Модуляція мікробіоти кишечника на тлі застосування цукрознижувальної терапії. Огляд літератури
DOI:
https://doi.org/10.30978/CEES-2022-1-68Ключові слова:
мікробіота кишечника, цукровий діабет 2 типу, пероральна антигіперглікемічна терапія, метформінАнотація
Проаналізовано сучасні дані літератури щодо значення якісних та кількісних змін складу кишкової мікробіоти у патофізіології дисметаболічних станів і пов’язаних з ними захворювань, а також щодо ролі кишкового дисбіозу в деяких випадках недостатньої ефективності антигіперглікемічної терапії. За даними літератури, мікробіотою кишечника може бути опосередкована значна частка антигіперглікемічної дії протидіабетичного засобу першої лінії — метформіну. Клінічні дослідження продемонстрували значний вплив терапії метформіном на склад кишкового мікробіому, що виявляється підвищенням величини співвідношення грампозитивних і грамнегативних бактерій, збільшенням кількості бактерій, що продукують бутират, регулюють кишкову проникність, слизоутворюючих та пробіотичних бактерій, зменшенніям чисельності умовно-патогенних збудників. Завдяки цьому у пацієнтів відзначено збільшення продукції коротколанцюгових жирних і жовчних кислот, зміцнення кишкового бар’єра та зменшення проникності кишечника, що знижує міграцію ліпополісахаридів, зменшує ендотоксемію, частоту запальних захворювань кишечника, а також сприяє підвищенню інсуліночутливості. Модуляція кишкового мікробіального профілю також бере участь у забезпеченні таких ефектів препаратів нової генерації (агоністів рецепторів глюкагоноподібного пептиду-1 та інгібіторів натрій-глюкозного котранспортера-2), як вазопротекція, запобігання розвитку ожиріння та хронічного запального стану.
Нові відкриття свідчать, що мікробіота кишечника відіграє важливу роль у розвитку ожиріння, метаболічного синдрому та ЦД 2 типу. Отже, розуміння того факту, що кишкова мікробіота є одним із ключових патофізіологічних механізмів у розвитку ЦД може допомогти розкрити механізми метаболічних і біологічних ефектів ПЦЗ, а також пояснити причини варіабельності терапевтичної відповіді та розвитку шлунково-кишкових ускладнень у деяких пацієнтів.
Посилання
IDF Diabetes Atlas / International Diabetes Federation. 8th ed. Brussels, Belgium; 2017. 43 p.
Zheng Y, Ley SH, Hu FB. Global aetiology and epidemiology of type 2 diabetes mellitus and its complications. Nat Rev Endocrinol. Feb 2018;14(2):88-98. doi: 10.1038/nrendo.2017.151.
Nathan DM, Zinman B, Cleary PA, et al. Research Group DCCT/ EDIC. Modern-day clinical course of type 1 diabetes mellitus after 30 years’ duration: the diabetes control and complications trial/epidemiology of diabetes interventions and complications and Pittsburgh epidemiology of diabetes complications experience (1983‒2005). Arch Intern Med. 2009 Jul 27;169(14):1307-16. doi: 10.1001/archinternmed. 2009.193.
Garber AJ, Abrahamson MJ, Barzilay JI, et al. Consensus statement by the american association of clinical endocrinologists and american college of endocrinology on the comprehensive type 2 diabetes management algorithm — 2019 executive summary. Endocr Pract. 2019 Jan;25(1):69-100. doi: 10.4158/CS-2018-0535.
Kahn SE, Haffner SM, Heise MA, et al. ADOPT Study Group. Glycemic durability of rosiglitazone, metformin, or glyburide monotherapy. N Engl J Med. 2006 Dec 7;355(23):2427-43. doi: 10.1056/NEJMoa066224.
Riedel AA, Heien H, Wogen J, Plauschinat CA. Secondary failure of glycemic control for patients adding thiazolidinedione or sulfonylurea therapy to a metformin regimen. Am. J. Manag. Care. 2007;13:457-63.
Rodbard HW, et al. Statement by an American Association of Clinical Endocrinologists/ American College of Endocrinology consensus panel on type 2 diabetes mellitus: an algorithm for glycemic control. Endocr. Pract. Sep-Oct 2009;15(6):540-59. doi: 10.4158/EP.15.6.540.
