Роль микробиоты в ожирении: эффект после бариатрической операции (MICROOBAR)

1. Введение Ожирение – это хроническое заболевание, оказывающее значительное влияние на здоровье и создающее высокую экономическую нагрузку. Его распространенность среди мирового населения увеличилась с 5% в 1975 году до 13% в 2014 году. Основываясь на этих цифрах, ожидается, что к 2025 году одна пятая часть населения мира будет страдать ожирением. Более того, ожирение признано важнейшим фактором риска развития сахарного диабета 2 типа (СД2). Соответственно, наблюдается параллельный рост распространенности СД2, который в настоящее время затрагивает 9% населения мира, с предполагаемым увеличением до 12% к 2025 году. Метаболические изменения, связанные с ожирением, повышают риск сердечно-сосудистых заболеваний, включая ишемическую болезнь сердца и инфаркт миокарда.

   В настоящее время бариатрическая хирургия является рекомендуемым методом лечения для снижения веса и улучшения гликемического контроля у пациентов с ожирением, особенно у тех, кто не достигает адекватных результатов с помощью медикаментозной терапии и изменения образа жизни. Среди различных доступных хирургических техник лапароскопическое желудочное шунтирование (ЛЖШ) – которое кардинально меняет архитектуру желудочно-кишечного тракта и сочетает кишечную мальабсорбцию с ограничением потребления пищи – является наиболее признанной и широко выполняемой процедурой в Европе для лечения морбидного ожирения.

   Недавно были опубликованы мета-анализы, сравнивающие метаболические исходы различных бариатрических процедур; однако они основаны на небольшом количестве рандомизированных контролируемых исследований и в основном на исследованиях со значительными ограничениями, такими как ретроспективный дизайн, включение гетерогенных когорт с широким диапазоном индекса массы тела и продолжительности диабета, а также короткие периоды наблюдения. Большинство этих исследований указывают на сопоставимые краткосрочные исходы; тем не менее, исследование STAMPEDE продемонстрировало превосходные метаболические результаты после ЛЖШ через три года. Напротив, исследования, включающие строго мальабсорбтивные процедуры, показали более высокие показатели ремиссии СД2 и более низкий риск рецидива заболевания.

   Недавний анализ больших гетерогенных клинических когорт выявил, что более короткая продолжительность диабета, более низкие исходные уровни глюкозы натощак и процедуры, отводящие желудочное содержимое дистально в тонкую кишку (в отличие от рестриктивных процедур), являются независимыми предикторами более высоких показателей ремиссии СД2 после двух лет наблюдения. Остается неясным, является ли это следствием большего снижения веса, достигнутого с помощью этих процедур, или же здесь задействованы другие факторы, в частности динамика кишечных гормонов. Кишечное шунтирующее хирургическое вмешательство, исключающее двенадцатиперстную кишку, приводит к повышенной секреции инкретиновых гормонов, в частности глюкагоноподобного пептида-1 (ГПП-1) и орексигенного пептида YY (PYY), из-за быстрого опорожнения желудка и раннего поступления непереваренной пищи в подвздошную кишку. Чрезмерная секреция ГПП-1 считается одним из основных механизмов, лежащих в основе улучшения функции β-клеток при СД2 после операции. Однако некоторые исследования поставили под сомнение роль ГПП-1 как основного фактора, ответственного за ремиссию диабета. Кроме того, исключение дна желудка приводит к снижению секреции орексигенного гормона грелина, что ведет к подавлению аппетита и увеличению секреции инсулина. Действительно, оба механизма были описаны в обсервационных исследованиях после ЛЖШ и связаны с улучшением гомеостаза глюкозы.

   Кроме того, недавние исследования позволяют предположить, что кишечная микробиота может играть важную роль в метаболической регуляции и в модуляции как локальных, так и системных воспалительных реакций. Ожирение и СД2 связаны с изменениями в количестве и составе кишечных бактерий, а также в их биологическом разнообразии. Точные механизмы, посредством которых кишечная микробиота влияет на метаболические признаки, остаются неясными, но они могут включать продукты ферментации пищевых волокон, в частности короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК: бутират, пропионат и ацетат), которые влияют на энергетический гомеостаз. Недавнее открытие рецепторов в широком спектре типов клеток и тканей, для которых КЦЖК, по-видимому, являются естественными лигандами, дополнительно подчеркивает их потенциальную роль во взаимодействиях микробиота-кишечник-метаболизм. Другой соответствующий механизм прямого влияния микробиоты на метаболическую регуляцию может заключаться в ее связи с возникновением и прогрессированием субклинического воспаления, которое способствует развитию инсулинорезистентности и СД2. Было высказано предположение, что ожирение и СД2 связаны с повышенной транслокацией бактериальных липополисахаридов в кровоток, что впоследствии запускает активацию врожденного иммунитета в жировой ткани.

