Rozluštění cukrovky: jak střevní mikrobiota ovlivňuje riziko onemocnění

V nedávné studii publikované v časopise Nature Medicine tým vědců zkoumal více než 8 000 metagenomických sekvencí od lidí s prediabetem, diabetem 2. typu a normálním glykemickým stavem, aby zjistil, jak specifické mikrobiální vlastnosti a funkce subtypů a kmenů přispívají k patologickým mechanismům diabetu 2. typu.

Diabetes 2. typu je rychle rostoucí globální zdravotní problém, který postihuje více než 500 milionů lidí na celém světě. U pacientů s diabetem 2. typu dochází v průběhu času k poklesu hmotnosti a funkce β-buněk slinivky břišní, přičemž inzulínová rezistence je často doprovázena mírným systémovým zánětem.

Existují důkazy o tom, že střevní mikrobiom hraje klíčovou roli v lidském metabolismu a zdraví a často interaguje s genetickými a environmentálními faktory. Výzkum také identifikoval odlišné střevní mikrobiální signatury spojené s diabetem 2. typu.

Mnoho z těchto studií však bylo provedeno na malých vzorcích nebo nekontrolovalo faktory, jako je obezita nebo užívání metforminu.

Pochopení role funkcí střevního mikrobiomu specifických pro jednotlivé podtypy a kmeny na molekulární úrovni v patologii diabetu 2. typu vyžaduje standardizovaná data z velké populace.

V této studii vědci analyzovali metagenomická data z 10 kohort jedinců z Evropy, Spojených států a Číny s normálním glykemickým stavem, prediabetem nebo diabetem 2. typu, aby rozluštili kmenově specifické funkce a molekulární vlastnosti střevní mikrobioty, které mechanisticky přispívají k patologii diabetu 2. typu.

Přestože předchozí studie identifikovaly specifické mikrobiální druhy a mikrobiální společenstva, která zvyšují metabolická rizika diabetu 2. typu, nezohlednily skutečnost, že patogenní mechanismy mikrobu jsou specifické pro daný kmen. Například kmen Escherichia coli K12 je neškodný, zatímco kmen O157 je patogenní.

Výzkumníci získali více než 8 000 metagenomických sekvenčních dat ze šesti publikovaných a čtyř nových datových sad pokrývajících deset kohort lidí s různým glykemickým stavem.

Fenotypová data z kohort a metagenomických sekvencí byla nejprve zpracována pro standardizaci a finální studijní populaci tvořilo 1 851 pacientů s diabetem 2. typu, 2 770 jedinců s prediabetem a 2 277 účastníků s normálním glykemickým stavem.

Pro harmonizaci datového souboru byla použita diagnostická kritéria Americké diabetologické asociace, která zahrnují perorální glukózový toleranční test, hladiny glukózy v plazmě nalačno, užívání léků a rizikové faktory, jako je index tělesné hmotnosti, a také laboratorní testy na zánětlivé a metabolické faktory.

Nejprve byla posouzena souvislost mezi stavem diabetu 2. typu a celkovou konfigurací střevního mikrobiomu. Regresní modely byly následně použity k identifikaci druhových charakteristik a rozdílů v distribuci mikrobiálních znaků mezi skupinami podle glykemického statusu.

Výzkumníci také provedli kohortové metaanalýzy, aby prozkoumali souvislost mezi mikrobiálními funkcemi na úrovni komunity, jako jsou enzymy a biochemické dráhy, a diabetem 2. typu.

Kromě toho byly provedeny citlivé analýzy, aby se zajistilo, že identifikované mikrobiální signatury spojené s diabetem 2. typu nebyly částečně způsobeny komorbiditami.

Studie identifikovala 19 fylogeneticky odlišných druhů u dysbiózy u pacientů s diabetem 2. typu. Střevní mikrobiom u pacientů s diabetem 2. typu vykazoval vyšší početnost Clostridium bolteae a nižší početnost Butyrivibrio crossotus.

Funkční změny na úrovni mikrobiální komunity v důsledku této dysbiózy byly navíc spojovány s poruchami metabolismu glukózy a patologií diabetu 2. typu.

Mezi další dráhy spojené s diabetem 2. typu, které byly spojeny s funkčními změnami na úrovni mikrobiální komunity, patřila snížená fermentace butyrátu a zvýšená syntéza bakteriálních imunogenních strukturních složek.

Když byly analýzy provedeny pro specifické bakteriální kmeny, studie také zjistila, že souvislosti mezi patologií diabetu 2. typu a střevním mikrobiomem vykazovaly heterogenitu v rámci druhů.

K této heterogenitě významně přispěly funkce specifické pro kmen, jako je horizontální přenos genů, biosyntéza aminokyselin s rozvětveným řetězcem a funkce související se zánětem a oxidačním stresem.

Rozdíly v riziku diabetu 2. typu mezi jednotlivci byly také spojeny s vnitrodruhovou diverzitou u 27 druhů střevní mikrobioty, včetně Eubacterium rectale, které vykazovaly specificitu kmenů na úrovni populace.

Celkově studie ukázala, že dysbióza střevního mikrobiomu hraje funkční roli v patogenezi diabetu 2. typu a přímo se podílí na mechanismech, jako je metabolismus glukózy a fermentace butyrátu.

Výsledky dále ukázaly, že funkce specifické pro kmeny jsou heterogenně asociovány s patologií diabetu 2. typu, což poskytuje nový pohled na mechanismy, kterými je střevní mikrobiom spojen s diabetem 2. typu.