Tipul articolului: Articolul de revizuire

Afilieri: [a] Center for Obesity, Diabetes and Metabolism (Internal Medicine-Molecular Medicine), Wake Forest School of Medicine, Winston-Salem, NC, SUA | [b] Departamentul de Știință și Tehnologie Alimentară, Colegiul de Agricultură, Universitatea de Tehnologie din Isfahan, Isfahan, Iran | [c] Departamentul de patologie (medicină comparată), Școala de medicină Wake Forest, Winston-Salem, NC, SUA | [d] Gerontologie și Medicină Geriatrică, Școala de Medicină Wake Forest, Winston-Salem, NC, SUA | [e] Centrul pentru Științe ale Vieții, NLA, Universitatea Nazarbayev, Astana, Republica Kazahstan | [f] ReGenera Research and Development for Aging Interventions, and San Babila Clinic, Corso Matteotti 1/A, Milano, Italy

Corespondență: [*] Autor corespondent: Hariom Yadav, dr., Centrul pentru Diabet, Obezitate și Metabolism (Medicină Internă-Medicină Moleculară), Școala de Medicină Wake Forest, Departamentul de Microbiologie și Imunologie, Locul Biotech, Suite 2E-034, 575 Patterson Ave., Winston-Salem, NC 27101, SUA. Telefon: +1 336 713 5049; Fax: +1 336 716 9928; E-mail: [e-mail protejat] .

Cuvinte cheie: Îmbătrânire, sistem nervos enteric, disbioză intestinală, permeabilitate intestinală, microbiota intestinală, inflamație metabolică, probiotice, prebiotice

Jurnal: Nutriție și îmbătrânire sănătoasă, vol. 4, nr. 4, pp. 267-285, 2018

Abstract

Abrevieri

sistem nervos central

Escherichia coli

sistemul nervos enteric

boala inflamatorie a intestinului

receptor polimeric de imunoglobulină

acizi grași cu lanț scurt

imunoglobulina secretorie A

diabet de tip 2

factor de necroză tumorală-alfa

1. Introducere

Conexiunea bidirecțională între microbiomul intestinal uman și îmbătrânirea gazdei și potențialele elemente subiacente și/sau asociate.

perspective

2 Dezvoltarea microbiotei intestinului uman: Cine se naște primul, copilul sau microbiomul acestuia?

Modificări legate de vârstă în ecosistemul microbian al intestinului uman și factori potențiali care ar putea afecta compoziția microbiotei în diferite etape ale vieții. α-diversitate: bogăția speciilor (taxonilor) într-un singur mediu gazdă/microbian; β-diversitate: diversitate în comunitatea microbiană (profiluri de abundență taxonomică) între diferite medii/eșantioane) [4, 23, 31, 34, 73].

3 Microbiota intestinală și senescență: Îmbătrânim împreună

4 Îmbătrânirea interfeței microbiote-imune: o aventură intimă

Deși dovezile asocierii directe între microbiota intestinală și îmbătrânirea cronologică a gazdei sunt încă limitate [8, 36, 73], dar s-a speculat că o diversitate redusă a microbiotei intestinale este asociată cu o fragilitate crescută la vârstă O altă observație care susține legătura dintre microbiota intestinală și imunitate, în special la bătrânețe, poate fi susținută și de observațiile că bacteriile comensale intestinale (de exemplu, bifidobacterii, lactobacili, bacteriodi) sunt, în general, reduse la persoanele în vârstă, care mențin imunitatea. toleranță în intestin [34, 76]. În timp ce majoritatea bacteriilor oportuniste al căror număr este în general crescut odată cu înaintarea în vârstă sunt cunoscute pentru stimularea inflamației intestinale [77, 78]. Împreună, aceste observații sugerează din nou că menținerea homeostaziei microbiotei intestinale ar putea fi benefică pentru menținerea sănătății intestinale și a sănătății generale, în timp ce perturbările din microbiota intestinală ar putea deranja mai multe caracteristici ale sănătății gazdei [7, 8, 74, 75, 79] (Fig. 3B).

Microbiota noastră influențează diferitele caracteristici ale componentelor noastre imune și inflamatorii sistemice intestinale, dar și sistemice [80], sugerând că deteriorările legate de vârstă ale stării imun-modulatorii (așa-numita imun-îmbătrânire sau imun-senescență sau inflamatorie) [81] . De exemplu, nivelurile crescute de TNF, IL-6 și IL-8 la bătrânețe pot fi asociate cu modificări ale microbiotei intestinale [34, 82, 83]. Cu toate acestea, rămâne încă de descifrat dacă aceste asociații sunt directe sau indirecte sau dacă modificările legate de vârstă ale microbiotei provoacă imunescenescență sau este invers (Fig. 2). Cu toate acestea, se poate specula că epiteliul intestinal care acționează ca o barieră între microbii intestinali și circulația sistemică, ar putea juca un rol în asocierea microbiotei și a inflamației [84, 85]. De exemplu, integritatea scăzută a epiteliului intestinal la bătrânețe ar putea provoca mai multe scurgeri de bacterii intestinale în circulația sistemică, ducând în cele din urmă la o creștere a sarcinii antigenice și la activarea imunitară sistemică, care ar putea reprezenta un semn distinctiv al afecțiunilor de vârstă, inclusiv tulburări autoimune, boli hepatice, și afecțiuni cardiovasculare și neurologice [36, 86-88] (Fig. 3).

