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 с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».