Участие на чревната флора в науките за лекарствата за енергиен метаболизъм

Nathalie M. Delzenne * и Patrice D. Cani

участие

Католически университет в Лувен, отдел по фармакокинетика, метаболизъм, хранене и токсикология, Брюксел, Белгия. UCL, отдел PMNT-7369, Avenue E. Mounier, 73/69, B-1200 Брюксел, Белгия

Понастоящем чревната микрофлора се счита за ключов орган, участващ в хомеостазата на енергията на гостоприемника. Последните данни показват, че промените в екосистемата на чревните бактерии могат да допринесат за развитието на метаболитни нарушения като диабет тип 2 и затлъстяване. Първо, чревната микрофлора може да увеличи енергийната ефективност на несмилаемата храна чрез ферментацията, като по този начин осигурява повече енергия на гостоприемника. На второ място, потокът и съхранението на мастните киселини в мастната тъкан е под контрола на индуцирания на гладно адипоцитен фактор FIAF, чиято експресия зависи от чревната микрофлора. Трето, храненето с високо съдържание на мазнини променя профила на чревните бактерии, което води до спад в съдържанието на бифидобактерии, което корелира с по-високите плазмени нива на LPS, като по този начин участва в появата на възпаление, инсулинова резистентност и диабет тип 2, свързани със затлъстяването. Промяната на състава на чревната микрофлора може да бъде полезен инструмент за предотвратяване или лечение на метаболитен синдром, предизвикан от диета с високо съдържание на мазнини/ниско съдържание на фибри.

Диабетът тип 2 и затлъстяването са две тясно свързани метаболитни нарушения и зависят от дисбаланса между енергийния прием от храната и разходите. Ето защо факторите на околната среда, класически споменати за борба срещу развитието на натрупването на мастна маса и придружаващите я патологии, са намаляването на излишния прием на енергия и насърчаването на физическата активност. Въпреки това, в типична популация, подложена на диетично изобилие или на „хранителен стрес“ (диета с високо съдържание на мазнини), само някои индивиди ще развият затлъстяване и хипергликемия, докато други ще бъдат по-малко чувствителни към метаболитни промени, свързани с кръвната захар. Диета [1, 2]. Дори ако индивидуалната податливост може да бъде свързана с генома, нов фактор на „околната среда“, тясно свързан с индивида и който го характеризира от раждането, изглежда участва в контрола на телесното тегло и енергийната хомеостаза: чревната флора. По време на този синтез ще се опитаме да хвърлим светлина върху първите експериментални проучвания, които са помогнали да се повдигне ъгъл на завесата за ролята на чревната флора в контрола на енергийния метаболизъм.

Човешка чревна флора: тайна градина

Как флората може да модифицира съхранението на енергия и да насърчава затлъстяването ?

Чревните бактерии регулират съхранението на енергия в своя гостоприемник

Роля на чревната флора в развитието на метаболитни заболявания, свързани със затлъстяването. Теория за енергийната ефективност на фуражите и FIAF. Енергията в несмилаемите въглехидрати - избягваща храносмилането от ензимите в горната част на храносмилателния тракт - може да бъде предоставена на гостоприемника чрез намесата на чревни бактерии, които ги ферментират в карбоксилни киселини с къса верига. Последните могат да се използват като липогенни и глюконеогенни субстрати от черния дроб. В допълнение, чревната флора регулира експресията на протеина FIAF - намаляването на експресията на FIAF увеличава активността на липопротеиновата липаза, позволявайки на мастните киселини да се поемат от периферните тъкани за съхранение или окисляване. FIAF: индуциран на гладно мастен фактор; LPL: липопротеин липаза.

Значение на качествените промени във флората

Възможно ли е бактериалното възпаление да бъде фактор, отговорен за развитието на затлъстяване и диабет ?

Промяна на чревната флора след поглъщане на диета с високо съдържание на мазнини и механизми, свързани с развитието на възпаление, диабет и затлъстяване. Теорията за липополизахаридите (LPS). Поглъщането на диета, богата на липиди, променя състава на чревната флора (1), с по-специално намаляване на бифидобактериите (2). Тази промяна в чревната флора е свързана с повишаване на плазмените нива на LPS. (3). LPS, след свързване с неговия CD14/TLR4 комплекс рецептор, стимулира синтеза и секрецията на провъзпалителни цитокини, които участват в развитието на инсулинова резистентност. LPS: липополизахариди.

