Чревен микробиом и затлъстяване при деца

Е. Вучкова,  А. Куков, А. Гончаров, А. Гьошева, А. Сяров, И. Иванова, Р. Въжарова, Е. Кьолеян, И. Алтънкова, Й. Узунова

Медицински факултет, СУ „Св. Климент Охридски“, УМБАЛ „Лозенец“

 

________________________________________________________________________________________________________________

Резюме: През последните десетилетия затлъстяването се превърна в сериозен здравен проблем и придоби пандемичен характер както при възрастните, така и при децата. То води до краткосрочни и дългосрочни последствия върху здравето на човека. Множество проучвания целят откриването на причините за затлъстяването в детската възраст.

Чревният микробиом (ЧМ) изпълнява редица жизненоважни функции, свързани с процесите на храносмилане и метаболизъм, продукцията и резорбцията на витамини, както и модулирането на локалния и системен имунитет. В научната литература се публикуват данни за връзката между ЧМ, затлъстяването, инсулиновата резистентност и метаболитния синдром. Съставът на ЧМ и неговото многообразие биха могли да се използват при диагностиката, лечението и профилактиката на затлъстяването при децата.

Ключови думи: чревен микробиом, метаболитни нарушения, затлъстяване

_________________________________________________________________________________________________________________

Gut Microbiome and obesity in children

Vuchkova, A. Kukov, A. Goncharov, A. Gyosheva, A. Syarov, I. Ivanova, R. Vajarova, E. Kyolean, I. Altankova, Y. Uzunova

Medical faculty, SU “St. Kliment Ohridski”, University Hospital “Lozenetz”

Аbstract: In the last few decades obesity has become a serious health problem with pandemic spread, both in children and in adults. It leads to short-term and long-term consequences upon the health of a person. Multiple studies aim to find the reasons for obesity in children.

Gut microbiota (GM) fulfills a couple of vital functions interconnected with the processes of digestion and metabolism, production and resorption of vitamins and modulation of the local and systemic immunity. Scientific literature reports a connection between GM, obesity, insulin resistance and metabolic syndrome. The contents of the GM and its diversity could be used in diagnostics, treatment and prophylaxis of obesity in children.

Key words: gut microbiome, metabolic disorders, obesity

__________________________________________________________________________________________________________________

Въведение

През последните десетилетия затлъстяването стана сериозен здравен проблем и придоби пандемичен характер, както при възрастните, така и при децата. Затлъстяването в детската възраст може да доведе до тежки нарушения във функциите на детския организъм, а е и с доказано влияние за развитието на затлъстяване у възрастния индивид. Етиологията на затлъстяването се свързва с много фактори, включително генетично предразположение, намалена физическа активност, прекомерен прием на храна, фактори на околната среда и др.

 

Чревна микробиота и микробиом

Нов интерес в изследователите предизвиква съставът на чревната микробиота (ЧМ). ЧМ е комплекс от многобройни и разнообразни микроорганизми (бактерии, вируси, медицински гъбички, архаи и паразити), обитаващи чревния тракт на човешкия организъм и създали взаимоотношения на симбиоза със своя гостоприемник [1]. Чревният микробиом в тесен смисъл на думата е генетичният материал на микробиота, докато в широк смисъл представлява съвкупност от всички микроорганизми (микробиота) заедно с техните гени, метаболити и сигнални молекули, които живеят в „нестерилната страна“ на човешкото тяло.  Впечатляващ факт е огромното количество клетки на чревната микробиота – около 100 трилиона микроорганизми, докато клетките на човешкото тяло са приблизително 10 пъти по-малко. Многобройните анализи на ЧМ разкриват огромното й разнообразие и динамичност както на популационно, така и на индивидуално ниво [4-6]. ЧМ на здрави индивиди е съставена от микробни видове и подвидове от над 17 бактериални фили, принадлежащи към Firmicutes (>70%), Bacteroidetes (>30%), Proteobacteria (<5%), Actinobacteria (<2% ), Fusobacteria, Verrucomicrobia (<1%) и др. [6-8]. Разнообразието в микробиома при отделните индивиди зависи от редица външни и вътрешни фактори като: възраст, прием на медикаменти, диета, начин на живот, стрес и др. [9].

