Патогенетична роль кишкового дисбіозу в розвитку ожиріння та цукрового діабету 2 типу

Автор(и)

  • О. С. Ларін Український науково-практичний центр ендокринної хірургії, трансплантації ендокринних органів і тканин МОЗ України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-5090-5110
  • С. М. Ткач Український науково-практичний центр ендокринної хірургії, трансплантації ендокринних органів і тканин МОЗ України, Київ, Україна
  • О. С. Тимошенко Український науково-практичний центр ендокринної хірургії, трансплантації ендокринних органів і тканин МОЗ України, Київ, Україна
  • Т. Ю. Юзвенко Український науково-практичний центр ендокринної хірургії, трансплантації ендокринних органів і тканин МОЗ України, Київ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.24026/1818-1384.3(55).2016.77658

Ключові слова:

кишкова мікробіота, дисбіоз, цукровий діабет 2 типу, ожиріння

Анотація

У статті висвітлені сучасні погляди на роль кишкового дисбіозу в розвитку ожиріння та цукрового діабету 2 типу. Зокрема, ці метаболічні розлади чітко асоційовані із зниженням різноманіття кишечної мікробіоти та підвищенням числа штамів, що найбільш ефективно добувають енергію з продуктів харчування. Такі відмінності у складі кишкової мікробіоти можуть бути застосовані як ранні діагностичні маркери розвитку цукрового діабету 2 типу у пацієнтів підвищеного ризику. Трансплантація кишкової мікробіоти від худих чоловічих донорів реципієнтам з метаболічним синдромом приводить до значного поліпшення чутливості до інсуліну в поєднанні з підвищенням різноманіття кишечної мікробіоти, в тому числі особливих бутират-продукуючих бактеріальних штамів, що володіють позитивними метаболічними ефектами. 

Біографії авторів

О. С. Ларін, Український науково-практичний центр ендокринної хірургії, трансплантації ендокринних органів і тканин МОЗ України, Київ

Ларін Олександр Сергійович, д-р мед. наук, проф., директор УНПЦЕХ, ТЕОіТ МОЗ України

С. М. Ткач, Український науково-практичний центр ендокринної хірургії, трансплантації ендокринних органів і тканин МОЗ України, Київ

Ткач Сергій Михайлович, д-р мед. наук, проф., відділ профілактики та лікування цукрового діабету 

О. С. Тимошенко, Український науково-практичний центр ендокринної хірургії, трансплантації ендокринних органів і тканин МОЗ України, Київ

А.С. Тимошенко

Т. Ю. Юзвенко, Український науково-практичний центр ендокринної хірургії, трансплантації ендокринних органів і тканин МОЗ України, Київ

Юзвенко Тетяна Юріївна, к. мед. н., ст. наук. співр., зав. відділу профілактики та лікування цукрового діабету

Посилання

Ajslev, T.A. Childhood overweight after establishment of the gut microbiota: the role of delivery mode, pre-pregnancy weight and early administration of antibiotics. / T.A. Ajslev, C.S. Andersen, M. Gamborg, T.I.A. Sørensen, T. Jess // Int J Obes (Lond). – 2011. – 35. – P. 522–529. https://doi.org/10.1038/ijo.2011.27

Arumugam, M. MetaHIT Consortium. Enterotypes of the human gut microbiome / M. Arumugam, J. Raes, E. Pelletier, et al. // Nature. – 2011. – 473. – P. 174–180. https://doi.org/10.1038/nature09944

Backhed, F. The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage / F. Backhed, H. Ding, T. Wang, et al. // Proc Natl Acad Sci USA. – 2004. – 101. – P. 15718–15723. https://doi.org/10.1073/pnas.0407076101

Blaser, M. Antibiotic overuse: stop the killing of beneficial bacteria / M. Blaser // Nature. – 2011. – 476. – P. 393–394. https://doi.org/10.1038/476393a

Cani, P.D. Selective increases of bifidobacteria in gut microflora improve high-fat-diet-induced diabetes in mice through a mechanism associated with endotoxaemia / P.D. Cani, A.M. Neyrinck, F. Fava, et al. // Diabetologia. – 2007. – 50. – P. 2374–2383. https://doi.org/10.1007/s00125-007-0791-0

