Микробиота кишечника: новый регулятор сердечно-сосудистой функции

Сотрудники Самарского государственного медицинского университета, подготовили статью на тему микробиота кишечника и его влияния на сердечно-сосудистую систему. Главный двигатель долголетия человека — это, когда микробиологическая память, которая остается стабильной, а рацион функционального (здорового) диетического питания и структура здоровой биомикробиоты — функционируют почти неизменными. Целью настоящего обзора является обобщение имеющихся данных о роли микробиома кишечника в регуляции функции сердечно-сосудистой системы и патологических процессов. Особое внимание уделяется изменениям микробиома, связанным с питанием, также клеточным механизмам, с помощью которых микробиом может изменять риск сердечно-сосудистых заболеваний.

Во всем мире сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) обходятся почти в 1 триллион долларов в год и более века являются причиной более одной трети всех смертей, оставаясь ведущей причиной смерти во многих странах мира. В свете этой статистики выяснение основных причин ССЗ и определение потенциальных терапевтических целей для их профилактики и лечения имеют первостепенное биомедицинское значение.

В теле человека обитает разнообразная экосистема из триллионов микроорганизмов, вместе называемых микробиотой, состоящая из бактерий, архей (от греческого археос — старый — микроскопические одноклеточные безъядерные организмы, отличающиеся от бактерий и эукариотов. Это наименее изученная и, возможно, древнейшая группа клеточных организмов), грибов, вирусов и населяют почти все участки человеческого тела. Самая большая популяция микробов находится в желудочно-кишечном тракте, где обитают десятки триллионов микробов и не менее 1000 видов бактерий.

Микрофлора кишечника и его коллективный генетический материал, называемый кишечный микробиом, содержат, по крайней мере, в 100 раз больше генов, чем наш собственный геном. Более миллиарда лет совместной эволюции создали функциональную взаимозависимость между людьми и их микробными симбионтами, и хорошо известно, что микробиом кишечника регулирует многие аспекты физиологии человека, включая развитие и регуляцию иммунной системы, защиту от различных патогенов, устранение экзогенных токсинов, регуляцию функции кишечника, синтез, абсорбцию и метаболизм питательных веществ.

Проведено несколько крупномасштабных популяционных исследований, в первую очередь, исследование «Европейская метагеномика кишечного тракта человека» (MetaHIT) и американское «Микробиом человека». Проект был инициирован, в частности, для характеристики микробиома в здоровом состоянии и при заболеваниях. Из-за значительных межличностных различий в составе микробнома определение «здорового» микробиома оказалось трудным, хотя общепризнано, что микробиом здоровых людей характеризуется высоким общим микробным разнообразием, устойчивостью к внешнему влиянию и преобладанием Bacteroidetes (бактериоидеты) и Firmicutes (фирмикуты).

Нарушение здоровой микробиоты или дисбактериоз можно в широком смысле определить как дисбаланс между защитными и вредными бактериями, что часто характеризуется уменьшением микробного разнообразия и изменениями в относительной численности определенных бактериальных типов. Ley R.E. et al (2005) были одними из первых, кто связал дисбактериоз с ожирением, сообщив в ряде исследований, что у тучных мышей и людей наблюдается дисбактериоз, характеризующийся снижением Bacteroidetes и увеличением Firmicutes. Эти данные подтверждают результаты, полученные на мышах GF, которые свидетельствуют, что микробиота кишечника способствует накоплению жира за счет увеличения поглощения энергии и липогенеза de novo при подавления липолиза адипоцитов. Более подробная причинная роль микробиома в ожирении была позже представлена V. K. Ridaura et al. (2013), которые продемонстрировали, что трансплантация фекальной микробиоты от человеческих близнецов, дискордантных по ожирению, мышам GF приводила к изменениям веса тела в соответствии с фенотипом донора.