 

Нови данни за ролята на чревния микробиом

Международните научни среди понастоящем изучават ЧМ като една от причините за възникването на редица здравословни проблеми като затлъстяване, метаболитен синдром, захарен диабет тип 2, улцерозен колит, болест на Crohn, синдром на раздразненото черво; чернодробни, бъбречни, ставни и сърдечни нарушения, както и участието му при астма, атеросклероза, аутизъм, алергични, имунологични и неврологични заболявания. Все повече проучвания показват, че нарушенията в бактериалната хомеостаза могат да се свържат с различни социално значими заболявания. Промяната в броя и видовата принадлежност на бактериите в чревната микробиота е добре позната като дисбиоза. Тя се характеризира с по-малко разнообразие на таксоните, увеличаване на потенциално патогенните и намаляване на полезните видове бактерии в сравнение със здравата микробиота [10]. Дисбиозата, променяйки метаболизма на микробиома и следователно и метаболизма на гостоприемника, повлиява не само възпалителния отговор и имунните реакции при човека, но допринася и за метаболитни нарушения [11].

 

Чревната микробиота в индивидуалното развитие и ролята й в метаболизма

Човешкият интестинален тракт се колонизира веднага след раждането и ЧМ играе съществена роля за поддържане на здравето на новороденото. В първите месеци от живота на детето в микробиома преобладават видовете Bifidobactrium, както и някои представители на Bacteroidetes и Firmicutes [12]. Предполага се, че детската микробиота започва да се доближава до тази на възрастния организъм на около 2- до 4-годишна възраст, като се счита, че тази трансформация е продължителен и плавен процес [13].

ЧМ изпълнява редица жизненоважни функции, свързани с процесите на храносмилане и метаболизъм (вкл. правейки възможен метаболизма на несмилаемите хранителни вещества), продукцията и резорбцията на витамини, както и модулирането на локалния и системен имунитет [2, 3]. ЧМ е фактор в контрола на телесното тегло – чрез участието й в енергийната хомеостаза. ЧМ увеличава васкуларизацията на чревните вили, което води до подобрена абсорбция на хранителни вещества. През 2004 г. Backhet et al. за първи път изследват способността на чревната микробиота да съхранява енергия от хранителните вещества и показват как в икономически развитите западни общества, където храната е с високо съдържание на калории, тази полза става вреда [9]. Следват многобройни проучвания, които все още дават противоречиви резултати за това каква е качествената и/или количествена разлика между ЧМ на затлъстели индивиди и на тези с нормално тегло. При дисбиоза се стимулира образуването на късоверижни мастни киселини, които влияят на продукцията на холестерол от мастни киселини в черния дроб – те стимулират и усвояването на енергията, натрупването на мазнини и увеличаването на индекса на телесната маса (BMI). Дисбиозата допринася за развитието на затлъстяването и метаболитния синдром чрез повишени микробни липополизахариди и чрез поява на метаболитна ендотоксемия, която индуцира и поддържа нискостепенно възпаление [14].

 

Участие на чревния микробиом в патогенезата на метаболитните нарушения и затлъстяването при деца

