Транзиторная кишечная инфекция влияет на адаптацию хозяев к ограничению питательных веществ

Недавний ПНАС Исследование показывает, что транзиторная кишечная инфекция не только способствует росту белой жировой ткани (WAT) и увеличению массы тела, но также оптимизирует метаболизм углеводов.

Изучение: Вызванная инфекцией микробиота способствует адаптации хозяина к ограничению питательных веществ. Изображение предоставлено: mi_viri / Shutterstock.com

Метаболизм и микробиом кишечника

Микробиом кишечника человека играет жизненно важную роль в физиологии и физической форме хозяина, регулируя метаболизм и иммунную систему. Кроме того, эти микробы извлекают энергию посредством биохимических реакций белков, жиров и углеводов, получаемых из рациона человека.

Несколько исследований показали разностороннюю способность микробиома человека быстро адаптироваться к изменениям в рационе. Следовательно, рацион человека является одним из основных определяющих факторов разнообразия микробиома и метаболической продукции.

Разнообразие кишечного микробиома недоедающих хозяев значительно отличается от тех, кто привык к западной диете с высоким содержанием жиров. Диета, богатая жирами, повышает уровень триглицеридов и глюкозы в крови, наряду с жировыми отложениями, что, в свою очередь, увеличивает риск развития диабета и других проблем со здоровьем. Хотя диета человека определяет микробное разнообразие в кишечнике, эти микробы регулируют использование хозяином и накопление энергии, полученной из рациона.

Примечательно, что метаболизм хозяина может регулироваться в пользу или во вред присутствием специфических таксонов в микробиоме. Например, бактерии, разлагающие слизь. Аккермансия муцинифила защищает хозяина от ожирения и диабета. Наоборот, Белофила вадсвортия быстро растет в ответ на индуцированные жиром желчные кислоты для усиления метаболических синдромов.

Помимо диеты, инфекция и лечение антибиотиками также влияют на разнообразие микробиома хозяина. Например, чрезмерное использование антибиотиков было тесно связано со снижением разнообразия микробиоты кишечника, что было связано с увеличением распространенности различных воспалительных и метаболических заболеваний.

Было обнаружено, что небольшая степень воздействия патогенов полезна для хозяина, улучшая его физическую форму. Этот вывод был подтвержден прямой эфир Эксперимент на диких мышах и лабораторных мышах показал, что дикие мыши, чаще контактирующие с широким спектром патогенов, в меньшей степени подвержены гриппозной инфекции, раку толстой кишки, ожирению и метаболическим синдромам по сравнению с лабораторными мышами.

Хотя нарушение регуляции метаболизма хозяина может изменить устойчивость микробиоты к патогенам, потенциальное влияние инфекции на регуляцию микробиотой метаболизма хозяина остается ясным.

Об исследовании

В текущем исследовании влияние инфекции на метаболизм хозяина оценивали с помощью псевдотуберкулезный иерсиний (Yptb) модель транзиторной кишечной инфекции. Yptb, пищевая бактерия, вызывает временную потерю веса у инфицированных мышей, после чего выводится из кишечника и периферических тканей в течение четырех недель после заражения.

Через пятнадцать недель после заражения выздоравливающие мыши начали прибавлять в весе значительно больше, чем необработанные контрольные мыши. Однако это увеличение веса не было связано с приемом пищи.

Результаты исследования

Рентгеновское исследование Yptb-инфицированных мышей через пятнадцать недель после инфицирования выявило значительное увеличение периферического жира в организме. Прибавка массы тела наблюдалась в трех основных депо ВЖТ: мезентериальном, перигонадном и подкожном.

Более высокий уровень циркулирующего адипонектина, гормона, секретируемого WAT, был обнаружен у мышей Post-Yptb. Экспансия WAT может быть связана с увеличением размера адипоцитов и пролиферацией клеток-предшественников.

Оценка маркера пролиферации Ki-67 через четыре недели после Yptb выявила присутствие предшественников адипоцитов в брыжеечной и перигонадной, но не в подкожной WAT. Подобная экспрессия Ki-67 не была обнаружена у мышей, не подвергавшихся лечению, что подчеркивает роль Ki-67 в усилении гиперплазии адипоцитов. Эти данные свидетельствуют о том, что предшествующая кишечная инфекция может стимулировать физиологическое ремоделирование WAT и способствовать долгосрочному увеличению веса после элиминации патогенов.

Авторы также отметили, что кишечная микробиота, вызванная инфекцией, может смещать метаболизм хозяина в сторону использования углеводов, что приводит к повышенному удалению глюкозы, увеличению веса и расширению WAT. Этот тип инфекционно-оптимизированного углеводного обмена может также способствовать физической форме хозяина на основе ограниченной доступности белков и жиров и предотвращать недоедание.
Таким образом, предшествующая инфекция, по-видимому, способствует устойчивости к недоеданию, особенно если недоедание было вызвано ограниченным потреблением белков и жиров.

В соответствии с предыдущими отчетами, результаты текущего исследования подчеркивают важность факторов стресса окружающей среды для полного развития и оптимизации физиологии хозяина. Тем не менее, авторам не удалось выяснить механизм, связанный с вызванной инфекцией микробиотой в измененных дистальных тканях, таких как WAT и системная физиология (углеводный обмен). Чтобы расширить эти результаты, авторы в настоящее время изучают, как молекулярные паттерны, связанные с Parasutterella (MAMP), и / или метаболиты синергируют, чтобы стимулировать метаболизм хозяина в долгосрочной перспективе после инфекции.

Выводы

Текущее исследование выявило роль предшествующей инфекции в опосредовании адаптации хозяина к неустойчивости питательных веществ. Важно отметить, что кишечная микробиота, вызванная инфекцией, оптимизирует метаболизм хозяина в отношении утилизации углеводов.

В условиях ограниченных ресурсов, где преобладают инфекция и дефицит питательных веществ, углеводный обмен, оптимизированный под инфекцию, может быть адаптивным. Однако вызванный инфекцией углеводный обмен может быть неадекватным при кетогенной диете или западной диете с высоким содержанием сахара.