Роль кишечной микрофлоры в лечении диабета 2 типа

МИКРОФЛОРА КИШЕЧНИКА ИГРАЕТ КЛЮЧЕВУЮ РОЛЬ В КЛАССИЧЕСКОМ ЛЕЧЕНИИ САХАРНОГО ДИАБЕТА 2 ТИПА

Модель молекулы метформина

Метформин изменяет кишечный микробиом лиц с диабетом 2 типа, усиливая этим терапевтическое действие препарата

Появилась более четкая картина того, как работает классический препарат от диабета метформин. Недавнее исследование в Сахлгренской Академии и университете Жироны указывает, что клинический эффект контроля уровня глюкозы в крови достигается за счет модуляции кишечной микробиоты.

"Интересно, что не совсем ясно, как работает метформин, хотя он используется клинически в течение 60 лет", - говорит Фредрик Бекхед, профессор молекулярной медицины, и ведущий Автор исследования, опубликованного в Nature Medicine.

Человеческое тело содержит больше бактерий, чем человеческих клеток. Большинство этих бактерий существуют в кишечнике, который является сегодня самой густонаселенной экосистемой, и где генов микробиома, дополняющих наш собственный геном, в 1000 раз больше.

Исследовательская группа Фредрика Бекхеда в Сахлгренской Академии при Гётеборгском университете (Швеция) ранее показала, что микробиота кишечника изменяется у пациентов с сахарным диабетом 2 типа после бариатрической операции. Путем проведения клинических исследований пациентов с впервые выявленным сахарным диабетом, группа смогла уточнить как на микробиом кишечника влияет метформин.

Секвенирование микробиома у 22 пациентов до и после лечения по сравнению с группой пациентов, получавших плацебо, показало, что за два месяца лечения микробиом кишечника резко изменился. В результате экспериментов в лаборатории, исследователи показали, что метформин увеличивает рост нескольких бактериальных видов, которые связаны с повышением уровня метаболизма.

"Трансплантация кишечной микробиоты стерильным мышам от пациентов до и после лечения показала, что модифицированная метформином микробиота может, по крайней мере, частично объяснить хорошее влияние препарата на контроль глюкозы в крови", - говорит Фредрик Бекхед.

Некоторые пациенты с диабетом 2 типа могут контролировать свое заболевание метформином, в то время как другим это не помогает. Возможно, это связано с конфигурацией их микробиома. Более того, наиболее распространенными неблагоприятными явлениями являются кишечные проблемы, такие как диарея и боль в животе.

"Представьте, что мы в будущем можем изменить кишечную флору, чтобы больше людей реагировали на лечение, и что побочные эффекты могут быть уменьшены путем изменения кишечной микробиоты пациентов, которые будут принимать метформин", заключает Фредрик Бекхед.

Подробнее о проведении исследования

Итак, ученые из Гетеборгского и Жиронского университетов выяснили, что при лечении диабета второго типа метформином происходит изменение состава и особенностей микробиома кишечника. Это оказывает существенный вспомогательный эффект в терапии, налаживая систему регуляции уровня сахара и гликозилированного гемоглобина в крови.

Метформин – лекарство, которое часто используют для больных диабетом второго типа. Он помогает снижать уровень сахара в крови за счет уменьшения его выработки в печени, активируя, в частности, 5'АМФ-активируемую протеинкиназу. Однако механизм его действия почти неизвестен. Он работает даже при использовании препаратов с малой концентрацией, кроме того, он лучше работает при пероральном введении, чем при внутривенном. Согласно ряду исследований препаратов разного типа, основная его работа проходит в нижних отделах кишечника. Ученые решили выяснить, не влияет ли метформин на состав кишечных бактерий, и не играет ли это свою роль в лечении диабета.

Исследование. В течение четырех месяцев 40 волонтеров, болеющих диабетом второго типа, следовали низкокалорийной диете и принимали участие в двойном слепом исследовании, принимая либо метформин, либо плацебо. У обеих групп в конце эксперимента снизился вес, но только у метформиновой группы существенно снизился уровень глюкозы в крови и уровень HbA1c (гликозилированного гемоглобина, высокий уровень которого свойственен диабетикам). После шести месяцев индекс массы тела у людей метформиновой группы перестал снижаться, однако уровень глюкозы и HbA1c в их крови продолжал падать.

