Dieta bogată în proteine animale promovează răspunsul pro-inflamator al macrofagelor și agravează colita
Klara Kostovtsikova
1 Laborator de imunologie celulară și moleculară, Institutul de Microbiologie al CAS, v.v.i., Praga, Cehia
2 Laborator de biologie celulară și de dezvoltare, Institutul de genetică moleculară a CAS, v.v.i., Praga, Cehia
Stepan Coufal
1 Laborator de imunologie celulară și moleculară, Institutul de Microbiologie al CAS, v.v.i., Praga, Cehia
Natalie Galanova
1 Laborator de imunologie celulară și moleculară, Institutul de Microbiologie al CAS, v.v.i., Praga, Cehia
Alena Fajstova
1 Laborator de imunologie celulară și moleculară, Institutul de Microbiologie al CAS, v.v.i., Praga, Cehia
Tomas Hudcovic
3 Laboratorul de gnotobiologie, Institutul de Microbiologie al CAS, v.v.i., Nový Hrádek, Cehia
Martin Kostovcik
4 Laborator de genetică fungică și metabolizare, Institutul de Microbiologie al CAS, v.v.i., Praga, Cehia
Petra Prochazkova
1 Laborator de imunologie celulară și moleculară, Institutul de Microbiologie al CAS, v.v.i., Praga, Cehia
Zuzana Jiraskova Zakostelska
1 Laborator de imunologie celulară și moleculară, Institutul de Microbiologie al CAS, v.v.i., Praga, Cehia
Martina Cermakova
5 Laboratorul de caracterizare a structurii moleculare, Institutul de Microbiologie al CAS, v.v.i., Praga, Cehia
Blanka Sediva
5 Laboratorul de caracterizare a structurii moleculare, Institutul de Microbiologie al CAS, v.v.i., Praga, Cehia
6 Facultatea de Științe Aplicate, Universitatea din Boemia de Vest, Pilsen, Cehia
Marek Kuzma
5 Laboratorul de caracterizare a structurii moleculare, Institutul de Microbiologie al CAS, v.v.i., Praga, Cehia
Helena Tlaskalova-Hogenova
1 Laborator de imunologie celulară și moleculară, Institutul de Microbiologie al CAS, v.v.i., Praga, Cehia
Miloslav Kverka
1 Laborator de imunologie celulară și moleculară, Institutul de Microbiologie al CAS, v.v.i., Praga, Cehia
7 Departamentul de farmacologie, Institutul de Medicină Experimentală al CAS, v.v.i., Praga, Cehia
Date asociate
Abstract
Introducere
Microbiota intestinală comensală influențează semnificativ metabolismul gazdei. Căile sale catabolice și anabolice îi permit să utilizeze un spectru larg de substraturi, inclusiv elemente ingerate, substanțe secretate în lumenul intestinal sau cele produse direct de (alți) microbi (1). Dintre aceste surse, dieta reprezintă cea mai mare parte a volumului și, deoarece este cea mai ușor de influențat, intervenția dietetică a microbiotei și a sănătății atrage cea mai mare atenție. Modificările din dieta stimulează microbii pentru a se adapta la un nou substrat, inducând astfel schimbări profunde ale microbiotei care ar putea îmbunătăți capacitatea gazdei de a se adapta la mediu. Modificările induse de extremele dietetice pot persista o lungă perioadă de timp și astfel reflectă dieta gazdei (2). Aceste modificări adaptive sunt similare între diferite linii de mamifere și au implicații importante pentru sănătatea gazdei (3). Intervențiile dietetice pot induce, de asemenea, modificări rapide și reproductibile ale microbiotei și pot îmbogăți comunitatea cu microbi tranzitorii de origine alimentară, care nu sunt capabili de colonizare pe termen lung (4). Într-adevăr,
15% din unitățile taxonomice operaționale microbiene (OTU) prezintă fluctuații diurne puternice din cauza momentului de administrare a alimentelor sincronizând astfel ceasul circadian până la nivelul proceselor metabolice. Interesant este faptul că încălcarea pe termen lung a acestui sistem reglat fin în rândul lucrătorilor în schimburi și al celor care circulă frecvent poate provoca disbioză temporală cu consecințe metabolice grave (5).
