The clinical significance of the intestinal microbiota in patients with metabolic disorders

Abstract

Введение. Метаболические заболевания являются глобальной проблемой последнего столетия во всем мире. За последние годы было проведено множество молекулярно-генетических исследований, результаты которых указывают на непосредственную связь между качественными и количественными изменениями в составе микробиоты кишечника и развитием ожирения, а также сопутствующих ему заболеваний, в первую очередь сахарного диабета 2 типа. Однако единого мнения по поводу изменения состава кишечной микробиоты при метаболических заболеваниях у человека в настоящий момент не существует. Цель исследования. Провести клиническую оценку состава кишечной микробиоты у пациентов с метаболическими нарушениями. Материалы и методы. Были отобраны и проанализированы образцы фекалий от 38 пациентов с избыточной массой тела и ожирением (индекс массы тела > 25,0 кг/м²), артериальной гипертензией и повышенными показателями липидограммы и/или глюкозы крови и от 18 здоровых добровольцев с нормальной массой тела (18,5 кг/м² < индекс массы тела < 25,0 кг/м²). Использовался метод полимеразной цепной реакции в режиме реального времени (ПЦР-РВ) и метод метагеномного исследования с анализом последовательностей генов 16S рРНК. Для проведения ПЦР использовался набор реагентов «Колонофлор-16» (Россия). Всем пациентам были проведены скрининговые лабораторные тесты. Статистическая обработка результатов проводилась методами параметрической и непараметрической статистики с использованием стандартных функций ПО Microsoft Excel и программы SPSS Statistics. Результаты. В микробиоте кишечника пациентов, страдающих метаболическим синдромом, отмечено в 2,6 раза меньшее содержание общей бактериальной массы, относительно меньшее количество Bifidobacterium spp. (7,9%), Bacteroides fragilis group (26,3%) и Faecalibacterium prausnitzii (5,3%) по сравнению со здоровыми добровольцами (38,9%, 55,6% и 44,4% соответственно) (p<0,05). У пациентов с ожирением 1 степени выявлено повышенное количество Parvimonas micra (26,7%) по сравнению с пациентами, имеющих нормальную массу тела (p<0,05). По данным метагеномного исследования у пациентов с сахарным диабетом 2 типа снижена доля Tenericutes, р. Dialister и повышена доля р. Achromobacter, у пациентов с метаболическим синдромом - снижена доля Tenericutes и повышена доля р.Lachnospira. Гендерная оценка показала, что в развитие дисбиоза кишечника и формирование абдоминального ожирения у мужчин, страдающих ожирением II и III степени, вносит вклад условно-патогенная микрофлора, в частности E.coli (r= 1,000, p<0,01). С возрастом у пациентов увеличивается содержание Enterococcus spp. (r= 0,438, p<0,01) и снижается уровень ЛПВП (r= -0,561, p<0,01). Достоверные корреляционные связи (r = 0,3-0,5, p<0,05) между количеством Enterococcus spp., Enterobacter spp. / Citrobacter spp., Parvimonas micra и показателями липидограммы, глюкозы крови и СРБ указывают на роль данных бактерий в формировании метаболического профиля пациентов с метаболическим синдромом. Заключение. По результатам исследования связь кишечной микробиоты с показателями липидограммы, уровнем глюкозы и индексом массы тела у пациентов с метаболическими нарушениями не вызывает сомнений. Отдельные виды бактерий микробиоты кишечника могут рассматриваться как биомаркеры течения метаболического синдрома. Для подтверждения выявленных особенностей микробиоты у пациентов с метаболическими нарушениями требуется их дальнейшее изучение с большим числом образцов.

Background. Metabolic diseases are a global problem of the last century around the world. In recent years, many molecular genetic studies have been conducted, the results of which indicate a direct relationship between qualitative and quantitative changes in the composition of the intestinal microbiota and the development of obesity, as well as its associated diseases, primarily type 2 diabetes. However, there is currently no consensus on changes in the composition of the intestinal microbiota in human metabolic diseases. The aim. To conduct a clinical assessment of the composition of the intestinal microbiota in patients with metabolic disorders. Materials and methods. Faecal samples were collected and analyzed from 38 overweight and obese patients (body mass index > 25.0 kg/m2), hypertension and elevated lipidogram and/or blood glucose values, and from 18 healthy volunteers with normal body weight (18.5 kg/m2 < body mass index < 25.0 kg/m2). The method of real-time polymerase chain reaction (PCR-RT) and the method of metagenomic research with an analysis of 16s rRNA gene sequences were used. A set of reagents "Colonoflor-16" (Russia) was used for PCR. All patients underwent screening laboratory tests. Statistical processing of results was performed using parametric and nonparametric functions of the Microsoft Excel software and the SPSS Statistics program. Results. The intestinal microbiota of patients with metabolic syndrome contains 2.6 times less total bacterial mass, relatively smaller amounts of Bifidobacterium spp. (7.9%), Bacteroides fragilis group (26.3%) and Faecalibacterium prausnitzii (5.3%) compared to healthy volunteers (38.9%, 55.6% and 44.4%, respectively) (p<0.05). Patients with grade 1 obesity showed an increased amount of Parvimonas micra (26.7%) compared to patients with normal body weight (p<0.05). According to a metagenomic study, patients with type 2 diabetes have a reduced proportion of Tenericutes, the genus Dialister and an increased proportion of the genus Achromobacter, and patients with metabolic syndrome have a reduced proportion of Tenericutes and an increased proportion of the genus Lachnospira. Gender assessment showed that opportunistic microflora, in particular E. coli (r= 1,000, p<0.01), contributes to the development of intestinal dysbiosis and the formation of abdominal obesity in men suffering from II and III degree obesity. The content of Enterococcus spp. increases (r= 0,438, p<0,01), and HDL levels decrease (r= -0,561, p<0,01) in patients with age. Reliable correlations (r = 0,3-0,5, p<0,05) between the number of Enterococcus spp., Enterobacter spp. / Citrobacter spp., Parvimonas micra and lipidogram, blood glucose and CRP indicate the role of these bacteria in the formation of the metabolic profile of patients with metabolic syndrome. Conclusion. According to the results of the study the relationship of intestinal microbiota with lipidogram indicators, glucose levels and a body mass index in patients with metabolic disorders are not in doubt. Specific bacteria species can be considered as biomarkers of metabolic syndrome course. To confirm the revealed features of the microbiota in patients with metabolic disorders, further study with a large number of samples is required.