Мікробні сигнатури в метаболічних тканинах: нова парадигма ожиріння та діабету?

Предмети

Аналізуючи мікробні профілі у трьох складах жирової тканини та печінки та плазми людей із ожирінням, що страждають ожирінням, нове дослідження виявляє унікальний характерний для органу мікробний підпис або потенційну внутрішню «тканинну мікробіоти» у людей із ожирінням, що страждають ожирінням.

Накопичення вісцерального жиру вважається одним з найважливіших факторів ризику розвитку діабету 2 типу. Хоча молекулярні механізми, що пов'язують приріст вісцерального жиру з порушенням метаболізму глюкози, ще не з'ясовані до кінця, одним із загальноприйнятих факторів є хронічне запалення низького ступеня у вісцеральному жирі та метаболічних органах, таких як печінка та м'язи, у людей з діабетом та ожирінням 1 .

Мікробіота кишечника є головним рушієм хронічного запалення внаслідок транслокації різних бактеріальних компонентів, таких як ліпополісахариди, з кишечника в кров; це явище визначається як метаболічна ендотоксемія 2. Незважаючи на те, що численні дослідження пов'язували склад та активність мікробіоти кишечника із метаболічними захворюваннями 3, чи є мікробіота кишечника причинно-наслідком для ожиріння та діабету 2 типу, залишається предметом дискусій. Важливим обмеженням у цьому відношенні є те, що більшість суміжних досліджень покладаються насамперед на аналіз мікробіоти стільця. Мало повідомлень ідентифікували потенційні мікробні сигнатури в крові або жировій тканині людей із ожирінням та діабетом 4,5. Однак занепокоєння з приводу можливого мікробного забруднення зразків та хибнопозитивних результатів викликало сумнів у достовірності цих висновків 6 .

Нове дослідження Анхе та співавт., Опубліковане у цьому випуску Природний обмін речовин 7, схоже, успішно подолав цю перешкоду, ретельно контролюючи забруднення на кожному кроці під час відбору проб та аналізу, а також шляхом порівняльного аналізу різних мікробних профілів та аналізу забруднення. Завдяки великій кількості контролів авторам вдалося забезпечити чіткий та переконливий збір даних з мінімальним ризиком повідомлення про хибнопозитивні результати. Наприклад, 1000-кратна різниця сигналів між зразками тканин та негативним контролем сильно вказує на те, що дані є надійними і відображають фактичне мікробне навантаження тканин, а не забруднення.

Ця новаторська робота найбільше цікавить наукове співтовариство. Дійсно, це дослідження є першим дослідженням мікробних підписів за допомогою кількісної оцінки бактерій на основі гена 16S рибосомної РНК (рРНК) у плазмі та в різних ділянках тіла, особливо до ключових метаболічних органів, до яких, як відомо, важкодоступний, включаючи печінку та вісцеральний та сальниковий органи жирові депо (рис. 1). Іншим оригінальним аспектом цієї роботи є те, що автори зосередили свій аналіз на потенційному специфічному міжорганному мікробному підписі, який не залежить від індексу маси тіла, а також його зв'язків з глікемією та діабетом.

Кишкові та екологічні бактерії та фрагменти фізіологічно відбираються з просвіту кишки імунними клітинами, такими як М-клітини або дендритні клітини, або вони можуть транслокуватися в кров і згодом потрапити в різні тканини. Бактеріальні підписи виявляються в печінці, жировій тканині сальникової тканини (OAT), жировій тканині брижі (MAT), підшкірній жировій клітковині (SAT) та крові. Зазначено різні таксони та їх чисельність (тобто вищий або нижчий рівень у людей із ожирінням, які не страждають на цукровий діабет (НД), порівняно з ожирінням хворих на цукровий діабет 2 типу (Т2Д)) у тканинах. Відносна кількість бактеріальних відкладень порівняно вища у тканинах вздовж анатомічного шляху від кишечника до печінки та відносно менша у підшкірній жировій тканині та периферичній крові (представлена товщиною синіх стрілок).

