Характеристика параметров микробиоты кишечника у лиц молодо-го возраста с метаболическим синдромом

Полный текст

Введение

Распространенность ожирения и связанных с ним заболеваний растет во всем мире¹. Ожирение является основным фактором риска метаболических заболеваний. В пос­леднее время активно используется понятие «метаболически здорового ожирения» (МЗО), под которым подразумевается отсутствие компонентов метаболического синдрома у человека с ожирением [1]. Лица с МЗО характеризуются более низкой степенью системного воспаления, более благоприятными профилями состояния иммунной системы и функции печени [2]. Однако МЗО является состоянием, которое со временем перерастает в метаболический синдром (МС): так, примерно от 30 до 50 % людей с MЗO переходят в состояние «метаболически нездорового ожирения» (MHЗO) в течение 4–20 лет наблюдения [3].

В последнее время все более активно обсуждается теория участия микробиоты кишечника в развитии ожирения и метаболического синдрома. Начало этому положила серия исследований, проведенных в 2007 г. Cani и соавт. Учёные установили, что хроническое потребление продуктов с высоким содержанием жиров (англ. high-fat diet, HFD) приводит к повышению проницаемости кишечного барьера, влекущего за собой повышенную проницаемость для побочных продуктов метаболизма бактерий и прочих
антигенов, в частности бактериальных липополисахаридов (ЛПС), в системный кровоток с развитием так называемой метаболической эндотоксемии [4]. Бактериальные ЛПС, активируя TLRs (англ. Toll-like receptors, Толл-подобные рецепторы), приводят к иммунному ответу, нарушающему чувствительность к инсулину, ингибируют нормальную гликемическую реакцию. Таким образом, центральная роль кишечной проницаемости при хроническом низкоуровневом воспалении делает микробиоту центральным звеном в инициировании метаболических нарушений. На сегодняшний день, несмотря на то, что мы можем четко установить причинно-следственную связь между микробными профилями кишечника и метаболическим синдромом в экспериментах на животных, связь между ними в человеческом организме представляется не столь однозначной и требует дальнейшего изучения. Таким образом, для уточнения роли микробиоты в формировании метаболических нарушений, а также в профилактике и лечении метаболического синдрома необходимы дальнейшие клинические исследования.

Цель исследования – изучить особенности микробиоты толстой кишки, а также ассоциации микробных представителей с антропометрическими, анамнестическими и биохимическими параметрами у молодых пациентов с метаболическим синдромом.

Материалы и методы исследования

На базе клиники Тюменского государственного медицинского университета проведено одноцентровое, одномоментное, поперечное, контролируемое исследование с участием 118 молодых людей, из них 87 – это пациенты с ожирением, 31 человек имели нормальную массу тела и входили в группу контроля («К»). Пациенты с ожирением, в свою очередь, были поделены на две группы в зависимости от наличия или отсутствия метаболического синдрома. 43 человека с ожирением (49,4 %) были метаболически здоровы и входили в группу «МС-», 44 человека (50,6 %) имели метаболический синдром и составляли группу «МС+». Стратификация групп проводилась на основании критериев NCEP ATP III.

Критерии включения для больных с ожирением. Возраст от 18 до 44 лет, подписание информированного согласия, ИМТ более 30 кг/м², отсутствие соматической патологии.

Критерии включения для лиц группы контроля. Возраст от 18 до 44 лет, подписание информированного согласия, нормальная масса тела (ИМТ 18,5–24,9 кг/м²), отсутствие соматической патологии.

Критерии невключения. Острые воспалительные заболевания в течение последнего месяца, применение препаратов, влия­ющих на микробный состав и моторику кишечника за последние 3 месяца, беременность/лактация, злоупотребление алкоголем.

Каждому участнику предоставлялась для самостоятельного заполнения анкета, специально разработанная под цели и задачи данного исследования. Всем участникам исследования проводились антропометрические обследования.

