Diabēta atšifrēšana: kā zarnu mikrobiota ietekmē slimības risku

Nesenā pētījumā, kas publicēts žurnālā Nature Medicine, zinātnieku komanda pārbaudīja vairāk nekā 8000 metagenomiskas sekvences no cilvēkiem ar prediabētu, 2. tipa cukura diabētu un normālu glikēmisko stāvokli, lai noteiktu, kā apakštipa un celma specifiskās mikrobu īpašības un funkcijas veicina 2. tipa diabēta patoloģiskos mehānismus.

2. tipa diabēts ir strauji augoša globāla veselības problēma, kas skar vairāk nekā 500 miljonus cilvēku visā pasaulē. Pacientiem ar 2. tipa cukura diabētu aizkuņģa dziedzera β-šūnu masa un funkcija laika gaitā samazinās, un insulīna rezistenci bieži pavada viegla sistēmiska iekaisuma parādība.

Ir pierādījumi, ka zarnu mikrobiomam ir izšķiroša loma cilvēka vielmaiņā un veselībā, bieži mijiedarbojoties ar ģenētiskiem un vides faktoriem. Pētījumos ir identificētas arī atšķirīgas zarnu mikrobu pazīmes, kas saistītas ar 2. tipa cukura diabētu.

Tomēr daudzi no šiem pētījumiem tika veikti nelielās izlasēs vai nekontrolēja tādus faktorus kā aptaukošanās vai metformīna lietošana.

Lai izprastu apakštipa un celma specifisko zarnu mikrobioma funkciju lomu molekulārā līmenī 2. tipa diabēta patoloģijā, ir nepieciešami standartizēti dati no lielas populācijas.

Šajā pētījumā pētnieki analizēja metagenomiskos datus no 10 cilvēku grupām no Eiropas, Amerikas Savienotajām Valstīm un Ķīnas ar normālu glikēmisko stāvokli, prediabētu vai 2. tipa cukura diabētu, lai atšifrētu zarnu mikrobiotas celmam raksturīgās funkcijas un molekulārās iezīmes, kas mehāniski veicina 2. tipa diabēta patoloģiju.

Lai gan iepriekšējos pētījumos ir identificētas specifiskas mikrobu sugas un mikrobu kopienas, kas palielina 2. tipa diabēta vielmaiņas risku, tajos netika ņemts vērā fakts, ka mikrobu patogēnie mehānismi ir celmam specifiski. Piemēram, Escherichia coli K12 celms ir nekaitīgs, savukārt O157 celms ir patogēns.

Pētnieki ieguva vairāk nekā 8000 metagenomiskas sekvencēšanas datu no sešiem publicētiem un četriem jauniem datu kopumiem, kas aptver desmit cilvēku kohortas ar atšķirīgu glikēmisko statusu.

Kohortu fenotipiskie dati un metagenomiskas sekvences vispirms tika apstrādātas standartizācijai, un galīgo pētījuma populāciju veidoja 1851 pacients ar 2. tipa cukura diabētu, 2770 indivīdi ar prediabētu un 2277 dalībnieki ar normālu glikēmisko statusu.

Datu kopas saskaņošanai tika izmantoti Amerikas Diabēta asociācijas diagnostikas kritēriji, kas ietver perorālo glikozes tolerances testu, glikozes līmeni plazmā tukšā dūšā, medikamentu lietošanu un riska faktorus, piemēram, ķermeņa masas indeksu, kā arī laboratorijas testus iekaisuma un vielmaiņas faktoru noteikšanai.

Vispirms tika novērtēta saistība starp 2. tipa diabēta statusu un kopējo zarnu mikrobioma konfigurāciju. Pēc tam regresijas modeļi tika izmantoti, lai identificētu sugu līmeņa pazīmes un atšķirības mikrobu pazīmju sadalījumā starp grupām atbilstoši glikēmiskajam statusam.

Pētnieki veica arī kohortai specifiskas metaanalīzes, lai pārbaudītu saistību starp kopienas līmeņa mikrobu funkciju, piemēram, enzīmiem un bioķīmiskajiem ceļiem, un 2. tipa cukura diabētu.

Turklāt tika veiktas jutīgas analīzes, lai pārliecinātos, ka identificētās ar 2. tipa cukura diabētu saistītās mikrobu pazīmes daļēji nav saistītas ar komorbiditāšu izraisītām slimībām.

Pētījumā tika identificētas 19 filoģenētiski atšķirīgas sugas, kas saistītas ar disbiozi pacientiem ar 2. tipa cukura diabētu. Zarnu mikrobiomā pacientiem ar 2. tipa cukura diabētu tika konstatēta lielāka Clostridium bolteae un mazāka Butyrivibrio crossotus koncentrācija.

Turklāt funkcionālās izmaiņas, kas rodas mikrobu kopienas līmenī šīs disbiozes dēļ, ir saistītas ar glikozes metabolisma traucējumiem un 2. tipa diabēta patoloģiju.

Citi ar 2. tipa cukura diabētu saistītie ceļi, kas bija saistīti ar funkcionālām izmaiņām mikrobu kopienas līmenī, ietvēra samazinātu butirāta fermentāciju un palielinātu baktēriju imunogēno strukturālo komponentu sintēzi.

Kad analīzes tika atrisinātas attiecībā uz specifiskiem baktēriju celmiem, pētījumā tika atklāts arī, ka saistība starp 2. tipa diabēta patoloģiju un zarnu mikrobiomu uzrādīja neviendabīgumu sugu ietvaros.

Šo neviendabīgumu būtiski veicināja celmam raksturīgās funkcijas, piemēram, horizontālā gēnu pārnešana, sazarotās ķēdes aminoskābju biosintēze un tās, kas saistītas ar iekaisumu un oksidatīvo stresu.

2. tipa diabēta riska atšķirības starp indivīdiem bija saistītas arī ar 27 zarnu mikrobiotas sugu, tostarp Eubacterium rectale, sugas iekšējo daudzveidību, kas populācijas līmenī uzrādīja celma specifiskumu.

Kopumā pētījums parādīja, ka zarnu mikrobioma disbiozei ir funkcionāla loma 2. tipa diabēta patogenezē, tieši iesaistoties tādos mehānismos kā glikozes metabolisms un butirāta fermentācija.

Turklāt rezultāti parādīja, ka celmam raksturīgās funkcijas ir heterogēni saistītas ar 2. tipa diabēta patoloģiju, sniedzot jaunu ieskatu mehānismos, ar kuriem zarnu mikrobioms ir saistīts ar 2. tipa diabētu.