Всички тези проучвания категорично предполагат потенциалната роля на фактор, получен от чревната флора (липополизахарид) в патогенезата на диабета, свързана със затлъстяването.

Какви са метаболитните медиатори, зависими от селективна модификация на чревната флора ?

Модификация на чревната флора чрез пребиотици и физиологични ефекти. Роля на бифидобактериите и стомашно-чревните пептиди. Поглъщането на ферментируеми влакна от пребиотичен тип значително и селективно увеличава съдържанието на бифидобактерии в червата. Това е придружено от спад в плазмените нива на LPS и намаляване на възпалението. В допълнение, ферментацията на пребиотици увеличава броя на чревните L клетки и продуктите на тяхната секреция - GLP-1 и PYY - и двете участващи в регулирането на хомеостазата и ситостта на въглехидратите. LPS: липополизахариди; GLP-1: глюкагоноподобен пептид-1; PYY: YY пептид.

Заключение

Препратки

  1. Tappy L. Метаболитни последици от прехранването при хората. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2004; 7: 623–8. [Google Scholar]
  2. Levin BE, Keesey RE. Защита на различни стойности на телесно тегло при индуцирани от диета затлъстели и резистентни плъхове. Am J Physiol 1998; 274: R412-R419. [Google Scholar]
  3. Savage DC. Микробна екология на стомашно-чревния тракт. Annu Rev Microbiol 1977; 31: 107–33. [Google Scholar]
  4. Turnbaugh PJ, Ley RE, Mahowald MA, et al. Чревен микробиом, свързан със затлъстяването, с повишен капацитет за енергийна реколта. Природа 2006; 444: 1027–31. [Google Scholar]
  5. Xu J, Mahowald MA, Ley RE, et al. Еволюция на симбиотични бактерии в дисталния човешки черва. PLoS Biol 2007; 5: e156. [Google Scholar]
  6. Ley RE, Peterson DA, Gordon JI. Екологични и еволюционни сили, оформящи микробното разнообразие в човешките черва. Cell 2006; 124: 837–48. [Google Scholar]
  7. Gill SR, Pop M, Deboy RT, et al. Метагеномичен анализ на човешкия дистален чревен микробиом. Наука 2006; 312: 1355–9. [Google Scholar]
  8. Nicholson JK, Holmes E, Wilson ID. Чревни микроорганизми, метаболизъм на бозайници и персонализирани здравни грижи. Nat Rev Microbiol 2005; 3: 431–8. [Google Scholar]
  9. Wong JM, De SR, Kendall CW, et al. Здраве на дебелото черво: ферментация и късоверижни мастни киселини. J Clin Gastroenterol 2006; 40: 235–43. [Google Scholar]
  10. Хил JO. Разбиране и справяне с епидемията от затлъстяване: перспектива на енергийния баланс. Endocr Rev 2006; 27: 750–61. [Google Scholar]
  11. Servin AL. Той „хваща“ между чревната микрофлора и гостоприемника. Med Sci (Париж) 2007; 23: 229–30. [Google Scholar]
  12. Backhed F, Ding H, Wang T, et al. Чревната микробиота като фактор на околната среда, който регулира съхранението на мазнини. Proc Natl Acad Sci USA 2004; 101: 15718–23. [Google Scholar]
  13. Foufelle F, Hegarty B, Bobard A, et al. Нова роля на инсулина в регулирането на чернодробния въглехидратно-липиден метаболизъм. Med Sci (Париж) 2005; 21: 569–71. [Google Scholar]
  14. Ley RE, Turnbaugh PJ, Klein S, et al. Микробна екология: човешки чревни микроби, свързани със затлъстяването. Природа 2006; 444: 1022–3. [Google Scholar]
  15. Cani PD, Neyrinck AM, Maton N, et al. Олигофруктозата насърчава ситостта при плъхове, хранени с богата на мазнини диета: участие на глюкагон-подобен пептид-1. Obes Res 2005; 13: 1000–7. [Google Scholar]
