кишкова

  • предметів
  • реферат
  • Передумови:
  • методи:
  • результати:
  • висновок:
  • вступ
  • Матеріали і методи
  • Дослідження населення
  • Оцінка збільшення ваги та ваги
  • Прийом клітковини та насичених жирних кислот
  • Аналіз мікробіоти
  • Статистичний аналіз
  • результат
  • Альфа-різноманітність
  • Достаток ОТУ, який пов’язаний з тривалим збільшенням ваги
  • обговорення

предметів

реферат

Передумови:

Поперечні дослідження дозволяють припустити, що мікроби в кишечнику людини відіграють певну роль у ожирінні, впливаючи на здатність людського організму добувати та зберігати калорії. Метою цього дослідження було оцінити, чи існує кореляція між змінами маси тіла з плином часу та складом мікробіомів кишечника.

методи:

Ми проаналізували дані послідовності генів 16S рибосомної РНК, отримані на зразках стільця від 1632 здорових жінок із TwinsUK, щоб вивчити зв'язок між мікробіомом кишечника, виміряним у поперечному перерізі, та збільшенням поздовжньої ваги (з урахуванням споживання калорій та базового індексу маси тіла). Споживання харчових волокон було досліджено як можливий модифікатор.

результати:

Менше половини змін у довготривалій зміні ваги було виявлено спадковими (h2 = 0,41 (0,41, 0,47)). Різноманітність мікробіоти кишечника негативно пов’язано з тривалим збільшенням ваги, тоді як воно позитивно корелювало із споживанням клітковини. Дев'ять бактеріальних оперативних таксономічних одиниць (ОТУ) були суттєво пов'язані із збільшенням ваги після коваріантного регулювання, сімейною спорідненістю та багаторазовим тестуванням (швидкість помилкового виявлення 1). З іншого боку, біологічні механізми, що підтримують довгострокове збільшення або втрату ваги, особливо стосовно однакова калорійність Деякі дослідження припускають, що генетичний внесок у збільшення ваги 2 та метаболічну ефективність 3 з часом, але також те, що генетичні фактори відіграють важливу роль у збільшенні ваги.

Традиційними факторами ризику ожиріння та збільшення ваги є надмірне споживання калорій, 4 низька фізична активність 5 та низька ефективність метаболізму. Дослідження на тваринах та дослідження спостережень у поперечному перерізі на людях також припустили роль складу мікробіомів кишечника, 7, 8, 9, 10, 11, зокрема відсутність мікробного різноманіття. 8

Термін мікробіом означає ДНК-матеріал мікробних спільнот тварини. У людей близько 100 трильйонів кишечника, які виробляють широкий спектр ферментів, хімічних речовин, гормонів та вітамінів і потенційно взаємодіють з їх організмами. У фізіологічних умовах існує баланс між кишковими бактеріями та господарем. Дослідження показали, що порушення цієї складної системи (дисбіоз) і низьке різноманіття видів пов’язані з ожирінням. 7, 12, 13 мишей, вільних від мікроорганізмів, які отримували мікробіотики, трансплантовані від донорів, що страждають ожирінням, набрали вдвічі більше ваги, ніж миші без мікроорганізмів, які отримували мікробіотики від поганих донорів. 9 Нещодавнє дослідження, проведене нашою групою у людей, показало, що присутність одного конкретного виду бактерій (Christensenellaceae) пов'язана з нижчим індексом маси тіла (ІМТ), і що введення цього мікроба мишам також призвело до нижчого збільшення ваги. 14

Дослідження показали, що найбільший вплив на мікробіом кишечника має їжа та здатність людини витягувати та зберігати калорії з їжі, оскільки жири принаймні частково впливають на кишкові мікроби. 9 Кишкові бактерії утворюють коротколанцюгові жирні кислоти шляхом ферментації харчових волокон, тим самим підвищуючи чутливість до інсуліну та окислення жирних кислот. 15 Тому ми припускаємо, що різноманітність мікробів може впливати на спостережуваний зв’язок між дієтою та збільшенням ваги.

