S. boulardii administration reduces body weight gain and fat mass in obese and type 2 diabetic mice.
Body weight (a), fat mass measured by nuclear magnetic resonance (b), the adiposity index (c), visceral adipose tissue weight (d), epididymal adipose tissue weight (e), and subcutaneous adipose tissue (f) were measured in db/db mice treated with the vehicle (saline; db-CT; n = 15) or S. boulardii (db-Sb; n = 15). Data are means ± SEM. *, P < 0.05 according to Student's t test.
Мы обнаружили, что несколько маркеров были положительно или отрицательно связаны с массой тела, жировой массой, массой слепой кишки, гепатостеатозом или воспалительными маркерами. Например, мы обнаружили, что индекс ожирения и удельный вес жировой ткани были значительно связаны с несколькими родами. Odoribacter, Parabacteroides, Prevotella и Ruminococcus были положительно связаны с индексом ожирения или массой эпидидимальной жировой ткани (EAT), тогда как Bacteroides был обратно связан с массой жира (рис. 6). Мы обнаружили, что масса слепой кишки была отрицательно связана с Prevotella и Anaerotruncus. Среди различных родов, затронутых S. boulardii, мы обнаружили, что Bilophila был единственным родом, который отрицательно коррелировал с массой ткани печени. Напротив, Ruminococcus был положительно связан с этими параметрами и с экспрессией мРНК F4/80 (рис. 6). ОБСУЖДЕНИЕ Это исследование продемонстрировало, что введение S. boulardii мышам с ожирением и диабетом 2 типа существенно изменяет метаболизм хозяина и связано с изменениями в микробном составе кишечника. У мышей, получавших S. boulardii, наблюдалось снижение жировой массы, стеатоз печени и воспалительный тонус, что позволяет предположить, что S. boulardii также может выступать в качестве полезного пробиотического лечения в контексте ожирения и диабета 2 типа. Насколько нам известно, это исследование является первым высокопроизводительным исследованием, в котором анализировалось влияние этих дрожжей на микробиоту кишечника, а также первым исследованием, в котором было показано влияние S. boulardii на метаболические нарушения, связанные с кардиометаболическими факторами риска, такими как развитие жировой массы, стеатоз и воспаление. Тем не менее, многочисленные исследования уже показали защитный эффект S. boulardii в различных моделях, связанных с воспалением (например, воспалительные заболевания кишечника, колит, кишечные инфекции и повреждение печени) (20, 34–36). Мы не обнаружили никаких изменений в потреблении пищи между группами. Это наблюдение предполагает, что S. boulardii модулирует энергетический гомеостаз посредством механизма, отличного от потребления энергии. Важно, что мы обнаружили, что лечение S. boulardii уменьшило печеночное и системное воспаление. Поскольку накопление липидов в печени связано с печеночным и системным воспалением, можно постулировать, что сниженный воспалительный тонус может быть связан с более низким накоплением жира в печени и во всем теле. Однако воздействие S. boulardii как на жировую массу, так и на массу тела составило приблизительно 10%, а маркеры воспаления были снижены на 40–50%. Поэтому мы предполагаем, что S. boulardii способствовал уменьшению воспаления посредством предполагаемой оси кишечник-печень. Учитывая, что это лечение ранее было связано с улучшением барьерной функции кишечника (20, 32, 34–38), мы не можем исключать, что S. boulardii улучшил барьерную функцию кишечника в этой модели. Что касается целостности кишечника, мы обнаружили, что лечение S. boulardii увеличило как слепую, так и слепокишечную массу тканей, тем самым предполагая трофическое воздействие дрожжей на эпителиальные клетки кишечника. Эти результаты также согласуются с предыдущими исследованиями, которые показали, что S. boulardii оказывает трофическое воздействие на эпителий кишечника через несколько молекулярных механизмов (33, 37), Мы и другие ранее продемонстрировали, что микробиота кишечника способствует развитию гепатостеатоза, воспаления печени и системного воспаления, но воздействие S. boulardii на микробиоту кишечника плохо определено (7, 28, 39–43). Таким образом, мы решили определить воздействие S. boulardii на общую численность дрожжей и рода Saccharomyces, а также на состав микробиоты кишечника, используя метод высокопроизводительного секвенирования. Мы обнаружили, что введение S. boulardii увеличило примерно в 160 раз обилие общего количества Saccharomyces в содержимом слепой кишки, тогда как общее количество дрожжевых клеток увеличилось примерно в 40 раз, тем самым увеличив относительную долю клеток Saccharomyces на общее количество дрожжевых клеток с 18,9% до 73,9%. Таким образом, этот результат предполагает, что относительно меньшее увеличение общего количества дрожжевых клеток, наблюдаемое при лечении S. boulardii, может быть объяснено изменением обилия других дрожжей. Однако эта гипотеза заслуживает дальнейшего