Роль кишечной микробиоты в развитии метаболического синдрома

Project: Grant fulfilmentTotal grant fulfilment

Project Details

Description

Ценность данного исследования заключается в возможности разработки на основании полученных данных новых методов профилактики и лечения таких социально-значимых заболеваний, как ожирение, сахарный диабет 2 типа, артериальная гипертензия, успешная борьба с которыми приведет к улучшению качества жизни и снижению смертности населения . В основе данных профилактических и лечебных мер будет лежать понимание дисбиотических изменений в толстой кишке при метаболических нарушениях, коррекция которых приемом пребиотиков, пробиотиков или аутобиотиков позволит по-новому взглянуть на лечение метаболического синдрома.
Прочтение генома микробиоты кишечника, подтверждение связи определенных бактерий кишечника с проявлениями метаболического синдрома позволит сделать вклад в копилку знаний, касающихся роли микробиоты в формировании и развитии метаболических нарушений. Полученные данные могут быть включены в клинические рекомендации по ведению пациентов с ожирением, метаболическим синдромом, а также в учебные пособия по терапии, эндокринологии и микробиологии в высших учебных заведениях.

Layman's description

За первый год реализации проекта обследовано 38 пациентов с метаболическим синдромом (МС) (средний возраст - 58,29±1,53 лет, соотношение женщин: мужчин – 15:23) и 18 пациентов без метаболических нарушений (средний возраст - 54,94±1,78 лет, соотношение женщин: мужчин – 12:6). Проводилось исследование образцов фекалий пациентов обеих групп с помощью полимеразной цепной реакции в режиме реального времени (ПЦР-РВ), а также выборочное исследование фекалий (8 больных с МС, 7 здоровых лиц) методом метагеномного секвенирования гена 16S рРНК. Получены статистически значимые различия в бактериальном составе кишечника при МС и без него, выявлены корреляционные связи проявлений МС, уровня С-реактивного белка (СРБ) с отдельными родами и видами бактерий. В частности, при метагеномном секвенировании обнаружено значимо большее количество фила Actinobacteria в группе пациентов с МС, чем в группе здоровых. Также на уровне филов в группе МС обнаружены тенденции к увеличению представительства Verrucomicrobia, Proteobacteria, снижение популяции Firmicutes. В группе МС получена положительная связь между уровнем СРБ, индексом массы тела (ИМТ) и количеством Lactobacillus spp. (r = 0,826, р <0,001 и r = 0,598, p = 0,014 соответственно), что указывает на вероятную провоспалительную роль Lactobacillus spp. при МС. Установлена отрицательная связь между уровнем СРБ и количеством Faecalibacterium prausnitzii (r = - 0,573, р = 0,026), между массой тела и количеством Bifidobacterium spp. (r = - 0,654, p = 0,002), что подтверждает антагонистическую роль данных бактерий в формировании системного воспаления и метаболических нарушений. Также отрицательные корреляции были установлены с показателями липидного обмена: между уровнем липопротеидов высокой плотности и количеством Bacteroides fragilis group (r = -0,757, р =0,018), между уровнем липопротеидов низкой плотности и количеством Klebsiella pneumoniae (r = -0,641, р =0,025). Выявленные связи родов и видов бактерий с проявлениями МС позволяют выделить Lactobacillus spp., Bacteroides fragilis group как потенциальных маркерных бактерий МС, а Faecalibacterium prausnitzii, Bifidobacterium spp.,Klebsiella pneumoniae рассматривать в качестве их антагонистов. Исследование микробиоты кишечника у больных с МС потенциально может рассматриваться как один из методов прогнозирования формирования “малого” хронического воспаления, нарушений липидного и углеводного обмена при МС.

Key findings for the stage (summarized)


По результатам реализации 1го этапа проекта получены значимые различия в бактериальном составе кишечника при метаболическом синдроме (МС) и без него, выявлены корреляционные связи проявлений МС, С-реактивного белка (СРБ) с отдельными родами и видами бактерий.
В частности,
1. Выявлены рода, виды кишечных бактерий, коррелирующие с отдельными критериями МС и уровнем СРБ. В группе МС получена положительная связь между уровнем СРБ, индексом массы тела (ИМТ) и количеством Lactobacillus spp. (r = 0,826, р <0,001; r = 0,598, p = 0,014), положительная корреляционная связь средней силы (r= 0,534, p<0,01) между уровнем СРБ и количеством Enterobacter spp. и Citrobacter spp., что указывает на вероятную провоспалительную роль данных бактерий при развитии МС. Также получена отрицательная связь между уровнем СРБ и количеством Faecalibacterium prausnitzii (r = - 0,573, р = 0,026), между весом тела и количеством Bifidobacterium spp. (r = - 0,654, p = 0,002), что соответствует современным представлениям о роли данных бактерий в предотвращении развития метаболических нарушений и снижении количества данных бактерий при МС [1,2,3,4]. Также отрицательные корреляции были установлены с показателями липидного обмена: между уровнем ЛПВП и количеством Bacteroides fragilis group (r = -0,757, р =0,018), между уровнем ЛПНП и количеством Klebsiella pneumoniae (r = -0,641, р =0,025).

