Elena Barengolts

1 Divizia de Endocrinologie, Diabet și Metabolism, Departamentul de Medicină, Universitatea din Illinois la Chicago, Chicago, IL 60612, SUA

rândul

2 Secția de endocrinologie, Departamentul de Medicină, Centrul Medical Jesse Brown VA, Chicago, IL 60612, SUA

Stefan J. Green

3 Sequencing Core, Research Resources Center, Universitatea din Illinois, Chicago, IL 60612, SUA

George E. Chlipala

4 Research Informatics Core, Research Resources Center, Universitatea din Illinois, Chicago, IL 60612, SUA

Brian T. Layden

1 Divizia de Endocrinologie, Diabet și Metabolism, Departamentul de Medicină, Universitatea din Illinois la Chicago, Chicago, IL 60612, SUA

2 Secția de endocrinologie, Departamentul de Medicină, Centrul Medical Jesse Brown VA, Chicago, IL 60612, SUA

Yuval Eisenberg

1 Divizia de Endocrinologie, Diabet și Metabolism, Departamentul de Medicină, Universitatea din Illinois la Chicago, Chicago, IL 60612, SUA

Medha Priyadarshini

1 Divizia de Endocrinologie, Diabet și Metabolism, Departamentul de Medicină, Universitatea din Illinois la Chicago, Chicago, IL 60612, SUA

Lara R. Dugas

5 Departamentul de Științe ale Sănătății Publice, Școala Parkinson de Științe ale Sănătății și Sănătate Publică, Universitatea Loyola din Chicago, Maywood, IL 60153, SUA

Abstract

Microbiota intestinală și biomarkerii acestora pot fi asociați cu obezitatea. Acest studiu a evaluat asocierile indicelui de masă corporală (IMC) cu biomarkerii circulanți ai microbiotei la bărbații afro-americani (AAM) (n = 75). Principalele rezultate au inclus structura comunității microbiene fecale (ARNr 16S), biomarkeri de permeabilitate intestinală (ELISA) și acizi grași cu lanț scurt (SCFAs, analiză metabolomică). Aceste rezultate au fost comparate între bărbații obezi și non-obezi, după ajustarea în funcție de vârstă. Rezultatele au arătat că proteina de legare a lipopolizaharidelor (LBP), raportul LBP la CD14 (LBP/CD14) și SCFA (propionic, butiric, izovaleric) au fost mai mari la obezi (n = 41, vârsta de 58 de ani, IMC 36 kg/m 2) versus non-obezi (n = 34, vârsta 55 ani, IMC 26 kg/m 2) bărbați. IMC s-a corelat pozitiv cu LBP, LBP/CD14 (p Cuvinte cheie: microbiota intestinală, IMC, indicele de masă corporală, CD14, grup de proteine ​​de diferențiere 14, EndoCab, anticorp nucleu endotoxinic, LBP, proteină de legare a lipopolizaharidelor, SCFA, acizi grași cu lanț scurt, zonulină, butirică, propionică, obezitate, diabet zaharat de tip 2, Bărbați afro-americani, cortizol

1. Introducere

Obezitatea este o problemă comună la nivel mondial. Prevalența mondială a obezității aproape s-a triplat între 1975 și 2016 [1]. În 2016, peste 1,9 miliarde de adulți, cu vârsta de 18 ani și peste, au fost clasificați ca supraponderali, iar dintre aceștia, peste 650 de milioane au fost descriși ca obezi. Supraponderalitatea și obezitatea sunt definite ca acumularea anormală sau excesivă de grăsime care poate afecta sănătatea. Indicele masei corporale (IMC) este un indice simplu de greutate-înălțime care este utilizat în mod obișnuit pentru a clasifica supraponderalitatea și obezitatea. Se exprimă ca greutatea unei persoane în kilograme împărțită la pătratul înălțimii sale în metri (kg/m 2). Pentru adulți, Organizația Mondială a Sănătății (OMS) definește supraponderalitatea și obezitatea ca IMC ≥25 și, respectiv, ≥30. IMC oferă cea mai utilă măsură la nivel de populație a supraponderabilității și obezității [1]. Creșterea IMC este un factor major de risc pentru diabetul de tip 2 (T2D) și mai mult de 90% din diabetele de tip 2 sunt supraponderali sau obezi [1,2]. În 2016, se estimează că 1,6 milioane de decese au fost atribuite diabetului și, în mod obișnuit, decesul are loc înainte de vârsta de 70 de ani. OMS estimează că T2D a fost a șaptea cauză de deces în 2016 [2]. Există mai multe tratamente emergente pentru obezitate și T2D, dar gestionarea ambelor afecțiuni rămâne o provocare pentru medici și împovărătoare pentru societate [3,4,5,6].