5 Microbiomul intestinal și bolile metabolice legate de îmbătrânire

6 Sistemul nervos enteric în raport cu senescența gazdei

Ilustrație schematică a căilor (căilor) putative prin care modificările legate de îmbătrânire ale microbiomului intestinal și ale sistemului entero-neuro-endocrin pot afecta sănătatea creierului prin semnalizarea deteriorată a comunicării intestin-creier. La gazda adultă sănătoasă, configurația echilibrată a microbiomului intestinal și integritatea barierei intestinale ajută la menținerea unor echilibre echilibrate de microbi, subproduse microbiene (de exemplu, acizi grași cu lanț scurt; SCFA) și alte entități, cum ar fi neurotransmițători peste peretele intestinal, menținând astfel un echilibru sistemul enter-imun și inflamator prin proliferarea controlată a celulelor dendritice și a macrofagelor care ajută în cele din urmă la menținerea comunicării intestin-creier și a funcționării sistemului nervos central (SNC) sub control. La bătrânețe, diversitatea microbiotei intestinale modificate și integritatea slabă a barierei intestinale pot perturba mediul microbian și biochimic de-a lungul căptușelii celulare epiteliale intestinale prin niveluri anormale de SCFA, lipopolizaharidă (LPS), imunoglobulină secretorie A (sIgA), histamine, serotonină (5 -hidroxitriptamina; 5-HT) etc. instigând astfel un răspuns anormal (hiper) inflamator care afectează în cele din urmă (deranjează) comunicarea intestin-creier [84, 90, 93, 103, 104, 109, 112, 124, 158].

7 Îmbătrânirea și bariera intestinală și permeabilitatea: există o legătură?

8 Metaboliți derivați din microbiomi în timpul îmbătrânirii

SCFA (butirat, propionat și acetat) au impacturi benefice semnificative asupra mai multor caracteristici ale sănătății metabolice și fiziologice a gazdei, cum ar fi menținerea unui pH luminal scăzut, creșterea biomasei microbiene, încurajarea creșterii populației bacteriene benefice, promovarea și reglarea producției de mucus, susținerea integritatea barierei intestinale și homeostazia intestinului și modelarea metabolismului periferic. Dintre SCFA-urile majore joacă un rol cheie ca sursă de energie pentru epiteliul colonic (enterocite), contribuind astfel în 5-10% din energia totală necesară unui corp uman sănătos [148]. În plus, butiratul absorbit, cel mai studiat metabolit benefic produs de microbiota intestinală, poate juca un rol protector împotriva cancerului colorectal prin inhibarea histonei deacetilazei care altfel poate stimula proliferarea celulelor canceroase colorectale [149]. Propionatul are o contribuție importantă în gluconeogeneza ficatului, ajută la reglarea sintezei colesterolului și joacă, de asemenea, un rol benefic împotriva dezvoltării cancerelor care ar putea metastaza în ficat [150]. Acetatul acționează și ca substrat pentru lipogeneza ficatului și sinteza colesterolului, ajută la reglarea fluxului sanguin de colon și poate juca, de asemenea, un rol preventiv împotriva carcinogenezei hepatice [151].

9 Probiotice, prebiotice și îmbătrânirea sănătoasă: în căutarea longevității

Datorită dezvăluirii recente a asocierii dintre îmbătrânire și microbiotă intestinală, nu este surprinzător faptul că ecosistemul microbian intestinal primește o atenție considerabilă ca potențială țintă pentru dezvoltarea unor strategii noi pentru îmbătrânirea sănătoasă și bunăstarea persoanelor în vârstă. Cu toate acestea, conceptul de manipulare a microbiotei intestinale pentru îmbătrânirea sănătoasă poate fi datat încă din secolul al XX-lea, când laureatul Nobel Elie Metchnikoff a emis ipoteza că bolile legate de vârstă sunt în primul rând consecințele fagocitelor reactive care afectează țesuturile sănătoase ca răspuns la autotoxinele din intestin și că refacerea microflorei intestinale prin ingerarea regulată de iaurt ar putea favoriza o îmbătrânire mai sănătoasă [160]. În timp ce nu a fost încă stabilită o relație de cauzalitate, dovezile disponibile privind asocierile dintre microbiota intestinală, nutriție și inflamația sistemică sugerează că intervențiile dietetice pentru modularea pozitivă a compoziției și diversității microbiotei ar putea ajuta la promovarea îmbătrânirii și longevității mai sănătoase [34, 161] . În acest context, probioticele și prebioticele s-ar putea dovedi a fi candidați promițători pentru dezvoltarea intervențiilor dietetice pentru promovarea și menținerea microbiotei intestinale sănătoase.

Probioticele sunt „microorganisme vii care, atunci când sunt administrate în cantități adecvate, conferă gazdei un beneficiu pentru sănătate”; [196]. Prebioticele sunt „ingrediente alimentare nedigerabile care stimulează selectiv creșterea și/sau activitatea uneia sau a unui număr limitat de bacterii din colon” ​​[162]. Interesant este că ținta generală a ambelor probiotice și prebiotice este similară, adică restaurarea și/sau menținerea homeostaziei ecosistemului microbian intestinal, care poate fi deosebit de importantă în timpul bătrâneții [34, 152]. Deoarece prebioticele sunt alimentele „preferate” pentru probiotice, combinarea lor ca „sinbiotice” pentru prevenire, precum și efecte terapeutice asupra sănătății ar putea fi avută în vedere pentru o sănătate mai bună a intestinului și a sănătății generale [46, 163]. Fermentarea prebioticelor de către probiotice, în principal bifidobacterii și lactobacili, crește, de asemenea, nivelurile intestinale ale SCFA-urilor, în special butiratul, care s-a dovedit a conferi efecte imunomodulatoare și antiinflamatorii [164]. Aceste efecte ar putea fi deosebit de importante pentru persoanele în vârstă, deoarece acestea trec deja prin imun-senescență și prezintă un risc crescut de a dezvolta infecții și boli diverse [165, 166].

10 Concluzie și perspective de viitor

Conflicte de interes

Autorii nu declară niciun conflict de interese.