Фенотипы ожирения: вероятные маркеры, ассоциированные с микробиомом кишечника

Введение

Ожирение — это хроническое заболевание, которое осложняется различными метаболическими нарушениями, включая сахарный диабет 2 типа, дислипидемию, сердечно-сосудистые заболевания и др. Количество людей с ожирением растёт во всём мире. По данным отчёта «Всемирный атлас ожирения 2022», к 2030 г. число пациентов с ожирением во всём мире увеличится до 1 миллиона, что составит одну пятую часть женщин и одну седьмую часть мужчин¹. Ранее считалось, что люди, страдающие ожирением, — это однородная группа с похожим метаболическим статусом, сердечно-сосудистым риском и прогнозом. Однако многочисленные исследования выявили подгруппу людей с ожирением, у которых, несмотря на высокий индекс массы тела (ИМТ), отсутствуют метаболические нарушения. Такой фенотип ожирения получил название «метаболически здоровое ожирение» (МЗО) [1]. По данным литературы, при МЗО риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и сахарного диабета 2 типа ниже, чем у метаболически нездоровых людей с ожирением, но более высокий по сравнению с метаболически здоровыми людьми без ожирения [2]. Распространённость фенотипа МЗО зависит от возраста и пола и составляет от 10 до 30% [3]. В отличие от метаболически нездорового ожирения, при МЗО наблюдается меньшее количество висцерального и эктопического жира, менее выраженные инфильтрация висцеральной жировой ткани иммунными клетками и гипертрофия адипоцитов, сохранены пластичность подкожных адипоцитов и чувствительность тканей к инсулину. Помимо этого, при МЗО не нарушена эндокринная функция жировой ткани [4]. Исследования последних лет показали, что большинство пациентов с метаболически здоровым ожирением со временем переходят в группу метаболически нездорового, что привело к изменению концепции МЗО и признанию данного фенотипа нестабильным, промежуточным состоянием. Предикторами перехода от МЗО к МНЗО являются возраст, окружность талии (ОТ), уровень ТГ, глюкозы, липопротеинов высокой плотности (ЛПВП), эпигенетические факторы и др. [5].

На сегодняшний день уже установлено, что микроорганизмы, колонизирующие кишечник человека, играют важную роль в поддержании нормального обмена веществ [6]. Имеются данные, что ожирение и сахарный диабет 2-го типа связаны с изменениями в микробных сообществах, которые имеют однонаправленный характер и разнонаправленный характер у пациентов с МНЗО и МЗО [7]. Анализ 60 000 кишечных микробных маркеров, ассоциированных с сахарным диабетом (СД) 2-го типа, выявил дисбиотические изменения в микробиоме кишечника, характеризующиеся снижением уровня родов Roseburia, Faecalibacterium, Eubacterium и Clostridiales, и одновременным увеличением не продуцирующих бутират, но оказывающих антагонистическое влияние на A. muciniphila [8].

Интегрирование метаболизма микроорганизмов кишечника с макроорганизмом происходит путём модуляции проницаемости кишечной стенки, влияния на центральные механизмы контроля аппетита и регуляцию синтеза биологически активных веществ [6]. По данным литературы, микробиологические профили кишечников у пациентов с МЗО и МНЗО могут различаться [2]. Микробиом кишечника при МЗО имеет более высокое бактериальное разнообразие, более высокий уровень бактерий, продуцирующих бутират и противовоспалительные метаболиты и меньшее количество продуцентов эндотоксинов. Метаболически нездоровый фенотип ожирения напротив, связан с дисбиозом кишечного микробиома [9], характеризующегося снижением альфа-разнообразия [10], изменением соотношения Bacillota и Bacteroidota, увеличением доли бактерий, продуцирующих липополисахарид и уменьшением количества бактерий, продуцирующих короткоцепочечные жирные кислоты [11]. Однако результаты проведённых исследований противоречивы, и остаётся неясным, какой именно микробиологический профиль кишечника напрямую связан с развитием ожирения. Недостаточно данных о конкретных таксономических изменениях и о том, как они соотносятся с различными метаболическими параметрами.

Цель исследования — изучить особенности таксономического состава микробиома кишечника на уровне некоторых бактериальных видов у пациентов с разными фенотипами ожирения.

Материалы и методы

Исследование проведено на базе кафедры внутренних болезней №3 ФГБОУ ВО «Ростовский государственный медицинский университет» Минздрава России, Центра цифровой и трансляционной биомедицины ООО «Центр молекулярного здоровья» и ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» в период 2020–2022 гг. Проведение работы одобрено ЛНЭК ФГБОУ ВО РостГМУ (протокол № 20/19 от 12.12.2019).

