Образ жизни влияет на кишечный микробиом, а микробиом — на метаболиты крови, ассоциированные с диабетом

На развитие диабета второго типа (T2D, инсулинорезистентный сахарный диабет) влияют как генетика, так и факторы окружающей среды. Большое число случаев T2D связано с неправильным питанием, которое изменяет состав кишечной микробиоты. В новой работе с участием более тысячи человек было показано, что около трети метаболитов, связанных с T2D, ассоциированы с микробиотой кишечника. Эта группа метаболитов активно реагировала на кратковременные изменения образа жизни, в том числе на диету и физическую активность.

В исследование включили 697 жителей Швеции в основной и 470 в валидационной выборках. В основной выборке 220 человек имели нормальную толерантность к глюкозе, у 432 были различные формы преддиабета, у 47 диагностирован T2D; в валидационной выборке — 201, 214 и 55 человек соответственно.  

Анализ содержания 978 метаболитов в плазме крови показал, что 645 из них ассоциированы как минимум с одной из групп преддиабета или диабета. Среди них 465 демонстрировали ассоциацию с клиническими показателями, 272 с режимом питания, и 197 с микробиомом кишечника. Ассоциация последней группы с микробиомом была дополнительно подтверждена несколькими методами, включая in vivo тесты на мышиных моделях (для 66 метаболитов).

Интересно, что при углубленном анализе авторы выявили 15 метаболитов, связь которых с микробиотой различалась в данном исследовании на шведских когортах и в аналогичной работе на жителях Израиля. В их число вошли девять веществ, связанных с метаболизмом кофе, — у жителей Швеции диета на них не влияла, что, вероятно, объясняется значительными различиями в объемах употребления этого напитка между двумя странами. Хотя бы одну чашку кофе в день выпивали 95,2% участников данного исследования, а 57,8% — три чашки и более. Израильтяне пьют примерно в три раза меньше кофе. Авторы предположили, что адаптация кишечного микробиома шведов к воздействию кофе и его регулярное потребление сглаживает изменчивость компонентов и метаболитов этого напитка, вызванную диетой. Например, Lawsonibacter asaccharolyticus, участвующая в метаболизме кофе, у шведов присутствовала в большем количестве, чем у израильтян.

В валидационной выборке была подтверждена связь 502 метаболитов с различными нарушениями обмена глюкозы, из них 143 были ассоциированы с микробиотой. Построенные на их основе модели обладали высокой предсказательной способностью для идентификации групп с нарушениями метаболизма (значение площади под ROC-кривой 0,89 и 0,84 в основной и валидационной выборках).

Авторы также идентифицировали взаимоотношения между конкретными микроорганизмами, которые вносят вклад в развитие преддиабета и диабета. В частности, две бактерии из семейства Lachnospiraceae — Hominifimenecus microfluidus и Blautia wexlerae — были идентифицированы как ключевые участники метаболических сетей у пациентов с преддиабетом и диабетом. Между этими двумя видами наблюдалась отрицательная корреляция, связанная с четырьмя метаболитами, включая гиппуровую кислоту.

Наконец, исследователи оценили влияние образа жизни на связанные с микробиотой метаболиты. Для этого они проанализировали данные двух предыдущих исследований на пациентах с диабетом — одно было посвящено влиянию диеты, другое — влиянию физической активности. Из 143 идентифицированных метаболитов уровень 81 менялся в ответ на изменения в образе жизни. В том числе 32 демонстрировали изменения в обоих исследованиях, 28 — только в ответ на диету и 21 — только в ответ на физическую активность. Это подчеркивает важность комплексного подхода к менеджменту диабета второго типа через изменения образа жизни.

Таким образом, кишечная микробиота играет важную роль в изменениях метаболизма, связанных с диабетом второго типа, и эта метаболическая ось хорошо поддается влиянию образа жизни.

Данные исследования представлены в открытом доступе.