Клинические аспекты взаимосвязи диеты, структуры кишечной микробиоты и формирования стеатоза печени
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
Аннотация
Введение.Метаболически ассоциированная жировая болезнь печени представляет собой прогрессирующее заболевание, ассоциированное с риском развития цирроза, гепатоцеллюлярной карциномы и увеличением сердечно-сосудистой и общей смертности. Патогенез метаболически ассоциированной жировой болезни печени приобретает характер мультисистемного нарушения.Цельюнашего исследования было выявить и охарактеризовать изменения в составе и структуре кишечного микробиома у пациентов с метаболически ассоциированной жировой болезнью печени в зависимости от степени печеночного стеатоза.Материалы и методы.Микробный состав кишечного микробиома исследовался у 21 пациента с метаболически ассоциированной жировой болезнью печени с использованием метагеномного секвенирования гена 16S р РНК. Проведена селективная амплификация фрагментов гена, кодирующего 16S р РНК, с секвенированием нуклеотидных последовательностей. Стеатоз печени определялся методом ультразвуковой эластографии сдвиговой волной. Пациенты были поделены на две группы: с низкой (S0 и 1) и высокой (S2 и 3) степенью стеатоза печени.Результаты.Финальная выборка включала 320ASV (Amplicon Sequence Variant), относимых к 98 родам микроорганизмов. Анализ бета-разнообразия: выявлена статистически значимая разница между дисперсиями групп с разными степенями стеатоза (p <0,001), что свидетельствовало об увеличении вариативности микробного состава при прогрессировании стеатоза.LDA-анализ (Linear Discriminant Analysis) выявил роды микроорганизмов, характерные для каждой группы. Для пациентов с низкой степенью стеатоза были характерны родыEscherichia–Shigella,Ruminococcus torques,StreptococcusиLactococcus. Для пациентов с высокой степенью: родыBifidobacteriumи видAkkermansia muciniphilia. Анализ тепловой карты продемонстрировал четкую кластеризацию групп с низкой и высокой степенью стеатоза, подтверждая значимые различия в представленности микроорганизмов между группами.Заключение.Выявленные изменения подтверждают ассоциацию дисбиоза кишечника с прогрессированием печеночного стеатоза. Идентифицированные дискриминирующие таксоны могут служить потенциальными биомаркерами для диагностики и мониторирования прогрессирования стеатоза печени.
Библиографические ссылки
1. Смелов П.А., Никитина С.Ю. Заболеваемость населения по основным классам, группам и отдельным болезням. Здравоохранение в России. М.: Федеральная служба государственной статистики. 2021.
2. Дедов И.И., Шестакова М.В., Викулова О.К. и др. Эпидемиологические характеристики сахарного диабета в Российской Федерации: клинико статистический анализ по данным регистра сахарного диабета на 01.01.2021. Сахарный диабет. 2021.24(3):204–221. https://doi.org/10.14341/Dm12759.
3. Beam A., Clinger E., Hao L. Effect of diet and dietary components on the composition of the gut microbiota. Nutrients. 2021.3(8):27–95.
4. Singh R.K., Chang H.W., Yan D., Lee K.M., Ucmak D., Wong K. et al. Influence of diet on the gut microbiome and implications for human health. J Transl Med. 2017.15(1):73.
5. Sakkas H., Bozidis P., Touzios C., Kolios D., Athanasiou G., Athanasopoulou E. et al. Nutritional status and the influence of the vegan diet on the gut microbiota and human health. Kaunas: Medicina. 2020.56(2):88. https://doi.org/10.3390/medicina56020088.
6. Beam A., Clinger E., Hao L. Effect of Diet and Dietary Components on the Composition of the Gut Microbiota. Nutrients. 2021.13(8):2795. https://doi.org/10.3390/nu13082795.
7. Bäckhed F., Normark S., Schweda E.K., Oscarson S., Richter Dahlfors A. Structural requirements for Tlr4-mediated Lps signalling: a biological role for LPS modifications. Microbes Infect. 2003.5(12):1057–63. https://doi.org/10.1016/s1286-4579(03)00207-7.
8. Coburn B, Guttman D.S. The human microbiome. CMAJ. 2015.187(11):825. https://doi:10.1503/cmaj.141072.
9. Wrzosek L., Miquel S., Noordine M.L., Bouet S., Joncquel Chevalier Curt M. et al.. Bacteroides thetaiotaomicron and Faecalibacterium prausnitzii influence the production of mucus glycans and the development of goblet cells in the colonic epithelium of a gnotobiotic model rodent. BMC Biol. 2013.11:61. https://doi.org/10.1186/1741-7007-11-61.
