Кишечный микробиом и сахарный диабет 2 типа

Микробиом кишечника и сахарный диабет 2 типа: обсуждение сложных отношений

СОДЕРЖАНИЕ:

• Краткое описание СД 2 типа
• Резюме
• 1. Введение
• 2. Микробиом
• 2.1. Эубиоз против Дисбиоза
• 3. Основные участники метаболизма для идентификации профиля микробиома
• 3.1. Липополисахарид LPS
• 3.2. Короткоцепочечные жирные кислоты SCFAs
• 3.3. Аминокислоты с разветвлёнными боковыми цепями BCAA
• 4. Дисбиоз и развитие СД 2
• 4.1. Воспаление
• 4.2. Резистентность к инсулину
• 4.3. Окислительный стресс
• 5. Заключительные замечания
• Дополнительная информация и литература

Краткое описание сахарного диабета 2 типа:

Сахарный диабет 2 типа – эндокринное заболевание, при котором наблюдается постоянное повышение глюкозы в крови. Характеризуется заболевание нарушением восприимчивости клеток и тканей к инсулину, который вырабатывается клетками поджелудочной железы. В отличие от СД 1 типа с его недостаточностью выработки инсулина, при болезни 2 типа гормона выделяется достаточно, часто даже сверх нормы, но он практически не понижает сахар в крови, поскольку клетки тканей плохо воспринимают его (инсулинорезистентность). Важнейшим модифицируемым фактором риска развития СД 2-го типа признано ожирение, которое сопровождается инсулинорезистентностью – основным патогенетическим механизмом развития СД 2-го типа. В норме, инсулин, секретируемый бета-клетками поджелудочной железы, с помощью белков-рецепторов проводит глюкозу внутрь клеток организма, активизирует синтез гликогена в печени и мышцах, угнетает глюконеогенез.

Механизм проникновения глюкозы в клетку

При инсулинорезистентности клетки печени, мышц и жировой ткани «не видят» инсулин. Они теряют способность реакции на этот гормон, а в результате сахар не усваивается из пищи, и его остается много в крови. При СД 2-го типа с течением времени функция островков Лангерганса, гиперактивно вырабатывающих инсулин с помощью бета-клеток, постепенно снижается и возрастает риск перехода сахарного диабета со второго типа на первый. Островки Лангерганса - это скопления гормон-продуцирующих (эндокринных) клеток, преимущественно в хвостовой части поджелудочной железы. Островки составляют приблизительно 1—2 % массы поджелудочной железы. Бета-клетки составляют 65…80 % пула островковых клеток.

Резюме:

Сахарный диабет 2 типа (СД2) - это заболевание, которое поражает более 9% населения США и тесно связано с ожирением. Хотя раньше считалось, что ожирение является следствием сидячего образа жизни и диеты с высоким содержанием жира, последние данные подтверждают мысль о том, что проблема более сложная. Микробиом кишечника человека с недавнего времени оказался в центре внимания с точки зрения влияния на начало заболевания. Данные показали, что микробиом может быть более тесно связан с СД2, чем считалось первоначально. Диеты с высоким содержанием жиров обычно приводят к ухудшению здоровья микробиома, что затем переводит кишечник в состояние дисбиоза. Дисбактериоз может затем привести к нарушению метаболизма, включая повышенную инсулинорезистентность и воспаление, два ключевых фактора в развитии СД2. Целью данного обзора является обсуждение того, как микробиом связан с началом СД2, особенно с учетом ожирения, резистентности к инсулину и воспаления.

1. Введение

По оценкам, 39,8% населения США считается страдающим ожирением, что определяется индексом массы тела (ИМТ), следовательно, ИМТ>30,0 [1]. Это включает 35% людей моложе 40 лет и более 40% взрослых людей среднего возраста, и эти цифры только растут [2]. Ожирение - это глобальная эпидемия, которую интересно наблюдать как в развитых, так и в развивающихся странах [2]. Нездоровая, часто гиперкалорийная диета и малоподвижный образ жизни, как правило, совпадающие с поведенческой точки зрения, были признаны основными факторами развития эпидемии ожирения в Америке и мире. Ожирение может со временем привести к различным осложнениям здоровья, таким как сердечные заболевания, высокое кровяное давление и сахарный диабет 2 типа (СД 2). В то время как ожирение исторически считалось результатом внешних факторов, есть данные, позволяющие предположить, что значительная часть причин ожирения может находиться в собственном кишечнике человека. Недавние исследования микробиома человека подтверждают предположение, что профиль микробиома человека может способствовать ожирению, воспалению и инсулинорезистентности, в конечном итоге индуцируя СД2.

Микробиом кишечника человека состоит из двух основных типов, а именно Bacteroidetes (Бактероидеты) и Firmicutes (Фирмикуты), обычно в соотношении, благоприятствующем Bacteroidetes над Firmicutes (F/B < 1). Однако ряд исследований показал, что у лиц с ожирением это соотношение изменяется, что приводит к более высокой распространенности Firmicutes по сравнению с Bacteroidetes [3,4]. Исследования также показали, что пересадка микробиоты от тучных мышей к безмикробным (GF) мышам приводила к значительному увеличению веса последних по сравнению с контролем [5], предполагая, что разница в соотношении B/F может внести значительный вклад в развитие фенотипа ожирения. Предполагается, что специфическая «демография» микробиома кишечника у лиц с ожирением вызывает повышенный сбор энергии организмом хозяина, причем любой избыток приводит к общему значительному увеличению ожирения [6]. Эта функция кишечных бактерий, вероятно, объясняется повышенным присутствием фирмикутов, которые обладают способностью метаболизировать нерастворимые углеводы, что приводит к более высокому сбору энергии. Специфика такой связи и точный механизм остаются в значительной степени неясными [5,7]. Тем не менее, данные, свидетельствующие о взаимосвязи между микробиомом с точки зрения его «демографии» (профиля) и ожирением, являются существенными, что делает изучение микробиома и, следовательно, его роли в СД2 интересной областью исследования с потенциальными терапевтическими применениями. Цель этого обзора - обсудить доказательства, относящиеся к взаимосвязи между микробиомом и СД2, с одновременным рассмотрением осей ожирения, воспаления и резистентности к инсулину.

2. Микробиом

Для сбора данных о микробиоме образцы кала обычно собираются и затем анализируются с использованием секвенирования 16S рРНК. С помощью этого подхода было подсчитано, что микрофлора кишечника человека содержит более 35 000 видов и более 10 миллионов избыточных генов [7]. Выявленные виды относятся к одному из шести основных типов, а именно: Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria и Verrumicrobia. Из этих шести наиболее распространенными являются Firmicutes и Bacteroidetes, состоящие на 90% из микробиома. И Bacteroidetes, и Firmicutes были связаны с ожирением и, таким образом, будут в центре внимания текущего обзора.

