Диетические простые сахара вызывают кишечный дисбиоз и способствуют развитию колита у мышей

Диета с высоким содержанием сахара может повредить кишечник, усиливая риск развития колита

На фотографиях показаны окрашенные участки толстой кишки контрольных мышей (а, слева) и мышей, получавших диету с высоким содержанием глюкозы в течение семи дней (б, справа). Защитная слизь (на нее указывают линии), отделяющая эпителиальную оболочку толстой кишки от содержимого кала (выше слоя слизи), была тоньше у мышей, получавших глюкозу. Ниже показаны формулы и структуры простых сахаров, используемых в исследовании.

Диетические простые сахара изменяют микробную экологию в кишечнике и способствуют развитию колита у мышей

Даллас. 28.11.2020. У мышей, которых кормили диетой с высоким содержанием сахара, развился более тяжелый колит, тип воспалительного заболевания кишечника (ВЗК), и исследователи, изучив их толстый кишечник, обнаружили больше бактерий, которые могут повредить защитный слой слизи кишечника.

«Колит - серьезная проблема общественного здравоохранения в США и других западных странах», - говорит Хасан Заки (Hasan Zaki), доктор философии, возглавлявший исследование, опубликованное в журнале Science Translational Medicine. «Это очень важно с точки зрения общественного здравоохранения».

Колит может вызвать стойкую диарею, боль в животе и ректальное кровотечение. Число взрослых американцев, страдающих ВЗК (включая болезнь Крона), подскочило с 2 миллионов в 1999 году до 3 миллионов в 2015 году, по данным Центров по контролю и профилактике заболеваний. Кроме того, колит начинает проявляться у детей, которые исторически не страдали им, говорит Заки, доцент кафедры патологии Юго-Западного университета штата Техас (UT Southwestern).

Из-за гораздо более высокой распространенности этого заболевания в западных странах исследователи рассматривали диету западного стиля – с высоким содержанием жиров, сахара и животного белка – как возможный фактор риска, говорит Заки. Хотя было обнаружено, что диеты с высоким содержанием жиров вызывают ВЗК, роль сахара была более спорной, говорит он.

Это новое исследование указывает на сахар (в качестве главного подозреваемого ) - особенно на глюкозу, содержащуюся в кукурузном сиропе с высоким содержанием фруктозы, разработанном пищевой промышленностью в 1960-х годах, а затем все чаще используемом для подслащивания безалкогольных напитков и других продуктов питания. «Заболеваемость ВЗК также возросла в западных странах, особенно среди детей, за этот же период», - говорится в исследовании.

Исследователи из Юго-Западного университета штата Техас в течение семи дней кормили мышей водным раствором с 10-процентной концентрацией различных пищевых сахаров - глюкозы, фруктозы и сахарозы. Они обнаружили, что у мышей, которые были либо генетически предрасположены к развитию колита, либо у мышей, которым вводили химическое вещество, вызывающее колит, развивались более серьезные симптомы, если им сначала давали сахар.

Затем исследователи использовали методы секвенирования генов, чтобы определить типы и распространенность бактерий, обнаруженных в толстом кишечнике мышей до и после приема сахара. Согласно исследованию, после лечения сахаром в течение семи дней у тех, кто получал сахарозу, фруктозу и, особенно, глюкозу, наблюдались значительные изменения в микробной популяции внутри кишечника.

Бактерии, которые, как известно, вырабатывают ферменты, разлагающие слизь, такие как Akkermansia, были обнаружены в большем количестве, в то время как некоторые другие типы, считающиеся хорошими бактериями и обычно встречающиеся в кишечнике, такие как Lactobacillus, стали менее многочисленными.

Исследователи увидели доказательства истончения слоя слизи, который защищает слизистую толстой кишки, а также признаки инфекции другими бактериями. «Слой слизи защищает слизистую оболочку кишечника от проникновения кишечной микробиоты», - поясняют исследователи. «Следовательно, повышенное количество бактерий, разлагающих слизь, включая Akkermansia muciniphila и Bacteroides fragilis, у мышей, получавших глюкозу, представляет собой потенциальный риск для кишечного слизистого барьера.