Cani, P.D. Metabolic endotoxemia initiates obesity and insulin resistance / P.D. Cani, J. Amar, M.A. Iglesias, et al. // Diabetes. – 2007. – 56. – P. 1761–1772. https://doi.org/10.2337/db06-1491

Cho, I. Antibiotics in early life alter the murine colonic microbiome and adiposity / I. Cho, S. Yamanishi, L. Cox, et al. // Nature. – 2012. – 488. – P. 621–626. https://doi.org/10.1038/nature11400

Claesson, M.J. Evaluating the latest high-throughput molecular techniques for the exploration of microbial gut communities / M.J. Claesson, P.W. O’Toole // Gut Microbes. – 2010. – 1. – P. 277–278. https://doi.org/10.4161/gmic.1.4.12306

Cotillard, A. ANR MicroObes consortium. Dietary intervention impact on gut microbial gene richness / A. Cotillard, S.P. Kennedy, L.C. Kong, et al. // Nature. – 2013. – 500. – P. 585–588. https://doi.org/10.1038/nature12480

Cummings, J.H. Short chain fatty acids in the human colon / J.H. Cummings // Gut. – 1981. – 22. – P. 763–779. https://doi.org/10.1136/gut.22.9.763

Davie, J.R. Inhibition of histone deacetylase activity by butyrate / J.R. Davie // J Nutr. – 2003. – 133(Suppl.). – 2485S–2493S.

Danaei, G. Global Burden of Metabolic Risk Factors of Chronic Diseases Collaborating Group (Blood Glucose). National, regional, and global trends in fasting plasma glucose and diabetes prevalence since 1980: systematic analysis of health examination surveys and epidemiological studies with 370 country-years and 2,7 million participants / G. Danaei, M.M. Finucane, Y. Lu, et al. // Lancet. – 2011. – 378. – P. 31–40. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(11)60679-x

Defrancesco, M. Psychosocial state after bariatric surgery is associated with the serotonin-transporter promoter polymorphism / M. Defrancesco, J. Liebaert, G. Kemmler, et al. // Eat Weight Disord. – 2013. – 18. – P. 311–316. https://doi.org/10.1007/s40519-013-0045-8

Delaere, F. The role of sodium-coupled glucose co-transporter 3 in the satiety effect of portal glucose sensing / F. Delaere, A. Duchampt, L. Mounien, et al. // Mol Metab. – 2012. – 2. – P. 47–53. https://doi.org/10.1016/j.molmet.2012.11.003

Dethlefsen, L. Incomplete recovery and individualized responses of the human distal gut microbiota to repeated antibiotic perturbation / L. Dethlefsen, D.A. Relman // Proc Natl Acad Sci USA. – 2011. – 108 (Suppl. 1). – P. 4554–4561. https://doi.org/10.1073/pnas.1000087107

De Vadder, F. Microbiota-generated metabolites promote metabolic benefits via gut-brain neural circuits / F. De Vadder, P. Kovatcheva-Datchary, D. Goncalves, et al. // Cell. – 2014. – 156. – P. 84–96. https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.12.016

Di Sabatino, A. Oral butyrate for mildly to moderately active Crohn’s disease / A. Di Sabatino, R. Morera, R. Ciccocioppo, et al. // Aliment Pharmacol Ther. – 2005. – 22. – P. 789–794. https://doi.org/10.1111/j.1365-2036.2005.02639.x

Donohoe, D.R. The microbiome and butyrate regulate energy metabolism and autophagy in the mammalian colon / D.R. Donohoe, N. Garge, X. Zhang, et al. // Cell Metab. – 2011. – 13. – P. 517–526. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2011.02.018

Duncan, S.H. Reduced dietary intake of carbohydrates by obese subjects results in decreased concentrations of butyrate and butyrate-producing bacteria in feces / S.H. Duncan, A. Belenguer, G. Holtrop, A.M. Johnstone, H.J. Flint, G.E. Lobley // Appl Environ Microbiol. – 2007. – 73. – P. 1073–1078. https://doi.org/10.1128/aem.02340-06

Fleissner, C.K. Absence of intestinal microbiota does not protect mice from diet-induced obesity / C.K. Fleissner, N. Huebel, M.M. Abd El-Bary, G. Loh, S. Klaus, M. Blaut // Br J Nutr. – 2010. – 104. – P. 919–929. https://doi.org/10.1017/s0007114510001303