Биохимическое обследование включало в себя определение общего холестерина (ОХ), липопротеидов высокой плотности (ЛПВП), липопротеидов низкой плотности (ЛПНП), липопротеидов очень низкой плотности (ЛПОНП), триглицеридов (ТГ), уровня глюкозы, СРБ. Исследование биохимических показателей проводилось на биохимическом анализаторе BS-380 Mindray (Китай). Уровень гликированного гемоглобина определяли с использованием реагента EKF-diag­nos­tic GmbH (Германия) на анализаторе Quo-Lab Analyser System (Германия). Уровень инсулина выявляли с использованием набора реактивов для ИФА фирмы ЗАО «ДРГ Техсистемс» (Россия). Всем исследуемым проводился расчет индексов инсулинорезистентности (HOMA-IR) и оценки функцио­ни­рования b-клеток (HOMA-b). Оценка состояния микробиоты толстой кишки проведена методом полимеразной цепной реакции в режиме реального времени (ПЦР-РВ) с применением набора реактивов «Колонофлор-16 (премиум)» (ООО «АльфаЛаб», Россия) с флуоресцентной детекцией результатов амплификации BioRad CFX96 (США). Анализы выполнены на базе клинико-биохимической лаборатории Университетской многопрофильной клиники ФГБОУ ВО «Тюменский ГМУ» Минздрава России (зав. лабораторией – канд. мед. наук Н.Ю. Южакова).

Настоящее исследование проведено в соответствии с протоколом, одобренным комитетом по этике при ФГБОУ ВО «Тюменский ГМУ» Минздрава РФ от 13 марта 2023 г.

Для статистических расчетов использован пакет прикладных программ Microsoft Exel 2010, IBM SPSS Statistics 26.0. Данные представлены в виде медианы и интерквартильного размаха (Ме [Q₂₅; Q₇₅]) с использованием критериев Манна – Уитни и Краскела – Уоллиса. Для оценки и выявления связей между переменными применяли метод ранговой корреляции Спирмена. При множественных сравнениях использовали поправку Бонферрони. Результаты оценивались как статистически значимые при уровне р < 0,05.

Результаты и их обсуждение

Средний возраст пациентов группы «МС-» составлял 25 [22; 31] лет, пациентов с «МС+» 32,5 [25; 40] г. (р = 0,002). Средний возраст группы контроля – 29 [26; 34] лет, статистически значимо не отличался от группы «МС+» и «МС-» (р = 0,310 и р = 0,100 соответственно). Участники исследования всех трёх групп достоверно не отличались по половому признаку. Пациенты с ожирением, составляющие группы «МС-» и «МС+» статистически значимо не отличались по ИМТ (р = 0,848), ОТ (у мужчин р = 0,898, у женщин р = 0,225), ОБ (у мужчин р = 0,976, у женщин р = 0,513), уровню систолического АД (р = 0,506), и диастолического АД (р = 0,319), но статистически значимо отличались от группы контроля по всем перечисленным параметрам.

По уровню ОХ группы «К», «МС-» и «МС+» не имели статистически значимых различий (р = 0,310). Уровень ЛПНП статистически значимо не отличался в группах «МС-» и «МС+» (р = 0,413), однако был статистически выше в группе «МС-» (р = 0,016) и «МС+» (р = 0,001), по сравнению с группой «К». Все три группы статистически значимо отличались друг от друга по уровню ЛПОНП, ЛПВП, ТГ, а также индексу АТГ (р = < 0,001). Таким образом, у пациентов с метаболически нездоровым фенотипом ожирения выявлялся наиболее атерогенный профиль липидов плазмы, характеризующийся достоверным повышением ХС ЛПНП, ХС ЛПОНП, ТГ и АТГ индекса, а также значимым снижением ХСЛПВП. Уровень глюкозы статистически значимо отличался в группах «К» и «МС+» (р < 0,001), «МС-» и «МС+» (р = 0,015), в группах «К» и «МС-» статистически значимых различий выявлено не было (р = 0,140). Уровни инсулина, расчетных индексов HOMA-IR, HOMA-b, а также СРБ статистически значимо различались между группами «К» и «МС-» (р < 0,001), «К» и «МС+» (р < 0,001), в то время как различия между группами «МС-» и «МС+» были статистически незначимы. Однако необходимо отметить отчетливую тенденцию к повышению уровня инсулина, индекса HOMA-IR и HbA1C в группе лиц «МС+».