По мере накопления доказательств связи микробиома со статусом ожирения последующие исследования были направлены на выявление связи между дисбиозом и метаболической дисфункцией, связанной с ожирением. Например, в серии работ Cani P.D. et al. (2008) продемонстрировано, что дисбактериоз кишечника у мышей с гиперкалорийной диетой и генетическим ожирением способствует воспалению, оксидативному стрессу, непереносимости глюкозы и сахарному диабету 2 типа. Последующие исследования связали дисбактериоз кишечника с множеством других заболеваний, связанных с ожирением, включая ССЗ.

Действительно, растущее число исследований указывает на то, что дисбактериоз кишечника выявляется при многочисленных сердечно-сосудистых заболеваниях, включая атеросклероз, гипертоническую болезнь и сосудистую патологию.

На состав и/или функцию микробиома кишечника влияют почти все основные факторы риска ССЗ, включая старение, ожирение, малоподвижный образ жизни и определенные режимы питания. Таким образом, правомерно предположение, что развитие дисбактериоза кишечника может представлять собой последующий механизм, с помощью которого эти факторы риска способствуют развитию ССЗ.

Большая часть ранних работ, посвященных изучению взаимодействия между микробиомом кишечника и метаболизмом человека, была сосредоточена на ожирении. P. J. Turnbaugh et al. (2009) показали характерную микробиоту у взрослых с ожирением, характеризующуюся уменьшением микробного разнообразия и увеличением числа Firmicutes: Bacteroidetes . Последующие исследования подтвердили тесную связь между ожирением и микробиомом.

Важно отметить, что генетические модели ожирения, такие как мыши ob / ob с дефицитом лептина, демонстрируют сдвиг в микробиоте даже во время кормления стандартным кормом, что указывает на исключительный эффект ожирения независимо от рациона питания. Следует отметить, что ряду исследований не удалось воспроизвести характерные изменения, связанные с ожирением, впервые описанные J. I. Gordon et al. (например, увеличение количества Firmicutes: Bacteroidetes), а также недавние исследования не обнаружили или обнаружили слабую связь между индексом массы тела и микробным составом. Расхождения в результатах могут быть связаны с методологическими различиями и/или чрезмерным вниманием к характеристике микробиоты.

Режимы питания имеют большее влияние на формирование микробиома кишечника, нежели суммарное потребление калорий или статус ожирения хозяина и могут представлять собой единственный наиболее важный фактор состава и функции кишечной микробиоты. Модулирующие эффекты изменений питания на микробиоту проявляются быстро, в течение первых 24 часов после начала, и возвращаются к исходному уровню в течение 48 часов после прекращения диетических манипуляций. Кроме того, долгосрочные привычные схемы питания в значительной степени определяют микробное разнообразие, наблюдаемое в различных популяциях по всему миру.

Было показано, что каждый из основных макроэлементов изменяет состав микробиоты. Однако изучение эффектов отдельных макроэлементов проблематично, учитывая, что эксперименты с одним макроэлементом неизменно приводят к изменениям в других макроэлементах. Более того, что неудивительно, разные подкатегории каждого макроэлемента могут иметь совершенно разные эффекты как на микробиоту, так и на большинство параметров здоровья. Например, потребление растительного белка было связано с уменьшением количества Bacteroides и увеличением количества Bifidobacterium и Lactobacillus. Все это связано с положительными эффектами для здоровья. Напротив, потребление белков животного происхождения, по-видимому, оказывает противоположное воздействие на эти конкретные виды бактерий и связано с повышенным уровнем циркулирующего N-оксида триметиламина (ТМАО), который, как обсуждается ниже, связан с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний.

Как и в случае с источником белка, влияние пищевых жиров на микробиоту во многом зависит от типа и источника жира. Длинноцепочечные насыщенные жиры, которые, как известно, вызывают метаболическую дисфункцию, связаны с пагубными изменениями микробиоты, включая увеличение количества Bacteriodes и Bilophila; тогда как потребление ненасыщенных жирных кислот обычно защищает от метаболической дисфункции и увеличивает количество полезных молочнокислых бактерий.

