Розшифровка діабету: як кишкова мікробіота впливає на ризик захворювання

У нещодавньому дослідженні, опублікованому в журналі Nature Medicine, команда вчених вивчила понад 8000 метагеномних послідовностей людей з переддіабетом, діабетом 2 типу та нормальним глікемічним статусом, щоб визначити, як специфічні для підтипу та штаму мікробні особливості та функції сприяють патологічним механізмам діабету 2 типу.

Цукровий діабет 2 типу – це швидкозростаюча глобальна проблема охорони здоров’я, яка вражає понад 500 мільйонів людей у всьому світі. У пацієнтів з діабетом 2 типу маса та функція β-клітин підшлункової залози з часом знижуються, при цьому інсулінорезистентність часто супроводжується низьким рівнем системного запалення.

Існують докази того, що кишковий мікробіом відіграє вирішальну роль у метаболізмі та здоров'ї людини, часто взаємодіючи з генетичними та екологічними факторами. Дослідження також виявили окремі сигнатури кишкових мікробів, пов'язані з діабетом 2 типу.

Однак багато з цих досліджень проводилися на невеликих вибірках або не враховували такі фактори, як ожиріння чи вживання метформіну.

Розуміння ролі специфічних для підтипів та штамів функцій кишкового мікробіома на молекулярному рівні в патології діабету 2 типу вимагає стандартизованих даних з великої популяції.

У цьому дослідженні вчені проаналізували метагеномні дані 10 когорт осіб з Європи, Сполучених Штатів та Китаю з нормальним глікемічним статусом, переддіабетом або діабетом 2 типу, щоб розшифрувати штам-специфічні функції та молекулярні особливості кишкової мікробіоти, які механічно сприяють патології діабету 2 типу.

Хоча попередні дослідження визначили специфічні види мікробів та мікробні спільноти, що збільшують метаболічні ризики розвитку діабету 2 типу, вони не враховували той факт, що патогенні механізми мікроба є штамоспецифічними. Наприклад, штам K12 Escherichia coli нешкідливий, тоді як штам O157 є патогенним.

Дослідники отримали понад 8000 даних метагеномного секвенування з шести опублікованих та чотирьох нових наборів даних, що охоплюють десять когорт людей з різним глікемічним статусом.

Фенотипічні дані когорт та метагеномних послідовностей спочатку були оброблені для стандартизації, і кінцева досліджувана популяція складалася з 1851 пацієнта з діабетом 2 типу, 2770 осіб з переддіабетом та 2277 учасників з нормальним глікемічним статусом.

Для узгодження набору даних було використано діагностичні критерії Американської діабетичної асоціації, які включають пероральний тест на толерантність до глюкози, рівень глюкози в плазмі натщесерце, вживання ліків та фактори ризику, такі як індекс маси тіла, а також лабораторні тести на запальні та метаболічні фактори.

Спочатку було оцінено зв'язок між станом діабету 2 типу та загальною конфігурацією кишкового мікробіома. Потім регресійні моделі були використані для визначення видових ознак та відмінностей у розподілі мікробних особливостей між групами залежно від глікемічного статусу.

Дослідники також провели когортні метааналізи, щоб вивчити зв'язок між мікробною функцією на рівні громади, такою як ферменти та біохімічні шляхи, та діабетом 2 типу.

Крім того, були проведені чутливі аналізи, щоб переконатися, що виявлені мікробні сигнатури, пов'язані з діабетом 2 типу, не були частково зумовлені супутніми захворюваннями.

У дослідженні було виявлено 19 філогенетично різних видів при дисбактеріозі у пацієнтів з діабетом 2 типу. Кишковий мікробіом у пацієнтів з діабетом 2 типу показав вищу чисельність Clostridium bolteae та нижчу чисельність Butyrivibrio crossotus.

Крім того, функціональні зміни, що відбуваються на рівні мікробної спільноти внаслідок цього дисбактеріозу, пов'язані з порушеннями метаболізму глюкози та патологією діабету 2 типу.

Інші шляхи, пов'язані з діабетом 2 типу, які були пов'язані з функціональними змінами на рівні мікробної спільноти, включали зниження ферментації бутирату та збільшення синтезу бактеріальних імуногенних структурних компонентів.

Коли аналізи були проведені для конкретних бактеріальних штамів, дослідження також виявило, що зв'язки між патологією діабету 2 типу та кишковим мікробіомом демонстрували гетерогенність у межах видів.

Штам-специфічні функції, такі як горизонтальний перенос генів, біосинтез амінокислот з розгалуженим ланцюгом та ті, що пов'язані із запаленням та оксидативним стресом, значною мірою сприяли цій гетерогенності.

Варіації ризику розвитку діабету 2 типу серед окремих осіб також були пов'язані з внутрішньовидовою різноманітністю для 27 видів кишкової мікробіоти, включаючи Eubacterium rectale, які показали специфічність штаму на рівні популяції.

Загалом, дослідження показало, що дисбактеріоз кишкового мікробіома відіграє функціональну роль у патогенезі діабету 2 типу, безпосередньо беручи участь у таких механізмах, як метаболізм глюкози та ферментація бутирату.

Крім того, результати показали, що штам-специфічні функції гетерогенно пов'язані з патологією діабету 2 типу, що дає нове розуміння механізмів, через які кишковий мікробіом пов'язаний з діабетом 2 типу.