чревното

  • елементи
  • абстрактно
  • Заден план:
  • методи:
  • резултатите:
  • заключение:
  • Въведение
  • Материали и методи
  • Изследване на населението
  • Оценка на наддаване на тегло и тегло
  • Прием на фибри и наситени мастни киселини
  • Анализ на микробиота
  • Статистически анализ
  • резултатът
  • Алфа разнообразие
  • Изобилието на OTU, което е свързано с дългосрочно наддаване на тегло
  • дискусия

елементи

абстрактно

Заден план:

Проучванията в напречно сечение показват, че микробите в човешките черва играят роля при затлъстяването, като влияят върху способността на човешкото тяло да извлича и съхранява калории. Целта на това проучване е да се оцени дали има връзка между промените в телесното тегло във времето и състава на чревните микробиоми.

методи:

Ние анализирахме данните за 16S рибозомна РНК генна последователност, получени от проби на изпражнения от 1632 здрави жени от TwinsUK, за да изследваме връзката между чревния микробиом, измерен в напречно сечение и надлъжното наддаване на тегло (коригирано за калориен прием и изходен индекс на телесна маса). Приемът на диетични фибри е изследван като възможен модификатор.

резултатите:

Установено е, че по-малко от половината от промените в дългосрочната промяна на теглото са наследствени (h2 = 0,41 (0,41, 0,47)). Разнообразието на чревната микробиота е свързано отрицателно с дългосрочното наддаване на тегло, докато е положително корелирано с приема на фибри. Девет бактериални оперативни таксономични единици (OTU) бяха значително свързани с увеличаване на теглото след корекция на променливостта, родственост на семейството и многократно тестване (степен на фалшиво откритие 1) От друга страна, биологичните механизми, поддържащи дългосрочното наддаване или загуба на тегло, особено във връзка с същата калорична стойност) Някои проучвания предполагат, че генетичният принос за наддаването на тегло 2 и метаболитната ефективност 3 с течение на времето, но също така, че генетичните фактори играят важна роля за наддаването на тегло.

Традиционните рискови фактори за затлъстяване и наддаване на тегло са прекомерният прием на калории, 4 ниска физическа активност 5 и ниска метаболитна ефективност. Проучванията върху животни и наблюденията на напречното сечение при хора също предполагат роля за чревния микробиомен състав, 7, 8, 9, 10, 11, по-специално липсата на микробно разнообразие. 8

Терминът микробиом се отнася до ДНК материала на микробни съобщества в животно. Хората имат около 100 трилиона вътрешности, които произвеждат широк спектър от ензими, химикали, хормони и витамини и потенциално взаимодействат с телата им. При физиологични условия има баланс между чревните бактерии и гостоприемника. Проучванията показват, че нарушаването на тази сложна система (дисбиоза) и ниското видово разнообразие са свързани със затлъстяването. 7, 12, 13 мишки без микроорганизми, получаващи микробиотици, трансплантирани от затлъстели донори, са натрупали два пъти повече тегло, отколкото мишки без микроорганизми, получаващи микробиотици от бедни донори. 9 При хора, скорошно проучване от нашата група установи, че наличието на един определен бактериален вид (Christensenellaceae) е свързано с по-нисък индекс на телесна маса (ИТМ) и че прилагането на този микроб на мишки също води до по-ниско наддаване на тегло. 14.

Изследванията показват, че най-голямото въздействие върху чревния микробиом идва от храната и способността на хората да извличат и съхраняват калории от храната, тъй като мазнините са поне частично засегнати от чревните микроби. 9 Чревните бактерии образуват късоверижни мастни киселини чрез ферментация на диетични фибри, като по този начин увеличават чувствителността към инсулин и окисляването на мастните киселини. Следователно, ние предполагаме, че микробното разнообразие може да повлияе на наблюдаваната връзка между диетата и наддаването на тегло.

Въпреки това, има малко данни за ефектите от промяната на теглото при хората. По-доброто разбиране на промените в чревната микробиота в комбинация с хранителните навици може да предостави информация за това как чревните микробиотици допринасят за увеличаване на теглото и дали могат да се използват като нова диагностична, прогностична и терапевтична цел в допълнение към специфични микроби, които могат да бъдат свързани с ИТМ. Целта на това проучване беше да се оцени връзката на чревното микробиомно разнообразие при възрастни от 16 кохорти TwinsUK и промените в ИТМ с течение на времето.