Чтобы оценить, насколько у исследуемых групп поменялся состав микробиома кишечника, было проведено секвенирование ДНК 131 проб фекалий и получены данные о соответствующих метагеномах. У плацебо-группы состав штаммов бактерий почти не изменился, а у метформиновой группы изменения произошли более чем с восьмидесятью штаммами, большинство из которых относились к гаммапротеобактериям. Существенно увеличился уровень Esherichia и снизился уровень Intestinibacter. Увеличилось также, например, количество бактерий Akkermansia muciniphila — раньше это уже связывали с действием метформина, но в данной работе ученые не нашли достоверной корреляции между количеством этих бактерий в кишечнике и уровнем снижения HbA1c.

Некоторая часть группы, принимавшей плацебо, спустя шесть месяцев тоже прошла курс лечения метформином, и показала те же результаты, что и метформиновая группа в первой части проекта. У них также наблюдалось повышение уровня бактерий рода Bifidobacterium. Выяснилось, что метформин непосредственно влияет на процессы репликации у Bifidobacterium adolescentis и Akkermansia muciniphila, увеличивая рост этих бактерий, но не оказывает такого влияния, например, на бактерий рода Esherichia. Ученые показали, что лекарство оказывает существенное влияние на положительные связи между разными бактериями, усиливая их, поэтому на многие отдельные виды оно влияет не напрямую, а опосредованно.

Рис.1. Усиление положительных связей между разными группами бактерий под воздействием метформина. Показаны связи в начале эксперимента (M0, голубые) и спустя два месяца (M2, фиолетовые), а также отрицательные связи (серые) - Hao Wu et al / Nature Medicine, 2017 (Рисунки к статье см. в PDF)

У трех людей, принимающих метформин, были взяты пробы фекалий до начала эксперимента и после его окончания. Эти пробы были скормлены мышам, не имеющим собственных микробиомов, которых заранее с помощью высококалорийной диеты довели до состояния, аналогичного диабету второго типа. В двух из трех случаев, а также при сочетании проб трех людей в одной, мыши показали значительные улучшения в способности контролировать уровень сахара в крови и в снижении HbA1c. В контрольной группе мышей, получивший пробы фекалий плацебо-группы, никаких улучшений не наблюдалось.

Выяснилось, что метформин влиял на регуляцию многих бактериальных генов, причем самые существенные изменения происходили в период с 2 до 4 месяцев приема лекарства. Затронуты были гены, отвечающие за мембранный транспорт, сахарный метаболизм, устойчивость к лекарствам и ряд других. Любопытным является тот факт, что метаболизм бактерий по-разному менялся в кишечнике мужчин и женщин: в частности, уровень бутиратов и ацетатов (короткоцепочечных жирных кислот) повышался в образцах мужчин, но не женщин, а вот уровень лактата и сукцината одинаково увеличивался и у тех, и у других.

Эксперимент дополнили обработкой проб постоянным потоком метформина в течении недели, и получили еще более полную картину изменений микробиома под действием этого вещества. У одних бактерий усиливался синтез РНК (то есть менялся метаболизм), у других - ДНК (то есть они принимались более интенсивно размножаться). Помимо прочего, выяснилось, что метформин существенно влияет на бактериальный транспорт металл-содержащих белков и синтез комплексов, ответственных за транспорт разных металлов. Ученые предполагают, что, возможно, именно через эти системы метформин и оказывает свое изначальное воздействие на бактериальные клетки.

В дальнейшем исследователи планируют выяснить, как именно изменение состава и работы микробиома после приема метформина влияет на механизмы регуляции уровня сахара в крови.

Прим. ред.: Стоит отметить, что метформин может вызвать дефицит витамина В12, поэтому если вы принимаете метформин, попросите вашего врача раз в год проверять уровень витамина B12 в организме, а при необходимости — назначить вам биодобавки для восполнения дефицита этого витамина. Это поможет вам избежать осложнений, связанных с гиповитаминозом (вместо биодобавок можно употреблять пробиотические продукты с пропионовокислыми бактериями, мощными продуцентами кобаламина). См. подробнее: Прием метформина связан  с развитием дефицита витамина В12

Источник:

Fredrik Bäckhed et al., Metformin alters the gut microbiome of individuals with treatment-naive type 2 diabetes, contributing to the therapeutic effects of the drug. Nature Medicine, 2017

Статья в PDF (на англ.):

Метформин изменяет микробиом кишечника у лиц с лечебно-наивным сахарным диабетом 2 типа, способствуя терапевтическому воздействию препарата

К разделу: Микрофлора и сахарный диабет

См. также: Микробы помогают похудеть после операций от ожирения