Однак даних про вплив зміни ваги на людину небагато. Краще розуміння змін мікробіоти кишечника в поєднанні з харчовими звичками може надати інформацію про те, як мікробіотики кишечника сприяють набору ваги та чи можна їх використовувати як нову діагностичну, прогностичну та терапевтичну мішень на додаток до конкретних мікробів, які можуть бути пов'язані з ІМТ. Метою цього дослідження було оцінити зв'язок різноманітності мікробіомів кишечника у дорослих з 16 когорт TwinsUK та зміни ІМТ з часом.

Матеріали і методи

Дослідження населення

Студенти були зареєстровані близнюками у реєстрі TwinsUK, національному реєстрі дорослих близнюків, яких прийняли добровольцями, не обравши певної хвороби чи ознаки. 16 Усі усиновлені близнюки були однієї статі. Ми проаналізували дані 1632 жінок кавказького походження з ІМТ, які оцінювали в середньому через 9,09 (sd = 3, 45) роки, споживання калорій (отримане з опитувальників частоти їжі (FFQ)) та фізичну активність на вихідному рівні та дані про мікробіоми у моніторингу.

Дослідження було схвалено Комітетом NRES Лондон - Вестмінстер, і всі близнюки надали письмову письмову згоду.

Оцінка збільшення ваги та ваги

Зростання та вагу вимірювали за допомогою стандартних ваг удвічі в середньому 9,09 (sd = 3, 56) років. Значення ІМТ розраховували шляхом ділення ваги (у кг) на квадратний корінь (у метрах). Зміна ІМТ на рік була розрахована щодо віку, статі, вихідного ІМТ, споживання калорій (отриманих з FFQ) та фізичної активності. Фізичну активність вимірювали за допомогою анкети з запитом щодо рівня їх активності за шкалою Лікерта (відсутність, легка, середня та інтенсивна). Суб'єкти класифікувались на основі цих тетрилів. Групу із високим набором ваги визначали як верхню, а нижню - як нижню.

Прийом клітковини та насичених жирних кислот

Споживання їжі оцінювали на основі підтвердженого 131-бального FFQ. 17 Клітковина та насичені жирні кислоти (g день -1) були отримані з бази даних поживних речовин Великобританії 18, яка забезпечувала вміст їжі в некрохмальних полісахаридах (NSP), як визначено методом Englyst. 19 Зокрема, споживання клітковини та насичених жирних кислот оцінювали як частоту споживання кожної їжі, помножену на вміст поживних речовин у їжі для відповідного розміру порції. До аналізу споживання клітковини та насичених жирних кислот було відрегульовано до розрахункового споживання енергії (кілокалорій). 20

Аналіз мікробіоти

Статистичний аналіз

Спадковість зміни поздовжньої ваги оцінювали за допомогою програмного забезпечення MX 25, яке регулює вік, стать, куріння, споживання калорій та фізичну активність. Ми оцінили спадковість, використовуючи моделювання структурних рівнянь, щоб розділити спостережувану фенотипову дисперсію на три приховані джерела варіацій: адитивні генетичні варіації (A), спільні/загальні варіації навколишнього середовища (C) та незмінені/унікальні екологічні варіації (E). 25 Додаткові генетичні ефекти виявляються, коли однояйцеві близнюки більше схожі на двояйцевих близнюків. Спільна екологічна складова оцінює внесок сімейного середовища, який, як вважають, однаковий як у монозиготних, так і в дизиготних парах. 26 Унікальний компонент навколишнього середовища не сприяє схожості близнюків, а навпаки, оцінює ефекти, які стосуються лише кожної людини, і включає похибку вимірювання. Будь-яка більша подібність між однояйцевими близнюками, ніж двояйцеві, пов'язана з більшою часткою генетичних впливів. Спадщина визначається як частка фенотипових варіацій, пов'язаних з генетичним фактором, і визначається рівнянням h2 = (A)/(A + C + E).

