakorolt hatását, valamint az alacsony génszám (LGC) és a magas génszám (HGC) fogalmát az elhízás és a kapcsolódó betegségek esetében is. Végül megvitatjuk a legfrissebb adatokat a Akkermansia muciniphila az elhízásról és az anyagcseréről, ebben a kontextusban különösen érdekes baktérium.

1.1 Az étrendi lipidek modulálják a bél mikrobiotáját: Fókuszban a rágcsálók vizsgálata

1.2 Diéta, mikrobiális sokféleség és anyagcserezavarok: koncentráljon az emberi vizsgálatokra

1.3 A bél mikrobiota modulációja és a gazdaszervezet specifikus válaszai

Feltételezve, hogy a bél mikrobiota összetétele és metabolikus képessége közvetlenül hozzájárul a gazdaszervezet metabolizmusának szabályozásához, széles körben elfogadott 26, 51, 52; ezekben a komplex beszélgetéses eseményekben szerepet játszó mechanizmusok azonban csak most kezdenek megjelenni. Beszélgetésünket a preklinikai vizsgálatok során felfedezett mechanizmusokra korlátozzuk, amelyek magukban foglalják az alacsony fokú gyulladás és az elhízással járó anyagcserezavarok megjelenését.

Ez a munka más tanulmányokkal kombinálva vezetett minket új utak azonosításához, amelyek révén a bélmikrobák kölcsönhatásba lépnek a gazdasejtekkel, és fordítva, ami a bélgát megváltozásához és a metabolikus gyulladáshoz vezetett.

Ezek az eredmények együttesen határozottan arra utalnak, hogy bizonyos bélmikrobák, mint pl A. muciniphila számos komplementer mechanizmus révén hozzájárulhatnak a bélgát fenntartásához, ideértve a rövid láncú zsírsavak előállítását, valamint a transzkripciós faktor vagy a sejtciklust, a lipolízist és a jóllakottságot szabályozó gének szabályozását, amint azt Apajalahti et al. 78. Reunanen és mtsai. kiterjesztette korábbi megállapításainkat in vivo 74 megmutatva in vitro (azaz a Caco ‐ 2 és a HT ‐ 29 humán vastagbélsejt-modellek), hogy A. muciniphila megtapad a bélhámban és erősíti a bélgátat azáltal, hogy kölcsönhatásba lép a gazda nyálkahártyájával, az emberi vastagbél nyálkahártyájával azonban nem. .

Bár számos előnyös asszociációt találtak közöttük A. muciniphila és anyagcsere, más jelentések szerint a baktériumok között nagyobb a bőség A. muciniphila vastagbélrák modelljeiben 80. Az éhezési és éhezési helyzetek ennek a baktériumnak a 81, 82 nagyobb mennyiségével vannak összefüggésben, tehát további vizsgálatokra van szükség-e, ha ez az összefüggés részt vesz az ilyen betegségek etiológiájában, vagy az étkezési szokások változásának következménye az ilyen patológiák esetén.

Mindazonáltal, a rágcsálókon kapott adatoknak megfelelően, az utóbbi időben elhízott embereknél kimutattuk, hogy alapállapotban a A. muciniphila fordítva függ össze az éhomi plazma glükózszintjével, a zsigeri zsír felhalmozódásával és az adipocita átmérővel a szubkután zsírszövetben 83. Pontosabban a magasabb géntartalmú (HGC) alanyok és A. muciniphila a bőség alacsonyabb éhomi glükóz, trigliceridek és alacsonyabb testösszetételű. Ezenkívül a kalória korlátozása esetén elhízott, magasabb kiindulási értékű egyének A. muciniphila jobban javított inzulinérzékenységi markerek és egyéb kardiometabolikus kockázati tényezők voltak 83. Így konkrét beavatkozások, például tápanyagok növelik-e a bél szintjét A. muciniphila vagy beadása érdekes és további vizsgálatokat érdemel embereken.

A fent összefoglalt eszközök alátámasztják azt az elképzelést, hogy a bél mikrobiota megváltoztatása hatással lehet a gazdaszervezet metabolikus gyulladására, valószínűleg a bélgát működésére hatva. Azt állíthatnánk azonban, hogy a specifikus baktériumok vagy táplálkozási tényezők és a gazdaszervezet anyagcseréje közötti kölcsönhatások felfedezése meglehetősen a puzzle egyik részére korlátozódik. Például a gazda szempontjából a zsírfogyasztást követő fokozott gyulladáshoz, zsír felhalmozódáshoz, inzulinrezisztenciához, máj steatosishoz és bélsorompó diszfunkcióhoz vezető mechanizmusok nem teljesen ismertek. Így ezeknek a betegségeknek a kialakulásában szerepet játszó bélmikrobiotával fennálló specifikus kapcsolatok még vita tárgyát képezik.