Проучвания на връзката между ЧМ, затлъстяването, инсулиновата резистентност и метаболитния синдром показват сложно взаимодействие между диетичния режим, генетичните особености на пациента и динамичните промени в състава на микробиома [15, 16, 17]. Затлъстяването при децата и ролята на ЧМ при развитието му се изучава активно – както ролята на ЧМ в енергийно-хуморалните процеси в детския организъм, така и промените, които могат да доведат до прекомерно съхранение на енергия. Наблюдаваната дисбиоза при деца с по-висок BMI се изразява в намалено разнообразие в състава на ЧМ и наличие на микроорганизми с проинфламаторен потенциал. При по-слаби индивиди се идентифицира многообразие от микроорганизми, корелиращи с противовъзпалителен отговор. Предполага се, че промяната в съотношението между двата преобладаващи типа микроорганизми – Firmicutes и Bacteroides, се включва в патофизиологията на затлъстяването [18]. Установено е, че някои бактериални видове от Firmicutes се свързват с повишеното производство на енергия от ферментация в дебелото черво [19]. В допълнение, някои изследвания показват, че това съотношение е с висока стойност при затлъстяване и се посочва като водещо, независимо от количеството и енергийния баланс на приеманата храна [20]. Други автори обаче не могат да установяват разлика в съотношението Firmicutes/Bacteroidetes, като някои от тях дори посочват намалено съотношение при пациентите със затлъстяване [21]. Mbakwa et al. в голямо популационно проучване за връзката между детската чревна микробиота и телесното тегло отчитат положителна връзка между наднорменото тегло и наличието на Streptococcus bovis, докато други бактериални групи (Sutterella wadsworthensis, Marvinbryantia formatexigens, Prevotella melanogenica, Burkholderia, Clostridiales II, Akkermansia) са в отрицателна връзка [22]. Eubacterium rectale group (към която принадлежат и някои видове Roseburia) включва голяма група бактерии, принадлежащи към Firmicutes, които са производителите на късо верижни мастни киселини (SCFA). Увеличаване на количеството на Eubacterium rectale group e установено при пациенти със затлъстяване и метаболитни заболявания, свързани с наднормено тегло, но количеството им значително намалява при въвеждане на ниско калорийна диета и физически упражнения [11]. Bacteroides spp. са основна част от тип Bacteroidetes, те участват в разграждането на захарите до полезни за човека продукти. Повечето проучвания показват, че едновременното нарастване на Eubacterium rectale group (Firmicutes) и намаляване на Bacteroides spp. (Bacteroidetes) се наблюдава при пациенти със затлъстяване [11, 12]. Bifidobacterium spp. са основна група бактерии в човешката гастроинтестинална флора, които са специализирани в разграждането на млечни и растителни олигозахариди. Тези бактерии съставляват голяма част от микробиотата на децата [11, 13], като се наблюдава и значителната им редукция при деца с наднормено тегло. В научната литература има данни за асоциации между конкретни бактерии и затлъстяването при деца, както и съпровождащите го процеси, напр. хронично чревно възпаление, докато за българските деца такива изследвания са оскъдни и е необходимо да се работи в тази насока [12].

 

Заключение

Чревната бактериална флора е свързана със затлъстяването в детската възраст и всички произтичащи от него усложнения. Съставът на чревната микробиота може да се използва при диагностиката, лечението и профилактиката на много социално значими болести при децата. Съобщенията в международната литература, както и нашите първоначални данни са интересни и предполагат допълнителни изследвания в тази област.

 