Были обследованы 95 человек: мужчин — 17 (17,9%), женщин — 78 (82,1%), средний возраст обследуемых — 50,4±4,3 лет. Критерии включения: индекс массы тела (ИМТ) ≥30кг/м²; ОТ у мужчин >102 см, у женщин >88 см, возраст старше 18 лет, отсутствие приёма антибиотиков, пребиотиков, пробиотиков и симбиотиков в течение 3 месяцев до включения в исследование; подписанное информированное согласие на участие в исследовании. Критерии исключения: тяжёлые соматические заболевания, бариатрические операции, любое острое заболевание, депрессия, алкоголизм, беременность.

Для стратификации обследуемых с ожирением на метаболический фенотип были использованы критерии NCEP-ATP III (The National Cholesterol Education Program (NCEP), Adult Treatment Panel III (ATPIII). Здоровый метаболический профиль определялся как <3 из перечисленных показателей в таблице 1.

В I группу (МЗО) вошли 40 пациентов: 6 (15,0%) мужчин, 34 (85,0%) женщины, средний возраст — 49,5±5,1 лет. Во II группу (МНЗО) — 55 пациентов: 11 (20,0%) мужчин, 44 (80,0%) женщин, средний возраст — 51,3±3,6 лет. Обследуемым всех групп были проведены осмотр, сбор жалоб и анамнеза, измерены рост, масса тела и ОТ. ИМТ рассчитывали по рекомендациям экспертов ВОЗ (2003). Значение окружности талии измеряли сантиметровой лентой на уровне середины расстояния между рёберными дугами и гребнями подвздошных костей. АД определяли ручным тонометром по стандартной методике Н.С. Короткова. Состояние углеводного обмена оценивали на основании исследования глюкозы плазмы натощак (ГПН), иммунореактивного инсулина и расчёта индекса инсулинорезистентности (глюкоза натощак (ммоль/л) × инсулин натощак (Ед/л)/22,5). С целью исключения дислипидемии в сыворотке крови определяли уровень холестерина липопротеидов низкой (ХС ЛПНП), липопротеидов высокой плотности (ХС ЛПВП), общего холестерина (ОХС) и триглицеридов (ТГ). Уровень инсулина исследовался на анализаторе «Mag pix» («BioRad») с использованием набора «Milli plex: Human Adipokine Magnetic Bead Panel 2». На спектрофотометре «Hitachi U-2900» с наборами реагентов «Ольвекс Диагностикум» проводили исследование биохимических показателей. Образцы фекалий получали согласно рекомендациям Меньшикова В.В.². Композиционный состав кишечного микробиома выполняли путём метагеномного анализа. Из образцов фекалий ДНК выделяли с использованием набора «QIAamp DNA stool mini kit» («Qiagen»). На платформе «Illumina MiSeq» проводили секвенирование вариабельного участка v3–v4 гена 16S рРНК. Программой «QIIME v.1.9.1» с использованием референсной базы данных «Greengenes v.13.8» с порогом сходства между последовательностями в 97% были проанализированы выявленные последовательности генов 16S рРНК. Относительная представленность бактериальных таксонов в общем пуле ридов указана в долях (от 0 до 1), которые были рассчитаны на основе количества картированных ридов для каждого таксона. В R-версии программы «RStudio v.3.2» выполняли статистические расчёты. С помощью теста Шапиро — Уилка проведена проверка данных на нормальность распределения. Для количественных показателей рассчитаны средние ± средние квадратические отклонения; медиана и квартили (25%, 75%); минимальные и максимальные значения в выборке. Сравнение средних уровней в группах проводилось с помощью теста Манна — Уитни, частот (%) — с помощью точного теста Фишера. Сравнение частот обнаружения микроорганизмов выполнялось с помощью точного теста Фишера с поправкой на множественные сравнения по Холму. Сравнение медиан количественных показателей изучаемых микроорганизмов, верифицированных в толстой кишке, в группах проводилось с помощью теста Крускала — Уоллиса (попарные апостериорные сравнения — по методу Неменьи). При р<0,05 различия признавали статистически значимыми. Работа написана по материалам диссертации «Фенотипы ожирения и их связь с микробиомом кишечника и эндокринной функцией жировой ткани».

Результаты

При проведении сравнительного анализа исследуемых показателей между пациентами с разными фенотипами ожирения было выявлено, что подгруппы МЗО и МНЗО сопоставимы (p>0,05) по возрасту, антропометрическим показателям (ИМТ, ОТ) и не имели статистически значимых различий по уровню ХС ЛПНП и ОХС. Значимые различия между пациентами с разными фенотипами ожирения были выявлены для САД, ДАД, ГПН, инсулина, HOMA, ТГ, значения которых были ниже (p <0,0001, p <0,0001, p <0,0001, p=0,05, р=0,0001, p <0,0001, соответственно), а уровень ХС ЛПВП — выше (p=0,02) у пациентов с МЗО по сравнению с МНЗО (табл. 2).