Влияние углеводов на микробиоту драматично и во многом зависит от химического класса. Углеводы можно в общих чертах разделить на следующие разновидности: усвояемые (крахмалы и сахара) и неперевариваемые (волокна и устойчивые крахмалы). Неперевариваемые углеводы подвергаются ферментации микробиотой в толстой кишке и являют собой пребиотики. Хотя неперевариваемые углеводы представляют собой чрезвычайно разнообразный химический класс с различным воздействием на микробиоту, они, как правило, связаны с повышенным бактериальным разнообразием, богатством и изобилием бактерий, продуцирующих бутират; тогда как диеты с низким содержанием неперевариваемых углеводов связаны с дисбиотическим фенотипом.

Изучение влияния отдельных макронутриентов на здоровье представляет интерес, также как и к изучение воздействия на здоровье более широких, целостных схем питания. В связи с этим R. E. Ley et al. (2008) проанализировали фекальную микробиоту 60 видов млекопитающих и обнаружили, что микробное разнообразие было самым высоким среди травоядных, за которым следовали всеядные животные, и самым низким среди плотоядных животных. Эти данные согласуются с рядом исследований, показавшим, что привычное соблюдение средиземноморской диеты с высоким содержанием клетчатки, ненасыщенных жирных кислот, фруктов и овощей было связано с увеличением Prevotella. (Превотелла (Prevotella) — род грамотрицательных анаэробных неспороносных палочкообразных бактерий) и Firmicutes, тогда как низкая приверженность коррелировала с повышенным уровнем циркулирующего ТМАО. В отличие от средиземноморской диеты, западные диеты (с высоким содержанием животного белка, насыщенных жиров, низким содержанием клетчатки, как известно, повышают риск сердечно-сосудистых заболеваний) резко сокращают микробное разнообразие и полезные виды бактерий, такие как Bifidobacterium и Eubacterium. P. J. Turnbaugh (2017) показал, что вредное воздействие западной диеты на микробиоту зависит от дозы и воспроизводимо для множества линий мышей с различными генотипами; тем самым подчеркивая важную роль питания в определении структуры микробного сообщества.

Таким образом, с одной стороны, факторы риска развития ССЗ влияют на состав микробиоты кишечника, с другой стороны, этот состав, в свою очередь, оказывает сильное влияние на здоровье сердечно-сосудистой системы и формирование ее патологии.

Микробиом человека представляет собой совокупность микробов, которые населяют организм человека с наибольшей локализацией в кишечнике. Кишечный микробиом представляет собой уникальную совокупность микроорганизмов, которая влияет на целый ряд важных жизненных процессов и является регулятор физиологических функций человека.

Дисбактериоз кишечника — вредные изменения в составе или количестве кишечных микроорганизмов, связанные с развитием и прогрессированием многочисленных заболеваний, включая ССЗ. Было установлено, что большинство факторов риска ССЗ, включая старение, ожирение, определенные режимы питания и малоподвижный образ жизни, вызывают дисбактериоз кишечника. Полученные данные об участии микробиома кишечника в этиологии и патогенезе ССЗ позволят разработать новые подходы к их профилактике и лечению, снизить смертность.

Главный двигатель долголетия человека — это, когда микробиологическая память остается стабильной, а рацион функционального (здорового) диетического питания и структура здоровой биомикробиоты функционируют почти неизменными. Микробиом человека представляет собой совокупность всех микробов, населяющих организм.

Микробиом кишечника человека — уникальная совокупность микроорганизмов, влияющих на целый ряд важных процессов: от метаболических и иммунных до когнитивных, а отклонение его состава от нормы приводит к развитию разнообразных патологических состояний.

Источник: Микробиота кишечника: новый регулятор сердечно-сосудистой функции

Булгакова С. В., Захарова Н. О., Романчук П. И.

Бюллетень науки и практики Т. 7. №1. 2021

Метки: научные исследования

06.04.2021