Материали и методи

Изследване на населението

Студентите бяха записани близнаци в регистъра TwinsUK, националния регистър на възрастни близнаци, които бяха приети като доброволци, без да избират конкретна болест или признак. 16 Всички осиновени близнаци бяха от един и същи пол. Анализирахме данни от 1632 жени от кавказки произход с ИТМ, които бяха оценени средно на 9,09 (sd = 3, 45) години, прием на калории (извлечени от въпросници за честотата на храната (FFQ)) и физическа активност в началото, както и данни за микробиоми в мониторинга.

Изследването е одобрено от комитета на NRES Лондон - Уестминстър и всички близнаци са предоставили информирано писмено съгласие.

Оценка на наддаване на тегло и тегло

Височината и теглото бяха измерени с помощта на стандартни везни, два пъти средно от 9,09 (sd = 3, 56) години. Стойността на ИТМ се изчислява чрез разделяне на теглото (в кг) на квадратния корен (в метри). Промяната в ИТМ на година се изчислява по отношение на възрастта, пола, изходния ИТМ, приема на калории (получени от FFQ) и физическата активност. Физическата активност се измерва с помощта на въпросник, който изисква тяхното ниво на активност по скала на Ликерт (няма, леко, умерено и интензивно). Субектите бяха категоризирани въз основа на тези тетрили. Групата с високо наддаване на тегло е определена като горен терил, докато ниското наддаване на тегло е долната.

Прием на фибри и наситени мастни киселини

Приемът на храна се изчислява от валидиран 131-точков FFQ. 17 Фибрите и наситените мастни киселини (g ден -1) са получени от UK Nutrient Database 18, която осигурява съдържание на храна в не-нишестени полизахариди (NSP), както е определено по метода на Englyst. 19 По-специално, приемът на фибри и наситени мастни киселини се оценява като честотата на консумация на всяка храна, умножена по съдържанието на хранителни вещества в храната за съответния размер на порцията. Преди анализ, приемът на фибри и наситени мастни киселини беше коригиран към прогнозния енергиен прием (килокалории). 20.

Анализ на микробиота

Статистически анализ

Наследствеността на промяната в надлъжното тегло е оценена с помощта на софтуера MX 25, който регулира възрастта, пола, пушенето, приема на калории и физическата активност. Оценихме наследствеността, използвайки моделиране на структурно уравнение, за да разделим наблюдаваната фенотипна дисперсия на три скрити източника на вариация: адитивна генетична вариация (A), споделена/обща вариация на околната среда (C) и несподелена/уникална вариация на околната среда (E). 25 Допълнителни генетични ефекти са показани, когато еднояйчните близнаци са по-сходни с двуяйчните близнаци. Общият компонент на околната среда оценява приноса на семейната среда, който се приема, че е еднакъв както при монозиготни, така и при дизиготни двойки. 26 Уникалният компонент на околната среда не допринася за сходството на близнаците, а по-скоро оценява ефектите, които се прилагат само за всеки индивид и включва грешка в измерването. Всяко по-голямо сходство между монозиготни близнаци, отколкото дизиготни близнаци, се дължи на по-голям дял от генетичните влияния. Унаследяването се дефинира като част от фенотипната вариация, приписвана на генетичен фактор и се дава от уравнението h2 = (A)/(A + C + E).

Проведени са случайни логистични регресии, за да се оцени способността на чревното микробно разнообразие да предскаже наддаване на тегло. Ковариатите са възраст, пол, пушене, прием на калории, физическа активност, изходен ИТМ и известна връзка. Повторихме анализа на модификацията на горните ковариати, както и използването на инхибитори на протонната помпа и антибиотици.

Извършени са и линейни регресии, за да се определи връзката между диетичните фибри и микробното разнообразие, като се коригира възрастта, ИТМ, приема на калории, семейното родство и множество тестове.

Тъй като предположихме, че микробното разнообразие може да повлияе на връзката между диетичните фибри и наддаването на тегло, повторихме анализа, като разделихме пробата между тези в най-високата територия на разнообразието на Шанън (показател, който представлява изобилие и еднородност на видовете) и тези в долния третичен .

Логистичните регресии също бяха използвани за изследване на връзката между OTU и теглото, което беше коригирано отново за ковариати, известна свързаност и множество фалшиво положителни тестове.

И накрая, ние извършваме частичен анализ на поне квадратен дискриминант върху OTU, за да идентифицираме ефектите от наддаването и отслабването върху бактериалната общност, използвайки пакета R MixOmics. За да избегнем пренаселеност, оценихме ефективността на модела, използвайки десеткратна кръстосана проверка, за да изчислим площта под кривата на оператора на приемника.