Тип Bacteroidetes состоит из четырех основных классов, а именно: Bacteroidia, Flavobacteria, Sphingobacteria и Cytophagia, каждый из которых играет роль в ферментации трудноусвояемых углеводов [8]. В этих четырех классах наиболее часто встречающиеся роды - это Sphingobacterium, Bacteroides, Tannerella, Parabacteroides, Alistipes и Prevotella, все из которых являются грамотрицательными [9]. У людей пищевые волокна и фруктоолигосахариды не усваиваются в том смысле, что люди не производят ферменты для переваривания этих соединений [10]. Тем не менее, бактерии, присутствующие в кишечнике, могут ферментировать эти соединения для их собственной пользы, высвобождая в процессе короткоцепочечные жирные кислоты (SCFAs) в организме (кишечной среде) [11]. Этот процесс может быть полезен для человека с точки зрения энергетики, так как SCFAs могут представлять собой значительный источник энергии [7]. Фирмикуты также играют важную роль в образовании SCFAs, причем основной продуцируемой SCFA является масляная кислота (бутират) (некоторые Bacteroidetes также производят бутират) [12,13]. Типы Firmicutes можно сгруппировать в три основных класса: Clostridia, Negativicutes и Bacilli. Фирмикуты состоят из более чем 200 родов, включая стафилококки, лактобациллы, руминококки и клостридии [9]. Тип Firmicutes состоит в основном из грамположительных бактерий, за исключением тех, которые относятся к классу Negativicutes. Негативикуты интересны наличием внешней мембраны с липополисахаридами, что делает их окраску грамотрицательной [14]. Тип Firmicutes не был тщательно исследован, и поэтому всестороннее понимание относительно его пользы для человеческого организма остается неясным и в значительной степени не окончательным на данный момент. Тем не менее, популяция Firmicutes явно положительно связана с дисбиозом, при этом меньшее количество Firmicutes считается более идеальным. Основное внимание в большинстве исследований микробиомов сосредоточено на уменьшении количества Firmicutes, полученных с точки зрения наблюдений, что оставляет пробел в знаниях о функциях Firmicutes и механизме (ах) действия. Однако считается, что их основная роль заключается в метаболической деградации источника энергии [15] и поэтому может быть связана с биодоступностью и использованием калорий. Также было обнаружено, что Firmicutes повышают количество липидных капель у рыбок данио, что положительно коррелирует с поглощением жирных кислот [16]. Это важно, так как жирные кислоты могут накапливать энергию в организме для использования, когда глюкоза недоступна [17], и в определенных случаях доказана польза для здоровья в зависимости от типа, например, сниженный риск сердечных заболеваний, рака и артрита. [18,19]. Возможно, проблема с Firmicutes и нарушением обмена веществ, связана со степенью накопления, приводящей к значительному накоплению липидов. У здорового человека низкое количество фирмикутов приводит к адекватному поглощению энергии хозяином, что не приводит к высокой калорийности, которая отрицательно сказывается на положительном энергетическом балансе. Напротив, переизбыток Firmicutes приводит к увеличению сбора энергии, повышению биодоступности калорий, положительному энергетическому балансу, что в конечном итоге способствует увеличению веса [7]. Хотя это не известно наверняка, но описанная ситуация была предложена как биологически правдоподобный и разумно вероятный механизм, с помощью которого Firmicutes играют определенную роль в увеличении веса и, в конечном счете, развитии ожирения с течением времени.

2.1. Эубиоз против Дисбиоза

Эубиоз (от греческого ευ / eu: хороший и βίος / bios: жизнь) относится к нормальному / здоровому профилю микрофлоры кишечника, в отличие от дисбиоза (от греческого δυς / dys: неблагоприятный / трудный и βίος / bios: жизнь), который производит нездоровый микробный профиль, вызывающий риск для определенных заболеваний.

В состоянии эубиоза микробиом играет несколько ролей в продуцировании SCFAs, аминокислот с разветвленными боковыми цепями (BCAA), влияющих на метаболизм липидов и генерировании других ключевых метаболитов. Эубиоз в кишечнике обычно представляет собой состояние, при котором существует активная популяция кишечных бактерий, состоящая из 95% Bacteroidetes и 5% Firmicutes, образуя идеальное соотношение B / F. Когда отношение B / F таково, микробиом продлевает оптимизированное здоровье кишечника, регулирует и контролирует оппортунистические патогены и способствует хорошему здоровью всего организма [20]. С другой стороны, дисбактериоз может быть определен как любое изменение нормальной / желательной флоры в здоровой кишке [20]. В подавляющем большинстве случаев дисбактериоз оказывает негативное влияние и может привести к ожирению и появлению ряда заболеваний, как правило, хронического характера, включая СД2 и последующее ССЗ [20].

Рисунок 1. Диаграмма, иллюстрирующая влияние диеты на микробиом и взаимосвязь, приводящую к увеличению риска развития сахарного диабета 2 типа (СД2).

В революционном эксперименте Turnbaugh et al. мышей без микробов (GF) заселяли кишечной микробиотой от мышей с обычным выращиванием (CONV) и проводили мониторинг изменений в весе. В течение 10–14 дней у мышей GF наблюдалось увеличение содержания жира в организме, несмотря на снижение потребления пищи [5]. Было показано, что это изменение связано с микробной ферментацией непереваренных полисахаридов, поглощением моносахаридов и генами в микробиоме, которые способствуют росту адипоцитов. Эти результаты привели исследователей к выводу, что тучные люди, как правило, более эффективны в сборе энергии, с помощью своего микробиома, по сравнению с худыми коллегами, что может дать некоторое объяснение увеличению веса.

В другой серии экспериментов, выполненных Liou et al., мыши с ожирением, вызванным диетой, перенесли желудочное шунтирование (RYGB), что привело к снижению массы тела и потере массы жира. Стандартное рибосомное секвенирование 16S проводили на образцах фекалий для изучения изменений в микробиоме мыши после операции. У мышей, перенесших RYGB, наблюдалась измененная микробиота кишечника, особенно у Clostridiales, семейства в типе Firmicutes [21]. К концу 12 недель количество клостридиалов значительно уменьшилось по сравнению с дооперационными числами. Это коррелирует с переменным отношением B / F, где у худых особей было меньше Firmicutes, чем у их коллег с ожирением [21]. Это исследование показывает, что не только сам микробиом отвечает за колебания веса, но и идеальный B/F-состав микробиома.

В отдельном исследовании Lund et al. кормили CONV-выращенных мышей и мышей GF либо с высоким содержанием жира (HFD), либо с низким содержанием жира (LFD). Всех мышей затем контролировали в течение 2, 6 или 16 недель на предмет изменения веса. Интересно, что мониторинг веса показал, что мыши CONV, которых кормили HFD, демонстрировали значительный прирост веса, в отличие от мышей GF, которых кормили HFD, где мыши набирали мало или вообще не весили. Это указывает на идею о том, что нарушение баланса микробиомов способствует увеличению веса [22]. Вместе взятые, эти данные позволяют предположить, что дисбактериоз в микробиоме режима питания HFD является фактором, способствующим увеличению веса, а не следствием этого.

3. Основные участники метаболизма для идентификации профиля микробиома (SCFA, BCAA, LPS)

Хорошо известно, что кишечная микробиота ответственна за ферментацию трудноусвояемых углеводов, побочным продуктом этого процесса являются короткоцепочечные жирные кислоты SCFAs. Как правило, SCFAs играют важную роль в защите кишечника, где они выстилают эпителий и помогают формировать плотные соединения между клетками, предотвращая кишечную проницаемость. Когда соотношение B / F изменяется, белки, которые образуют соединения, уменьшаются, что приводит к потенциальной транслокации липополисахарида (LPS). Транслокация LPS является важным первым шагом в запуске иммунного ответа. LPS может затем связываться с toll-подобным рецептором 4 (TLR4), что приводит к активации и димеризации обоих [23]. Димеризация - это процесс образования нового вещества путём соединения двух структурных элементов (молекул, в том числе белков, или частиц) в комплекс (димер), стабилизируемый слабыми и/или ковалентными связями – ред. Как только происходит эта димеризация, нисходящие адаптерные молекулы рекрутируются, активируя киназу, связанную с рецептором IL-1, а также фактор, ассоциированный с рецептором TNF, киназу фактора TGF-β, киназы JNK и IKK. Эта активация JNK и IKK также может индуцировать фосфорилирование серина на субстратах инсулиновых рецепторов (IRSs), что является важным шагом в установлении резистентности к инсулину [23]. Вновь образованный комплекс IKK затем встречается с ядерным фактором «каппа-би» активированных В-клеток (NF-κB) и активирует его. Комплекс затем помечается для деградации. Затем NF-κB, в свою очередь, транслоцируется в ядро, активируя воспалительный ответ [23].

3.1. LPS (липополисахарид)

Транслокация LPS считается одним из первых этапов провоспалительного каскадного ответа. Чтобы еще раз подчеркнуть важность дисбактериоза, LPS и воспаления, Уилан (Whelan) и др. кормили мышей либо диетой с высоким содержанием жиров, либо диетой с добавлением LPS (низкой дозой), либо контрольной диетой. У мышей, которых кормили LPS, ожирение развивалось так же, как у мышей, получавших рацион с высоким содержанием жира. Однако, когда мышам, у которых отсутствовал CD14, иммунопротеин, ответственный за воспалительные реакции, кормили LPS, никакого увеличения веса не наблюдалось [24]. Как в высокожировой диете, так и в диете, дополненной ЛПС, связывание с рецептором TLR-4 могло произойти. Однако при отсутствии CD14 воспалительная реакция никогда не инициировалась. Аналогичные результаты были получены у мышей, не экспрессирующих TLR-4 [25].