Були проведені випадкові логістичні регресії для оцінки здатності мікробного різноманіття кишечника прогнозувати збільшення ваги. Коваріатами були вік, стать, куріння, споживання калорій, фізична активність, вихідний ІМТ та відомі стосунки. Ми повторили аналіз модифікації вищезазначених коваріатів, а також використання інгібіторів протонної помпи та антибіотиків.

Також були проведені лінійні регресії для визначення взаємозв'язку між харчовими волокнами та різноманітністю мікробів з урахуванням віку, ІМТ, споживання калорій, сімейних спорідненостей та багаторазового тестування.

Оскільки ми припустили, що мікробне різноманіття може вплинути на взаємозв'язок між харчовими волокнами та збільшенням маси тіла, ми повторили аналіз, розділивши вибірку між тими, що знаходяться на найвищій території різноманітності Шеннона (метрика, що відображає чисельність та однорідність видів) та тими, що знаходяться в нижньому третинному .

Логістичні регресії також використовувались для вивчення зв'язку між OTU та вагою, яка була скоригована на коваріати, відому спорідненість та множинні помилково позитивні тести.

Нарешті, ми проводимо частковий принаймні квадратний дискримінантний аналіз на OTU для виявлення наслідків збільшення ваги та втрати ваги на бактеріальну спільноту за допомогою пакету R MixOmics. Щоб уникнути перенаселеності, ми оцінили ефективність моделі, використовуючи десятикратну перехресну перевірку для обчислення площі під кривою оператора приймача.

результат

Демографічні характеристики досліджуваної популяції наведені в таблиці 1. Коротко, було 3718 осіб з довгостроковими даними ІМТ, і 1662 з них, переважно жінки з широким віковим діапазоном (20-74 роки на початковому рівні), мали дані про мікробіоми в наступні роки. вгору. Аналіз спадковості 25 (809 монозиготних пар і 1050 дизиготних пар) виявив, що поздовжня зміна ваги має спадщину (h 2) 0,41 (95% довірчий інтервал: 0,31, 0,47), що означає, що 59% рівнів її дисперсії не визначено . загальний генетичний компонент.

Стіл в натуральну величину

Потім ми продовжували досліджувати внесок різноманітності мікробіонів кишечника у цей фенотип.

Альфа-різноманітність

Особи в групі збільшення ваги мали значно меншу різноманітність (P 27

Споживання харчових волокон позитивно корелює зі ступенем різноманітності мікробів (Шеннон: бета (se) = 0,01 (0,004), P = 0,002; таблиця 2) і негативно пов’язаний з ризиком участі у групі з високим збільшенням ваги (коефіцієнти ймовірності (АБО) )) (se) = 0,977 (0,96 - 0,99), P = 0,007; Малюнок ла). Асоціація зберігається навіть після коригування споживання насичених жирів (АБО = 0,978 (0, 96–0, 99), Р = 0,03).

Графічний графік, що показує взаємозв'язок між споживанням клітковини та збільшенням/втратою ваги ( a ) загалом, ( b ) для осіб нижчого третинного рівня індексу різноманітності Шеннона та ( c ) у верхньому третиннику індексу різноманітності Шеннона. Також показані ОР для збільшення ваги на грам на день споживання клітковини.

Повнорозмірне зображення

Стратифікуючи вибірку між тими, хто знаходиться у верхній третині різноманітності Шеннона, і у нижній третині, ми виявили, що споживання харчових волокон було пов’язано з меншим збільшенням ваги у осіб з великим розмаїттям кишкової мікробіоми (OR = 0,954 (0,92-0,98, 98 ), P = 0,003; Рисунок 1c). Подібний, хоча і не суттєвий, ефект спостерігався у осіб групи низької в'язкості мікробіома (OR = 0,977 (0,94-1,01), P = 0,16). Зв'язок між дієтою на клітковині та різноманітністю мікробіомів залишався значним після коригування загального споживання насичених жирів (бета = 0,012 (0,005), Р = 0,02) і аналогічним чином після коригування споживання білка (бета = 0,014 (0, 0046), Р = 0,002) . Ми не виявили жодної зв'язку між загальним споживанням білка та різноманітністю мікробіонів (бета = −0, 002 (0, 002), P = 0, 34).

