Влияние кишечной микробиоты на патогенез кардиоваскулярных заболеваний

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Микробиота кишечника – маркер состояния макроорганизма, способный взаимодействовать с ним напрямую и опосредованно. Основными механизмами, лежащими в основе взаимодействия, являются иммунорегуляция и энергетический обмен. Через данные интеракции реализуется действие метаболитов, образующихся в ходе жизнедеятельности микробиоты. Некоторые метаболиты способны негативно влиять на эндотелий сосудов, запуская и поддерживая системный воспалительный ответ в организме, являющийся предтечей всех главных кардиальных факторов риска. Такие метаболиты и макромолекулы, как липополисахарид или N-оксид триметиламина, посредством активации инфламмасом и провоспалительных цитокинов инициируют эндотелиальную дисфункцию и тем самым запускают процессы атерогенеза, инсулинорезистентности и даже влияют на повышение уровня артериального давления. Короткоцепочечные жирные кислоты, включающие основные метаболиты: ацетат, пропионат и бутират, являются антагонистами липополисахарида и N-оксид триметиламина. Данные вещества служат источником энергии для эпителиальных клеток кишечника. Они поддерживают гомеостаз, а также стимулируют выработку противовоспалительных компонентов и активируют репаративные процессы. Еще одним важным фактором, оказывающим влияние на уровни артериального давления и системного воспаления, является дисфункция кишечного барьера, определяющаяся с помощью белка-регулятора зонулина. Кроме того, существуют доказанные рецепторные взаимодействия, а также качественные и количественные изменения состава микробиоты, способные влиять на уровень артериального давления, атерогенез, инсулинорезистентность и ожирение. Для каждой отдельной кардиоваскулярной нозологии характерен свой микробиологический паттерн и преобладание конкретных метаболитов. Представлен обзор современной литературы, обобщающий экспериментальные и клинические данные о роли кишечной микробиоты в развитии атеросклероза и сердечно-сосудистых заболеваний.

Об авторах

Максим Сергеевич Степанов

Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера

Автор, ответственный за переписку.
Email: maximpractice@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3994-5461

аспирант кафедры госпитальной терапии и кардиологии

Россия, Пермь

Наталья Сергеевна Карпунина

Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера

Email: karpuninapsma@mail.ru

профессор кафедры госпитальной терапии и кардиологии, доктор медицинских наук, доцент

Россия, Пермь

Ольга Витальевна Хлынова

Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера

Email: olgakhlynova@mail.ru

заведующая кафедрой госпитальной терапии и кардиологии, доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАН

Россия, Пермь

Александр Васильевич Туев

Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера

Email: olgakhlynova@mail.ru

профессор кафедры госпитальной терапии и кардиологии, доктор медицинских наук, профессор