Flint, H.J. Polysaccharide utilization by gut bacteria: potential for new insights from genomic analysis / H.J. Flint, E.A. Bayer, M.T. Rincon, R. Lamed, B.A. White // Nat Rev Microbiol. – 2008. – 6. – P. 121–131. https://doi.org/10.1038/nrmicro1817

Furet, J.-P. Differential adaptation of human gut microbiota to bariatric surgery-induced weight loss: links with metabolic and low-grade inflammation markers / J.-P. Furet, L.-C. Kong, J. Tap, et al. // Diabetes. – 2010. – 59. – P. 3049–3057. https://doi.org/10.2337/db10-0253

Gao, Z. Butyrate improves insulin sensitivity and increases energy expenditure in mice / Z. Gao, J. Yin, J. Zhang, et al. // Diabetes. – 2009. – 58. – P. 1509–1517. https://doi.org/10.2337/db08-1637

Gill, R.K. Regulation of intestinal serotonin transporter expression via epigenetic mechanisms: role of HDAC2 / R.K. Gill, A. Kumar, P. Malhotra, et al. // Am J Physiol Cell Physiol. – 2013. – 304. – C334–C341. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00361.2012

Hartstra, A. Insights Into the Role of the Microbiome in Obesity and Type 2 Diabetes / A. Hartstra, К. Bouter, F. Backhed, М. Nieuwdorp // Diabetes Care. – 2015. – 38. – P. 159–165. https://doi.org/10.2337/dc14-0769

Haub, S. Serotonin reuptake transporter (SERT) plays a critical role in the onset of fructose-induced hepatic steatosis in mice / S. Haub, G. Kanuri, V. Volynets, T. Brune, S.C. Bischoff, I. Bergheim // Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. – 2010. – 298. – G335–G344. https://doi.org/10.1152/ajpgi.00088.2009

Hildebrandt, M.A. High-fat diet determines the composition of the murine gut microbiome independently of obesity / M.A. Hildebrandt, C. Hoffmann, S.A. Sherrill-Mix, et al. // Gastroenterology. – 2009. – 137. – 1716–1724.e1–2. https://doi.org/10.1053/j.gastro.2009.08.042

Karlsson, F.H. Gut metagenome in European women with normal, impaired and diabetic glucose control / F.H. Karlsson, V. Tremaroli, I. Nookaew, et al. // Nature. – 2013. – 498. – P. 99–103. https://doi.org/10.1038/nature12198

Koopman, K.E. Diet-induced changes in the lean brain: hypercaloric high-fat-high-sugar snacking decreases serotonin transporters in the human hypothalamic region / K.E. Koopman, J. Booij, E. Fliers, M.J. Serlie, S.E. la Fleur // Mol Metab. – 2013. – 2. – P. 417–422. https://doi.org/10.1016/j.molmet.2013.07.006

Kootte, R.S. The therapeutic potential of manipulating gut microbiota in obesity and type 2 diabetes mellitus / R.S. Kootte, A. Vrieze, F. Holleman, et al. // Diabetes Obes Metab. – 2012. – 14. – P. 112–120. https://doi.org/10.1111/j.1463-1326.2011.01483.x

Lee, Y.K. Has the microbiota played a critical role in the evolution of the adaptive immune system? / Y.K. Lee, S.K. Mazmanian // Science. – 2010. – 330. – P. 1768–1773. https://doi.org/10.1126/science.1195568

Ley, R.E. Obesity alters gut microbial ecology / R.E. Ley, F. Backhed, P. Turnbaugh, C.A. Lozupone, R.D. Knight, J.I. Gordon // Proc Natl Acad Sci USA. – 2005. – 102. – 11070–11075. https://doi.org/10.1073/pnas.0504978102

Ley, R.E. Microbial ecology: human gut microbes associated with obesity/ R.E. Ley, P.J. Turnbaugh, S. Klein, J.I. Gordon // Nature. – 2006. – 444. – 1022–1023. https://doi.org/10.1038/4441022a

Liou, A.P. Conserved shifts in the gut microbiota due to gastric bypass reduce host weight and adiposity / A.P. Liou, M. Paziuk, J.-M. Luevano, S. Machineni, P.J. Turnbaugh, L.M. Kaplan // Sci Transl Med. – 2013. – 5. – 178ra41. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3005687