10. Smith P.M., Howitt M.R., Panikov N., Michaud M., Gallini C.A., Bohlooly Y.M. et al. The microbial metabolites, short chain fatty acids, regulate colonic Treg cell homeostasis. Science. 2013.341(6145):569–73. https://doi.org/10.1126/science.1241165.
11. Gaboriau Routhiau V., Rakotobe S., Lécuyer E., Mulder I., Lan A., Bridonneau C. et al. The key role of segmented filamentous bacteria in the coordinated maturation of gut helper T cell responses. Immunity. 2009.31(4):677–89. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2009.08.020.
12. Thananimit S., Pahumunto N., Teanpaisan R. Characterization of Short Chain Fatty Acids Produced by Selected Potential Probiotic Lactobacillus Strains. Biomolecules. 2022.12(12):1829. https://doi.org/10.3390/biom12121829.
13. Christensen M.G., Damsgaard J., Fink Jensen A. Use of ketogenic diets in the treatment of central nervous system diseases: a systematic review. Nordic J Psychiatry. 2021.75(1):1–8. https://doi.org/10.1080/08039488.2020.1795924.
14. Данилова Н.А., Абдулхаков С.Р., Григорьева Т.В. и др. Маркеры дисбиоза у пациентов с язвенным колитом и болезнью Крона. Терапевтический архив. 2019.91(4):13–20. https://doi.org/10.26442/00403660.2019.04.000211.
15. Ang Q.Y., Alexander M., Newman J.C., Tian Y., Cai J., Upadhyay V. et al. Ketogenic Diets Alter the Gut Microbiome Resulting in Decreased Intestinal Th17 Cells. Cell. 2020.181(6):1263–1275.e16. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.027.
16. Zhang C., Zhang M., Wang S., Han R., Cao Y., Hua W. et al. Interactions between gut microbiota, host genetics and diet relevant to development of metabolic syndromes in mice. Isme J. 2010.4:232–241. https://doi.org/10.1038/ismej.2009.112.
17. Zafar H., Saier Jr M.H. Gut Bacteroides species in health and disease. Gut microbes. 2021.13.
18. Shin N.R., Lee J.C., Lee H.Y., Kim M.S., Whon T.W. et al. An increase in the Akkermansia spp. population induced by metformin treatment improves glucose homeostasis in diet induced obese mice. Gut. 2014.63(5):727–35. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2012-303839.
19. Hooper L.V. et al. Molecular analysis of commensal host microbial relationships in the intestine. Science. 2001.291(5505):881–884. https://doi.org/10.1126/science.291.5505.881.
20. Стома И.О. Микробиом в медицине. М: Гэотар Медиа. 2020.
21. Правосудова Н.А., Марфина О.В., Мельников В.Л. Влияние диет на состав микрофлоры кишечника и на иммунные процессы в организме человека. Вестник Пермского университета. Серия Биология. 2024.2:190‒204. https://doi.org/10.17072/1994-9952-2024-2-190-204.
22. Оганезова И.А. Кишечная микробиота и иммунитет: иммуномодулирующие эффекты. Lactobacillus rhamnosus Gg. Рмж. 2018.26(9):39–44.
23. Kosinski C., Jornayvaz F.R. Effects of ketogenic diets on cardiovascular risk factors: evidence from animal and human studies. Nutrients. 2017.9(5):517. https://doi.org/10.3390/nu9050517.
24. Wan Y., Wang F., Yuan J., Li J., Jiang D., Zhang J. et al. Effects of dietary fat on gut microbiota and faecal metabolites, and their relationship with cardiometabolic risk factors: a 6-month randomised controlled feeding trial. Gut. 2019.68(8):1417–1429. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2018-317609.
25. Everard A., Belzer C., Geurts L., Ouwerkerk J.P., Druart C., Bindels L.B. et al. Cross talk between Akkermansia muciniphila and intestinal epithelium controls diet induced obesity. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013.110(22):9066–71. https://doi.org/10.1073/pnas.1219451110.
26. Dunn K.A., Moore Connors J., Mac Intyre B., Stadnyk A.W., Thomas N.A., Noble A. et al. Early Changes in Microbial Community Structure Are Associated with Sustained Remission After Nutritional Treatment of Pediatric Crohn’s Disease. Inflamm Bowel Dis. 2016.22(12):2853–2862. https://doi.org/10.1097/Mib.0000000000000956.