3.2. Короткоцепочечные жирные кислоты (SCFAs)

Слева направо: модели молекул бутирата и пропионата

Как упоминалось ранее, SCFAs очень важны для регуляции воспалительного ответа, а уменьшение Bacteroidetes приводит к уменьшению SCFAs. Бутират, тип SCFA, является основным метаболитом и важен для здоровья кишечника. Хотя его роль не совсем понятна, его известная важность подчеркивается серией экспериментов. В исследовании Gao et al. мышам давали бутират натрия в качестве пищевой добавки. Их чувствительность к инсулину и энергетический обмен контролировались в течение 16 недель. Было отмечено, что у мышей, которые потребляли HFD (высокожирную диету), но получали добавки бутирата, не развивалась резистентность к инсулину или ожирение [26].

Интересно, что исследование изучало микробиоту кишечника городских итальянцев в сравнении с сообществом охотников-собирателей под названием Хадза, расположенным в Танзании, анализируя, как микробиота кишечника первых сравнивается с тем образом жизни, в котором участвовали все человеческие предки. Были проанализированы образцы фекалий 27 хадза и 16 итальянцев, и хотя большая часть этого исследования была сосредоточена на демографии микробиоты, профили SCFAs также были проанализированы. В заключение было установлено, что городские итальянцы производят значительно больше бутирата, в то время как Хадза производит больше пропионата [27]. Это особенно интересно, поскольку бутират обычно ассоциируется с Фирмикутами, а пропионат - с Бактероидетами [27], но избыток фирмикутов связан с увеличением веса. Основываясь на этой ассоциации, можно утверждать, что добавки бутирата в обсуждаемом исследовании не будут полезны. Тем не менее, по той же причине можно утверждать, что это еще больше подчеркивает важность SCFAs. Даже в неблагоприятных условиях, фенотип все еще улучшается, показывая, что SCFAs функционируют корректирующим образом в кишечнике. Важно также отметить, что некоторые Бактериоидеты также продуцируют бутират, что означает, что в идеальном соотношении B/F производящие бутират Бактериоидеты действительно производят достаточное количество бутирата, чтобы компенсировать недостаток Firmicutes, таким образом восстанавливая, по крайней мере, частично, метаболический баланс в кишечной среде [12].

Основываясь на современных знаниях, микробиом, по-видимому, играет важную роль в воспалительных реакциях, как самих по себе, так и во взаимодействии с диетой [28]. Маккей (Mackay) и его коллеги изучали колит у мышей GF (безмикробных) и CONV (обычно выращенных). Мышей лечили DSS, чтобы химически вызвать колит (Сульфат декстрана (DSS) — индуцирует колит во многих моделях на животных – ред.). У мышей GF дела обстояли значительно хуже, чем у мышей CONV, проявляя гораздо худшее воспаление толстой кишки. Кроме того, когда мышей GF затем колонизировали кишечной микробиотой CONV, их воспаление уменьшилось. Чтобы определить причину этого снижения воспаления, мышей GF, которые не были колонизированы, обрабатывали ацетатом, как известно, продуцируемым Бактериоидетами. Это также вызвало уменьшение симптомов колита, что еще более подчеркивает важность SCFAs в воспалительной реакции [29]. Это еще раз подчеркивает важность SCFAs, особенно тех, которые вырабатываются Bacteroidetes, и свидетельствует в пользу предположения, что производство SCFAs является вероятным механизмом для спасения желательных фенотипов в соответствии со здоровьем кишечника и связанным с ним метаболизмом. Кроме того, многочисленные исследования показали, что кишечная среда очень чувствительна к разнообразным биологически активным соединениям, содержащимся в продуктах питания (как правило, во фруктах и ​​овощах), таким образом, снижая риск развития некоторых хронических заболеваний, включая СД2, ССЗ и рак [30].

3.3. Аминокислоты с разветвлёнными боковыми цепями (BCAA)

 

Слева направо: модели молекул лейцина и изолейцина

Хотя повышенные уровни SCFAs могут быть полезны для предотвращения СД2, это не обязательно относится к BCAA. Три из девяти незаменимых аминокислот представляют собой BCAA (лейцин, изолейцин и валин) [31], и у людей они должны быть получены с помощью диеты. Повышенные уровни BCAA наблюдались у лиц с ожирением и лиц с СД2 [32], в то время как люди с ожирением демонстрируют повышенный катаболизм BCAA [33].

Эффекты производства BCAA и инсулинорезистентности довольно сложны. Было показано, что BCAA влияют на сигнализацию инсулина, стимулируя mTOR, киназный комплекс, который играет важную роль в синтезе белка [34], S6K1, киназу, важную для роста клеток [35], и фосфорилирование субстрата рецептора инсулина 1 (IRS1) [33,36].

Чтобы лучше понять этот процесс, Ньюгард (Newgard) и его коллеги кормили крыс HFD, HFD, дополненной BCAA, или ND (нормальная диета; контроль). Затем крыс не кормили в течение 48 ч, а затем повторно кормили их первоначальной пищей. После повторного кормления наблюдалось явное увеличение количества фосфорилированного mTOR -  phospho­-mTOR^Ser2448, а также phospho-S6K1^Thr389 и phospho-IRS1^Ser302 у крыс на HFD, дополненных группой BCAA, по сравнению с двумя другими группами [33]. В том же исследовании крысы HFD / BCAA также демонстрировали более низкое потребление пищи и меньший прирост веса, чем крысы ND (контроль), но были столь же инсулинорезистентны, как и те, кто был на HFD [33]. Это помогает проиллюстрировать роль BCAA в сигнальном пути инсулина и то, как повышенные уровни BCAA помогают активировать этот путь.

В другом исследовании, включавшем человека, за 2422 нормогликемическими лицами наблюдали в течение 12 лет, у 201 из которых развился диабет. Аминокислоты, амины и другие метаболиты наблюдались первоначально и использовались в качестве исходных данных с помощью жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии. Изолейцин, лейцин и валин демонстрировали более высокие концентрации во время голодания, в то время как уровни были повышены до 12 лет до развития СД2. Эти наблюдения коррелировали с четырехкратным увеличением развития СД2 [37].

Результаты вышеупомянутых исследований особенно любопытны, так как недавний сдвиг в тенденциях здоровья интересно противоречит тому, что наблюдалось экспериментально. Все большее внимание уделяется пищевым добавкам, пробиотикам и общему здоровью вне диеты и физических упражнений. Популярным видом биологически активных добавок являются BCAA, где рекомендуется принимать их до или после занятий тяжелой атлетикой для наращивания мышечной массы и выработки энергии [38]. Хотя идея состоит в том, чтобы с одной стороны обеспечить ряд незаменимых аминокислот, а с другой - обеспечить аминокислоты, которые вызывают синтез белка, следовательно, анаболизм и в этом смысле поддерживают рост мышц, если это не подтверждается физическими упражнениями, значительные результаты могут быть и не видны. Кроме того, несмотря на то, что индуцируется анаболизм, происходит выработка про-анаболических гормонов, таких как инсулин, или в любом случае создается такая ​​оркестровка метаболической передачи сигналов, которая дольше поддерживает ввод / передачу инсулина. Это, хотя и может вызывать анаболические процессы, но также со временем вызывает резистентность к инсулину [39,40]. Если человек также потребляет достаточное количество белка в своем рационе, добавление BCAA, вероятно, не является необходимым и не поможет среднему человеку достичь лучших результатов, в то время как это, возможно, будет излишне напрягать почки, делая нефропатию более вероятной в состоянии СД2 [41].Кроме того, глядя на доказательства, полученные в ходе серии обсуждаемых исследований, кажется, что повышенные уровни BCAA могут вызвать более анаболическую индукцию, ведущую к повышению резистентности к инсулину и последующему началу СД2.