2. Выделены филы бактерий, соотношение которых может играть ключевую роль в развитии метаболического синдрома.
При метагеномном секвенировании обнаружено значимо большее количество фила Actinobacteria в группе пациентов с МС, чем в группе здоровых. Также на уровне филов в группе МС обнаружены тенденции к увеличению представительства Verrucomicrobia, Proteobacteria, снижение популяции Firmicutes.

3. Рассмотрена взаимосвязь пола, индекса массы тела с составом микробиоты кишечника при МС, что позволило подтвердить гипотезу о различиях в связи определенных бактерий кишечника и их соотношения с проявлениями МС у мужчин и женщин. В частности, выявлено статистически значимо чаще встречающееся у женщин, чем у мужчин большее общее количество бактерий, повышенное содержание Bacteroides fragilis group и Faecalibacterium prausnitzii. Обнаружены сильные отрицательные корреляционные связи между ИМТ и общей бактериальной массой, между ИМТ и количеством Bacteroides fragilis group среди женщин с ожирением I степени. У мужчин с избыточной массой тела выявлена корреляция между ИМТ и соотношением Bacteroides fragilis group/Faecalibacterium prausnitzii.
При метагеномном анализе микробиоты мужчин и женщин на уровне филов обнаружены следующие тенденции: 1) меньшее представительство Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, 2) большее представительство Verrucomicrobia и TM7, называемых в настоящее время Saccharibacteria, у женщин, чем у мужчин. Стоит отметить, что у женщин при МС в кишечном микробиоме выявлено большее количество филов бактерий, чем у мужчин.

4. Оценен уровень маркера воспаления при полном МС. Получены корреляции его уровня в крови с отдельными родами и видами бактерий.
В группе МС получена положительная связь между уровнем СРБ и количеством Lactobacillus spp. (r = 0,826, р <0,001; r = 0,598, p = 0,014),отрицательная связь между уровнем СРБ и количеством Faecalibacterium prausnitzii (r = - 0,573, р = 0,026). Также положительная корреляция установлена между уровнем С-реактивного белка и количеством Enterobacter spp. и Citrobacter spp.(r= 0,534, p<0,01), количеством Escherichia coli и Bacteroides thetaiotaomicron (r= 0,327, p<0,05; r= 0,344, p<0,05 и r= 0,337, p<0,05 соответственно), слабая отрицательная корреляционная связь (r= -0,369, p<0,05) между уровнем СРБ и количеством Akkermansia muciniphila.
Таким образом, выявленные связи родов и видов бактерий с проявлениями МС и уровнем СРБ позволяют выделить Lactobacillus spp., Bacteroides fragilis group как потенциальных маркерных бактерий МС и формирующегося системного воспаления, а Faecalibacterium prausnitzii, Bifidobacterium spp.,Klebsiella pneumoniae рассматривать в качестве их антагонистов. Среди филов бактерий, ассоциированных с формированием МС, можно выделить Actinobacteria, Verrucomicrobia, Proteobacteria при снижении популяции фила Firmicutes. Исследование микробиоты кишечника у больных с МС потенциально может рассматриваться как один из методов прогнозирования формирования “малого” хронического воспаления, нарушений липидного и углеводного обмена при МС. Гендерные различия в составе бактерий кишечника при МС указывают на необходимость дальнейшего изучения выявленных особенностей микробиоты с учетом особенностей метаболизма мужчин и женщин, а также на потенциальную необходимость дифференцированного подхода к оценке состава микробиома кишечника и вклада кишечных бактерий в развитие МС с учетом гендерной принадлежности.

Academic ownership of participants (text description)

Котрова Анна Дмитриевна, исполнитель проекта, младший научный сотрудник: сбор и транспортировка материала, создание базы данных, статистическая обработка полученных данных, представление результатов на конференциях, написание статей;
Шишкин Александр Николаевич,руководитель проекта,д.м.н.,профессор,заведующий кафедрой факультетской терапии: создание дизайна исследования и координация реализации проекта, написание статей.

Transfer of the full copy of the report to third parties for non-commercial use: permitted/not permitted

не разрешается

Check of the report for improper borrowing in external sources (plagiarism): permitted/not permitted

не разрешается

Rationale of the interdisciplinary approach

Исследование включает в себя как набор пациентом с эндокринологической патологией, что соответствует клинической медицине,так и анализ патогенетической роли микробиоты кишечника в формировании метаболического синдрома, что соответствует фундаментальной медицине, патологии. Проект может служить основой для разработки нового метода прогнозирования и/или лечения МС на основе понимания роли кишечной микробиоты, что соответствует биотехнологиям в медицине.
AcronymRFBR_ASP_2020
StatusActive
Effective start/end date1/09/201/09/22