Россия, Пермь

Анатолий Петрович Годовалов

Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера

Email: agodovalov@gmail.com

кандидат медицинских наук, доцент кафедры микробиологии и вирусологии

Россия, Пермь

Список литературы

  1. Brown J.M. and Hazen S.L. Microbial modulation of cardiovascular disease. Nature Reviews Microbiology 2018; 16: 171–181.
  2. Tang W.H., Kitai T., and Hazen S.L. Gut microbiota in cardiovascular health and disease. Circulation Research 2017; 120: 1183–1196.
  3. Tang W., Li D.Y., and Hazen S.L. Dietary metabolism, the gut microbiome, and heart failure. Nature Reviews Cardiology 2019; 16: 137–154.
  4. Kiouptsi K. and Reinhardt C. Contribution of the commensal microbiota to atherosclerosis and arterial thrombosis. British journal of pharmacology 2018; 175: 4439–4449.
  5. Marques F.Z., Mackay C.R., and Kaye D.M. Beyond gut feelings: how the gut microbiota regulates blood pressure. Nature Reviews Cardiology 2018; 15: 20–32.
  6. Li Y., Faden H.S., and Zhu L. The response of the gut microbiota to dietary changes in the first two years of life. Frontiers in Pharmacology 2020; 11: 334.
  7. Tang W.H.W., Backhed F., Landmesser U., and Hazen S.L. Intestinal microbiota in cardiovascular health and disease: JACC State-of-the-Art Review. Journal of the American College of Cardiology 2019; 73: 2089–2105.
  8. Eckburg P.B., Bik E.M., Bernstein C.N. et al. Diversity of the human intestinal microbial flora. Science 2005; 308: 1635–1638.
  9. Gill S.R., Pop M., DeBoy R.T. et al. Metagenomic analysis of the human distal gut microbiome. Science 2006; 312: 1355–1359.
  10. Koliada A., Syzenko G., Moseiko V. et al. Association between body mass index and Firmicutes/Bacteroidetes ratio in an adult Ukrainian population. BMC Microbiology 2017; 17: 1–6.
  11. Pascale A., Marchesi N., Govoni S., Coppola A., and Gazzaruso C. The role of gut microbiota in obesity, diabetes mellitus, and effect of metformin: new insights into old diseases. Current Opinion in Pharmacology 2019; 49: 1–5.
  12. Chang P.V., Hao L., Offermanns S., and Medzhitov R. The microbial metabolite butyrate regulates intestinal macrophage function via histone deacetylase inhibition. Proceedings of the National Academy of Sciences 2014; 111: 2247–2252.
  13. Macia L., Tan J., Vieira A.T. et al. Metabolite-sensing receptors GPR43 and GPR109A facilitate dietary fibre-induced gut homeostasis through regulation of the inflammasome. Nature communications 2015; 6: 6734.
  14. Tan J., McKenzie C., Potamitis M., Thorburn A.M., Mackay C.R., and Macia L. The role of short-chain fatty acids in health and disease. Advances in Immunology 2014; 121: 91–119.
  15. Smith P.M., Howitt M.R., Panikov N. et al. The microbial metabolites, short-chain fatty acids, regulate colonic Treg cell homeostasis. Science 2013; 341: 569–573.
  16. Bartolomaeus H., Balogh A., Yakoub M. et al. Short-chain fatty acid propionate protects from hypertensive cardiovascular damage. Circulation 2019; 139: 1407–1421.
  17. Schiattarella G.G., Sannino A., Toscano E. et al. Gutmicrobe-generated metabolite trimethylamine-N-oxide as cardiovascular risk biomarker: a systematic review and dose-response meta-analysis. European Heart Journal 2017; 38: 2948–2956.
  18. Zhuang R., Ge X., Han L. et al. Gut microbe-generated metabolite trimethylamine N-oxide and the risk of diabetes: a systematic review and dose-response meta-analysis. Obesity Reviews 2019; 20: 883–894.
  19. Manor O., Zubair N., Conomos M.P. et al. A multi-omic association study of trimethylamine N-oxide. Cell Reports 2018; 24: 935–946.
  20. Kenny D.J., Plichta D.R., Shungin D. et al. Cholesterol metabolism by uncultured human gut bacteria influences host cholesterol level. Cell Host & Microbe 2020; 28: 245–257.e6.
  21. Ridlon J.M., Harris S.C., Bhowmik S., Kang D.J., and Hylemon P.B. Consequences of bile salt biotransformations by intestinal bacteria. Gut Microbes 2016; 7: 22–39.
  22. Wang H., Latorre J.D., Bansal M. et al. Microbial metabolite deoxycholic acid controls Clostridium perfringens-induced chicken necrotic enteritis through attenuating inflammatory cyclooxygenase signaling. Scientific Reports 2019; 9: 14541.
  23. Mullick A.E., Tobias P.S., and Curtiss L.K. Modulation of atherosclerosis in mice by Toll-like receptor 2. The Journal of Clinical Investigation 2005; 115: 3149–3156.
  24. den Besten G., Bleeker A., Gerding A. et al. Short-chain fatty acids protect against high-fat diet-induced obesity via a PPAR-Dependent switch from lipogenesis to fat oxidation. Diabetes 2015; 64: 2398–2408.