При анализе микробиоты кишечника, обнаружены различия в зависимости от метаболического статуса у лиц с ожирением (таблица). При сопоставлении микробиоты групп «К» и «МС+» выявлено, что F. nucleatum (семейство Fusobacteriaceae) статистически чаще обнаруживался у пациентов с «МС+» (40,5 %), по сравнению с лицами из группы «К» (10,3 %) (р = 0,018). Известно, что Fusobacterium spp. синтезируют значительное количество бутирата, являющегося основным источником энергии для колоноцитов, с другой же стороны, F. Nuclea­tum является мощным провоспалительным и протуморогенным агентом [5] за счет усиления секреции цитокинов, таких как IL-1b,
IL-6 и IL-17, повышения экспрессии различных TLRs, активации сигнального пути STAT3 (англ. signal transducer and activator of tran­scription 3, трансдуктор сигнала и активатор транскрипции 3), усиления пролиферации CD4 ⁺ Т-клеток и дифференцировки в Th-1 и Th-17 [6]. Данный микроорганизм способен нарушать целостность эпителиального барьера и увеличивать кишечную проницаемость за счет подавления экспрессии белков плотных контактов – zonula occludens-1 (ZO-1) и окклюдина, которые являются маркерами барьерной функции слизистой оболочки кишечника. Между группами имеются отличия в частоте встречаемости A. muciniphila (семейство Akkermansiaceae) (р = 0,013). Хотя различия в распространенности ее в группах «К» и «МС-» (р = 0,171), а также «МС-» и «МС+» (р = 0,165) недостоверны, статистическую значимость между группами «К» и «МС+» рассчитать не удалось вследствие недостаточной выборки. Однако A. mucini­phila является важным видом, способным поддерживать барьерную функцию кишечника, тем самым снижая его проницаемость и транслокацию антигенных структур [7]. Поэтому данный вид в плане метаболических нарушений заслуживает дальнейшего изучения.

При количественной оценке уровня микроорганизмов отмечалось статистически значимое снижение бактерий рода Bifi­do­bac­terium (семейство Bifido­bacteria­ceae) (p = 0,040) в группе «МС+». Как показано в многочисленных исследованиях на животных, представители рода Bifidobac­te­rium обладают выраженным противовоспалительным действием за счёт способности синтезировать антибактериальные пептиды –бактериоцины, линолевую кислоту, ацетат. Исследования, проведенные на животных, показали, что добавление Bifidobacterium spp. снижает бактериальную транслокацию, приводя тем самым к уменьшению эндотоксемии, нормализации метаболических параметров [8]. В рандомизированном параллельном двойном слепом плацебоконтролируемом исследование с участием лиц с абдоминальным ожирением Anna Pedret и соавт. показали, что приём Bifidobacterium Animalis subsp. приводил к уменьшению окружности талии, соотношения окружности талии к росту, индекса конусности, индекса массы тела [9]. В группе «МС+» обнаружено также статистически значимое снижение еще одного рода бактерий Prevotella (семейство Prevotellaceae) (р = 0,036). Данные бактерии участвуют в обеспечении целостности кишечного барьера, что связано с их способностью разрушать муцины, которые составляют слой слизистой оболочки, окружающий стенки пищеварительного тракта. В то же время бактерии этого рода обладают провоспалительными свойствами, реализующимися через способность стимулировать выработку провоспалительных цитокинов IL-8, IL-6 эпителиальными клетками [10].