Сравнительный анализ частот обнаружения отдельных видов микроорганизмов в кишечнике пациентов с МЗО и МНЗО статистически значимых различий не выявил (табл. 3).

Анализ количественных показателей изучаемых микроорганизмов в микробиоме кишечника у пациентов с МЗО и МНЗО выявил, что виды F. prausnitzii и Р. copri присутствовали в кишечнике у всех пациентов. Однако количество F. prausnitzii было значительно ниже (р=0,006) в подгруппе МНЗО (табл. 4).

Приоритетными видами в обеих группах были A. muciniphila, B. adolescentis и B. longum. В то же время в кишечнике пациентов с МЗО и МНЗО отсутствовали 3 вида Lactobacillus (L. brevis, L. iners L. agilis).

Обсуждение

По результатам исследования выявлено, что в микробиоме кишечника пациентов с МНЗО количество F. prausnitzii значимо ниже (р=0,006) по сравнению с аналогичными результатами у пациентов с МЗО, что согласуется с результатами других авторов [12]. F. prausnitzii (филум Bacillota) — важный продуцент короткоцепочечных жирных кислот. По данным литературы, протективное действие F. prausnitzii опосредовано производством бутирата, обладающего противовоспалительным действием и снижающим проницаемость кишечного эпителия за счёт увеличения количества белков плотного соединения в эпителиальных клетках, а также увеличивающего выработку слизи бокаловидными клетками [13]. Помимо этого, бутират поддерживает целостность кишечного барьера, влияя на кишечные макрофаги и регулируя липополисахарид-индуцированные провоспалительные медиаторы (IL-6 и IL-12). Также бутират активирует глюконеогенез, тем самым оказывая положительное влияние на гомеостаз глюкозы [14]. В отличие от F. prausnitzii другой микроорганизм — P. copri (филум Bacteroidota), — наоборот может вызывать воспаление слизистой оболочки кишечника и повышать кишечную проницаемость путём системного распространения медиаторов воспаления и транслокации бактериальных продуктов в кровоток [15]. Так, в исследовании Pedersen H.K. было показано, что вид P. copri связан с инсулинорезистентностью и выявлена положительная корреляция между уровнем ЛПС и P. copri [16]. Однако в проведённом нами исследовании статистически значимой разницы в содержании P. copri у пациентов с разными фенотипами ожирения не обнаружено. Также противоречивые результаты описаны относительно противовоспалительных эффектов A. muciniphila (филум Verrucomicrobiota). A. muciniphila участвует в расщеплении муцина для получения энергии, углерода и азота [17], необходимых для поддержания роста и колонизации кишечной микробиоты. В качестве побочного продукта деградации муцина образуются короткоцепочечные жирные кислоты, в основном ацетат и пропионат, способствующие формированию здорового кишечного барьера. Большинство научных данных демонстрирует обратную корреляцию между уровнем A. muciniphila с ожирением и СД 2-го типа [18]. Однако есть и диаметрально противоположные исследования, не обнаружившие метаболического преимущества данного вида. Так, по результатам исследования MGWAS выявлено, что некоторые гены, связанные с A. muciniphila в большей степени экспрессированы у пациентов с СД 2-го типа по сравнению со здоровыми лицами. Адгезия введенного A. muciniphila улучшала проницаемость кишечника и уменьшала воспаление и ЛПС-индуцированную эндотоксемию, типичную для СД 2-го типа и ожирения, и положительно коррелировала с улучшением состояния кишечника in vivo [19]. У мышей с ожирением и сахарным диабетом 2-го типа наблюдалось снижение количества A. muciniphila в фекалиях, истончение слоя слизи, дисбиоз кишечника, нарушение барьерной функции кишечника и изменение гомеостаза глюкозы [20]. В нашем исследовании отсутствовали значимые различия в содержании A. muciniphila у пациентов с МЗО и МНЗО. Столь разнонаправленные данные, на наш взгляд, связаны с исследуемой когортой пациентов, межиндивидуальными особенностями обследуемых, генетическими факторами, диетой, а также различиями в аналитических методах определения микробного состава кишечника и дизайном исследований.

Заключение

Микробиом кишечника играет важную роль не только в переваривании и усвоении питательных веществ, но и в регуляции энергетического гомеостаза. Данные литературы свидетельствуют о том, что дисбиоз в микробиоте кишечника может приводить к развитию и кардиометаболических нарушений. Результаты проведённого исследования демонстрируют, что в микробиоме кишечника при МЗО и МНЗО отмечаются некоторые видовые отличия (в виде снижения количества F. prausnitzii у пациентов с МНЗО). Коррекция микробиома может открыть новые пути для более эффективного и персонализированного похода к лечению ряда метаболических нарушений. Требуются дальнейшие исследования для определения корреляции между отдельными видами бактерий и метаболическими заболеваниями.