Цікаво, що дослідники виявили більшу кількість копій гена 16S рРНК у жировій тканині сальникової залози та печінці, ніж у брижових, підшкірних та плазмових відділах (рис. 1). Протеобактерії були домінуючим типом у всіх п'яти досліджених тканинах, хоча дані також свідчать про тканинно-специфічну бактеріальну компартменталізацію. Серед бактеріальних підписів, Псевдомонада був переважаючим родом у всіх тканинах, хоча в органах спостерігалося більше число копій гена 16S рРНК, ніж у плазмі. Артробактер і Румінокок, на відміну від них, переважно виявляються в печінці. Вісім інших родів були більш поширеними в трьох жирових тканинах. Тоді як Бактероїди, Фекалібактерії і Ентеробактер були присутні в жировій тканині і є класично репрезентативними для мікробіоти кишечника, інші виявлені роди в першу чергу вважаються бактеріями навколишнього середовища, які зазвичай зустрічаються в ґрунті або воді (рис. 1). Крім того, висновок про те, що багато бактерій, здається, походять не лише з шлунково-кишкового тракту, а й з інших джерел, таких як їжа, вода чи грунт, настійно свідчить про те, що наші внутрішні органи постійно піддаються дії потенційних чужорідних генетичних ознак.

Порушена функція бар'єру кишечника пов’язана з ожирінням та діабетом 8,9. Однак у поточному дослідженні залишається незрозумілим, чи відображають ці сигнатури генів 16S рРНК реальну транслокацію бактерій у різні внутрішні тканини, чи відкладення генетичного матеріалу є результатом активного відбору проб кишкового або просвітного вмісту клітинами імунної системи, включаючи дендритні клітини або М-клітини (рис. 1). Оцінка складу мікробіоти кишечника осіб, які брали участь у цьому дослідженні, могла б пролити світло на це питання. Однак, хоча відсутність інформації про мікробіом кишечника може вважатися втраченою можливістю, це не зменшує актуальність загальних висновків, і дослідження слід розглядати саме таким: новаторська робота, яка відкриває шлях для подальших досліджень пов’язувати мікробні підписи різних органів з мікробіотою кишечника та слизової. Крім того, враховуючи наявність мікробних сигнатур навколишнього середовища у внутрішніх тканинах, вивчення потенційного походження та джерела цих сигналів представляло б інтерес.

На закінчення Анхе та співавт. елегантно подали інтригуючі докази бактеріальних генетичних ознак у п’яти позакишкових біологічних відділеннях. Це новаторське та похвальне досягнення є справжньою зміною гри у галузі досліджень мікробіомів і представляє саме той тип зміни парадигми, який потрібен цій галузі. Таким чином, це дослідження може бути першим у новому напрямку досліджень, яке поступово збільшить знання та допоможе розшифрувати роль „мікробіоти тканин”, її взаємодії з господарем та її значення для метаболічних та потенційно інших захворювань.

Список літератури

Готаміслігіл, Г. С. Природа 444, 860–867 (2006).

Кані, П. Д. та ін. Діабет 56, 1761–1772 (2007).

Кані, П. Д. та ін. Нат. Метаб. 1, 34–46 (2019).

Удаяппан, С. Д. та ін. PLoS Один 12, e0181693 (2017).

Amar, J. та співавт. Діабетологія 54, 3055–3061 (2011).

Тілг, Х., Змора, Н., Адольф, Т.Е. та Елінав, Е. Нат. Преподобний Імунол. 20, 40–54 (2020).

Кані, П. Д. та ін. Кишечник 58, 1091–1103 (2009).

Подяки

P.D.C. є старшим науковим співробітником Фонду наукових досліджень (FRS-FNRS), Бельгія. Його підтримують Fonds Baillet Latour (Грант на медичні дослідження 2015), Fondsde la Recherche Scientifique (FNRS, FRFS-WELBIO: WELBIO-CR-2019C-02R та програма EOS № 30770923).

Інформація про автора

Приналежності

UCLouvain, Université catholique de Louvain, Валлонський досвід у галузі наук про життя та біотехнології (WELBIO), Науково-дослідний інститут лікарських препаратів Louvain, Група досліджень метаболізму та харчування, Брюссель, Бельгія

Патріс Д. Кані та Маттіас Ван Хул

Ви також можете шукати цього автора в PubMed Google Scholar