Întreruperea microbiotei intestinale, și anume, disbioza, a fost recent legată de patogeneza bolii inflamatorii intestinale (IBD) (6), a sindromului metabolic (7, 8), a bolilor cardiovasculare (9), a tulburărilor neurologice (10) și chiar a cancerului 11 ). Există un număr tot mai mare de dovezi că macronutrienții dietetici pot promova sau contracara disbioza și consecințele acesteia (12). Atât intervențiile dietetice pe termen scurt, cât și pe termen lung conduc la modificări substanțiale ale microbiotei intestinale și pot influența starea pro-inflamatorie a mucoasei intestinale (13, 14). Există o legătură bine recunoscută între dietă și IBD. Studiile retrospective au constatat că aportul ridicat de zaharoză, carne roșie sau margarină crește riscul relativ pentru IBD, consumul de cereale, fructe și legume sau alimente bogate în fibre, în general, scade (15-18).
Aportul alimentar crescut de proteine animale a fost propus ca factor care contribuie la dezvoltarea bolii Crohn de câteva decenii în urmă (19, 20). Metabolismul proteinelor are loc în principal în colonul distal, unde sursele pe bază de carbohidrați sunt reduse, iar bacteriile își pot schimba metabolismul la unul asacarolitic. În funcție de sursa proteinei, proteinele animale și jurnalul sunt aproape complet degradate în timpul trecerii, în timp ce proteinele vegetale sunt mai puțin degradate și ajung în intestinul gros în cantități mai mari (21). Degradarea proteinelor, peptidelor și aminoacizilor duce la producerea diferiților metaboliți biologic activi, cum ar fi acizi grași cu lanț ramificat, amoniu, hidrogen sulfurat, p-crezol, derivați fenolici și indolici, care ar putea influența viabilitatea și proliferarea celulelor epiteliale, astfel afectând funcția de barieră intestinală și răspunsul imun. Unele dintre aceste activități au fost legate de patogeneza IBD și a altor boli gastrointestinale (22).
Mai multe studii au analizat efectul dietei bogate în proteine (HPD) asupra fiziologiei gastrointestinale și a răspunsului epitelial de bază. Șobolanii care consumă HPD au avut o compoziție microbiotică și o activitate metabolică diferită, au modificat morfologia colonocitelor și căile enzimatice, au crescut mai multe celule calice și au crescut producția de mucină în comparație cu șobolanii care consumă dietă normoproteică (23-25). Inducerea inflamației experimentale la șoarecii hrăniți cu HPD a dus la colită severă cu mortalitate ridicată (26). Recent, un studiu care a analizat sursa și cantitatea de macronutrienți a constatat că o cantitate mare de cazeină alimentară contribuie cel mai semnificativ la sensibilitatea colitei, în timp ce sensibilitatea la fibre de psyllium scade. În ambele cazuri, compoziția microbiotei și funcțiile de densitate și barieră intestinală au fost principalele mecanisme implicate (27). Luate împreună, aceste studii au arătat că diverse proteine dietetice pot schimba răspunsul gazdei la microbiota intestinală, inclusiv reglarea fină a sistemului imunitar al mucoasei și, în cele din urmă, influențează susceptibilitatea la colita experimentală.
Produsele metabolismului microbiotei intestinale (cum ar fi acizii grași cu lanț scurt, SCFA) influențează maturarea și activitatea celulelor T și pot regla sistemul imunitar al gazdei atât direct, cât și indirect prin intermediul altor celule (28, 29). Prin atașarea la epiteliul intestinal, microbii pot regla echilibrul în răspunsul celulelor T intestinale. În funcție de microbul particular, acestea pot induce fie celule T reglatoare, fie celule Th17 pro-inflamatorii (30, 31). În ambele cazuri, celulele mononucleare din mucoasa intestinală joacă un rol crucial în răspunsul imun al mucoasei și în sensibilitatea la inflamația intestinală. De fapt, celulele mononucleare, cum ar fi macrofagele care locuiesc în mucoasa intestinală, contribuie la toleranța locală și la mediul neinflamator, producând IL-10 și PGE2 și nu răspunzând la lipopolizaharida bacteriană (32). Întrucât, monocitele de sânge Ly6C + sunt recrutate în mucoasă ca răspuns la stimularea pro-inflamatorie; depășind numărul macrofagelor rezidente și producând cantități mari de IL-1β și TNF-α (33, 34).