 

Сравнение количественных показателей филотипов микроорганизмов в кале здоровых лиц и пациентов с учетом метаболического здоровья (Me [Q₁; Q₃])

Филотипы, количественные показатели	Контроль, n = 31	«МС-», n = 43	«МС+», n = 44	p
Общая бактериальная масса	1 · 1013 [4 · 1012; 3 · 1013 ]	1 · 1013 [3 · 1012; 4 · 1013 ]	1 · 1013 [2 · 1012; 4 · 1013 ]	0,840
Lactobacillus spp.	1 · 107 [5 · 106; 3 · 107 ]	9 · 106 [2 · 106; 3 · 107 ]	4 · 106 [3 · 105; 2 · 107 ]	0,331
Bifidobacterium spp.	3 · 1010 [1 · 109; 1 · 1011 ]	2 · 1010 [4 · 109; 2 · 1011 ]	5 · 109 [4 · 108; 4 · 1010 ]	0,022 Рк–мс- = 1,000 Рк–мс+ = 0,078 Рмс–мс+ = 0,040
Escherichia coli	2 · 108 [4 · 107; 7 · 108 ]	6 · 108 [1 · 108; 2 · 109 ]	3 · 108  [2 · 107; 2 · 109 ]	0,170
Bacteroides spp.	1 · 1013  [4 · 1012; 2 · 1013 ]	1 · 1013 [3 · 1012; 3 · 1013 ]	1 · 1013  [2 · 1012; 3 · 1013 ]	0,928
Faecalibacterium prausnitzii	8 · 1011 [1 · 1011; 2 · 1012 ]	3 · 1011 [1 · 1011; 1 · 1012 ]	9,5 · 1010 [7 · 109; 4 · 1011 ]	0,003 Рк–мс-  = 1,000 Рк–мс+ = 0,006 Рмс–мс+ = 0,030
Eubacterium rectale	8 · 109 [4 · 108; 4 · 1010]	1 · 1010 [1,5 · 109; 1 · 1011]	3 · 109 [8,5 · 107; 5 · 1010]	0,171
Acinetobacter spp.	8,5 · 106 [2 · 106; 3 · 107]	2 · 107 [3 · 106; 7 · 107]	6 · 106 [2 · 106; 5 · 107]	0,294
Roseburia inulinivorans	7 · 109 [1 · 108; 2 · 1010]	7 · 109 [5 · 108; 2 · 1010]	2 · 109 [3 · 107; 2 · 1010]	0,192
Prevotella spp.	3 · 107 [4 · 106; 4 · 1010]	3 · 1010 [1 · 109; 1 · 1012]	1 · 109 [4 · 106; 2 · 1011]	0,004 Рк–мс-  = 0,006 Рк–мс+ = 0,374 Рмс–мс+ = 0,036
Bacteroides thetaomicron	2 · 1010 [4 · 108; 4 · 1010]	7 · 109 [7 · 108; 2 · 1010]	3 · 109 [2 · 108; 2 · 1010]	0,654
Ruminococcus spp.	2 · 108 [3,5 · 106; 1 · 109]	1,5 · 108 [1 · 107; 3,5 · 109]	2 · 108 [9 · 106; 3 · 109]	0,743
Streptococcus spp.	6,5 · 106 [4 · 105; 4 · 107]	3,5 · 107 [4 · 106; 8 · 108]	7 · 106 [1 · 106; 1 · 108]	0,085
Blautia spp.	2 · 107 [2 · 106; 2 · 108]	1 · 108 [6 · 107; 2 · 109]	1 · 108 [3 · 107; 4 · 109]	0,313
Enterobacter spp.	4 · 107 [4 · 105; 2 · 108]	2 · 107 [5 · 106; 2 · 108]	5 · 106 [8 · 105; 4 · 107]	0,424
Staphylococcus aureus	2,5 · 106 [1 · 106; 1 · 107]	1,65 · 107 [1,5 · 106; 8,5 · 107]	4,5 · 106 [1,5 · 106; 8,5 · 106]	0,752
Parvimonas micra	2,5 · 108 [7,5 · 105; 4,5 · 1016]	3 · 106 [9 · 105; 1 · 1011]	3 · 106 [1 · 106; 1,7 · 108]	0,987
Fusobacterium nucleatum	2 · 105 [2 · 105; 7 · 106]	1 · 106 [5 · 105; 4 · 106]	8 · 105 [3 · 105; 3 · 106]	0,578
Escherichia coli enteropathogenic	1,2 · 104 [4 · 103; 2 · 104]	2 · 106 [7 · 105; 2 · 106]	3 · 104 [2 · 103; 1 · 108]	–
Akkermansia muciniphila		1 · 1010 [3 · 106; 4 · 1010]	–	–