4. Дисбиоз и развитие СД2

Сахарный диабет 2–го типа развивается, когда систематически поджелудочная железа вынуждена вырабатывать постепенно увеличивающееся количество инсулина для достижения постпрандиального клиренса глюкозы, достигающего точки такой низкой инсулинореактивности периферических тканей (инсулинорезистентности), что нормогликемия не может быть достигнута [42]. Точный механизм этого нарушения неизвестен, однако многие факторы, такие как ожирение, малоподвижный образ жизни, генетика, диета и другие факторы окружающей среды, а теперь и микробиом, по-видимому, влияют на возникновение и развитие этого заболевания [43]. Инсулин постпрандиально стимулирует клетки к поглощению глюкозы путем связывания с рецептором инсулина на клеточной мембране, инициируя сигнальный каскад, который обычно приводит к транслокации переносчика глюкозы типа 4 (GLUT4) на клеточную мембрану, тем самым инициируя клиренс глюкозы, поскольку GLUT4 транспортирует глюкозу в клетку вниз по градиенту концентрации [44]. Как именно глюкоза подвергается этой транспортировке, не совсем понятно, хотя это важно при попытке контролировать начало СД2. Оказавшись внутри клетки, глюкоза либо используется для производства энергии, либо хранится в виде гликогена в определенных клетках (гепатоцитах и миоцитах). Примечательно, что при отсутствии инсулина отсутствует эффективный альтернативный механизм клиренса глюкозы, приводящий к гипергликемии [45].

Все описанные выше реакции, по-видимому, также связаны с микробиомом, в то время как более конкретно дисбактериоз в кишечнике, по-видимому, является фактором риска развития СД2. В метагеномном исследовании 345 китайцев с СД2 было подтверждено 60000 маркеров, связанных с СД2, и все они коррелировали с дисбиозом кишечника, снижением количества бактерий, продуцирующих бутират, и увеличением окислительного стресса [46]. Это новаторское исследование предоставило убедительные доказательства того, что микробиом играет важную роль в развитии СД2, а дисбиоз является причиной заболевания.

4.1. Воспаление

Не существует четкого, прямого, известного пути, по которому воспаление связано с СД2, но появляется все больше доказательств, подтверждающих определенную связь между индуцированным воспалением и повышенным риском резистентности к инсулину, что, в свою очередь, приводит к СД2. Люди в преддиабетическом состоянии компенсируют инсулинорезистентность за счет гиперсекреции инсулина β-клетками [47], но, по мере прогрессирования заболевания, β-клетки постепенно становятся менее способными поставлять необходимое количество инсулина, постепенно истощаются и в конечном итоге умирают. В этом контексте дедифференцировка β-клеток исследуется как средство недостаточности β-клеток при СД2 [48], но этот путь не подтвержден, хотя считается, что противовоспалительные диеты помогают снизить риск развития диабета [49]. Некоторые воспалительные цитокины, такие как IL-1, IL-6, NF-κB и TNF-альфа, также были связаны с ожирением. В частности, биосинтез IL-6 функционирует как начальное состояние воспаления. После генерации он перемещается в печень, вызывая быстрый синтез С-реактивного белка (СРБ), который будет обсуждаться далее. IL-1 ингибирует функцию β-клеток, индуцируя разрушение β-клеток, следовательно, уменьшая массу β-клеток с течением времени, что в первую очередь наблюдается при развитии СД2 на поздних стадиях заболевания. Более высокие уровни IL-1 также обычно наблюдались у лиц с ожирением. TNF-α , IL-6, IL-1 - это все адипокины, подмножество цитокинов. Они секретируются жировой тканью и могут функционировать как провоспалительные сигнальные агенты. В результате дисрегуляция была связана с ожирением и началом СД2, особенно учитывая воспаление. У лиц с ожирением последовательно наблюдалось, что за экспрессией провоспалительных цитокинов впоследствии обычно также следует резистентность к инсулину [50], что делает цитокины важной областью исследования при рассмотрении риска развития СД2, возникновения и лечения заболевания. Основываясь на этом подходе, микробиом и воспаление были в центре внимания при поиске причин и методов лечения ожирения и СД2.

Влияние желудочного шунтирования (RYGB) на микробиомы мышей было ранее проиллюстрировано в качестве примера [21], но такое влияние на микробиомы человека и организм в целом является важной областью исследования для полного понимания того, как развитие микробиома и СД2 динамически взаимосвязано. В исследовании, проведенном Bornstein et al., пять человек с СД2 и один с ожирением, перенесшие RYGB, были изучены на предмет изменения микробиоты как эффекта RYGB и того, как наблюдаемые изменения влияли на течение заболевания [51]. Исследователи показали, что процедура RYGB привела к уменьшению количества Firmicutes и Bacteroidetes и одновременному увеличению протеобактерий (Proteobacteria). Важно отметить, что в то время как Bacteroidetes уменьшались, тип все еще присутствовал в более высоких количествах, чем у Firmicutes, и идеальное соотношение B/F было фактически более близко к желательному послеоперационному, предполагая благоприятный эффект хирургической операции (RYGB) [51]. RYGB и последующее изменение микробиоты в организме также наблюдалось при тестировании ассоциации с воспалительным состоянием. Из всех обнаруженных видов 9 из 22 были достоверно коррелированы с С-реактивным белком, биомаркером системного воспаления, обычно тестируемым в крови для оценки воспалительного статуса [52]. Поскольку девять видов бактерий демонстрировали значительную корреляцию с уровнем СРБ в крови, было высказано предположение, что микробиом кишечника тесно связан с воспалительным состоянием. Кроме того, наблюдалась значимая корреляция воспалительного состояния, оцениваемого по уровню СРБ, с ИМТ, что позволяет предположить, что более низкий ИМТ коррелирует с менее воспаленным состоянием [48]. Это согласуется с предположением, что ожирение вследствие повышенной экскреции цитокинов индуцирует хроническое легкое провоспалительное состояние.

В исследовании, изучавшем влияние HFD на маркеры воспаления, мышей CONV и GF кормили либо HFD, либо ND в течение 16 недель [22]. Воспаление кишечника оценивали по уровню мРНК TNF-α и активации репортерного гена NF-kB. Как TNF-α, так и NF-kB играют важную роль в активации и поддержании воспалительных реакций [22]. Результаты показали, что мыши CONV на HFD демонстрировали увеличение веса и повышали уровни мРНК TNF-α, но то же самое не наблюдалось у мышей GF. Индукция мРНК TNF-α также непосредственно предшествовала возникновению ожирения у этих животных. Такая же картина наблюдалась и для активации NF-kB, где он был активирован в клетках эпителия, иммунных клетках и эндотелиальных клетках у мышей CONV. Кроме того, когда фекальные суспензии от мышей HFD CONV затем использовались для инокуляции мышей GF, было замечено, что этой транс-инокуляции было достаточно для активации NF-kB у мышей GF [22]. Эти результаты еще раз подчеркивают важность микробиома по отношению к воспалительной реакции, предполагая, что активация воспалительной реакции может быть опосредована микробиомом.

4.2. Резистентность к инсулину

В то время как инсулинорезистентность является метаболическим состоянием, которое, как правило, в конечном итоге приводит к СД2, микробиом, по-видимому, оказывает значительное влияние на ход событий и в конечном итоге рискует привести к исходу СД2. В работе Nieuwdorp et al. Были исследованы эффекты микробной инфузии у мужчин с метаболическим синдромом, определяемые как «совокупность состояний, возникающих вместе ... включая повышение артериального давления, высокое содержание сахара в крови, избыток жира в области талии и аномальный уровень холестерина или уровни триглицеридов» [53]. Микробиоту кишечника от худых доноров переносили реципиентам-мужчинам, страдающим метаболическим синдромом, а после переноса контролировали микробиоту реципиента и метаболизм глюкозы. Через шесть недель после транс-инокуляции чувствительность реципиентов к инсулину почти удвоилась, что свидетельствует о значительном улучшении метаболического синдрома, в то время как желательная микробиота, продуцирующая бутират, также значительно увеличилась [54].

Кроме того, в недавнем исследовании 291 датчанин, не страдающий диабетом, подвергся микробиологическому анализу, причем их результаты сравнивались с результатами 75 человек с СД2 [55]. После анализа были исследованы уровни инсулинорезистентности и метаболитов метаболического синдрома и проведено сравнение между двумя группами фокуса [56]. Состав микробиома обеих групп был затем сгруппирован на основе продукции метаболитов, где было обнаружено, что 19 из 74 кластеров были значительно связаны с инсулинорезистентностью и метаболическим синдромом. Коррелированные кластеры были согласованы у всех 291 человека и также были подтверждены у пациентов с СД2 [55]. Это позволяет предположить, что определенные метаболиты, продуцируемые микробными кластерами, тесно связаны с более высокой инсулинорезистентностью, что подтверждает идею о том, что определенные конфигурации микробиома способствуют развитию инсулинорезистентности.