резултатът

Демографските характеристики на изследваната популация са показани в Таблица 1. Накратко, имаше 3718 индивида с дългосрочни данни за ИТМ и 1662 от тях, главно жени с широк възрастов диапазон (20-74 години в началото), имаха данни за микробиоми в следващите години. нагоре. Анализът на наследствеността на 25 (809 монозиготни двойки и 1050 дизиготни двойки) установява, че надлъжната промяна на теглото има наследство (h 2) от 0,41 (95% доверителен интервал: 0,31, 0,47), което означава, че 59% от неговите нива на дисперсия не са дефинирани . общ генетичен компонент.

Маса в пълен размер

След това продължихме да изследваме приноса на разнообразието на чревните микробиони към този фенотип.

Алфа разнообразие

Лицата в групата с наддаване на тегло са имали значително по-ниско разнообразие (P 27

Приемът на диетични фибри положително корелира с нивата на микробно разнообразие (Шанън: бета (se) = 0,01 (0,004), P = 0,002; Таблица 2) и е отрицателно свързан с риска от участие в групата с голямо наддаване на тегло (вероятностни съотношения (ИЛИ )) (se) = 0,977 (0,96 - 0,99), P = 0,007; Фигура ла). Асоциацията остава дори след корекция за прием на наситени мазнини (OR = 0,978 (0, 96–0, 99), P = 0,03).

Графичен график, показващ връзката между приема на фибри и наддаването/отслабването ( а ) като цяло, ( б ) за индивиди в долната третична част на индекса на разнообразието на Шанън и ( ° С ) в горната третична част на индекса на разнообразието на Шанън. Показани са и OR за наддаване на тегло на грам на ден прием на фибри.

Изображение в пълен размер

Чрез стратификация на пробата между тези в горната третична част на разнообразието на Шанън и тези в долната третична част, установихме, че приемът на диетични фибри е свързан с по-ниско наддаване на тегло при индивиди с голямо разнообразие на чревни микробиоми (OR = 0.954 (0.92-0, 98 ), P = 0,003; Фигура 1в). Подобен, макар и незначителен ефект се наблюдава при индивиди от групата с микробиоми с ниско вискозитетно разнообразие (OR = 0,977 (0,94-1,01), P = 0,16). Връзката между диетата с фибри и разнообразието от микробиоми остава значителна след корекция за общия прием на наситени мазнини (бета = 0,012 (0,005), P = 0,02) и по подобен начин след корекция за приема на протеини (бета = 0,014 (0, 0046), P = 0,002) . Не открихме корелация между общия прием на протеин и разнообразието на микробиони (бета = −0, 002 (0, 002), P = 0, 34).

Изобилието на OTU, което е свързано с дългосрочно наддаване на тегло

Идентифицирахме девет OTU, значително свързани с надлъжно наддаване на тегло след ковариантно лечение и многократно тестване, използвайки скоростта на фалшивото откриване

а ) Частична графика с частичен дискриминант анализ, базиран на относителните количества OTU в чревната микробиота и тяхната връзка с наддаването и отслабването. б ) График на натоварване с частичен дискриминантен анализ въз основа на относителните количества OTU в чревната микробиота и тяхната връзка с наддаването на тегло и загубата на тегло. OTU с променлив проекционен ефект (VIP)> 1 се показват и оцветяват в съответствие с тяхното семейство.

Изображение в пълен размер

дискусия

В най-мащабното проучване досега ние профилирахме ефектите от разнообразието на чревните микробиоми и приема на диетични фибри върху дългосрочното наддаване на тегло. Показахме, че дългосрочното наддаване на тегло се определя само частично от генетичния състав на индивида и че ниското разнообразие на чревния микробиом е свързано с по-голямо наддаване на тегло във времето. Нашите резултати за дългосрочно наддаване на тегло са в съответствие с няколко проучвания, които са предоставили доказателства за връзка между чревния микробиом и измерванията на телесното тегло в напречно сечение. 7, 12, 13

Ние съобщаваме, че микробното разнообразие може да повлияе на наблюдаваната връзка между диетата и наддаването на тегло. Когато стратифицирахме пробата между тези от горното третично разнообразие на Шанън и тези от долното третично, установихме, че приемът на фибри е значително свързан с намален риск от попадане в групата с високо наддаване на тегло сред индивидите в групата с високо микробно разнообразие, но не при хора с ниско микробно разнообразие.