Достаток ОТУ, який пов’язаний з тривалим збільшенням ваги

Ми виявили дев'ять OTU, які суттєво пов'язані з поздовжнім збільшенням ваги після коваріантного регулювання та багаторазового тестування, використовуючи швидкість помилкового виявлення

a ) Частковий графік з частковим дискримінантним аналізом на основі відносної кількості ОТУ в мікробіоти кишечника та їх зв’язку із збільшенням ваги та втратою ваги. b ) Діаграма навантаження з частковим дискримінантним аналізом на основі відносної кількості ОТУ в мікробіоти кишечника та їх зв’язку із збільшенням ваги та втратою ваги. OTU з ефектом змінної проекції (VIP)> 1 відображаються та кольорові відповідно до їх сімейства.

Повнорозмірне зображення

обговорення

У найбільшому на сьогоднішній день дослідженні ми продемонстрували вплив різноманітності мікробіомів кишечника та споживання харчових волокон на тривалий приріст ваги. Ми показали, що довгостроковий приріст ваги лише частково визначається генетичним складом людини, і що низька різноманітність мікробіомів кишечника пов’язана з вищим збільшенням ваги з часом. Наші результати щодо довгострокового збільшення ваги узгоджуються з кількома дослідженнями, які надали докази зв'язку між мікробіомом кишечника та вимірами маси тіла в поперечному перерізі. 7, 12, 13

Ми повідомляємо, що різноманітність мікробів може вплинути на спостережуваний зв’язок між дієтою та збільшенням ваги. Коли ми стратифікували вибірку між тими, хто належав до верхнього третинного різноманіття Шеннона, і тими, що належать до нижнього третинного рівня, ми виявили, що споживання клітковини суттєво асоціюється зі зниженим ризиком потрапляння до групи високого набору ваги серед осіб із групою високого мікробного різноманіття, але не у людей з низьким мікробним різноманіттям.

Ми також виявили, що дев'ять ОТУ суттєво пов'язані із збільшенням ваги. Пристосування інгібітора протонної помпи та антибіотиків не змінило результатів. Існують суперечливі дані про філогенетичні ознаки в кишечнику з ожирінням людини, багато досліджень пропонують і збільшують співвідношення твердих речовин: бактеріоридатів, 13, 32, 33, 34, деякі не демонструють жодної тенденції, а інші - протилежної. 35, 36, 37 Тут ми виявили, що з восьми ОТУ, які суттєво пов'язані з меншим ризиком набору ваги, сім належать до сімейства Firmicutes, багато з яких є частиною роду Ruminococcaceae. Припущення, що це співвідношення може бути не особливо інформативним щодо ролі мікробіому у визначенні маси тіла, вже висловлювались іншими. 38

Зв'язок між деякими видами Ruminococcaceae та меншим ризиком набору ваги та Bacteroids та вищим ризиком набору ваги може бути просто зумовлена ​​їх (або) позитивною та негативною кореляцією з мікробіологічним різноманіттям, хоча у двох випадках OTU залишаються пов'язаними з адаптацією різноманітності.

У мишей мікробіотики кишечника змінюються під час придушення ожиріння в холодному середовищі. Ruminococcaceae Adlercreutzia та Desulfovibrio 39 належать до числа бактерій, які ростуть під час цього процесу. Таким чином, не виключено, що Ruminococcaceae можуть бути функціонально пов’язані з худорлявим фенотипом, але необхідні подальші функціональні дослідження, щоб оцінити, чи це так.

