Состав микробиоты кишечника напрямую связан с метаболитами крови

Не так давно ученые установили, что на микробиоту кишечника влияют не только факторы окружающей среды, но и генетика. Тем не менее, до сих пор не до конца понятно, как связаны геном, метаболом и микробиом. Чтобы приблизиться к решению этой проблемы, исследователи из Китая использовали менделевскую рандомизацию, которая позволяет выявить причинно-следственные связи без опытов на животных и рандомизированных контролируемых испытаний. Они искали связи между фекальной микробиотой и метаболитами крови. Всего выявили 58 причинно-следственных связей, 43 из них удалось подтвердить на другой когорте.

В исследовательскую когорту вошли 2002 человека, а в репликативную — 1430. Для всех них были получены данные полногеномного секвенирования, а метагеномные данные были получены для 1539 и 1006 человек соответственно. Авторы выявили 457 ассоциаций между 500 особенностями микробиома и антропометрическими характеристиками или уровнями метаболитов крови. С помощью GWAS также выявили 174 ассоциаций между 158 генетическими локусами и метаболитами, включая связь между UGT1A и уровнем билирубина, а также между ASPG и уровнем аспарагина.

После этого с помощью менделевской рандомизации авторы выявили 58 причинно-следственных связей между особенностями микробиома и антропометрическими характеристиками или метаболитами крови. Из них 17 были направлены от микробиома кишечника к метаболитам, а 41 — в обратную сторону. Четыре связи были двунаправленными. Также 43 из этих связей воспроизвели на репликативной когорте.

Особую роль играли глутаминовая кислота, активная форма фолиевой кислоты и селен, которые были ассоциированы с наибольшим числом особенностей микробиома.

Самым значимым оказалось влияние бактерий рода Oscillibacter на концентрацию триглицеридов крови. Повышение числа Oscillibacter в микробиоме кишечника приводило к снижению уровня триглицеридов, а также к снижению индекса массы тела, хоть и в меньшей степени. Повышение доли бактерий рода Alistipes также снижало концентрацию триглицеридов крови. Эти взаимодействия авторы подтвердили на репликативной когорте. Раньше уже было показано, что у людей с ожирением ниже доля бактерий Oscillibacter и Alistipes.

Метаболиты, в свою очередь, также влияли на микробиом. Так, аланин, глутаминовая кислота, активная форма фолиевой кислоты и селен снижали число некоторых микроорганизмов кишечника. В частности, глутаминовая кислота снижала содержание бактерий рода Oxalobacter, а селен и активная форма фолиевой кислоты — на Proteobacteria.

Авторы подтвердили часть находок с помощью базы данных Biobank Japan. Дополнительна эта база помогла выявить некоторые связи между особенностями микробиома и заболеваниями. Так, повышенное содержание бактерий рода Alistipes было связано со сниженным риском развития аневризма сосудов головного мозга. Клада Proteobacteria была связана с повышенным риском развития диабета 2 типа, сердечной недостаточности и колоректального рака. Escherichia coli была ассоциирована с риском развития гепатоцеллюлярной карциномы, а Salmonella enterica — с риском рака простаты.

Таким образом, авторы подтвердили ранее известные данные о взаимосвязи микроорганизмов кишечника, метаболитов и заболеваний, а также показали новые ассоциации.