«Из-за эрозии слизистого слоя кишечные бактерии находились в непосредственной близости с эпителиальным слоем толстой кишки у мышей, получавших глюкозу», - продолжают исследователи. «Нарушение эпителиального барьера является ключевым инициирующим событием воспаления кишечника».

Хотя глюкоза имела наибольший эффект, «все три простых сахара сильно изменили состав кишечной микробиоты», - говорится в исследовании. Предыдущие исследования показали, что микробиота кишечника как людей, так и мышей может быстро измениться при изменении диеты. «Наше исследование ясно показывает, что вы действительно должны заботиться о еде», - говорит Заки.

Обнаружив изменения в микробиоте кишечника у мышей, получавших сахар, исследователи скармливали фекалии мышей, получавших сахар, другим мышам. У этих мышей развился более тяжелый колит, что позволяет предположить, что предрасположенность к колиту, вызванная глюкозой, может передаваться вместе с деструктивной кишечной микробиотой от пораженных животных.

Заки говорит, что теперь он планирует изучить, влияет ли и как высокое потребление сахара на развитие других воспалительных заболеваний, таких как ожирение, жировая болезнь печени и нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера.

Источник: Материалы предоставлены UT Southwestern Medical Center. 

Статья в журнале: Shahanshah Khan, Hasan Zaki, et al. Dietary simple sugars alter microbial ecology in the gut and promote colitis in mice. Science Translational Medicine, 2020; 12 (567): eaay6218

Реферат к статье в журнале

Вредная сладость

Воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) включают множественные расстройства, характеризующиеся хроническим воспалением желудочно-кишечного тракта. Хотя этиология этих заболеваний в основном неизвестна, западная диета и образ жизни, по-видимому, связаны с более высокой заболеваемостью ВЗК. Здесь доктор Шаханшах Хан (Shahanshah Khan) и др. изучили влияние диеты с высоким содержанием сахара на колит на моделях грызунов и показали, что диета с высоким содержанием простых сахаров усугубляет колит на моделях мышей при введении до или после индукции колита. Эффект был опосредован изменением микробиоты кишечника с увеличением количества муколитических бактерий, которые способствовали разрушению слизистого барьера кишечника. Результаты показывают, что диета с высоким содержанием сахара может способствовать дисфункции кишечной микробиоты и развитию ВЗК.

Аннотация

Более высокая распространенность воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК) в западных странах указывает на то, что западная диета является возможным фактором риска ВЗК. Высокое содержание сахара, связанное со многими неинфекционными заболеваниями, является отличительной чертой западной диеты, но его роль при ВЗК остается неизвестной. Здесь мы изучили влияние простых сахаров, таких как глюкоза и фруктоза, на патогенез колита у мышей дикого типа и IL10^−/− мышей (т.е. мышей, дефицитных по противовоспалительному интерлейкину-10 – ред.). У мышей дикого типа, которым давали 10% глюкозу с питьевой водой или диету с высоким содержанием глюкозы, развился тяжелый колит, вызванный декстрансульфатом натрия. У IL10^−/− мышей, получавших большое количество глюкозы, также развился обострение колита по сравнению с IL10^−/− мышами, не получавшими глюкозу. Кратковременное потребление глюкозы или фруктозы с высоким содержанием глюкозы не вызвало воспалительных реакций в здоровом кишечнике, но заметно изменило состав кишечной микробиоты. В частности, наблюдалось обилие бактерий, разлагающих слизь, Akkermansia muciniphila и Bacteroides fragilis. Соответственно, муколитические ферменты бактериального происхождения были обогащены, что привело к эрозии слизистого слоя толстой кишки у мышей дикого типа и IL10^−/− мышей, получавших сахар. Обострение колита, вызванное сахаром, не наблюдалось, когда мышей лечили антибиотиками или содержали в среде, свободной от микробов, что позволяет предположить, что измененная микробиота играет решающую роль в патогенезе индуцированного сахаром колита. Кроме того, мыши без микробов, колонизированные микробиотой мышей, получавших сахар, показали повышенную восприимчивость к колиту. Вместе эти данные предполагают, что потребление простых сахаров предрасполагает к колиту и усиливает его патогенез за счет модуляции кишечной микробиоты у мышей.

См. дополнительно: Чрезмерное потребление фруктозы ведет к НАЖБП через повышение проницаемости кишечника