Анализ влияния типа пищевых волокон на атеросклероз у мышей, колонизированных различными микробными сообществами кишечника.

npj Биопленки и микробиомы, том 9, Номер статьи: 31 (2023) Цитировать эту статью

1774 Доступа

5 Альтметрика

Подробности о метриках

Потребление пищевых волокон связано с улучшением кардиометаболического здоровья, однако исследования на людях показали большие межиндивидуальные различия в наблюдаемых преимуществах. Мы проверили, влияет ли микробиом кишечника на влияние пищевых волокон на атеросклероз. Мы колонизировали мышей ApoE-/- без микробов образцами фекалий от трех доноров-людей (DonA, DonB и DonC) и кормили их диетой, дополненной либо смесью 5 ферментируемых волокон (FF), либо контролем неферментируемой целлюлозы (CC). диета. Мы обнаружили, что у мышей, колонизированных DonA, наблюдалось снижение бремени атеросклероза при кормлении FF по сравнению с их коллегами, получавшими CC, тогда как тип клетчатки не влиял на атеросклероз у мышей, колонизированных микробиотой от других доноров. Микробные сдвиги, связанные с питанием FF у мышей DonA, характеризовались более высокой относительной численностью таксонов, продуцирующих бутират, более высокими уровнями бутирата и обогащением генов, участвующих в синтезе витаминов группы B. Наши результаты показывают, что атеропротекция в ответ на ФФ не является универсальной и зависит от микробиома кишечника.

Индивидуальные реакции на одну и ту же диету или терапевтические препараты часто непоследовательны и не универсальны. Это понятие является фундаментальным принципом точной медицины и питания1,2. На то, как субъект реагирует на определенное лечение, влияет множество факторов, включая генетику, диету и пол. Недавно стало очевидно, что микробиом кишечника вносит основной вклад в наблюдаемые межличностные различия в реакции3,4,5,6. В настоящее время широко признано, что микробиом кишечника играет значительную роль в здоровье, и его состав сильно варьируется у разных людей7. Диетические компоненты, от продуктов питания до пероральных лекарств, вступают в тесный контакт с резидентными микробами желудочно-кишечного тракта. Кишечный микробиом в совокупности кодирует в 100 раз больше генов, чем геном человека, включая богатый набор ферментов, способных метаболизировать эти поступающие с пищей соединения и модулировать их биодоступность, активность и, в конечном итоге, их воздействие на хозяина8,9,10. Действительно, в последние годы кишечным микробам уделяется значительное внимание из-за их способности модулировать реакцию на биологически активные соединения11, начиная от антигипертензивных препаратов и заканчивая иммунодепрессантами при трансплантации органов12,13. Лучшее понимание того, какие вмешательства наиболее чувствительны к изменениям микробиома, имеет решающее значение для эффективного внедрения точной медицины.

Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются основной причиной смертности в США и составляют более трети всех смертей в мире14,15. Атеросклероз является наиболее частым проявлением сердечно-сосудистых заболеваний и обусловлен воспалительными процессами, которые приводят к образованию жировых бляшек с плотностью макрофагов внутри артериальной стенки16. Появляется все больше доказательств того, что микробиом кишечника играет важную роль в модуляции развития атеросклероза. Эпидемиологические исследования выявили различия в микробиомах людей с ишемической болезнью сердца по сравнению со здоровыми людьми17,18,19. Кроме того, было показано, что некоторые микробные метаболиты, возникающие из определенных пищевых компонентов, модулируют прогрессирование атеросклероза у людей и животных посредством различных механизмов. Например, N-оксид триметиламина, микробное производное холина, связан с повышенным риском серьезных сердечно-сосудистых событий у людей20; микробный метаболит индол-3-пропионовая кислота, полученная из триптофана, защищает от прогрессирования атеросклероза, способствуя оттоку холестерина21; и короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), которые производятся посредством ферментации пищевых волокон, помогают облегчить атеросклероз, ограничивая всасывание пищевого холестерина (пропионат) и уменьшая воспаление и проницаемость кишечника (бутират)22,23,24. Действительно, уже давно известно, что диета играет важную роль как в развитии, так и в предотвращении атеросклероза25,26. Например, хорошо известно, что такие продукты, как цельнозерновые крупы и бобовые, богатые клетчаткой, защищают от сердечно-сосудистых заболеваний27,28. Однако у отдельных лиц наблюдались противоречивые реакции на ряд диетических и фармакологических вмешательств при сердечно-сосудистых заболеваниях29,30. Большинство исследований, связывающих пищевые волокна с улучшением здоровья сердечно-сосудистой системы, оцениваются с использованием средних показателей по популяции31 и не учитывают индивидуальные характеристики. Поэтому причины этих несоответствий недостаточно изучены.

0.1, Supplementary Fig. 2a). However, comparisons using unweighted UniFrac distances (sensitive to presence/absence of taxa) showed a significant difference in community structure in DonA-colonized mice between FF-bound and CC-bound communities (adjusted P = 0.0012, Supplementary Fig. 2b). This was driven by 9 genera that were detected in one diet-bound group but not the other (Supplementary Fig. 2c). Eleven weeks after dietary treatment, cecal samples were collected and used to assess terminal microbial communities. By the end of the experiment, 5 of the 9 missing genera were no longer detected in cecal contents of mice on either diet, while 4 genera (Clostridium, Faecalibacterium, Gemmiger, and an undetermined Ruminococcus genus) were found only in FF-fed mice (Supplementary Fig. 2c). This introduces the possibility that the differences observed in the assembled communities between dietary groups for DonA mice are the result of inconsistent engraftment rather than an effect of diet. Alternatively, since microbial communities undergo considerable fluctuations in the period after colonization39, it is possible that these missing taxa were present in the CC-bound mice, but below detectable levels. The latter scenario is supported by the fact that (i) all of the missing taxa were detected in the human donor sample used to inoculate all DonA mice, and (ii) similar FF-diet-driven patterns were observed with Faecalibacterium and Gemmiger abundances in a previous study35 that used the same donor feces and the same diets. These findings highlight the importance of reporting pre-treatment engraftment data in mouse transplant studies such that the conclusions can be appropriately contextualized./p> 0.1). The dot’s orientation relative to the origin represents the effect of diet on the abundance of each taxa (negative values correspond to CC abundances, positive values correspond to FF abundances). The first 5 letters of the family encompassing each taxon is shown in brackets; if the family is undetermined the taxon phylum is listed instead and noted with a “P-”. d Relative abundance of Phylum-level taxa as a function of diet and donor group. e Bacteroidetes to Firmicutes ratio. f, g Shannon diversity index and observed richness. Box and whisker plots denote the interquartile range, median, and spread of points within 1.5 times the interquartile range along with individual data points; magenta = Fermentable Fiber (FF), blue = Cellulose Control (CC). Comparisons of means (n = 7–10/diet/donor group) conducted with Wilcoxon test, *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001./p>

0.1) of KOs involved in folate biosynthesis and cobalamin (vitamin B12) biosynthesis. Negative values reflect KO abundance (CPM) in CC-fed mice and effect sizes (MaAsLin 2 coefficient) favoring the CC condition, while positive values indicate KOs abundances and effect sizes in the FF condition (n = 5/diet/donor group)./p> 0.1) of the top 10% most differentially abundant CAZymes (n = 5/diet/donor group). The right panel depicts a heatmap of Spearman correlation coefficients between each corresponding CAZyme family and cecal SCFA levels across all mice, *P < 0.05./p> 25), and were not diagnosed with diabetes, cancer, or heart disease35,36. Identifiable information of WLS participants was blinded to the researchers in the current study./p>