Nature: кишечные микробы играют главную роль в развитии лечения диабета

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature, исследователи использовали всестороннюю мульти-омикс стратегию у людей для оценки связи между метаболизмом углеводов кишечной микрофлоры и инсулинорезистентностью (ИР). Кроме того, в ходе этого исследования были обнаружены связи между метаболитами в кале и метаболическим синдромом (МС), заболеванием, связанным с ИР.

Фото: openverse.org

Более конкретно, метаболизм углеводов комменсальных микроорганизмов, кажется, вносит свой вклад в общее извлечение энергии хозяина и, следовательно, участвует в этиологии преддиабета и ожирения. Однако фундаментальные механизмы этого процесса остаются неизвестными.

Основные моменты исследования

Для изучения роли микрофлоры кишечника в ИР исследователи объединили без предвзятости метаболомы кала, метагеномы и транскриптомные данные хозяина. В исследовании участвовали 306 человек в возрасте от 20 до 75 лет, которые зарегистрировались в Университетской больнице Токио в период с 2014 по 2016 год во время ежегодных медицинских осмотров.

Исследователи включили в исследование 112 человек в нормальной весовой категории, 100 человек с ожирением и 101 человек с преддиабетом. Все участники прошли физическое обследование, лабораторные исследования, взяты образцы кала для 16S рибосомальной рибонуклеиновой кислоты (РНК) пирозеквенирования и метаболомного анализа, а также взяты образцы крови для серологического метаболомного анализа.

Критерии исключения включали в себя подтвержденный диагноз сахарного диабета, регулярное применение лекарств от сахарного диабета или кишечных заболеваний, прием антибиотиков за две недели до взятия образцов и потерю трех килограммов массы тела за три месяца до взятия образцов.

ИР была определена с использованием модели оценки гомеостаза ИР (HOMA-IR) с показателями 2,5 и выше. Для оценки различий в активности микроорганизмов кишечника, метаболитов в кале и предполагаемых генов использовались группы ко-обилия метаболитов (CAGs) и категории Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG) соответственно.

Подход CAGE (анализ генетического выражения капсул) использовался для сбора транскриптомных данных из периферических мононуклеарных клеток крови (PBMC), которые позволяют количественно измерять генетическое выражение с разрешением на участок начала транскрипции. Значения площади под кривой (AUC) на кривых операционной характеристики получены с использованием системы классификации случайного леса для исследования способов, с помощью которых омические данные из образцов кала могут предсказывать инсулинорезистентность.

Для моделирования использовались данные по 16S рибосомальному РНК-последовательному анализу, метагеномам, метаболомам и их комбинированным наборам для идентификации переменных-оценщиков.

При проведении корреляционных и регрессионных исследований с клиническими показателями значимые факторы, такие как пол и возраст, были учтены. Газовая хроматография-тандемная масс-спектрометрия (GC-MS/MS) использовалась для извлечения и количественного анализа гидрофильных метаболитов в образцах кала и сыворотки крови.

Результаты исследования

Средний индекс массы тела (ИМТ) и уровень гликированного гемоглобина (HbA1c) составили 25 кг/м2 и 6% соответственно. Карбогидраты в кале, особенно доступные хозяину моносахариды, были выше у пациентов с инсулинорезистентностью и были связаны с метаболизмом углеводов микроорганизмов кишечника и цитокинами в организме.

Микроорганизмы кишечника, связанные с ИР и чувствительностью к инсулину, демонстрировали различные паттерны метаболизма углеводов. Более того, бактерии, связанные с чувствительностью к инсулину, улучшали фенотипы ИР в муринной модели.

Нецелевое метаболомное исследование с использованием двух аналитических платформ на основе масс-спектрометрии показало 195 аннотированных гидрофильных метаболитов в образцах кала и 100 в образцах сыворотки крови, а также 2 654 и 635 аннотированных метаболитов липидов в образцах кала и сыворотки крови соответственно.

При предсказании ИР выбранные характеристики метаболомных данных в кале превосходили результаты 16S и метагеномики. Это наблюдение указывает на полезность метаболомики кала при исследовании патофизиологии ИР.

Среди гидрофильных метаболитов наибольшее количество CAGs с значимой корреляцией с ИР были углеводными метаболитами, в основном моносахаридами. ИР также ассоциировалась с повышенным уровнем короткоцепочечных жирных кислот (СКЖК). Метаболиты в группах ко-обилия гидрофильных метаболитов, связанных с ИР, ассоциировались с метаболизмом углеводов согласно результатам обогащения пути KEGG. Галактоза, фруктоза, ксилоза и манноза были значимо связаны с ИР.

Представители бактерий Bacteroides поглощают разнообразные углеводы, что способствует синтезу их ферментационных продуктов. У мышей A. indistinctus снижала ИР и изменяла метаболиты глюкозы в кишечнике, что коррелировало с результатами исследования на человеческой выборке.

Специалисты

4.8 60 отзывов Гилядов Марк Александрович Диабетолог Стаж 10 лет Приём от 2890 руб.

Бест Клиник на Профсоюзной ул. Новочерёмушкинская, д. 34, корп. 2

4.7 33 отзыва Колодко Инна Михайловна Диабетолог Стаж 27 лет Врач высшей категории Приём от 3500 руб.

Многопрофильный центр эндохирургии и литотрипсии (ЦЭЛТ) ш. Энтузиастов, д. 62

Клиники

10.0 25 отзывов

Васечкин Виктор Борисович медицинская клиника ул. Ватутина, д. 1 Кунцевская Кунцевская Пионерская Славянский бульвар Терехово Кунцевская Давыдково Аминьевская Первичный приём от 5000 руб.

10.0 23 отзыва

Даренский Иван Дмитриевич медицинская клиника Измайловский бульвар, д. 43 Измайловская Первомайская Первичный приём от 5000 руб.

9.9 0 отзывов

Хдрян Артур Айкович медицинская клиника Люблинская,