1.4 A gazda és a mikrobák közötti párbeszédek szabályozzák az energia homeosztázisát

A bélhám az első szerv, amely érintkezik az étellel és a tápanyagokkal. Ez a szerv a külső és a bélbaktériumok cseréjének legnagyobb felületének is tekinthető. Bár a TLR-ek túlnyomó többségének szerepe ismert (pl. Kórokozók, például baktériumok, vírusok vagy ilyen mikroorganizmusok összetevőinek specifikus felismerése), számos tanulmány megvizsgálta a TLR-k egyikének vagy másikának egy egészben történő leütésének hatását. szervezet az elhízás és a 2-es típusú cukorbetegség összefüggésében 20, 22, 25, 84-90. A bél veleszületett immunrendszere azonban valószínűleg az egyik legnagyobb tényező, amely szerepet játszik a bélmikrobák és a gazda közötti kölcsönhatásban; ezért az ilyen kommunikációk szervi (azaz bél) specifitása is elengedhetetlen.

Ugyanezen a vonalon mutatkozott be Chassaing és munkatársai nemrégiben készült tanulmánya. azt mutatja, hogy az étrendi emulgeálószerek (azaz a karboxi-metil-cellulóz és a poliszorbát 80) bevitele drámai módon megváltoztatta a bélbélést. Megállapították, hogy az ilyen vegyületek krónikus bevitele csökkenti a nyákréteg vastagságát, és részt vett a bélgyulladás, az elhízás és a cukorbetegség kialakulásában. Ezek a hatások megnövekedett, ismeretlen eredetű táplálékkal jártak. Érdekes módon és a jelen áttekintésben leírt korábbi tanulmányokkal összhangban ez a tanulmány feltételezett kapcsolatokat emel ki a nyálkaréteg (azaz a csökkent vastagság), a bélmikrobák és a gazdaszervezet anyagcseréje között 91 .

Bár ezek a tanulmányok biztatóak, számos további munkára van szükség az e fenotípushoz hozzájáruló specifikus mechanizmusok körvonalazásához. Például, milyen baktériumok és/vagy metabolitok növelik az energiafelhasználást? Részt vesz-e valamilyen gazda metabolit ebben a hatásban?

2 Következtetés

Összességében a jelenlegi szakirodalom bizonyítékot szolgáltat arra vonatkozóan, hogy szimbiotikus kommunikáció létezik nemcsak a bélmikrobák és a gazda között, hanem a gazda és a mikrobák között is. Ezeket a keresztbeszéléses eseményeket finomhangolt mechanizmusok szabályozzák, amelyek a kommenzálisok toleranciájához vezetnek, és a feltételezett jótékony mikrobák kiválasztásával.

Az étrendi szokások és a belső gazdaparaméterek (pl. Genetikai, immunitás) közvetlenül hozzájárultak a bél mikrobiota alakításához. Míg azonban bizonyos tényezők szilárdan stabilnak tűnnek, például az enterotípusok, mások mások hajlamosabbak órákon belül megváltozni, például a mikrobiális aláírások (azaz a metabolittermelés vagy a specifikus taxonok). Végül a közelmúltban végzett preklinikai beavatkozások kimutatták, hogy a bél hámsejtjei és az immunitás hozzájárulnak a metabolikus állapot megváltoztatásához a bevitt tápanyagok szerint.

Így, bár a jelenlegi ismeretek ezen szakaszában szinte lehetetlen átfogó képet adni a köztünk és a bél lakosaink között zajló párbeszédről, mégis lehetőségünk van arra, hogy táplálkozási szokásainkat a bél mikrobiotájának modulációjára hajlamos specifikus élelmiszerekhez vagy tápanyagokhoz igazítsuk. (pl. prebiotikumok, probiotikumok, polifenolok 15, 16, 77) az étkezési szokások és az egészségügyi eredmények javítása érdekében.

Köszönetnyilvánítás

P.D.C. a belga FRS ‐ FNRS (Fonds de la Recherche Scientifique) tudományos munkatársa. A.E. a belgiumi FRS ‐ FNRS posztdoktori kutatója. P.D.C. az FNRS (J.0084.15 egyezmény, 3.4579.11 egyezmény), a PDR (Projet de Recherche, egyezmény: T.0138.14) és az ARC (Action de Recherche Concertée - Communauté française de Belgique: 12/17‐ 047). Ezt a munkát a Fonds de la Recherche Scientifique - FNRS támogatta az FRFS-WELBIO számára a WELBIO-CR-2012S-02R támogatásban. Ezt a munkát részben az Funds InBev ‐ Baillet Latour támogatja (Grant for Medical Research 2015). P.D.C. ERC Starting Grant 2013 kedvezményezettje (Európai Kutatási Tanács, kezdő támogatás 336452 ‐ ENIGMO).

A szerzők nem jelentettek be összeférhetetlenséget.