Mikrobiota a otyłość - czy istnieje związek?

W przypadku otyłości, korzystna różnorodność drobnoustrojów, zamieszkujących jelita ulega zmniejszeniu, a wzajemny stosunek liczby poszczególnych szczepów zostaje zaburzony.

Nieprawidłowa mikrobiota jelitowa przyczynia się do postępu choroby otyłościowej poprzez zmiany homeostazy energetycznej, promowanie syntezy i magazynowania lipidów, modulowanie uczucia apetytu i zachowań żywieniowych, a także wywoływanie przewlekłego stanu zapalnego.

Celowa manipulacja mikrobiotą jelitową to zatem jedna z obiecujących terapii otyłości, obejmująca stosowanie probiotyków, prebiotyków i dokonywanie przeszczepu mikrobioty kałowej.

Co to jest otyłość?

Powszechnie uznaje się, że otyłość jest przewlekłą chorobą metaboliczną, wywołaną głównie zaburzeniem równowagi między spożyciem energii, a jej wydatkowaniem, co skutkuje nadmiernym gromadzeniem się tkanki tłuszczowej i zabu­rzeniami metabolicznymi, a także przewlekłym stanem zapalnym o niskim stopniu nasilenia.

Co więcej, uważa się, że otyłość koreluje z wyższym ryzykiem wystąpienia innych schorzeń, takich jak choroby układu krążenia i układu odde­chowego, cukrzyca, a nawet nowotwory. Etiologia (przy­czyny) otyłości jest wieloczynnikowa i nie została jeszcze w pełni wyjaśniona. Niektóre zmienne obejmują siedzący tryb życia, niezdrowe nawyki żywieniowe, predyspozycje genetyczne i czynniki środowiskowe.

Mamy także coraz więcej dowodów na to, że mikrobiota jelitowa znacząco przyczynia się do rozwoju i postępu otyłości i że odgrywa znaczącą rolę w innych zaburzeniach metabolicznych, takich jak niealkoholowe stłuszczenie wątroby i cukrzyca.

Termin mikrobiota jelitowa odnosi się do skomplikowanego ekosystemu, kolonizującego przewód pokarmowy, który zawiera duże ilości mikroorganizmów, w tym bakterie, grzyby i wirusy. Całkowita waga mikrobioty jelitowej wynosi około 1–2 kg i tworzy ją około 1000 gatunków drob­noustrojów.

W zdrowym stanie mikrobiota jelitowa harmo­nijnie współistnieje z gospodarzem i uczestniczy w regulacji wielu funkcji fizjologicznych, w tym trawienia i wchłaniania składników odżywczych, zapewnia ponadto ochronę przed patogenami i utrzymuje homeostazę immunologiczną, czyli zapewnia nam odporność.

Z tego powodu dysbioza, czyli zaburzenie ilościowego i jakościowego składu mikrobioty, prowadzi do wielu niekorzystnych zmian w naszym orga­nizmie i przyczynia się do rozwoju chorób, w tym otyłości – poprzez m.in. zaburzenie homeostazy energetycznej, nasilenie syntezy i magazynowania lipidów, rozregulowa­nie apetytu, wpływ na nasze zachowania żywieniowe oraz udział w rozwoju przewlekłego stanu zapalnego o niskim stopniu nasilenia.

Jak walczyć z otyłością?

Z otyłością możemy walczyć na kilka sposobów, w tym poprzez zmianę stylu życia i diety, stosowanie leków zmniejszających masę ciała i za pomocą chirurgii baria­trycznej.

Nadal jednak poszukujemy nowych sposobów, które można by zastosować u osób, którym trudno utrzy­mać reżim dietetyczny, wykazują jedynie umiarkowaną aktywność fizyczną lub odchudzanie utrudniają im działa­nia niepożądane leków, stosowanych na inne choroby, bądź nie mogą zastosować wymienionych metod z powodu stanu zdrowia bądź operacji. Takim obiecującym sposobem na walkę z otyłością może być modyfikacja mikrobioty jelito­wej i przywrócenie jej prawidłowego składu.

Wpływ flory bakteryjnej na otyłość i nadwagę

Bakterie jelitowe odgrywają kluczową rolę w powstawaniu i rozwoju otyłości. Okazuje się bowiem, że skład ilościowy i jakościowy bakterii jelitowych u osób otyłych znacznie różni się od mikrobiomu osób szczupłych – korzystna dla naszego zdrowia różnorodność bakterii jelitowych znacznie spada u osób otyłych.