Също така открихме, че девет OTU са значително свързани с увеличаване на теглото. Приспособяването към инхибитора на протонната помпа и антибиотиците не променя резултатите. Съществуват противоречиви доказателства за филогенетични подписи в затлъстелите човешки черва, като много изследвания предполагат и увеличават съотношението Firmicutes: Bacteoridates, 13, 32, 33, 34, като някои не показват тенденция, а други показват обратната тенденция. 35, 36, 37 Тук открихме, че от осемте OTU, които са значително свързани с по-нисък риск от наддаване на тегло, седем принадлежат към семейство Firmicutes, много от които са част от рода Ruminococcaceae. Предполагането, че това съотношение може да не е особено информативно за ролята на микробиома при определяне на телесното тегло, вече е отправено от други. 38

Връзката между някои видове Ruminococcaceae и по-ниския риск от наддаване на тегло и Bacteroids и по-високият риск от наддаване на тегло може просто да се дължи на тяхната (или) положителна и отрицателна корелация с микробиологичното разнообразие, въпреки че в два случая OTU остават свързани с адаптацията на разнообразието.

При мишки чревните микробиотици се променят по време на потискане на затлъстяването в студена среда. Ruminococcaceae Adlercreutzia и Desulfovibrio 39 са сред бактериите, които растат по време на този процес. По този начин е възможно Ruminococcaceae да са функционално свързани с постно фенотип, но са необходими допълнителни функционални проучвания, за да се оцени дали това е така.

В малко интервенционно проучване при 33 индивиди със затлъстяване са установени значителни промени в микробиомите, включително намаляване на Faecalibacterium prausnitzii със загуба на тегло на 4 месеца. 40 Въпреки това не намираме значителна връзка между Faecalibacterium prausnitzii и дългосрочна промяна на теглото в нашите данни, въпреки че откриваме, че Faecalibacterium prausnitzii в напречно сечение корелира с по-нисък ИТМ (бета (se) = -0,54 (0, 11), P = 1, 4 × 10 −6) в съответствие с връзката между появата на този вид в червата и затлъстяването. Отбелязахме, че сме изследвали нормалната популация, а не групата със затлъстяване и че това проучване е имало по-голяма извадка и значително по-дълъг период на проследяване. Това обаче предполага, че промените в микробиома в отговор на загуба на тегло за кратък период от време (т.е. 4 месеца) може да не отразяват разликите в състава на микробиома, свързани с по-нисък риск от наддаване в продължение на много години.

Повишаването на теглото се дължи не само на генетични фактори 1, но разнообразието на чревните микробиоми на индивида се определя само частично от генетичния състав на гостоприемниците. Изчислено е, че наследяването на чревното разнообразие на микробиони варира от 0, 30 до 0, 37, 21, което означава, че повече от 60% от вариацията в микробното разнообразие се определя в околната среда и фокусът на бъдещите изследвания трябва да бъде върху разбирането как да се увеличи микробното разнообразие.

Нашите резултати също така предполагат, че благоприятният ефект на фибрите върху теглото може да бъде по-силно изразен при индивиди с по-голямо микробно разнообразие, въпреки че това може поне отчасти да отразява факта, че индивидите с по-високо съдържание на фибри имат по-голямо микробно разнообразие. 41 Здравословните ефекти на разнообразния чревен микробиом върху няколко фенотипа вече са демонстрирани при хора в различни условия. Експериментална работа с животни показа, че приемът на фибри намалява енергийната плътност на диетата и произтичащите от това късоверижни мастни киселини насърчават чревната глюконеогенеза, производството на инкретин и последващото насищане, докато късоверижните мастни киселини също доставят енергия на гостоприемника и насърчават липонеогенезата. 43 Нашите данни показват, че увеличаването на микробното разнообразие може да бъде само по себе си желан резултат и че ефектът от приема на фибри върху намаленото наддаване на тегло е по-изразен при индивиди с по-голямо микробно разнообразие.

Също така отбелязваме, че използваната тук скорост на влакната се прилага само за общия NSP, тъй като не е налице по-изчерпателна мярка. Според Британската фондация за хранене във Великобритания средният прием на NSP е 12,8 g-1 за жени и 14,8 g-ден -1 с препоръчителен среден прием на възрастни от 18 g (NSP) на ден. 47 Според нашите данни средният хранителен прием е 20 g NSP на ден, което следователно е над средното за страната и е в съответствие с препоръката на британската национална формула.

В заключение, това проучване е първата корелация на чревния микробен състав и разнообразието с дългосрочната (предвидена като няколко години) корекция на теглото поради приема на калории. Това е и едно от най-големите проучвания до момента за свързване на затлъстяването с микробиома при хората. Нашите данни се съгласяват с други проучвания, които подкрепят ролята на микробния състав в червата при регулирането на телесното тегло на човека, което до голяма степен се определя от околната среда и не зависи от приема на калории. Тъй като чревният микробиом може да се модифицира, ние вярваме, че тези резултати трябва да повишат интереса към фокусиране на микробиома върху интервенции за контрол на теглото и трябва да подкрепят изследванията на надлъжните промени на микробиома в достатъчно мощни проучвания.