  16. Cani PD, Daubioul CA, Reusens B, et al. Участие на ендогенен глюкагоноподобен пептид-1 (7-36) амид върху понижаващия гликемията ефект на олигофруктозата при плъхове, лекувани със стрептозотоцин. J Endocrinol 2005; 185: 457–65. [Google Scholar]
  17. Cani PD, Knauf C, Iglesias MA, et al. Подобряването на глюкозния толеранс и чернодробната инсулинова чувствителност от олигофруктоза изисква функционален глюкагоноподобен пептиден 1 рецептор. Диабет 2006; 55: 1484–90. [Google Scholar]
  18. Cani PD, Joly E, Horsmans Y, et al. Олигофруктозата насърчава ситостта при здрави хора: пилотно проучване. Eur J Clin Nutr 2006; 60: 567–72. [Google Scholar]
  19. Keenan MJ, Zhou J, McCutcheon KL, et al. Ефекти на устойчивото нишесте, несмилаемо ферментиращо влакно, върху намаляването на телесните мазнини. Затлъстяване (Сребърна пролет) 2006; 14: 1523–34. [Google Scholar]
  20. Backhed F, Manchester JK, Semenkovich CF, et al. Механизми, лежащи в основата на резистентността към индуцирано затлъстяване при мишки без микроби. Proc Natl Acad Sci USA 2007; 104: 979–84. [Google Scholar]
  21. Hotamisligil GS. Възпаление и метаболитни нарушения. Природа 2006; 444: 860–7. [Google Scholar]
  22. Neal MD, Leaphart C, Levy R, et al. Ентероцитният TLR4 медиира фагоцитозата и транслокацията на бактерии през чревната бариера. J Immunol 2006; 176: 3070–9. [Google Scholar]
  23. Vreugdenhil AC, Rousseau CH, Hartung T et al. Свързващият липополизахарид (LPS) протеин медиира детоксикацията на LPS от хиломикрони. J Immunol 2003; 170: 1399–405. [Google Scholar]
  24. Райт SD, Ramos RA, Tobias PS и др. CD14, рецептор за комплекси от липополизахарид (LPS) и LPS свързващ протеин. Наука 1990; 249: 1431–3. [Google Scholar]
  25. Cani PD, Amar J, Iglesias MA, et al. Метаболитната ендотоксемия инициира затлъстяване и инсулинова резистентност. Диабет 2007; 56: 1761–72. [Google Scholar]
  26. Brun P, Castagliuolo I, Leo VD, et al. Повишена чревна пропускливост при затлъстели мишки: нови доказателства в патогенезата на неалкохолен стеатохепатит. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2007; 292: G518–25. [Google Scholar]
  27. Creely SJ, McTernan PG, Kusminski CM, et al. Липополизахаридът активира вродена реакция на имунната система в човешката мастна тъкан при затлъстяване и диабет тип 2. Am J Physiol Endocrinol Metab 2007; 292: E740–7. [Google Scholar]
  28. Gibson GR, Roberfroid MB. Диетична модулация на човешката микробиота на дебелото черво: въвеждане на концепцията за пребиотици. J Nutr 1995; 125: 1401–12. [Google Scholar]
  29. Cani PD, Neyrinck AM, Fava F, et al. Селективното повишаване на бифидобактериите в чревната микрофлора подобрява диабета, индуциран от високо съдържание на мазнини при мишки, чрез механизъм, свързан с ендотоксемия. Диабетология 2007; 50: 2374–83. [Google Scholar]
  30. Cani PD, Dewever C, Delzenne NM. Фруктаните от тип инулин модулират стомашно-чревни пептиди, участващи в регулирането на апетита (глюкагон-подобен пептид-1 и грелин) при плъхове. Br J Nutr 2004; 92: 521–6. [Google Scholar]
  31. Delzenne NM, Cani PD, Daubioul C, et al. Влияние на инулин и олигофруктоза върху стомашно-чревни пептиди. Br J Nutr 2005; 93 (suppl 1): S157–61. [Google Scholar]