изучения. Здесь мы обнаружили, что S. boulardii значительно изменили состав микробиоты кишечника с увеличением доли Bacteroidetes и уменьшением количества типов Firmicutes, Proteobacteria и Tenericutes. Эти типы ранее ассоциировались с ожирением и диабетом 2 типа у мышей, с более высокой численностью Firmicutes, Proteobacteria и Tenericutes, а также с более низкой численностью Bacteroidetes (8, 25, 44–46). Более того, мы обнаружили, что лечение S. boulardii повлияло на несколько родов, которые ранее ассоциировались с диабетом и воспалением у мышей db/db (т. е. Odoribacter, Ruminococcus и Prevotella) (25). Таким образом, мы предполагаем, что в ответ на S. boulardii микробиота кишечника может способствовать ответу метаболизма хозяина. Однако связи, которые
существуют между S. boulardii и конкретными микробами, остаются неизвестными. Было показано, что S. boulardii изменяет выработку короткоцепочечных жирных кислот, таких как бутират (23). Данные свидетельствуют о том, что бутират может способствовать регуляции нескольких функций на уровне кишечного барьера, а также энергетического гомеостаза (47–49) и гепатостеатоза (50). Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, опосредованы ли положительные эффекты, наблюдаемые при лечении S. boulardii, механизмами, зависимыми от бутирата или короткоцепочечных жирных кислот. В настоящем исследовании мы обнаружили, что 7 семейств из 34 идентифицированных были значительно затронуты лечением. На уровне родов лечение S. boulardii затронуло 9 из 30 идентифицированных родов. Важно, что большинство из них плохо охарактеризованы и могут быть новыми бактериями для изучения в будущем в контексте ожирения, поскольку мы не можем исключить, что эти специфические изменения в родах связаны с полезными эффектами S. boulardii на метаболизм хозяина. Поскольку некоторые из родов, затронутых S. boulardii, коррелируют с метаболическими параметрами, мы предполагаем, что эти специфические изменения в микробиоте кишечника могут способствовать благоприятному воздействию S. boulardii на метаболизм хозяина. Однако, вносят ли эти роды прямой вклад в фенотип, требует дальнейшего изучения. Например, мы обнаружили снижение Prevotella у мышей, получавших S. boulardii, и положительную корреляцию между Prevotella и массой жировой ткани (EAT). Эти данные соответствуют данным, представленным в других источниках, поскольку Чжу и др. обнаружили увеличение этих бактерий у людей с ожирением и неалкогольным стеатогепатитом, тем самым предполагая связь между наличием этих бактерий и жировой массой (51). Интересно, что наши результаты показали, что Bacteroides резко увеличились при лечении S. boulardii. Более того, мы обнаружили обратную корреляцию между Bacteroides и жировой массой, что предполагает потенциальное благоприятное воздействие этой бактерии на физиологию хозяина. Этот результат согласуется с нашим недавним исследованием, которое показало, что диета, обогащенная пребиотиками, связана с увеличением Bacteroides по сравнению с диетой с высоким содержанием жиров (52), и этот результат также согласуется со вторым исследованием, которое показало, что лечение алкалоидом берберином, растением, которое предотвращает ожирение, связано с увеличением этого рода (53). В дополнение к своему пробиотическому эффекту и иммуномодулирующим свойствам, S. boulardii может действовать как пребиотик, что объясняет впечатляющее увеличение рода Bacteroides у мышей db-Sb. Клеточные стенки дрожжей состоят из различных пропорций β-глюканов (54). Эти полисахариды плохо перевариваются хозяином из-за отсутствия специфических ферментативных инструментов, необходимых для их переваривания, но они могут ферментироваться кишечными бактериями (55). Род Bacteroides давно известен своей способностью метаболизировать этот конкретный класс полисахаридов и может получить большую пользу от дополнительного присутствия этого соединения в кишечнике для роста (56–58). Ограничено ли это специфическое воздействие на Bacteroides штаммом S. boulardii, требует дальнейшего изучения. В заключение, наши результаты показали, что вмешательство S. boulardii у мышей может изменить микробиоту кишечника и уменьшить жировую массу, стеатоз печени, системное воспаление и воспаление печени у мышей с ожирением и диабетом 2 типа. Мы выявили новую потенциальную терапевтическую роль лечения S. boulardii, которая глубоко влияет на многочисленные метаболические параметры хозяина. Более того, это первое исследование, которое предоставило глубокий анализ модуляций микробиоты кишечника, которые происходят после добавления S. boulardii. Кроме того, мы наблюдали предполагаемые корреляции между родами и несколькими метаболическими маркерами. Таким образом, наши результаты дают новое представление о сложных взаимоотношениях, существующих между дрожжами S. boulardii и несколькими таксонами метаболизма в контексте метаболического воспаления и ожирения.