Razvozlavanje sladkorne bolezni: kako črevesna mikrobiota vpliva na tveganje za bolezen

V nedavni študiji, objavljeni v reviji Nature Medicine, je skupina znanstvenikov preučila več kot 8000 metagenomskih zaporedij ljudi s prediabetesom, sladkorno boleznijo tipa 2 in normalnim glikemičnim statusom, da bi ugotovila, kako značilnosti in funkcije mikrobov, specifične za podtip in sev, prispevajo k patološkim mehanizmom sladkorne bolezni tipa 2.

Sladkorna bolezen tipa 2 je hitro rastoči svetovni zdravstveni problem, ki prizadene več kot 500 milijonov ljudi po vsem svetu. Masa in delovanje β-celic trebušne slinavke se pri bolnikih s sladkorno boleznijo tipa 2 sčasoma zmanjšujeta, inzulinsko rezistenco pa pogosto spremlja nizkostopenjsko sistemsko vnetje.

Obstajajo dokazi, da ima črevesni mikrobiom ključno vlogo pri človekovem metabolizmu in zdravju, pogosto v interakciji z genetskimi in okoljskimi dejavniki. Raziskave so odkrile tudi različne značilnosti črevesnih mikrobov, povezane s sladkorno boleznijo tipa 2.

Vendar pa so bile številne od teh študij izvedene na majhnih vzorcih ali pa niso upoštevale dejavnikov, kot sta debelost ali uporaba metformina.

Razumevanje vloge funkcij črevesnega mikrobioma, specifičnih za podtip in sev, na molekularni ravni pri patologiji sladkorne bolezni tipa 2 zahteva standardizirane podatke iz velike populacije.

V tej študiji so raziskovalci analizirali metagenomske podatke 10 kohort posameznikov iz Evrope, Združenih držav Amerike in Kitajske z normalnim glikemičnim statusom, prediabetesom ali sladkorno boleznijo tipa 2, da bi razvozlali sevno specifične funkcije in molekularne značilnosti črevesne mikrobiote, ki mehanistično prispevajo k patologiji sladkorne bolezni tipa 2.

Čeprav so prejšnje študije opredelile specifične mikrobne vrste in mikrobne združbe, ki povečujejo presnovna tveganja za sladkorno bolezen tipa 2, niso upoštevale dejstva, da so patogeni mehanizmi mikroba specifični za posamezen sev. Na primer, sev Escherichia coli K12 je neškodljiv, medtem ko je sev O157 patogen.

Raziskovalci so pridobili več kot 8000 podatkov metagenomskega sekvenciranja iz šestih objavljenih in štirih novih naborov podatkov, ki zajemajo deset kohort ljudi z različnim glikemičnim statusom.

Fenotipski podatki iz kohort in metagenomskih zaporedij so bili najprej obdelani za standardizacijo, končno študijsko populacijo pa je sestavljalo 1851 bolnikov s sladkorno boleznijo tipa 2, 2770 posameznikov s prediabetesom in 2277 udeležencev z normalnim glikemičnim statusom.

Za uskladitev nabora podatkov so bila uporabljena diagnostična merila Ameriškega združenja za sladkorno bolezen, ki vključujejo peroralni test tolerance za glukozo, raven glukoze v plazmi na tešče, uporabo zdravil in dejavnike tveganja, kot je indeks telesne mase, ter laboratorijske teste za vnetne in presnovne dejavnike.

Najprej je bila ocenjena povezava med statusom sladkorne bolezni tipa 2 in splošno konfiguracijo črevesnega mikrobioma. Nato so bili uporabljeni regresijski modeli za identifikacijo vrstnih značilnosti in razlik v porazdelitvi mikrobnih značilnosti med skupinami glede na glikemični status.

Raziskovalci so izvedli tudi kohortno specifične metaanalize, da bi preučili povezavo med delovanjem mikrobov na ravni skupnosti, kot so encimi in biokemične poti, in sladkorno boleznijo tipa 2.

Poleg tega so bile opravljene občutljive analize, da bi zagotovili, da ugotovljeni mikrobni podpisi, povezani s sladkorno boleznijo tipa 2, niso delno posledica komorbidnosti.

Študija je pri disbiozi pri bolnikih s sladkorno boleznijo tipa 2 identificirala 19 filogenetsko različnih vrst. Črevesni mikrobiom pri bolnikih s sladkorno boleznijo tipa 2 je pokazal večjo številčnost Clostridium bolteae in manjšo številčnost Butyrivibrio crossotus.

Poleg tega so funkcionalne spremembe, ki se pojavljajo na ravni mikrobne skupnosti zaradi te disbioze, povezane z motnjami presnove glukoze in patologijo sladkorne bolezni tipa 2.

Druge poti, povezane s sladkorno boleznijo tipa 2, ki so bile povezane s funkcionalnimi spremembami na ravni mikrobne združbe, so vključevale zmanjšano fermentacijo butirata in povečano sintezo bakterijskih imunogenih strukturnih komponent.

Ko so bile analize razrešene za specifične bakterijske seve, je študija ugotovila tudi, da so povezave med patologijo sladkorne bolezni tipa 2 in črevesnim mikrobiomom pokazale heterogenost znotraj vrst.

K tej heterogenosti so pomembno prispevale funkcije, specifične za sev, kot so horizontalni prenos genov, biosinteza aminokislin z razvejano verigo in tiste, povezane z vnetjem in oksidativnim stresom.

Razlike v tveganju za sladkorno bolezen tipa 2 med posamezniki so bile povezane tudi z raznolikostjo znotraj vrste za 27 vrst črevesne mikrobiote, vključno z Eubacterium rectale, ki je pokazala specifičnost seva na ravni populacije.

Na splošno je študija pokazala, da ima disbioza črevesnega mikrobioma funkcionalno vlogo pri patogenezi sladkorne bolezni tipa 2, z neposredno vpletenostjo v mehanizme, kot sta presnova glukoze in fermentacija butirata.

Poleg tega so rezultati pokazali, da so funkcije, specifične za sev, heterogeno povezane s patologijo sladkorne bolezni tipa 2, kar zagotavlja nov vpogled v mehanizme, prek katerih je črevesni mikrobiom povezan s sladkorno boleznijo tipa 2.