Meyer, D. The bifidogenic effect of inulin and oligofructose and its consequences for gut health / D. Meyer, M. Stasse-Wolthuis // Eur J Clin Nutr. – 2009. – 63. – 1277–1289. https://doi.org/10.1038/ejcn.2009.64

Beneficial effect of oral administration of Lactobacillus casei strain Shirota on insulin resistance in dietinduced obesity mice / Naito E., Yoshida Y., Makino K., et al. // J Appl Microbiol. – 2011. – 110. – 650–657. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2010.04922.x

Palermo, A. Prevention of type 2 diabetes mellitus: is it feasible? / A. Palermo, D. Maggi, A.R. Maurizi, P. Pozzilli, R. Buzzetti // Diabetes Metab Res Rev. – 2014. – 30(Suppl. 1). – 4–12. https://doi.org/10.1002/dmrr.2513

Qin, J. A metagenome-wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes / J. Qin, Y. Li, Z. Cai, et al. // Nature. – 2012. – 490. – 55–60. https://doi.org/10.1038/nature11450

Rastall, R.A. Modulation of the microbial ecology of the human colon by probiotics, prebiotics and synbiotics to enhance human health: an overview of enabling science and potential applications / R.A. Rastall, G.R. Gibson, H.S. Gill, et al. // FEMS Microbiol Ecol. – 2005. – 52. – 145–152. https://doi.org/10.1016/j.femsec.2005.01.003

Ratner, C. Cerebral markers of the serotonergic system in rat models of obesity and after Roux-en-Y gastric bypass / C. Ratner, A. Ettrup, M. Bueter, et al. // Obesity (Silver Spring). – 2012. – 20. – 2133–2141. https://doi.org/10.1038/oby.2012.75

Romanova, I.V. Neurobiologic changes in the hypothalamus associated with weight loss after gastric bypass / I.V. Romanova, E.J.B. Ramos, Y. Xu, et al. // J Am Coll Surg. – 2004. – 199. – 887–895. https://doi.org/10.1016/j.jamcollsurg.2004.07.013

Samuel, B.S. Effects of the gut microbiota on host adiposity are modulated by the short-chain fatty-acid binding G protein-coupled receptor, Gpr41 / B.S. Samuel, A. Shaito, T. Motoike, et al. // Proc Natl Acad Sci USA. – 2008. – 105. – 16767–16772. https://doi.org/10.1073/pnas.0808567105

Scheppach, W. Effects of short chain fatty acids on gut morphology and function / W. Scheppach // Gut. – 1994. – 35(Suppl.). – S35–S38. https://doi.org/10.1136/gut.35.1_suppl.s35

Scheppach, W. Effect of butyrate enemas on the colonic mucosa in distal ulcerative colitis / W. Scheppach, H. Sommer, T. Kirchner, et al. // Gastroenterology. – 1992. – 103. – 51–56. https://doi.org/10.1016/0016-5085(92)91094-k

Schwiertz, A. Microbiota and SCFA in lean and overweight healthy subjects / A. Schwiertz, D. Taras, K. Schafer, et al. // Obesity (Silver Spring). – 2010. – 18. – 190–195. https://doi.org/10.1038/oby.2009.167

Simansky, K.J. Serotonergic control of the organization of feeding and satiety / K.J. Simansky // Behav Brain Res. – 1996. – 73. – 37–42. https://doi.org/10.1016/0166-4328(96)00066-6

Simren, M. Rome Foundation Committee. Intestinal microbiota infunctional bowel disorders: a Rome foundation report / M. Simren, G. Barbara, H.J. Flint, et al. // Gut. – 2013. – 62. – 159–176. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2012-302167

Sjostrom, L. Swedish Obese Subjects Study Scientific Group. Lifestyle, diabetes, and cardiovascular risk factors 10 years after bariatric surgery / L. Sjostrom, A.-K. Lindroos, M. Peltonen, et al. // N Engl J Med. –2004. – 351. – 2683–2693. https://doi.org/10.1056/nejmoa035622

Smits, L.P. Therapeutic potential of fecal microbiota transplantation / L.P. Smits, K.E.C. Bouter, W.M. de Vos, T.J. Borody, M. Nieuwdorp // Gastroenterology. – 2013. – 145. – 946–953. https://doi.org/10.1053/j.gastro.2013.08.058

Tazoe, H. Roles of short-chain fatty acids receptors, GPR41 and GPR43 on colonic functions / H. Tazoe, Y. Otomo, I. Kaji, R. Tanaka, S.-I. Karaki, A. Kuwahara // J Physiol Pharmacol. – 2008. – 59(Suppl. 2). – 251–262.