 Библиография

1. Кьолеян, Е. ревната микробиота – взаимовръзка с хранене и затлъстяване, стр. 49-61 в З. Савова, Ф. Н. Рибарова /Ред./ На учителя с признание и поклон. Колективна монография. Изд. МК „Й. Филаретова“ – МУ-София, 2019, 196, стр. 2.
2. Кьолеян, Е., Димитрова, Д., Иванова, Е., Камбурова, Г., Миланова, Е. Хранителни нарушения, чревна микробиота и затлъстяване. Летописи на Българската академия на науките и изкуствата. 2020, 7, 1: 70- 71.
3. Куков, А., Перухова, М., Алтънкова, И., Железова, Г., Въжарова, Р., Великова, Цв., Михова, А., Юрукова, Н., Панайотова, Г., Пешева-Секуловска, М., Сяров, А., Гончаров, А., Георгиева, Б., Узунова, Й. Чревен микробиом и чернодробна трансплантация. Медицински преглед, 57, 2021, N6.
4. Parks, D.H., C. Rinke, M. Chuvochina et al., Recovery of nearly 8,000 metagenome-assembled genomes substantially expands the tree of life, Nature Microbiology, vol. 2, no. 11, pp. 1533–1542, 2017.
5. Arumugam M., J. Raes, E. Pelletier et al., Enterotypes of the human gut microbiome, Nature, vol. 473, no. 7346, pp. 174–180, 2011.
6. Lloyd-Price J., A. Mahurkar, G. Rahnavard et al. Strains, functions and dynamics in the expanded Human Microbiome Project. Nature, vol. 550, no. 7674, pp. 61–66, 2017.
7. Lloyd-Price J., G. Abu-Ali, and C. Huttenhower. The healthy human microbiome. Genome Medicine, vol. 8, no. 1, p. 51, 2016.
8. Parks H., C. Rinke, M. Chuvochina et al., Recovery of nearly 8,000 metagenome-assembled genomes substantially expands the tree of life. Nature Microbiology, vol. 2, no. 11, pp. 1533–1542, 2017.
9. Bäckhed F. et al. The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004 Nov 2; 101(44):15718-23.
10. Hills RD Jr, BA Pontefract, HR Mishcon et al. Gut Microbiome: Profound Implications for Diet and Disease. Nutrients. 2019 Jul 16; 11(7):1613.
11. Belizário J., J. Faintuch, M. Garay-Malpartida.Gut Microbiome Dysbiosis and Immunometabolism: New Frontiers for Treatment of Metabolic Diseases. Mediators of Inflammation, vol. 2018, Article ID 2037838, 12 pages, 2018.
12. Houtman TA., A. Eckermann, Hauke Smidt & Carolina de Weerth. Gut microbiota and BMI throughout childhood: the role of firmicutes, bacteroidetes, and short-chain fatty acid producers. Scientific Reports. 2022, volume 12, Article number: 3140.
13. Hollister B., K. Riehle, A. Luna et al. Structure and function of the healthy pre-adolescent pediatric gut microbiome. Microbiome 3, 36 (2015).
14. Ley R., P. Turnbaugh, S. Klein et al.Human gut microbes associated with obesity. Nature444, 1022–1023, 2006 https://doi.org/10.1038/4441022a.
15. Ley E., P. Turnbaugh, S. Klein et al. Microbial ecology: human gut microbes associated with obesity. Nature, vol. 444, no. 7122, pp. 1022-1023, 2006.
16. Zeevi D., T. Korem, N. Zmora et al. Personalized nutrition by prediction of glycemic responses. Cell, vol. 163, no. 5, pp. 1079–1094, 2015.
17. Harley I. T. W. and C. L. Karp. Obesity and the gut microbiome: striving for causality. Molecular Metabolism, vol. 1, no. 1-2, pp. 21–31, 2012.
18. Riva A, F. Borgo, C. Lassandro et al. Pediatric obesity is associated with an altered gut microbiota and discordant shifts in Firmicutes populations. Environ Microbiol. 2017;19(1):95- 105
19. Finucane M, J. Sharpton, J. Laurent et al. A taxonomic signature of obesity in the microbiome? Getting to the guts of the matter. PLoS One. 2014 Jan 8; 9(1):e84689.
20. Turnbaugh P., M. Hamady, T. Yatsunenko et al. A core gut microbiome in obese and lean twins. Nature 457, 480–484 (2009).
21. Abenavoli L, E. Scarpellini, C. Colica et al. Gut Microbiota and Obesity: A Role for Probiotics. Nutrients. 5 2019; 11(11):2690. Published 2019, Nov 7.
22. Mbakwa A, A. Hermes, J. Penders et al. Gut Microbiota and Body Weight in School-Aged Children: The KOALA Birth Cohort Study. Obesity (Silver Spring). 2018 Nov; 26(11):1767-1776. doi: 10.1002/oby.22320.