Rolul microbiotei intestinale și a biomarkerilor înrudiți și contribuția acestora la obezitate și T2D este un subiect de cercetare în curs. Microbiota intestinală poate contribui la obezitate prin generarea excesului de energie din nutrienți nedigestibili și prin creșterea absorbției nutrienților cu densitate mare [7,8]. La om, bacteriile gram-negative anaerobe ale intestinului gros fermentează carbohidrați complexi anterior nedigerabili, transformându-i în acizi grași cu lanț scurt (SCFA) [9,10]. Principalele SCFA includ acetic (C2: 0), propionic (C3: 0) și butiric (C4: 0), care reprezintă aproximativ 95% din SCFA semnificative biologic produse în colon [9,10,11]. SCFA-urile sunt absorbite în principal prin vena portală [12], furnizând aproximativ 10% din necesarul total de energie gazdă [7,8]. Rolul SCFA în obezitate este neclar. Pe de o parte, există dovezi care sugerează că SCFA fecale sunt mai mari la obezi comparativ cu persoanele slabe [13,14,15,16], ceea ce implică un rol pentru SCFA în dezvoltarea obezității. În schimb, SCFA pot induce hormoni intestinali (de exemplu, GLP-1 și PYY) [17,18] și pot fi asociați cu scăderea poftei de mâncare, pierderea în greutate și controlul glucozei [18,19,20].

În mod similar, biomarkerii pentru metaboliții și subprodusele microbiotei intestinale pot crește permeabilitatea intestinală și absorbția nutrienților și, prin urmare, contribuie în plus la obezitate [7,8]. Principalul produs secundar responsabil pentru inducerea unei permeabilități intestinale crescute și a translocării microbiotei în interiorul gazdei este lipopolizaharida (LPS, endotoxină). Markerii serologi surogat ai permeabilității intestinului și translocația bacteriană asociați cu LPS includ proteina de legare a LPS (LPB), anticorpul de bază LPS (EndoCab), CD14 solubil (CD14) și zonulină. LBP este o proteină solubilă în fază acută, EndoCab este o măsură a sarcinii LPS (este imposibil de măsurat LPS direct), CD14 este un grup de proteine ​​de diferențiere 14 dintr-o familie de receptori de recunoaștere a modelelor [21]. Zonulina (precursorul haptoglobinei 2) este o proteină care modulează permeabilitatea joncțiunilor strânse între celule în peretele tractului digestiv [22]. Toți acești biomarkeri joacă un rol important și divergent în influența microbiomului asupra fiziologiei gazdei și patogeneza obezității [23,24,25,26,27,28,29].

În timp ce microbiota intestinală a fost asociată cu dezvoltarea obezității [7,8] și T2D [28,30], există dovezi crescânde că acestea sunt asociate și cu alte afecțiuni cronice, inclusiv hipertensiune arterială [31], boli cardiovasculare [32], și chiar unele tulburări psihiatrice [33]. Până în prezent, totuși, există o lipsă de studii care explorează asocierile dintre obezitate și biomarkeri legați de microbiota intestinală la bărbații afro-americani (AAM). Obiectivul acestui studiu explorator a fost de a investiga asocierile dintre biomarkerii legați de microbiota intestinală și obezitatea în AAM. Pentru a realiza acest lucru, am explorat determinanții indicelui de masă corporală (IMC) în rândul biomarkerilor asociați cu microbiota într-o cohortă formată din 41 de obezi și 34 de AAM ne-obezi. Biomarkerii legați de microbiota intestinală au inclus SCFA (acetic, propionic, butiric și izovaleric) și markeri de permeabilitate/translocație (LBP, EndoCab, CD14 și zonulină).