Метформин обычно назначают для лечения СД2, где он действует для подавления выработки глюкозы и повышения чувствительности к инсулину. В исследовании, оценивающем влияние метформина на улучшение метаболизма и микробиом, мышей оценивали на диете HFD. Мышей кормили: I) HFD, II) HFD и затем переключали на ND, или III) HFD, дополненную метформином. Эти диетические режимы были предусмотрены, чтобы вызвать ожирение; следовательно, ожирение было целью, а не развитие СД2. Результаты показали, что после введения метформина мышам с HFD количество Bacteroidetes значительно увеличилось, с 43% в группе с HFD до 77% в группе с HFD-мет. Кроме того, в результате введения метформина было усилено 18 метаболических путей [56]. Хотя метформин используется главным образом из-за его положительного влияния на чувствительность к инсулину, интересно, что он также показал существенное изменение микробиома желательным образом. Нельзя исключать, что один из потенциальных механизмов, посредством которых повышается чувствительность к инсулину при введении метформина, опосредован метформин-индуцированными изменениями в микробиоме.

Хотя прямая связь между микробиомом и инсулинорезистентностью не ясна, очевидно, что микробиом играет важную роль в регуляции инсулинорезистентности. Эти обсуждаемые результаты обеспечивают основу для понимания этого пути, хотя в этой области необходимо провести дополнительную работу для выяснения потенциальных механических путей и ряда событий, устанавливающих, как метформин может влиять на микробиом, приводя к улучшению чувствительности к инсулину.

4.3. Окислительный стресс

Организм человека естественным образом производит свободные радикалы при воздействии внешних факторов, таких как пища, алкоголь и загрязнители воздуха [57]. Реактивные формы кислорода (АФК) образуются в результате метаболизма и переносят неспаренные электроны, вызывая окисление клеточных механизмов [47]. У здоровых людей антиоксиданты в значительной степени противодействуют этому процессу, нейтрализуя АФК и, следовательно, защищают гомеостаз организма [58]. Дисбаланс из-за неэффективной антиоксидантной защиты приводит к окислительному стрессу, который тесно связан с явлениями гликирования и началом диабета [59]. Сидячий образ жизни и диеты западного типа связаны с переизбытком глюкозы и жирных кислот, что приводит к избытку АФК. Глюкоза также реагирует с белками плазмы, образуя конечные продукты гликирования, снова образуя АФК [59]. Окислительный стресс вызывает воспаление, что, в свою очередь, увеличивает риск развития СД2 среди других патологий.

Недавнее исследование, направленное на дальнейшее понимание связи между микробиомом и окислительным стрессом, изучало мышей на HFDs [60]. Мышей либо кормили HFD, либо HFD дополняли липоевой кислотой-антиоксидантом, который, как известно, снижает окислительный стресс [61]. Оценивали АФК и общую антиоксидантную способность, а также микробиом всех мышей, участвовавших в исследовании. Интересно, что у мышей, получавших липоевую кислоту, лактобациллы присутствовали в значительно меньшем количестве, чем у мышей, получавших HFD без липоевой кислоты. Это было важным открытием, так как лактобациллы относятся к типу Firmicutes. Таким образом, наблюдаемое низкое количество лактобацилл также соответствовало снижению окислительного стресса и улучшению уровня АФК, что позволяет предположить, что антиоксиданты могут улучшить профиль микробиома и впоследствии окислительный стресс, а следовательно, снизить риск развития ассоциированных хронических заболеваний, таких как СД2 [61].

Хотя корреляция между микробиомом и появлением СД2 кажется сильной, существует несколько аспектов микробиома, которые влияют на развитие заболевания. Более конкретно, микробиомы пациентов с СД2 начали оцениваться в попытке нового поискового лечения. Было выявлено, что микробный состав пациентов с СД2 довольно отличается по сравнению с лицами без СД2. Важность диеты в сочетании с болезненным состоянием имеет решающее значение для установления демографии микробиома. Таким образом, при оценке микробиома необходимо учитывать факторы образа жизни и рациона питания, а также состояние болезни и прием лекарств. В исследовании 2010 года группа из 36 мужчин, половина из которых имела СД2, с широким диапазоном ИМТ, прошла анализ микробиоты кишечника [60]. Бактериальный состав анализировали с использованием секвенирования 16S рРНК, и было обнаружено, что пациенты с диабетом имели значительно меньше присутствующих Firmicutes (особенно из класса Clostridia), чем их недиабетические коллеги. Кроме того, у пациентов с СД 2 также наблюдалось более высокое отношение B / F (более высокие показатели Bacteroidetes к Firmicutes) [60].  

Эти результаты, взятые вместе, на первый взгляд могут показаться удивительными, так как можно было бы подумать об обратном, если рассматривать литературу в целом.

Тем не менее, образ жизни и диета не были рассмотрены в этом исследовании. Как правило, пациенты с СД2 должны соблюдать строгую диету, с низким содержанием простых углеводов и рафинированных сахаров, богатых сложными углеводами и продуктами/приемами пищи с низким гликемическим индексом [62], тогда как люди, не страдающие диабетом, обычно не соблюдают строгий режим питания. Улучшение соотношения B / F и общее меньшее количество наблюдаемых Firmicutes может быть объяснено различиями в режиме питания, которым правдоподобно следуют пациенты с СД2, а также эффектами от приема лекарств.

В целом, имеющиеся на данный момент доказательства подчеркивают четкую связь между типом и состоянием микробиома и возникновением хронических заболеваний, включая СД2. Дальнейшие исследования, рассматривающие микробиом в качестве мишени для лечения хронического заболевания, особенно СД2 и сопровождающего его сердечно-сосудистых заболеваний, являются важными и потенциально очень ценными. Пищевая промышленность и здравоохранение должны быть вовлечены в разработку потенциальных пищевых продуктов [62] или систем [63], чтобы обеспечить потенциальные терапевтические решения, улучшающие и/или положительно изменяющие профиль микробиома в оптимальное желаемое состояние, которое минимизировало бы риск заболевания.

5. Заключительные замечания

 

Становится очевидным, что микробиом, очевидно, связан с ожирением, а затем и с появлением СД2. Таким образом, он становится важной целью для лечения и профилактики заболеваний и, следовательно, должен стать областью внимания как для пищевой промышленности, так и для здравоохранения, предпочтительно в совместных усилиях по разработке новых терапевтических продуктов, оптимизирующих экологию кишечника и, таким образом, максимизирующих капитализацию потенциала микробиома для расширения преимуществ для здоровья, связанных с ожирением и СД2.

Так называемые «причудливые» диеты, безусловно, не новы. Кето-диеты, очищающие соки и диета Аткинса - это всего лишь три примера из множества диет, претендующих на поддержку человека, чтобы быстро похудеть (интересно, что это является главным аргументом и / или «точкой продажи» для любой «причудливо» диеты, в отличие от укрепления здоровья в своем собственном праве, например). В последнее время в игру вступил термин «Микробиомная диета» (МД), придуманный доктором Рафаэлем Келлманом, и эта МД все больше набирает популярность и становится модной. Утверждается, что МД как диетический подход восстанавливает здоровье кишечника (способствуя эубиозу), увеличивает метаболизм и уменьшает воспаление. МД состоит из трех частей, с общей идеей есть меньше обработанных продуктов и больше продуктов, богатых пребиотиками. Доктор Келлман опубликовал книгу, описывающую диету во всей ее полноте, со свидетельствами людей, которые следовали ей, конечно же, учитывая, что они представляют собой просто неподтвержденные доказательства. Тем не менее, важно отметить, что трудно идентифицировать опубликованные исследования о влиянии диеты, описанной и опубликованной самим доктором Келлманом (за исключением его книги) [64].

Пробиотики также были в тренде в последние годы, снова с акцентом на их влиянии на микробиом. В исследовании, проведенном Кембриджским кардиологическим центром в Онтарио, Канада, были исследованы диетические подходы к прекращению гипертензии (DASH). Восемьдесят человек либо потребляли диету, типичную для DASH, то есть диету с акцентом на овощи, фрукты и нежирные молочные продукты, либо диету DASH, дополненную пробиотиками. В общей сложности 15% из этих людей находились в стадии преддиабета. Гемоглобин A1C, уровень сахара в крови натощак и артериальное давление были измерены в начале и в конце трехмесячного эксперимента по диетическому вмешательству. Тесты на гемоглобин A1C, которые обеспечивают измерение профиля концентрации глюкозы в плазме с течением времени [65] и используются для оценки качества управления глюкозой, показали снижение уровней A1C в обеих группах, что свидетельствует об улучшении управления глюкозой, но пробиотическая группа показала уровни значительно ниже по сравнению с группой без добавок. Фактически, в группе, получавшей только DASH, наблюдалось снижение на 3,4%, а в группе, получавшей пробиотики, наблюдалось снижение на 8,9%, что является существенной разницей. Уровни глюкозы в плазме натощак вели себя аналогично - снижение на 10,7% в группе с добавками по сравнению с всего 3,3% в группе, принимающей только DASH [66].