27. Katiraei S., de Vries M.R., Costain A.H., Thiem K., Hoving L.R., van Diepen J.A. et al. Akkermansia muciniphila Exerts Lipid Lowering and Immunomodulatory Effects without Affecting Neointima Formation in Hyperlipidemic Apoe*3 Leiden.Cetp Mice. Mol Nutr Food Res. 2020.64(15):e1900732. https://doi.org/10.1002/mnfr.201900732.
28. Zhai R., Xue X., Zhang L., Yang X., Zhao L., Zhang C. Strain Specific Anti inflammatory Properties of Two Akkermansia muciniphila Strains on Chronic Colitis in Mice. Front Cell Infect Microbiol. 2019.9:239. https://doi.org/10.3389/fcimb.2019.00239.
29. Luo W., Zhang J., Xu D., Zhou Y., Qu Z., Yang Q., Lv Q. Low carbohydrate ketogenic diets reduce cardiovascular risk factor levels in obese or overweight patients with T2dm: A meta analysis of randomized controlled trials. Front Nutr. 2022.9:1092031. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.1092031.
30. Dyńka D., Kowalcze K., Charuta A., Paziewska A. The Ketogenic Diet and Cardiovascular Diseases. Nutrients. 2023.15(15):3368. https://doi.org/10.3390/nu15153368.
31. De Palma G., Nadal I., Collado M.C., Sanz Y. Effects of a gluten free diet on gut microbiota and immune function in healthy adult human subjects. Br J Nutr. 2009.102(8):1154–60. https://doi.org/10.1017/S0007114509371767.
32. Martinez Medina M., Garcia Gil L.J. Escherichia coli in chronic inflammatory bowel diseases: An update on adherent invasive Escherichia coli pathogenicity. World J Gastrointest Pathophysiol. 2014.5(3):213–27. https://doi.org/10.4291/wjgp.v5.i3.213.
33. Bonder M.J., Tigchelaar E.F., Cai X., Trynka G., Cenit M.C., Hrdlickova B., Zhong H. et al. The influence of a short term gluten free diet on the human gut microbiome. Genome Med. 2016.8(1):45. https://doi.org/10.1186/s13073-016-0295_y.
34. Zhang Y., Chen Y., Mei Y., Xu R., Zhang H., Feng X. Causal effects of gut microbiota on erectile dysfunction: a two sample Mendelian randomization study. Front Microbiol. 2023.14:1257114. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1257114.
35. Aron Wisnewsky J., Prifti E., Belda E., Ichou F., Kayser B.D., Dao M.C. et al. Major microbiota dysbiosis in severe obesity: fate after bariatric surgery. Gut. 2019.68(1):70–82. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2018-316103.
36. Cani P.D., de Vos W M. Next Generation Beneficial Microbes: The Case of Akkermansia muciniphila. Front Microbiol. 2017.8:1765. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01765.
37. Geerlings S.Y., Kostopoulos I., de Vos W.M., Belzer C. Akkermansia muciniphila in the Human Gastrointestinal Tract: When, Where, and How? Microorganisms. 2018.6(3):75. https://doi.org/10.3390/microorganisms6030075.
38. Sokol H., Pigneur B., Watterlot L., Lakhdari O., Bermúdez Humarán L.G., Gratadoux J.J. et al. Faecalibacterium prausnitzii is an anti inflammatory commensal bacterium identified by gut microbiota analysis of Crohn disease patients. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008.105(43):16731–6. https://doi.org/10.1073/pnas.0804812105.
39. Morrison D.J., Preston T. Formation of short chain fatty acids by the gut microbiota and their impact on human metabolism. Gut Microbes. 2016.7(3):189–200. https://doi.org/10.1080/19490976.2015.1134082.
40. De Munck T J I., Xu P., Verwijs H J A., Masclee A.A.M., Jonkers D., Verbeek J. et al. Intestinal permeability in human nonalcoholic fatty liver disease: A systematic review and meta analysis. Liver Int. 2020.40(12):2906–2916. https://doi.org/10.1111/liv.14696.
41. Sharpton S.R., Maraj B., Harding Theobald E., Vittinghoff E., Terrault N.A. Gut microbiome targeted therapies in nonalcoholic fatty liver disease: a systematic review, meta analysis, and meta regression. Am J Clin Nutr. 2019.110(1):139–149. https://doi.org/10.1093/ajcn/nqz042.