Harsch IA, Konturek PC. The role of gut microbiota in obesity and type 2 and type 1 diabetes mellitus: new insights into “Old” diseases. Med Sci. (Basel). Apr 2018;6(2):32. doi: 10.3390/medsci6020032.
Aydin Ö, Nieuwdorp M, Gerdes V. The gut microbiome as a target for the treatment of type 2 diabetes. Curr Diab Rep. 2018 Jun 21;18(8):55. doi: 10.1007/s11892-018-1020-6.
Shen J, Obin M, Zhao L. The gut microbiota, obesity and insulin resistance. Mol. Aspects Med. 2013 Feb;34(1):39-58. doi: 10.1016/j.mam.2012.11.001.
Proal AD, Lindseth IA, Marshall TG. Microbe-microbe and host-microbe interactions drive microbiome dysbiosis and inflammatory processes. Discovery Medicine. 2017 Jan;23(124):51-60. PMID: 28245427.
Ramnani P, Chitarrari R, Tuohy K, et al. In vitro fermentation and prebiotic potential of novel low molecular weight polysaccharides derived from agar and alginate seaweeds. Anaerobe. 2012 Feb;18(1):1-6. doi: 10.1016/j.anaerobe.2011.08.003.
Rattarasarn C. Dysregulated lipid storage and its relationship with insulin resistance and cardiovascular risk factors in non-obese Asian patients with type 2 diabetes. Adipocyte. 2018; (2):71-80. doi: 10.1080/21623945.2018.1429784.
Thursby E, Juge N. Introduction to the human gut microbiota. Biochemical Journal. 2017 May 16;474(11):1823-36. doi: 10.1042/BCJ20160510.
Yamane S, Inagaki N. Regulation of glucagon-like peptide-1 sensitivity by gut microbiota dysbiosis. J Diabetes Investig. 2018 Mar;9(2):262-4. doi: 10.1111/jdi.12762.
Okubo H, Nakatsu Y, Kushiyama A, et al. Gut microbiota as a therapeutic target for metabolic disorders. Curr Med Chem. 2018;25(9):984-1001. doi: 10.2174/0929867324666171009121702.
Sonnenburg J, Backhed F. Diet-microbiota interactions as moderators of human metabolism. Nature. 2016 Jul;535(7610):56-64. doi: 10.1038/nature18846.
Karlsson F, Tremaroli V, Nielsen J, Bäckhed F. Assessing the human gut microbiota in metabolic diseases. Diabetes. 2013 Oct;62:3341-9. doi: 10.2337/db13-0844.
Karlsson FH, Tremaroli V, Nookaew I, et al. Gut metagenome in European women with normal, impaired and diabetic glucose control. Nature. 2013 Jun 6;498(7452):99-103. doi: 10.1038/nature12198.
Yang JY, Kweon MN. The gut microbiota: a key regulator of metabolic diseases. BMB Rep. 2016 Oct;49(10):536-41. doi: 10.5483/bmbrep.2016.49.10.144.
Schneider DJ, Sobel BE. PAI-1 and diabetes: a journey from the bench to the bedside. Diabetes Care. 2012 Oct;35(10):1961-7. doi: 10.2337/dc12-0638.
Sum CF, Webster JM, Johnson AB, Catalano C, Cooper BG, Taylor R. The effect of intravenous metformin on glucose metabolism during hyperglycaemia in type 2 diabetes. Diabet Med. 1992 Jan-Feb;9(1):61-5. doi: 10.1111/j.1464-5491.1992.tb01716.x.
Pascale A, Marchesi N, Govoni S, Coppola A, Gazzaruso C. The role of gut microbiota in obesity, diabetes mellitus, and effect of metformin: new insights into old diseases. Curr Opin Pharmacol. 2019 Dec;49:1-5. doi: 10.1016/j.coph.2019.03.011.
Holman RR, Paul SK, Bethel MA, Matthews DR, Neil HA. 10-year follow-up of intensive glucose control in type 2 diabetes. N Engl J Med. 2008 Oct 9;359(15):1577-89. doi: 10.1056/NEJMoa0806470.
Hung WC, Hung W-W. 1159-P: Metformin monotherapy changes gut microbiota in newly diagnosed type 2 diabetes. Diabetes 2019 Jun;68(1):1159. https://doi.org/10.2337/db19-1159-P.