Хотя микробиомная диета и пробиотические добавки - это несколько новые концепции, кажется, что существует значительная научная поддержка и все больше доказательств в пользу этих направлений. Несмотря на то, что исследования, касающиеся самой микробиомной диеты, минимальны, очевидно, что уменьшение соотношения B/F действительно имеет заметное значение в отношении лечения заболеваний. Пробиотические добавки также оказывают значительное влияние на здоровье в сочетании с диетой DASH. В результате, это может быть выгодно как для пищевой промышленности, так и для здравоохранения, чтобы выйти на рынок в направлении микробиома (т.е. с ориентированием на обеспечение здорового микроэкологического состояния ЖКТ – ред.).

Недавние исследования микробиома привели к смещению акцента на здоровье и болезни, подчеркивая идею о том, что употребление более здоровой диеты снижает риск заболеваний на таких малых уровнях, как микробиом. На самом деле, было несколько сообщений о других заболеваниях, вызванных ожирением, таких как болезни сердца и рак толстой кишки. В исследовании, проведенном Sikalidis et al. мышей кормили диетой, чтобы вызвать ожирение, и было обнаружено, что у тучных мышей было значительно больше аберрантных крипто очагов и более высокие уровни скорости пролиферации колоноцитов, чем у их худых собратьев [67]. Это еще раз иллюстрирует важность здорового питания и здорового микробиома. Употребление LFD (маложировой диеты) улучшает соотношение B/F, уменьшая риск ожирения и, следовательно, уменьшая риск заболевания в целом. Роль микробиома в начале заболевания, в данном случае конкретно СД2, все больше понимается, что приводит к исследованию этого, до недавнего времени, относительно упущенного или недооцененного фактора со значительными последствиями для здоровья. Начало СД2 гораздо сложнее, чем рассмотрение одного конкретного фактора, но благодаря изучению микробиома и того, как он модулирует риск СД2, могут возникнуть новые ответы и области исследований, способствующие более эффективному управлению СД2.

Показано, что диета оказывает значительное влияние на здоровье кишечника, а здоровый кишечник отвечает за более оптимальное регулирование многих путей в организме. В случае дисбактериоза многие из этих путей подвергаются негативному воздействию, способствуя в конечном итоге возникновению хронического заболевания. Существуют доказательства, подтверждающие идею о том, что растительная диета приводит к уменьшению воспаления, лучшему соотношению B/F и общему снижению риска заболевания [68]. Недавно, однако, было исследовано влияние вареной и сырой пищи на микробиом, с вареной или сырой говядиной или сладким картофелем, скармливаемым мышам. Обе приготовленные диеты привели к увеличению массы тела, несмотря на более низкое потребление калорий, поддерживая идею, что приготовление пищи приводит к увеличению чистого прироста энергии [69]. Интересно, что мыши, питавшиеся вареной и сырой говядиной, демонстрировали сходный микробный состав, но мыши, питавшиеся сырым или вареным сладким картофелем, демонстрировали значительные различия в своем микробиоме. Приготовленный сладкий картофель приводил к снижению разнообразия, а мыши, кормившиеся сырым картофелем, демонстрировали повышенную потерю веса. Считается, что это связано с ранее упомянутой идеей, что приготовление пищи приводит к увеличению сбора энергии. Мыши, питавшиеся сырым картофелем, также показали лучшую усвояемость крахмала и деградацию растительных соединений [69]. Таким образом, можно утверждать, что в то время как люди эволюционировали, чтобы готовить свою пищу из-за полезного увеличения энергии, для потери веса и снижения риска ожирения сырая и растительная диета может быть более полезной, по крайней мере незначительно. Интересные исследования ведутся в области пищевых глинистых минералов как регуляторов среды кишечника для оптимизации метаболизма [70].

Очевидно, что существует связь между питанием и микробиомом, включая роль микробиома в развитии ожирения. Существует также связь между микробиомом и СД2; однако дальнейшие исследования по этому вопросу необходимы для определения потенциально эффективного лечения СД2, включая растворы, использующие потенциал микробиома кишечника.

К разделам: Микрофлора и сахарный диабет & Микрофлора и ожирение

Дополнительно см.:

• Микробные метаболиты, пробиотики и диабет 2 типа
• Метагеномный анализ микробиоты двенадцатиперстной кишки при ожирении и сахарном диабете 2-го типа
• Микробиота кишечника помогает понять, как лечить диабет 2 типа
• Влияние кишечной микробиоты на здоровье поджелудочной железы

Литература:

1. Defining Adult Overweight and Obesity Overweight & Obesity CDC. (n.d.). Available online: https://www.cdc.gov/obesity/adult/defining.html (accessed on 24 October 2019).
2. CDC. Adult Obesity Facts Overweight & Obesity CDC. Centers for Disease Control and Prevention, Centers for Disease Control and Prevention. Available online: www.cdc.gov/obesity/data/adult.html (accessed on 13 August 2018).
3. Koliada, A.; Syzenko, G.; Moseiko, V.; Budovska, L.; Puchkov, K.; Perederiy, V.; Gavalko, Y.; Dorofeyev, A.; Romanenko, M.; Vaiserman, A. Association between body mass index and Firmicutes/Bacteroidetes ratio in an adult Ukrainian population. BMC Microbiol. 2017, 17, 120, doi:10.1186/s12866-017-1027-1.
4. Turnbaugh, P.J.; Hamady, M.; Yatsunenko, T.; Cantarel, B.L.; Duncan, A.; Ley, R.E.; Sogin, M.; Jones, W.; Affourtit, J.; Gordon, J.I. A core gut microbiome in obese and lean twins. Nature 2009, 457, 480–484, doi:10.1038/nature07540.
5. Turnbaugh, P.J.; Ley, R.E.; Hamady, M.; Fraser-Liggett, C.M.; Knight, R.; Gordon, J.I. The Human Microbiome Project. Nature 2007, 449, 804–810, doi:10.1038/nature06244.
6. Turnbaugh, P.J.; Ley, R.E.; Mahowald, M.A.; Magrini, V.; Mardis, E.R.; Gordon, J.I. An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest. Nature 2006, 444, 1027–1031, doi:10.1038/nature05414.
7. Jandhyala, S.M.; Talukdar, R.; Subramanyam, C.; Vuyyuru, H.; Sasikala, M.; Reddy, D.N. Role of the normal gut microbiota. World J. Gastroenterol. 2015, 21, 8836–8847, doi:10.3748/wjg.v21.i29.8787.
8. Thomas, F.; Hehemann, J.H.; Rebuffet, E.; Czjzek, M.; Michel, G. Environmental and gut Bacteroidetes: The food connection. Front. Microbiol. 2011, 2, 1–16, doi:10.3389/fmicb.2011.00093.
9. Rinninella, E.; Raoul, P.; Cintoni, M.; Franceschi, F.; Miggiano, G.A.; Gasbarrini, A.; Mele, M.C. What is the Healthy Gut Microbiota Composition? A Changing Ecosystem across Age, Environment, Diet, and Diseases.Microorganisms 2019, 7, 14, doi:10.3390/microorganisms7010014.
10. Kein, C.L. 1.3.4 Digestible and Indigestible Carbohydrates. In Pediatric Nutrition in Practice; Karger: Basel, Switzerland, 2008; pp. 42–46, doi:10.1159/000155245.
11. Zhang, Y.J.; Li, S.; Gan, R.Y.; Zhou, T.; Xu, D.P.; Li, H.B. Impacts of gut bacteria on human health and diseases.Int. J. Mol. Sci. 2015, 16, 7493–7519, doi:10.3390/ijms16047493.
12. Vital, M.; Karch, A.; Pieper, D.H. Colonic Butyrate-Producing Communities in Humans: An Overview Using Omics Data. MSystems 2017, 2, doi:10.1128/msystems.00130-17.
13. Den Besten, G.; Van Eunen, K.; Groen, A.K.; Venema, K.; Reijngoud, D.J.; Bakker, B.M. The role of short-chain fatty acids in the interplay between diet, gut microbiota, and host energy metabolism. J. Lipid Res. 2013, 54, 2325–2340, doi:10.1194/jlr.R036012.
14. Sutcliffe, I.C. A phylum level perspective on bacterial cell envelope architecture. Trends Microbiol. 2010, 18, 10, 464–470, doi:10.1016/j.tim.2010.06.005.
15. Chakraborti, C.K. New-found link between microbiota and obesity. World J. Gastrointest. Pathophysiol. 2015, 6, 110, doi:10.4291/wjgp.v6.i4.110.
16. Semova, I.; Carten, J.D.; Stombaugh, J.; MacKey, L.C.; Knight, R.; Farber, S.A.; Rawls, J.F. Microbiota regulate intestinal absorption and metabolism of fatty acids in the zebrafish. Cell Host Microbe 2012, doi:10.1016/j.chom.2012.08.003.
17. Definition: Fatty Acids (for Parents)-Kids Health. Available online: https://kidshealth.org/en/parents/fatty­acids.html (accessed on 17 October 2019).
18. Jazayeri, S.; Tehrani-Doost, M.; Keshavarz, S.A.; Hosseini, M.; Djazayery, A.; Amini, H.; Jalali, M.; Peet, M. Comparison of therapeutic effects of omega-3 fatty acid eicosapentaenoic acid and fluoxetine, separately and in combination, in major depressive disorder. Aust. N. Z. J. Psychiatry 2008, 42, 192–198, doi:10.1080/00048670701827275.
19. Gammone, M.A.; Riccioni, G.; Parrinello, G.; D’orazio, N. Omega-3 polyunsaturated fatty acids: Benefits and endpoints in sport. Nutrients 2019, 11, 46, doi:10.3390/nu11010046.
20. Petersen, C.; Round, J.L. Defining dysbiosis and its influence on host immunity and disease. Cell. Microbiol.2014, 16, 1024–1033, doi:10.1111/cmi.12308.
21. Liou, A.P.; Paziuk, M.; Luevano, J.-M.; Machineni, S.; Turnbaugh, P.J.; Kaplan, L.M. Conserved shifts in the gut microbiota due to gastric bypass reduce host weight and adiposity. Sci. Transl. Med. 2013, 5, 178ra41, doi:10.1126/scitranslmed.3005687.
22. Ding, S.; Chi, M.M.; Scull, B.P.; Rigby, R.; Schwerbrock, N.M.J.; Magness, S.; Jobin, C.; Lund, P.K. High-fat diet: Bacteria interactions promote intestinal inflammation which precedes and correlates with obesity and insulin resistance in mouse. PLoS ONE 2010, 5, e12191, doi:10.1371/journal.pone.0012191.
23. Saad, M.J.A.; Santos, A.; Prada, P.O. Linking gut microbiota and inflammation to obesity and insulin resistance.Physiology 2016, 31, 283–293, doi:10.1152/physiol.00041.2015.
24. Graham, C.; Mullen, A.; Whelan, K. Obesity and the gastrointestinal microbiota: A review of associations and mechanisms. Nutr. Rev. 2015, 73, 376–385, doi:10.1093/nutrit/nuv004.
25. Shi, H.; Kokoeva, M.V.; Inouye, K.; Tzameli, I.; Yin, H.; Flier, J.S. TLR4 links innate immunity and fatty acid-induced insulin resistance. J. Clin. Investig. 2006, 116, 3015–3025, doi:10.1172/JCI28898.
26. Gao, Z.; Yin, J.; Zhang, J.; Ward, R.E.; Martin, R.J.; Lefevre, M.; Cefalu, W.T.; Ye, J. Butyrate improves insulin sensitivity and increases energy expenditure in mice. Diabetes 2009, 58, 1509–1517, doi:10.2337/db08-1637.
27. Schnorr, S.L.; Candela, M.; Rampelli, S.; Centanni, M.; Consolandi, C.; Basaglia, G.; Turroni, S.; Biagi, E.; Peano, C.; Crittenden, A.N.; et al Gut microbiome of the Hadza hunter-gatherers. Nat. Commun. 2014, 5, doi:10.1038/ncomms4654.
28. Sikalidis, A.K. Amino Acids and Immune Response: A Role for Cysteine, Glutamine, Phenylalanine, Tryptophan and Arginine in T-cell Function and Cancer? Pathol. Oncol. Res. 2015, 21, 9–17, doi:10.1007/s12253-014-9860-0.
29. Maslowski, K.M.; Vieira, A.T.; Ng, A.; Kranich, J.; Sierro, F.; Di Yu Schilter, H.C.; Rolph, M.S.; Mackay, F.; MacKay, C.R.; et al. Regulation of inflammatory responses by gut microbiota and chemoattractant receptor GPR43.Nature 2009, 461, 1282–1286, doi:10.1038/nature08530.
30. Kristo, A.; Klimis-Zacas, D.; Sikalidis, A. Protective Role of Dietary Berries in Cancer. Antioxidants 2016, 5, 37, doi:10.3390/antiox5040037.
31. Sowers, S. A Primer on Branched Chain Amino Acids. 2009. Available online: www.hchs.edu (accessed on 24 November 2019).
32. Chen, X.; Yang, W. Branched-chain amino acids and the association with type 2 diabetes. J. Diabetes Investig.2015, 6, 369–370, doi:10.1111/jdi.12345.
33. Newgard, C.B.; An, J.; Bain, J.R.; Muehlbauer, M.J.; Stevens, R.D.; Lien, L.F.; Haqq, A.M.; Shah, S.H.; Arlotto, M.; Svetkey, L.P.; et al. A Branched-Chain Amino Acid-Related Metabolic Signature that Differentiates Obese and Lean Humans and Contributes to Insulin Resistance. Cell Metab. 2009, 9, 311–326, doi:10.1016/j.cmet.2009.02.002.
34. Yoon, M.S. mTOR as a key regulator in maintaining skeletal muscle mass. Front. Physiol. 2017, 8, 788, doi:10.3389/fphys.2017.00788.
35. Hannan, K.M.; Thomas, G.; Pearson, R.B. Activation of S6K1 (p70 ribosomal protein S6 kinase 1) requires an initial calcium-dependent priming event involving formation of a high-molecular-mass signalling complex. Biochem. J. 2003, 370, 469–477, doi:10.1042/BJ20021709.
36. Um, S.H.; D’Alessio, D.; Thomas, G. Nutrient overload, insulin resistance, and ribosomal protein S6 kinase 1, S6K1. Cell Metab. 2006, 3, 393–402, doi:10.1016/j.cmet.2006.05.003.
