A cukorbetegség megfejtése: hogyan befolyásolja a bélmikrobióta a betegség kockázatát?

A Nature Medicine folyóiratban nemrégiben megjelent tanulmányban egy tudóscsoport több mint 8000 metagenomikai szekvenciát vizsgált meg prediabéteszes, 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő és normál glikémiás állapotú emberektől, hogy meghatározza, hogyan járulnak hozzá az altípus- és törzsspecifikus mikrobiális jellemzők és funkciók a 2-es típusú cukorbetegség kóros mechanizmusaihoz.

A 2-es típusú cukorbetegség egy gyorsan növekvő globális egészségügyi probléma, amely világszerte több mint 500 millió embert érint. A hasnyálmirigy β-sejtjeinek tömege és működése idővel csökken a 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő betegeknél, az inzulinrezisztenciát gyakran alacsony fokú szisztémás gyulladás kíséri.

Bizonyítékok vannak arra, hogy a bélmikrobiom kritikus szerepet játszik az emberi anyagcserében és egészségben, gyakran kölcsönhatásban állva genetikai és környezeti tényezőkkel. A kutatások a 2-es típusú cukorbetegséggel összefüggő, különálló bélmikrobiális jellegzetességeket is azonosítottak.

Ezen vizsgálatok közül sokat azonban kis mintákon végeztek, vagy nem kontrolláltak olyan tényezőket, mint az elhízás vagy a metformin-használat.

A bélmikrobiom altípus- és törzsspecifikus funkcióinak molekuláris szintű megértéséhez a 2-es típusú cukorbetegség patológiájában szabványosított adatokra van szükség nagyszámú populációból.

Ebben a tanulmányban a kutatók 10, normál glikémiás státuszú, prediabéteszes vagy 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő európai, amerikai és kínai kohorsz metagenomikai adatait elemezték, hogy megfejtsék a bélmikrobiota törzsspecifikus funkcióit és molekuláris jellemzőit, amelyek mechanisztikusan hozzájárulnak a 2-es típusú cukorbetegség patológiájához.

Míg a korábbi tanulmányok azonosítottak olyan specifikus mikrobiális fajokat és mikrobiális közösségeket, amelyek növelik a 2-es típusú cukorbetegség metabolikus kockázatát, nem vették figyelembe azt a tényt, hogy a mikroba patogén mechanizmusai törzsspecifikusak. Például az Escherichia coli K12 törzse ártalmatlan, míg az O157 törzs patogén.

A kutatók több mint 8000 metagenomikai szekvenálási adatot szereztek hat publikált és négy új adatkészletből, amelyek tíz különböző glikémiás státuszú embercsoportot fedtek le.

A kohorszokból és metagenomikai szekvenciákból származó fenotípusos adatokat először standardizálás céljából feldolgozták, és a végső vizsgálati populáció 1851 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő betegből, 2770 prediabéteszes személyből és 2277 normál glikémiás státuszú résztvevőből állt.

Az adatsor harmonizálásához az Amerikai Diabétesz Társaság diagnosztikai kritériumait alkalmazták, amelyek magukban foglalják az orális glükóz tolerancia tesztet, az éhomi plazma glükózszintet, a gyógyszerszedést és a kockázati tényezőket, mint például a testtömegindex, valamint a gyulladásos és metabolikus tényezők laboratóriumi vizsgálatait.

Először a 2-es típusú cukorbetegség állapota és a teljes bélmikrobiom konfiguráció közötti összefüggést vizsgálták. Ezután regressziós modelleket alkalmaztak a fajszintű szignatúrák és a mikrobiális jellemzők eloszlásában mutatkozó különbségek azonosítására a glikémiás állapot szerint a csoportok között.

A kutatók kohorsz-specifikus metaanalíziseket is végeztek a közösségi szintű mikrobiális funkciók, például az enzimek és a biokémiai útvonalak, valamint a 2-es típusú cukorbetegség közötti összefüggés vizsgálatára.

Ezenkívül érzékeny elemzéseket végeztek annak biztosítására, hogy a 2-es típusú cukorbetegséggel összefüggő azonosított mikrobiális jellemzők részben ne legyenek komorbiditásoknak köszönhetők.

A tanulmány 19 filogenetikailag elkülönülő fajt azonosított a 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő betegek diszbiózisában. A 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő betegek bélmikrobiomjában nagyobb volt a Clostridium bolteae és alacsonyabb a Butyrivibrio crossotus előfordulása.

Továbbá a diszbiózis miatt a mikrobiális közösség szintjén bekövetkező funkcionális változások összefüggésbe hozhatók a glükóz anyagcserezavaraival és a 2-es típusú cukorbetegség patológiájával.

A 2-es típusú cukorbetegséggel összefüggő egyéb, a mikrobiális közösség szintjén funkcionális változásokkal összefüggésbe hozható útvonalak közé tartozott a butirát fermentáció csökkenése és a bakteriális immunogén szerkezeti komponensek fokozott szintézise.

Amikor az elemzéseket specifikus bakteriális törzsekre oldották fel, a tanulmány azt is megállapította, hogy a 2-es típusú cukorbetegség patológiája és a bélmikrobiom közötti összefüggések fajokon belüli heterogenitást mutattak.

A törzsspecifikus funkciók, mint például a horizontális génátvitel, az elágazó láncú aminosav-bioszintézis, valamint a gyulladással és oxidatív stresszel kapcsolatosak jelentősen hozzájárultak ehhez a heterogenitáshoz.

A 2-es típusú cukorbetegség kockázatának egyének közötti változásai összefüggésben álltak a fajokon belüli diverzitással is 27 bélmikrobiota faj esetében, köztük az Eubacterium rectale esetében, amely populációs szinten törzsspecificitást mutatott.

Összességében a tanulmány kimutatta, hogy a bélmikrobiom diszbiózisa funkcionális szerepet játszik a 2-es típusú cukorbetegség patogenezisében, közvetlenül részt vesz olyan mechanizmusokban, mint a glükóz anyagcseréje és a butirát fermentáció.

Továbbá az eredmények azt mutatták, hogy a törzsspecifikus funkciók heterogén módon kapcsolódnak a 2-es típusú cukorbetegség patológiájához, ami új ismereteket nyújt a bélmikrobiom és a 2-es típusú cukorbetegség közötti összefüggés mechanizmusairól.