Ouyang J, Isnard S, Lin J, et al. Metformin effect on gut microbiota: insights for HIV-related inflammation. AIDS Res Ther. 2020 Mar 10;17(1):10. doi: 10.1186/s12981-020-00267-2.
Greenhill C. Effects of metformin mediated by gut microbiota. Nat Rev Endocrinol. 2018 Dec;15(1):2. doi: 10.1038/s41574-018-0133-y.
Iulia-Suceveanu A, Micu S, Voinea C, Manea M, Catrinoiu D, et al. Metformin and its benefits in improving gut microbiota disturbances in diabetes patients [Online First]. IntechOpen. 2019 Oct. doi: 10.5772/intechopen.88749.
Sun L, Xie C, Changtao Jiang. Gut microbiota and intestinal FXR mediate the clinical benefits of metformin. Nature Medicine. 2018;24(12):1919-29. doi: 10.1038/s41591-018-0222-4.
Vilsbøll T, Krarup T, Deacon CF, Madsbad S, Holst JJ. Reduced postprandial concentrations of intact biologically active glucagon-like peptide 1 in type 2 diabetic patients. Diabetes. 2001 Mar;50(3):609-13. doi: 10.2337/diabetes.50.3.609.
Maida A, Lamont BJ, Cao X, Drucker DJ. Metformin regulates the incretin receptor axis via a pathway dependent on peroxisome proliferator-activated receptor-α in mice. Diabetologia. 2011 Feb;54(2):339-49. doi: 10.1007/s00125-010-1937-z.
Scarpello JH. Optimal dosing strategies for maximising the clinical response to metformin in type 2 diabetes. Br. J. Diabetes Vasc. Dis. 2001;1:28-36. doi:10.1177/14746514010010010501.
Bailey CJ, Wilcock C, Scarpello JH. Metformin and the intestine. Diabetologia. 2008 Aug;51(8):1552-3. doi: 10.1007/s00125-008-1053-5.
Sahin M, Tutuncu NB, Ertugrul D, Tanaci N, Guvener ND. Effects of metformin or rosiglitazone on serum concentrations of homocysteine, folate, and vitamin B12 in patients with type 2 diabetes mellitus. J Diabetes Complications. 2007 Mar-Apr;21(2):118-23. doi: 10.1016/j.jdiacomp.2005.10.005.
Napolitano A, Miller S, Nicholls AW, et al. Novel gut-based pharmacology of metformin in patients with type 2 diabetes mellitus. PLoS One. 2014;9(7):e100778. doi: 10.1371/journal.pone.0100778.
Nicholson JK, Holmes E, Kinross J, Burcelin R, Gibson G, Jia W, Pettersson S. Host-gut microbiota metabolic interactions. Science. 2012 Jun 8;336(6086):1262-7. doi: 10.1126/science.1223813.
Pryor R, Cabreiro F. Repurposing metformin: an old drug with new tricks in its binding pockets. Biochem J. 2015;471(3):307-22. doi: 10.1042/BJ20150497.
Islam KB, Fukiya S, Hagio M, et al. Bile acid is a host factor that regulates the composition of the cecal microbiota in rats. Gastroenterology. 2011 Nov;141(5):1773-81. doi: 10.1053/j.gastro.2011.07.046.
Bryrup T, Thomsen CW, Kern T, et al. Metformin-induced changes of the gut microbiota in healthy young men: results of a non-blinded, one-armed intervention study. Diabetologia. 2019 Jun;62(6):1024-35. doi: 10.1007/s00125-019-4848-7.
Elbere I, Kalnina I, Silamikelis I, et al. Association of metformin administration with gut microbiome dysbiosis in healthy volunteers. PLoS One. 2018;13(9):e0204317. doi: 10.1371/journal.pone.0204317.
Hiippala K, Kainulainen V, Kalliomäki M, Arkkila P, Satokari R. Mucosal prevalence and interactions with the epithelium indicate commensalism of Sutterella spp. Front Microbiol. 2016;7:1706. doi: 10.3389/fmicb.2016.01706.
Lavelle A, Lennon G, O’Sullivan O, et al. Spatial variation of the colonic microbiota in patients with ulcerative colitis and control volunteers. Gut. 2015 Oct;64(10):1553-61. doi: 10.1136/gutjnl-2014-307873.