Tilg, H. Gut microbiome, obesity, and metabolic dysfunction / H. Tilg, A. Kaser // J Clin Invest. – 2011. – 121. – 2126–2132. https://doi.org/10.1172/jci58109

Thuny, F. Vancomycin treatment of infective endocarditis is linked with recently acquired obesity / F. Thuny, H. Richet, J.-P. Casalta, E. Angelakis, G. Habib, D. Raoult // PLoS ONE. – 2010. – 5. – e9074. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0009074

Tremaroli, V. Functional interactions between the gut microbiota and host metabolism / V. Tremaroli, F. B ̈ackhed // Nature. – 2012. – 489. – 242–249. https://doi.org/10.1038/nature11552

Turnbaugh, P.J. An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest / P.J. Turnbaugh, R.E. Ley, M.A. Mahowald, V. Magrini, E.R. Mardis, J.I. Gordon // Nature. – 2006. – 444. – 1027–1031. https://doi.org/10.1038/nature05414

Turnbaugh, P.J. The effect of diet on the human gut microbiome: a metagenomic analysis in humanized gnotobiotic mice / P.J. Turnbaugh, V.K. Ridaura, J.J. Faith, F.E.Rey, R. Knight, J.I. Gordon // Sci Transl Med. – 2009. – 1. – 6–14. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3000322

Vrieze, A. Transfer of intestinal microbiota from lean donors increases insulin sensitivity in individuals with metabolic syndrome / A. Vrieze, E. Van Nood, F. Holleman, et al. // Gastroenterology. – 2012. – 143. – 913–916.e7. https://doi.org/10.1053/j.gastro.2012.06.031

Won, Y.-J. b-Hydroxybutyrate modulates N-type calcium channels in rat sympathetic neurons by acting as an agonist for the G-protein-coupled receptor FFA3 / Y.-J. Won, V.B. Lu, H.L. Puhl 3rd, S.R. Ikeda // J Neurosci. – 2013. – 33. – 19314–19325. https://doi.org/10.1523/jneurosci.3102-13.2013

Wu, G.D. Linking long-term dietary patterns with gut microbial enterotypes / G.D. Wu, J. Chen, C. Hoffmann, et al. // Science. – 2011. – 334. – 105–108. https://doi.org/10.1126/science.1208344

Yadav, H. Antidiabetic effect of probiotic dahi containing Lactobacillus acidophilus and Lactobacillus casei in high fructose fed rats / H. Yadav, S. Jain, P.R. Sinha // Nutrition. – 2007. – 23. – 62–68. https://doi.org/10.1016/j.nut.2006.09.002

Yamada, T. Serotonin stimulates endotoxin translocation via 5-HT3 receptors in the rat ileum / T. Yamada, A. Inui, N. Hayashi, M. Fujimura, M. Fujimiya // Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. – 2003. – 284. – G782–G788. https://doi.org/10.1152/ajpgi.00376.2002

Zhang, H. Human gut microbiota in obesity and after gastric bypass / H. Zhang, J.K. DiBaise, A. Zuccolo, et al. // Proc Natl Acad Sci USA. – 2009. – 106. – 2365–2370. https://doi.org/10.1073/pnas.0812600106

Zhu, B. Human gut microbiome: the second genome of human body / B. Zhu, X. Wang, L. Li // Protein Cell. – 2010. – 1. – 718–725. https://doi.org/10.1007/s13238-010-0093-z

##submission.downloads##

Опубліковано

2016-09-06

Як цитувати

1.
Ларін ОС, Ткач СМ, Тимошенко ОС, Юзвенко ТЮ. Патогенетична роль кишкового дисбіозу в розвитку ожиріння та цукрового діабету 2 типу. Clin Endocrinol Endocr Surg (Ukraine) [інтернет]. 06, Вересень 2016 [цит. за 24, Листопад 2024];(3(55):82-90. доступний у: http://jcees.endocenter.kiev.ua/article/view/77658

Номер

Розділ

Лекція