  25. Hernandez M., Canfora E.E., Jocken J., and Blaak E.E. The short-chain fatty acid acetate in body weight control and insulin sensitivity. Nutrients 2019; 11: 1943.
  26. Ding L., Chang M., Guo Y. et al. Trimethylamine-N-oxide(TMAO)-induced atherosclerosis is associated with bile acid metabolism. Lipids in Health and Disease 2018; 17: 286.
  27. Sheng L., Jena P.K., Hu Y. et al. Hepatic inflammation caused by dysregulated bile acid synthesis is reversible by butyrate supplementation. The Journal of pathology 2017; 243: 431–441.
  28. Li J., Zhao F., Wang Y. et al. Gut microbiota dysbiosis contributes to the development of hypertension. Microbiome 2017; 5: 14.
  29. Kim S., Goel R., Kumar A. et al. Imbalance of gut microbiome and intestinal epithelial barrier dysfunction in patients with high blood pressure. Clinical Science 2018; 132: 701–718.
  30. Pluznick J.L., Protzko R.J., Gevorgyan H. et al. Olfactory receptor responding to gut microbiota-derived signals plays a role in renin secretion and blood pressure regulation. Proceedings of the National Academy of Sciences 2013; 110: 4410–4415.
  31. Man A.W. C., Li H., and Xia N. Resveratrol and the interaction between gut microbiota and arterial remodeling. Nutrients 2020; 12: 119.
  32. Liu J., Li T., Wu H. et al. Lactobacillus rhamnosus GG strain mitigated the development of obstructive sleep apnea-induced hypertension in a high salt diet via regulating TMAO level and CD4 (+) T cell induced-type I inflammation. Biomedicine & Pharmacotherapy 2019; 112: 108580.
  33. Yan X., Jin J., Su X. et al. Intestinal flora modulates blood pressure by regulating the synthesis of intestinal-derived corticosterone in high salt-induced hypertension. Circulation Research 2020; 126: 839–853.
  34. Koren O., Spor A., Felin J. et al. Human oral, gut, and plaque microbiota in patients with atherosclerosis. Proceedings of the National Academy of Sciences 2011; 108: 4592–4598.
  35. Jie Z., Xia H., Zhong S.L. et al. The gut microbiome in atherosclerotic cardiovascular disease. Nature Communications 2017; 8: 845.
  36. He Z., Hao W., Kwek E. et al. Fish oil is more potent than flaxseed oil in modulating gut microbiota and reducing trimethylamine-N-oxide-exacerbated atherogenesis. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2019; 67: 13635–13647.
  37. Wu Z.X., Li S.F., Chen H. et al. The changes of gut microbiota after acute myocardial infarction in rats. PLoS One 2017; 12: 0180717.
  38. Haghikia A., Li X.S., Liman T.G. et al. Gut microbiota dependent trimethylamine N-oxide predicts risk of cardiovascular events in patients with stroke and is related to proinflammatory monocytes. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology 2018; 38: 2225–2235.
  39. Lam V., Su J., Koprowski S. et al. Intestinal microbiota determine severity of myocardial infarction in rats. The FASEB journal 2011; 26: 1727–1735.
  40. Pasini E., Aquilani R., Testa C. et al. Pathogenic gut flora in patients with chronic heart failure. JACC: Heart Failure 2016; 4: 220–227.
  41. Jia Q., Li H., Zhou H. et al. Role and effective therapeutic target of gut microbiota in heart failure. Cardiovascular Therapeutics 2019; 5164298: 1–10.
  42. Nagatomo Y. and Tang W.H. Intersections between microbiome and heart failure: revisiting the gut hypothesis. Journal of Cardiac Failure 2015; 21: 973–980.
  43. Savi M., Bocchi L., Bresciani L. et al. Trimethylamine-Noxide (TMAO) -induced impairment of cardiomyocyte function and the protective role of urolithin B-glucuronide. Molecules 2018; 23: 549.
  44. Wang G., Kong B., Shuai W., Fu H., Jiang X., and Huang H. 3,3-Dimethyl-1-butanol attenuates cardiac remodeling in pressure-overload-induced heart failure mice. The Journal of Nutritional Biochemistry 2020; 78: 108341.
  45. Zuo K., Li J., Li K. et al. Disordered gut microbiota and alterations in metabolic patterns are associated with atrial fibrillation. GigaScience 2019; 8: 6.
  46. Zuo K., Yin X., Li K. et al. Different types of atrial fibrillation share patterns of gut microbiota dysbiosis. Msphere 2020; 5: 2.
  47. Meng G., Zhou X., Wang M. et al. Gut microbe-derived metabolite trimethylamine N oxide activates the cardiac autonomic nervous system and facilitates ischemia-induced ventricular arrhythmia via two different pathways. EBioMedicine 2019; 44: 656–664.
  48. Yu L., Meng G., Huang B. et al. A potential relationship between gut microbes and atrial fibrillation: trimethylamine N-oxide, a gut microbe-derived metabolite, facilitates the progression of atrial fibrillation. International Journal of Cardiology 2018; 255: 92–98.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2023


 


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).