Analiza bakterii kałowych od osób otyłych i szczupłych wykazała, że na poziomie gromady liczebność bakterii Firmicutes i ich stosunek do liczby Bacteroidetes znacznie wzrasta u osób otyłych, podczas gdy liczebność Bacteroidetes wyraźnie spada, w porównaniu do osób szczupłych. Jest to o tyle ważne, że zmniejszenie liczby Bacteroidetes koreluje z utratą tłuszczu, podczas gdy wzrost liczby Firmicutes sprzyja jego odkładaniu.

Zaobserwowano także, że liczebność wielu rodzajów bakterii, w tym Bifido­bacterium, Clostridium leptum oraz Lactobacillus, Leucono­stoc i Predicoccus jest większa u osób otyłych w porównaniu do osób szczupłych, a niemal całkowicie brak u osób oty­łych szczepów Lactobacillus paracasei i Bacteroides roden­tium.

Wykazano również, że bakterie z tego samego rodzaju wykazywały przeciwstawne funkcje w otyłości, co można częściowo wyjaśnić dzięki mechanizmom metabolicznym otyłości. Ponadto niektóre konkretne gatunki mają ścisły związek ze stopniem otyłości i poziomami wskaźników metabolicznych.

Przykład? Bakterie z rodzaju Lactobacillus są ujemnie związane ze wskaźnikiem masy ciała i otyłości oraz dodatnio skorelowane z poziomem leptyny, czyli hor­monu sytości, niezależnie od spożycia kalorii, co oznacza, że im tych bakterii mamy więcej, tym jesteśmy szczuplejsi i mamy wysoki poziom hormonu hamującego apetyt.

Oprócz bakterii, do rozwoju otyłości przyczyniają się arche­ony jelitowe (jednokomórkowe mikroorganizmy, nazywane czasami archeobakteriami), grzyby i wirusy. Stwierdzono bowiem, że w porównaniu z osobami naturalnie szczupłymi lub pacjentami, którzy odzyskali prawidłowa masę ciała po operacji bariatrycznej, liczebność archeonów wykorzystują­cych wodór jest znacznie wyższa u osób otyłych.

Współist­niejąc z bakteriami produkującymi wodór w ludzkim prze­wodzie pokarmowym, metanogenne archeony przyczyniają się do wzrostu poboru energii u osób otyłych. Co więcej, wzrost liczby metanogennych archeonów wykorzystujących wodór zwiększa wytwarzanie krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA) przez mikrobiom, poprzez ułatwianie fermentacji, co odgrywa znaczącą rolę w rozwoju otyłości.

Potwierdzono także, że im więcej w naszym kale jest wiru­sów tworzących wiriom jelitowy (naturalnie występująca w naszych jelitach populacja wirusów), tym więcej mamy w sobie bakterii związanych z otyłością, takich jak Firmicu­tes, a mniej bakterii zapewniających szczupła sylwetkę, czyli Bacteroidetes i Bifidobacteria.

Rozsądne wydaje się zatem założenie, że wiriom jelitowy bierze udział w rozwoju oty­łości poprzez interakcję z bakteriami jelitowymi. Co więcej, wzrost społeczności wirusów kałowych prawdopodobnie sprzyja uwalnianiu białek, które mają zdolność interakcji z komórkami gospodarza i biorą udział w regulacji proce­sów biologicznych, takich jak metabolizm i procesy zapalne, przyczyniając się w ten sposób do progresji otyłości.

Od cukrzycy do otyłości i od otyłości do cukrzycy

Otyłość i cukrzyca typu 2 mają wspólne podłoże, w tym insulinooporność, zaburzenia metabolizmu glukozy i prze­wlekły stan zapalny o niskim stopniu nasilenia.

Otyłość często jest wynikiem cukrzycy typu 2 i odwrotnie, cukrzyca może pojawić się jako skutek zaburzeń metabolicznych, towarzyszących otyłości – dlatego chorym tak ciężko jest zrzucić zbędne kilogramy.

Wiele badań wykazało, że mikrobiota jelitowa odgrywa jedną z kluczowych ról w rozwoju otyłości i cukrzycy typu 2, a zmiany w jej składzie są bardzo podobne w przypadku obu chorób, np. liczba bakterii Gram-ujemnych jest więk­sza w zarówno u osób otyłych, jak i chorych na cukrzycę typu 2, co wywołuje przewlekły stan zapalny o niskim stopniu nasilenia. Z kolei obecność bakterii z rodzaju Akkermansia, Faecalibacterium i Bacteroides chroni nas przed otyłością i cukrzycą typu 2.

Tymczasem liczba bakterii z rodzaju Firmicutes u diabetyków ulega zmniejszeniu, a liczba bakterii Bacteroidetes wzrasta, co, paradoksalnie, jest sytuacją odwrotną do tej, z jaką mamy do czynienia w otyłości.