 

В группе лиц «МС+», достоверно снижено количество Faecalibacterium prausnitzii (F. prau) (р = 0,030) (семейство Rumino­co­ccaceae). Количество F. prau было также ниже, по сравнению с таковым в группе контроля (р = 0,006). Как известно, F.prau  является одной из основных бактерий, продуцирующей бутират, с чем связывают ее выраженные противовоспалительные свойства. В частности, противовоспалительный эффект был продемонстрирован в клетках Caco-2 в исследовании Сокола и соавт. у мышей с индуцированным колитом [11]. Метаболиты, секретируемые F.prau, блокировали активацию ядерного фактора «каппа-би» (NF-κB) и снижали выработку провоспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухоли (TNF)-α, интерлейкины IL-12 и IL-8, в то же время стимулируя секрецию противовоспалительного IL-10. В исследовании Furet и соавт. [12] показана устойчивая корреляция между F. prau и вялотекущим воспалением, которая демонстрировала отрицательную взаимосвязь с сывороточными концентрациями циркулирующих воспалительных маркеров, таких как С-реактивный белок (CRP) и IL-6. Кроме того, F. prau играют важную роль в системе целостности кишечного барьера путём поддержания белков плотных контактов, стимуляции экспрессии ZO-1 и пролиферации эпителиальных клеток толстой кишки [13].

При проведении корреляционного анализа выявлены многочисленные взаимосвязи определенных микроорганизмов с антропометрическими, биохимическими параметрами и анамнестическими данными. Обнаружена отрицательная корреляция общей бактериальной массы (r = -0,336; p = 0,030), Lactobacillus spp. (r = -0,365; p = 0,018), E. сoli (r = -0,310; p = 0,046), Bacteroides (r = -0,305; p = 0,050), Acinetobacter (r = -0,469; p = 0,002), положительная корреляция S. aureus (r = 0,614; p = 0,034) и P. micra (r = 0,715; p = 0,046) с возрастом. Эти данные можно считать косвенным подтверждением гипотезы уменьшения разнообразия и активных свойств микробиоты с увеличением возраста пациентов.

Качественный и количественный состав филумов микробиоты демонстрировал тесные корреляционные зависимости с антропометрическими параметрами у пациентов с ожирением. Так, с ИМТ были выявлены положительные корреляционные взаимосвязи с Bifidobacterium (r = 0,375; p = 0,014), Bacteroides (r = 0,310; p = 0,045), Acinetobacter (r = 0,342; p = 0,027), и отрицательная корреляция – с F. nucleatum (r = -0,522; p = 0,031). Величина ОТ положительно коррелировала с Lactobacillus spp. (r = 0,328; p = 0,034), Bifidobacterium spp. (r = 0,412; p = 0,007), отрицательная корреляционная взаимосвязь была обнаружена с Ruminococcus spp. (r = -0,387; p = 0,031). Величина ОБ положительно коррелировала с общей бактериальной массой (r = 0,368; p = 0,017), Lactobacillus spp. (r = 0,387; p = 0,011), Bifidobacterium spp. (r = 0,443; p = 0,003), Bacteroides spp. (r = 0,335; p = 0,030), B. thetaomicron (r = 0,359; p = 0,029), Acinetobacter spp. (r = 0,388; p = 0,011), E. rectale (r = 0,316; p = 0,047).