37. Wang, T.J.; Larson, M.G.; Vasan, R.S.; Cheng, S.; Rhee, E.P.; McCabe, E.; Lewis, G.D.; Fox, C.S.; Jacques, P.F.; Gerszten, R.E.; et al. Metabolite profiles and the risk of developing diabetes. Nat. Med. 2011, 17, 448– 453, doi:10.1038/nm.2307.
38. 38. BCAA Benefits: A Review of Branched-Chain Amino Acids. Available online: https://www.healthline.com/nutrition/bcaa#section1 (accessed on 11 November 2019).
39. Sikalidis, A.K.; Stipanuk, M.H. Growing Rats Respond to a Sulfur Amino Acid–Deficient Diet by Phosphorylation of the α Subunit of Eukaryotic Initiation Factor 2 Heterotrimeric Complex and Induction of Adaptive Components of the Integrated Stress Response. J. Nutr. 2010, 140, 1080–1085, doi:10.3945/jn.109.120428.
40. Sikalidis, A.K.; Mazor, K.M.; Kang, M.; Liu, H.; Stipanuk, M.H. Total 4EBP1 Is Elevated in Liver of Rats in Response to Low Sulfur Amino Acid Intake. J. Amino Acids 2013, 2013, 1–11, doi:10.1155/2013/864757.
41. BCAAs: Do Branched Chain Amino Acids Build Muscle? Men’s Health. Available online: https://www.menshealth.com/nutrition/a19545329/branched-chain-amino-acids/(accessed on 12 October 2019).
42. Diabetes Mellitus: Type 1 vs 2, Symptoms, Causes, & Treatments. Available online: https://www.webmd.com/diabetes/guide/types-of-diabetes-mellitus#3 (accessed on 12 October 2019).
43. Type 2 Diabetes-Symptoms and Causes-Mayo Clinic. Available online: https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/type-2-diabetes/symptoms-causes/syc-20351193 (accessed on 8 October 2019).
44. National Institutes of Health. 2010. NIH Study Shows How Insulin Stimulates Fat Cells to Take in Glucose. National Institutes of Health (NIH). Available online: https://www.nih.gov/news-events/news­releases/nih-study-shows-how-insulin-stimulates-fat-cells-take-glucose (accessed on 11 November 2019).
45. How Insulin Works with Glucose. Kaiser Permanente Washington. Available online: https://wa.kaiserpermanente.org/healthAndWellness/index.jhtml?item=%2Fcommon%2FhealthAndWell ness%2Fconditions%2Fdiabetes%2FinsulinProcess.htm (accessed on 8 October 2019).
46. Qin, J.; Li, Y.; Cai, Z.; Li, S.; Zhu, J.; Zhang, F.; Liang, S.; Zhang, W.; Guan, Y.; Wang, J.; et al. A metagenome­wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes. Nature 2012, 490, 55–60, doi:10.1038/nature11450.
47. Tsalamandris, S.; Antonopoulos, A.S.; Oikonomou, E.; Papamikroulis, G.A.; Vogiatzi, G.; Papaioannou, S.; Deftereos, S.; Tousoulis, D. The role of inflammation in diabetes: Current concepts and future perspectives. Eur. Cardiol. Rev. 2019, 14, 50–59, doi:10.15420/ecr.2018.33.1.
48. Nordmann, T.M.; Dror, E.; Schulze, F.; Traub, S.; Berishvili, E.; Barbieux, C.; Boni-Schnetzler, M.; Donath, M.Y. The Role of Inflammation in β-cell Dedifferentiation. Sci. Rep. 2017, 7, doi:10.1038/s41598-017-06731-w.
49. Zwickey, H.; Horgan, A.; Hanes, D.; Schiffke, H.; Moore, A.; Wahbeh, A.; Jordan, J.; Ojeda, L.; Wahbeh, H.; Purnell, J.Q.; et al. Effect of the Anti-Inflammatory Diet in People with Diabetes and Pre-Diabetes: A Randomized Controlled Feeding Study. J. Restor. Med. 2019, 8, doi:10.14200/jrm.2019.0107.
50. Pessin, J.E.; Kwon, H. Adipokines mediate inflammation and insulin resistance. Front. Endocrinol. 2013, 4, 71, doi:10.3389/fendo.2013.00071.
51. Graessler, J.; Qin, Y.; Zhong, H.; Zhang, J.; Licinio, J.; Wong, M.L.; Xu, A.; Chavikas, T.; Bornstein, A.B.; Bornstein, S.R.; et al. Metagenomic sequencing of the human gut microbiome before and after bariatric surgery in obese patients with type 2 diabetes: Correlation with inflammatory and metabolic parameters. Pharmacogenomics J. 2013, 13, 514–522, doi:10.1038/tpj.2012.43.
52. C-Reactive Protein Test-Mayo Clinic. Available online: https://www.mayoclinic.org/tests-procedures/c­reactive-protein-test/about/pac-20385228 (accessed on 17 October 2019).
53. Metabolic Syndrome-Symptoms and Causes-Mayo Clinic. Available online: https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/metabolic-syndrome/symptoms-causes/syc-20351916 (accessed on 12 October 2019).
54. Vrieze, A.; Van Nood, E.; Holleman, F.; Salojärvi, J.; Kootte, R.S.; Bartelsman, J.F.; Dallinga–Thie, G.M.; Ackermans, M.T.; Serlie, M.J.; Oozeer, R.; et al. Transfer of Intestinal Microbiota From Lean Donors Increases Insulin Sensitivity in Individuals With Metabolic Syndrome. Gastroenterology 2012, 143, 913–916, doi:10.1053/j.gastro.2012.06.031.
55. Pedersen, H.K.; Gudmundsdottir, V.; Nielsen, H.B.; Hyotylainen, T.; Nielsen, T.; Jensen, B.A.; Forslund, K.; Hildebrand, F.; Prifti, E.; Falony, G.; et al. Human gut microbes impact host serum metabolome and insulin sensitivity. Nature 2016, 535, 376–381, doi:10.1038/nature18646.
56. Lee, H.; Ko, G. Effect of metformin on metabolic improvement and gut microbiota. Appl. Environ. Microbiol.2014, 80, 5935–5943, doi:10.1128/AEM.01357-14.
57. What Are Free Radicals? Live Science. Available online: https://www.livescience.com/54901-free­radicals.html (accessed on 17 October 2019).
58. Asmat, U.; Abad, K.; Ismail, K. Diabetes mellitus and oxidative stress—A concise review. Saudi Pharm. J.2016, 24, 547–553, doi:10.1016/j.jsps.2015.03.013.
59. Betteridge, D.J. What is oxidative stress? Metab. Clin. Exp. 2000, 49 (Suppl. 1), 3–8, doi:10.1016/S0026­0495(00)80077-3.
60. Qiao, Y.; Sun, J.; Ding, Y.; Le, G.; Shi, Y. Alterations of the gut microbiota in high-fat diet mice is strongly linked to oxidative stress. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2013, 97, 1689–1697, doi:10.1007/s00253-012-4323-6.
61. Larsen, N.; Vogensen, F.K.; Van Den Berg, F.W.J.; Nielsen, D.S.; Andreasen, A.S.; Pedersen, B.K.; Al-Sound, W.A.; Sørensen, S.J.; Hansen, L.H.; Jakobsen, M. Gut microbiota in human adults with type 2 diabetes differs from non-diabetic adults. PLoS ONE 2010, 5, e9085, doi:10.1371/journal.pone.0009085.
62. Type 2 Diabetes Diet Guidelines: Foods to Eat, Foods to Avoid. Available online: https://www.medicinenet.com/diabetic_diet_for_type_2_diabetes/article.htm (accessed on 31 October 2019).
63. Sikalidis, A.K. From Food for Survival to Food for Personalized Optimal Health: A Historical Perspective of How Food and Nutrition Gave Rise to Nutrigenomics. J. Am. Coll. Nutr. 2019, 38, 84–95, doi:10.1080/07315724.2018.1481797.
64. The Microbiome Diet Review: Food Lists, Benefits, and Meal Plan. 22 January 2019. Available online: https://www.healthline.com/nutrition/microbiome-diet#downsides (accessed on 28 December 2019).
65. Hemoglobin A1c. Understand the Test. 2019. Available online: labtestsonline.org/tests/hemoglobin-a1c (accessed on 2 January 2020).
66. Probiotics May Help Reduce Blood Sugar Levels Live Science. 14 November 2016. Available online: https://www.livescience.com/56861-probiotics-blood-sugar-dash-diet.html (accessed on 28 December 2019).
67. Sikalidis, A.K.; Fitch, M.D.; Fleming, S.E. Diet induced obesity increases the risk of colonic tumorigenesis in mice. Pathol. Oncol. Res. 2013, 19, 657–666, doi:10.1007/s12253-013-9626-0.
68. Tomova, A.; Bukovsky, I.; Rembert, E.; Yonas, W.; Alwarith, J.; Barnard, N.D.; Kahleova, H. The effects of vegetarian and vegan diets on gut microbiota. Front. Nutr. 2019, 6, 47, doi:10.3389/fnut.2019.00047.
69. Carmody, R.N.; Bisanz, J.E.; Bowen, B.P.; Maurice, C.F.; Lyalina, S.; Louie, K.B.; Treen, D.; Chadaideh, K.S.; Rekdal, V.M.; Turnbaugh, P.J.; et al. Cooking shapes the structure and function of the gut microbiome. Nat. Microbiol. 2019, doi:10.1038/s41564-019-0569-4.
70. Kristo, A.S.; Tzanidaki. G.; Lygeros, A.; Sikalidis, A.K. Bile sequestration potential of an edible mineral (clinoptilolite) under simulated digestion of a high-fat meal; an in vitro investigation. Food Funct. 2015,6, 3818–3827, doi: 10.1039/c5fo00116a.

Будьте здоровы!