DeFronzo RA, Buse JB, Kim T, et al. Once-daily delayed-release metformin lowers plasma glucose and enhances fasting and postprandial GLP-1 and PYY: results from two randomised trials. Diabetologia. 2016 Aug;59(8):1645-54. doi: 10.1007/s00125-016-3992-6.
Forslund K, Hildebrand F, Nielsen T, et al. Disentangling type 2 diabetes and metformin treatment signatures in the human gut microbiota. Nature. 2015 Dec 10;528(7581):262-6. doi: 10.1038/nature15766.
American Diabetes Association. Pharmacologic Approaches to Glycemic Treatment: Standards of Medical Care in Diabetes. 2020 Jan;43(Suppl 1):S98-S110. doi: 10.2337/dc20-S009.
Nauck MA, Meier J. Incretin hormones: their role in health and disease. Diabetes Obes. Metab. 2018;20(1):5-21. doi: 10.1111/dom.13129.
van Baar M, van Ruiten C, Muskiet M, et al. SGLT2 inhibitors in combination therapy: from mechanisms to clinical considerations in type 2 diabetes management. Diabetes Care. 2018;41(8):1543-56. doi: 10.2337/dc18-0588.
Grasset E, Puel A, Charpentier J, et al. A specific gut microbiota dysbiosis of type 2 diabetic mice induces GLP‐1 resistance through an enteric NO‐dependent and gut‐brain axis mechanism. Cell Metab. 2017;25(5):1075-90. doi: 10.1016/j.cmet.2017.04.013.
Zhao L, Chen Y, Xia F, et al. A glucagon-like peptide-1 receptor agonist lowers weight by modulating the structure of gut microbiota. Front Endocrinol (Lausanne). 2018 May;9:233. doi: 10.3389/fendo.2018.00233.
Wang L, Li P, Tang Z, Yan X, Feng B. Structural modulation of the gut microbiota and the relationship with body weight: Compared evaluation of liraglutide and saxagliptin treatment. Sci. Rep. 2016 Sep;16(6):33251. doi: 10.1038/srep33251.
Montandon S, Jornayvaz F. Effects of antidiabetic drugs on gut microbiota composition. Genes (Basel). 2017 Oct;8(10):250. doi: 10.3390/genes8100250.
Yan X, Feng B, Li P, Tang Z, Wang L. Microflora disturbance during progression of glucose intolerance and effect of sitagliptin: an animal study. J. Diabetes Res. 2016;(Article ID 2093171). doi: 10.1155/2016/2093171.
Inzucchi SE, Zinman B, Fitchett D, et al. How does empagliflozin reduce cardiovascular mortality? Insights from a mediation analysis of the EMPA-REG OUTCOME trial. Diabetes Care. 2018 Feb;41(2):356-63. doi: 10.2337/dc17-1096.
Dekkers CCJ, Wheeler DC, Sjöström CD, et al. Effects of the sodium-glucose co-transporter 2 inhibitor dapagliflozin in patients with type 2 diabetes and Stages 3b–4 chronic kidney disease. Nephrol Dial Transplant. 2018 Nov 1;33(11):2005-11. doi: 10.1093/ndt/gfx350.
van Bommel EJ, Muskiet MH, Tonneijck L, Kramer MH, Nieuwdorp M, van Raalte DH. SGLT2 inhibition in the diabetic kidney-from mechanisms to clinical outcome. Clin J Am Soc Nephrol. 2017;12(4):700-10. doi: 10.2215/CJN.06080616.
Whang A, Nagpal R, Yadav H. Bi-directional drug-microbiome interactions of anti-diabetics. EBioMedicine. 2019;39:591-602. doi: 10.1016/j.ebiom.2018.11.046.
Aquilante CL. Sulfonylurea pharmacogenomics in Type 2 diabetes: The influence of drug target and diabetes risk polymorphisms. Expert Rev Cardiovasc Ther. 2010 Mar;8(3):359-72. doi: 10.1586/erc.09.154.
Huo T, Xiong Z, Lu X, Cai S. Metabonomic study of biochemical changes in urinary of type 2 diabetes mellitus patients after the treatment of sulfonylurea antidiabetic drugs based on ultra-performance liquid chromatography/mass spectrometry. Biomed Chromatogr. 2015;29(1):115-22. doi: 10.1002/bmc.3247.