Определяющую роль грудного вскармливания на формирование качественного и количественного состава микробиоты подтверждало наличие отрицательных корреляционных зависимостей с Lactobacillus spp. (r = -0,335; p = 0,035), B. thetaomicron (r = -0,356; p = 0,036), F. nucleatum (r = -0,573; p = 0,026). В ходе исследования также установлены положительная корреляция Blautia spp. с уровнем глюкозы (r = 0,419; p = 0,041), E. rectale с инсулином (r = 0,357; p = 0,024) и индексом НОМА-IR (r = 0,343; p = 0,030), а также Streptococcus spp. с продолжительностью ожирения (r = 0,537; p = 0,004).

Значимые корреляции были обнаружены с показателями липидного обмена: так, S. aureus положительно коррелировал с ТГ (r = 0,749; p = 0,005), ЛПВП (r = 0,597; p = 0,040) и ЛПОНП (r = 0,749; p = 0,005).
M. Smithii – с ЛПВП (r = 0,810; p = 0,015). Отрицательные корреляционные зависимости были выявлены у Acinetobacter spp. с ОХ (r = -0,319; p = 0,039) и ТГ (r = -0,316; p = 0,042), а также Streptococcus spp. с ОХ (r = -0,402; p = 0,038). Заслуживают также внимания выявленные корреляционные зависимости такого важного фактора, характеризующего воспаление, как СРБ. При анализе выявлена положительная корреляция СРБ с ИМТ (r = 0,317, р = 0,036), а также СРБ с Acinetobacter spp. (r = 0,314; p = 0,043).

Выводы

Микробиота толстого кишечника у пациентов с ожирением характеризуется изменениями провоспалительного характера.
В наибольшей степени эти изменения свойственны для метаболически нездорового фенотипа ожирения. В частности, в группе «МС+», по сравнению с лицами из группы «К», статистически чаще выявляются F. nucleatum (семейство Fusobacteriaceae) (40,5 %). Кроме того, в группе «МС+», по сравнению с группой «МС-», отмечалось статистически значимое снижение бактерий родов Bifidobacterium (семейство Bifidobacteriaceae), Prevotella (семейство Prevotellaceae). На уровне вида в группе лиц «МС+» достоверно снижено количество F. prau (семейство Ruminococcaceae). Были выявлены корреляции представителей микрофлоры с возрастом, ИМТ, ОТ, ОБ, продолжительностью грудного вскармливания, показателями углеводного (глюкоза, инсулин, индекс НОМА-IR), липидного (ОХ, ТГ, ЛПОНП, ЛПВП) обмена, СРБ.

Очевидно, необходимы дальнейшие исследования для определения механизмов, лежащих в основе влияния бактериально-грибковых ассоциаций на обмен веществ у лиц с ожирением, поскольку эти механизмы, вероятно, играют ключевую роль в развитии метаболических заболеваний.

 

¹ World Obesity Atlas. World Obesity Federation; 2022, available at: https://www.worldobesity.org/resources/resource-library/world-obesity-atlas-2022

Об авторах

Т. С. Душина

Тюменский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: dr.dushina@mail.ru

ассистент кафедры терапии с курсами эндокринологии, функциональной и ультразвуковой диагностики

Россия, Тюмень

С. М. Кляшев

Тюменский государственный медицинский университет

Email: dr.dushina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7739-3859

доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой терапии с курсами эндокринологии, функциональной и ультразвуковой диагностики

Россия, Тюмень

Л. А. Суплотова

Тюменский государственный медицинский университет

Email: dr.dushina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9253-8075

доктор медицинских наук, профессор кафедры терапии с курсами эндокринологии, функциональной и ультразвуковой диагностики

Россия, Тюмень

Е. Ф. Дороднева

Тюменский государственный медицинский университет

Email: dr.dushina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7203-5729

доктор медицинских наук, профессор кафедры факультетской терапии

Россия, Тюмень

М. В. Николенко

Тюменский государственный медицинский университет

Email: dr.dushina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1099-0656

доктор медицинских наук, профессор кафедры микробиологии, заведующая лабораторией микробиома, регенеративной медицины и клеточных технологии Университетского НИИ биомедицины и медицинской биотехнологии

Россия, Тюмень

Список литературы

Дополнительные файлы