Jednocześnie, u osób z cukrzycą typu 2 dochodzi do nadmiernego wzrostu patogenów warunkowych, w tym bakterii E. Coli, które namnażają się jedynie w sprzyjających warunkach – sytuacja taka nie ma miejsca u osób otyłych.

Z powodu tych skomplikowanych wzajemnych zależności, pomiędzy mikrobiotą jelitową a otyłością i cukrzycą typu 2, analiza składu mikrobiomu jelitowego może pomóc w opra­cowaniu skutecznej strategii wspomagania leczenia obu cho­rób poprzez precyzyjne manipulowanie składem ilościowym i jakościowym mikrobioty.

Jak nieprawidłowa mikrobiota wpływa na otyłość?

Istnieje coraz więcej dowodów na to, że nieprawidłowa mikrobiota jelitowa u osób otyłych sprawia, że pobieramy więcej energii (kalorii) z pokarmów. Otyłości towarzyszy bowiem wzrost bakterii Clostridium ramosum (gromada Firmicutes), które zwiększają ekspresję transportera glukozy i pewnych enzymów, przez co pobieramy więcej energii.

Zwiększenie liczebności bakterii Firmicutes i zmienione proporcje Firmicutes do Bacteroidetes u osób otyłych skut­kują ponadto tym, że organizm trawi i pozyskuje energię z substancji, które normalnie trafiły by do kału i zostały wydalone – w ten sposób dostarczamy organizmowi dodat­kowych kalorii, nie zmieniając diety. Ponadto międzyga­tunkowy transfer wodoru między bakteriami i archeonami również znacznie zwiększa pobór energii u osób otyłych.

Wyspecjalizowane receptory związany z rozwojem otyłości – dysregulacja lncRNA pro­wadzi do zmniejszenia poziomu leptyny, powodując w ten sposób otyłość wrażliwą na leptynę.

Poza tym, kilka badań wykazało, że lncRNA odgrywa ważną rolę w regulacji szla­ków zapalnych związanych z otyłością. Co więcej, lncRNA może wpływać na tworzenie i aktywność brązowej tkanki tłuszczowej i w ten sposób zapobiegać i zwalczać otyłość. Dlatego leczenie dysbiozy wydaje się kluczowe w kontekście przeciwdziałania patologicznym mechanizmom, napędzają­cym otyłość.

Czy probiotyki mogą leczyć otyłość?

Potencjalne terapie otyłości, oparte na odbudowie mikro­bioty jelitowej w leczeniu otyłości, polegają na podawaniu probiotyków. Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), probiotyki definiuje się jako „żywe mikroorgani­zmy, które zapewniają gospodarzowi korzystne efekty, gdy są podawane w wystarczających ilościach”.

Obecnie pro­biotyki, zwłaszcza gatunki Lactobacillus i Bifidobacterium, stosuje się szeroko w zapobieganiu i leczeniu różnych cho­rób, od schorzeń przyzębia po infekcje żołądkowo-jelitowe. Jako mikroorganizmy komensalne w ludzkich jelitach, czyli organizmy żyjące z nami w symbiozie, w której oba organizmy czerpią korzyści, probiotyki wywierają korzystny wpływ na organizm poprzez konkurowanie z bakteriami chorobotwórczymi, wzmacnianie funkcji bariery jelitowej i modulowanie odpowiedzi immunologicznej. 

Probiotyki mają także zdolność łagodzenia zaburzeń metabolicznych, stanów zapalnych, a także hamowanie przyrostu masy ciała u osób otyłych. Poprawiają również wrażliwość na insulinę i profil lipidowy.

Co jednak najważniejsze w odniesieniu do otyłości, probiotyki są w stanie zmienić skład mikroflory jelitowej, w tym zmniejszyć liczebność bakterii Firmicutes i zwiększyć liczebność Bacteroidetes.

Suplementacja mie­szanki bakterii Bifidobacterium, Lactococcus i Lactobacillus u osób z nadwagą i otyłością zwiększa aktywność enzymów antyoksydacyjnych i zmniejsza otyłość brzuszną.

Prebiotyki to z kolei niestrawne składniki roślinne diety, wykorzystywane przez mikrobiotę gospodarza, które zapewniają korzystne efekty dla tego ostatniego, głównie poprzez przeciwdziałanie dysbiozie jelitowej. Kilka badań wykazało również, że prebiotyki mogą zmniejszyć zabu­rzenia metaboliczne, przywrócić równowagę mikrobioty jelitowej i zahamować przewlekły stan zapalny w otyłości.