У невеликому дослідженні, в якому брали участь 33 особи, що страждають ожирінням, були знайдені значні зміни мікробіом, включаючи зменшення Faecalibacterium prausnitzii, із втратою ваги через 4 місяці. 40 Однак ми не знаходимо жодної суттєвої зв'язку між Faecalibacterium prausnitzii та довгостроковою зміною ваги в наших даних, хоча ми виявляємо, що Faecalibacterium prausnitzii в поперечному перерізі корелює з нижчим ІМТ (бета (se) = −0,54 (0, 11), P = 1, 4 × 10 −6) відповідно до зв'язку між наявністю цього виду в кишечнику та ожирінням. Ми зазначили, що ми вивчали нормальну популяцію, а не групу ожиріння, і що це дослідження мало більшу вибірку та значно довший період спостереження. Однак це свідчить про те, що зміни мікробіому у відповідь на втрату ваги протягом короткого періоду часу (тобто 4 місяці) можуть не відображати відмінностей у складі мікробіомів, пов'язаних із меншим ризиком збільшення ваги протягом багатьох років.

Збільшення ваги не тільки в основному зумовлене генетичними факторами 1, але різноманітність мікробіом кишечника людини лише частково визначається генетичним складом господарів. Підраховано, що успадкування різноманітності мікробіонів кишечника коливається від 0, 30 до 0, 37, 21, що означає, що більше 60% варіацій мікробіологічного різноманіття визначається в навколишньому середовищі, і основна увага в майбутніх дослідженнях повинна бути спрямована на розуміння як збільшити мікробну різноманітність.

Наші результати також припускають, що сприятливий вплив клітковини на вагу може бути більш вираженим у осіб з вищим мікробним різноманіттям, хоча це може принаймні частково відображати той факт, що особи, які мають більше клітковини, мають більшу мікробну різноманітність. 41 Здоровий вплив різноманітного кишкового мікробіома на декілька фенотипів вже було продемонстровано на людях у різних умовах. Експериментальна робота на тваринах показала, що споживання клітковини зменшує енергетичну щільність раціону, а отримані коротколанцюгові жирні кислоти сприяють глюконеогенезу кишечника, виробленню інкретину та подальшому насиченню, тоді як коротколанцюгові жирні кислоти також постачають господаря енергією та сприяють ліпонегенезу. 43 Наші дані свідчать про те, що збільшення мікробного різноманіття може бути бажаним результатом саме по собі, і що вплив споживання клітковини на зменшення приросту ваги є більш вираженим у осіб з вищим мікробним різноманіттям.

Ми також зауважимо, що застосована тут норма волокна застосовувалася лише до загальної NSP, оскільки більш вичерпних показників не було. За даними Британського фонду харчування у Великобританії, середнє споживання NSP становить 12,8 г-1 для жінок та 14,8 г-день -1 із рекомендованим середнім споживанням для дорослих 18 г (NSP) на день. 47 За нашими даними, середнє споживання їжі становить 20 г NSP на день, що, відповідно, перевищує середній показник по країні та відповідає рекомендаціям Британської національної формули.

На закінчення, це дослідження є першим співвідношенням мікробного складу кишечника та різноманітності з довгостроковим (передбачуваним як кілька років) регулюванням ваги через споживання калорій. Це також одне з найбільших досліджень на сьогоднішній день, пов’язане ожиріння з мікробіомом у людей. Наші дані погоджуються з іншими дослідженнями, які підтверджують роль мікробного складу в кишечнику в регулюванні маси тіла людини, яка в основному визначається навколишнім середовищем і не залежить від споживання калорій. Оскільки кишковий мікробіом піддається модифікації, ми вважаємо, що ці результати повинні збільшити інтерес до зосередження мікробіома на втручаннях щодо контролю ваги та повинні підтримувати дослідження поздовжніх змін мікробіома в досить потужних дослідженнях.