Gu Y, Wang X, Li J, Zhang Y, Zhong H, Liu R. Analyses of gut microbiota and plasma bile acids enable stratification of patients for antidiabetic treatment. Nat Commun. 2017;8(1):1785. doi: 10.1038/s41467-017-01682-2.
Sheng Y, Zheng S, Ma T, Zhang C, Ou X, He X. Mulberry leaf alleviates streptozotocin-induced diabetic rats by attenuating NEFA signaling and modulating intestinal microflora. Sci Rep. 2017;7(1):12041. doi: 10.1038/s41598-017-12245-2.
Berger J, Akiyama T, Meinke P. PPARs: Therapeutic targets for metabolic disease. Trends Pharmacol Sci. 2005;26(5):244-51. doi: 10.1016/j.tips.2005.03.003.
Bai J, Zhu Y, Dong Y. Response of gut microbiota and inflammatory status to bitter melon (Momordica charantia L.) in high fat diet induced obese rats. J Ethnopharmacol. 2016;194:717-26. doi: 10.1016/j.jep.2016.10.043.
Byndloss M, Olsan E, Rivera-Chavez F, Tiffany CR, Cevallos SA, Lokken K. Microbiota-activated PPAR-gamma signaling inhibits dysbiotic Enterobacteriaceae expansion. Science (New York, NY) 2017;357(6351):570-5. doi: 10.1126/science.aam9949.
Tomas J, Mulet C, Saffarian A, Cavin J, Ducroc R, Regnault B. High-fat diet modifies the PPAR-gamma pathway leading to disruption of microbial and physiological ecosystem in murine small intestine. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016;113(40):E5934–E5943. doi: 10.1073/pnas.1612559113.
Olivares M, Neyrinck A, Potgens S, et al. The DPP-4 inhibitor vildagliptin impacts the gut microbiota and prevents disruption of intestinal homeostasis induced by a Western diet in mice. Diabetologia. 2018;61(8):1838-48. doi: 10.1007/s00125-018-4647-6.
Zinman B, Wanner C, Lachin JM, et al, EMPA-REG OUTCOME Investigators. Empagliflozin, cardiovascular outcomes, and mortality in type 2 diabetes. N Engl J Med. 2015 Nov 26;373(22):2117-28. doi: 10.1056/NEJMoa1504720.
Battson ML, Lee DM, Jarrell DK, Hou S, Ecton KE, Weir TL, Gentile CL. Suppression of gut dysbiosis reverses Western diet-induced vascular dysfunction. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2018 May 1;314(5):E468-E477. doi: 10.1152/ajpendo.00187.2017.
Boulange CL, Neves AL, Chilloux J, Nicholson JK, Dumas ME. Impact of the gut microbiota on inflammation, obesity, and metabolic disease. Genome Med. 2016;8(1):42. doi: 10.1186/s13073-016-0303-2.
Lee DM, Battson M, Jarrell D, et al. SGLT2 inhibition via dapagliflozin improves generalized vascular dysfunction and alters the gut microbiota in type 2 diabetic mice Cardiovasc Diabetol. 2018;17(1):62. doi: 10.1186/s12933-018-0708-x.
Solini A, Giannini L, Seghieri M, et al. Dapagliflozin acutely improves endothelial dysfunction, reduces aortic stiffness and renal resistive index in type 2 diabetic patients: a pilot study. Cardiovasc Diabetol. 2017;16(1):138. doi: 10.1186/s12933-017-0621-8.
Shigiyama F, Kumashiro N, Miyagi M, et al. Effectiveness of dapagliflozin on vascular endothelial function and glycemic control in patients with early-stage type 2 diabetes mellitus: DEFENCE study. Cardiovasc Diabetol. 2017;16(1):84. doi: 10.1186/s12933-017-0564-0.
Mishima E, Fukuda S, Kanemitsu Y, et al. Canagliflozin reduces plasma uremic toxins and alters the intestinal microbiota composition in a chronic kidney disease mouse model. Am J Physiol Renal Physiol. 2018;315(4):F824‐F833. doi: 10.1152/ajprenal. 00314.2017.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Автори
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by-nd/4.0/88x31.png)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.