   Хотя модуляция кишечной микробиоты, как было показано, эффективно предотвращает ожирение и улучшает метаболический статус в моделях ожирения и СД2 на грызунах, данные на людях, подтверждающие такие эффекты у пациентов с ожирением и диабетом, гораздо менее убедительны. Недавнее исследование, изучавшее влияние трансплантации фекальной микробиоты от худых доноров, продемонстрировало умеренное улучшение чувствительности к инсулину у мужчин-реципиентов с метаболическим синдромом через шесть – но не через восемнадцать – недель после трансплантации. Таким образом, кишечная микробиота, по-видимому, является значимым фактором и, вероятно, ключевым звеном, связывающим образ жизни и биологию хозяина.

   На сегодняшний день кишечный дисбиоз был выявлен при избыточном весе и умеренном ожирении, что подтверждается существенными изменениями в составе кишечной микробиоты (обогащение или обеднение специфических бактериальных групп) и снижением богатства микробных генов, оба из которых связаны с метаболическими нарушениями, такими как инсулинорезистентность, слабовыраженное воспаление и гипертрофия адипоцитов. Однако характеристики кишечной микробиоты остаются малоизученными при крайних формах ожирения, несмотря на растущую распространенность тяжелого (ИМТ > 35 кг/м²) и морбидного ожирения (ИМТ > 40 кг/м²) во всем мире, которые в настоящее время затрагивают 2,3% мужчин и 5% женщин соответственно. Хотя некоторые лица с тяжелым ожирением остаются метаболически здоровыми, в целом достижение ИМТ > 35 кг/м² значительно увеличивает риск хронических заболеваний. Более того, метаболически здоровые лица с ожирением со временем часто развивают метаболические изменения и сопутствующие заболевания.

   Несмотря на хорошо задокументированные улучшения метаболизма и воспаления после бариатрической хирургии – и ее связь с изменениями кишечной микробиоты – недавние исследования показывают, что снижение микробного богатства и композиционные изменения связаны с неблагоприятными метаболическими исходами при избыточном весе или умеренном ожирении, но остаются плохо охарактеризованными при тяжелом ожирении. Кроме того, появляющиеся данные свидетельствуют о том, что состав кишечной микробиоты не восстанавливается полностью после бариатрической хирургии. Кроме того, Сантос-Маркос и др. недавно сообщили о половых различиях в составе кишечной микробиоты, а также о вариациях среди женщин на разных гормональных стадиях, что может лежать в основе полового диморфизма, наблюдаемого в частоте метаболических заболеваний и связанных с ними сопутствующих патологий.

   Бариатрическая хирургия – это эффективное вмешательство, способствующее снижению веса и улучшению гликемического контроля. Помимо положительной модуляции желчных кислот и кишечных гормонов, эта операция вызывает глубокие изменения в составе кишечной микробиоты, что является важным фактором, способствующим эффектам для здоровья, опосредованным бариатрическими процедурами. Однако в случаях тяжелого ожирения недавние данные поставили под сомнение преобладающую точку зрения, поскольку бактериальные виды, связанные с низким микробным богатством (до операции), по-видимому, лишь незначительно меняются после бариатрической хирургии, несмотря на существенные метаболические улучшения. Чтобы проверить обоснованность или противоречивость этой предпосылки, мы провели сравнительный анализ метаболических параметров и факторов риска у лиц с ожирением, подвергающихся хирургическому вмешательству для снижения веса. Кроме того, экспрессия и идентификация периферических биомаркеров, таких как желудочно-кишечные пептиды, может позволить лучше охарактеризовать фенотипы ожирения и провести более точную диагностику, тем самым улучшив лечение и наблюдение за ожирением на индивидуальной основе.

   Кроме того, мы предлагаем изучить, связаны ли изменения в кишечной микробиоте тесно с метаболическими нарушениями и может ли вмешательство по снижению веса с помощью бариатрической хирургии определять дифференциальный ответ в микробном разнообразии кишечника и метаболических биомаркерах при различных степенях и фенотипах ожирения, а также между полами.

2. Материалы и методы 2.1. Дизайн исследования и участники Был разработан проспективный, интервенционный, сравнительный и трансляционный клинический анализ. Для достижения поставленных целей будут набраны 60 пациентов с ожирением, запланированных для проведения бариатрической хирургии в отделении общей и пищеварительной хирургии той же больницы. Пациенты будут последовательно включаться в исследование по мере обращения в отделение ожирения эндокринологического отделения Университетской больницы доктора Пессета до достижения необходимого числа и при условии соответствия критериям включения и исключения, описанным ниже.

   • Критерии включения: пациенты с индексом массы тела (ИМТ) более 40 кг/м² (или > 35 кг/м² с минимум одним сопутствующим заболеванием, связанным с ожирением), в возрасте от 18 до 65 лет и с известной продолжительностью ожирения более пяти лет.
   • Критерии исключения: в связи с характером исследования будут исключены пациенты с острыми или хроническими воспалительными заболеваниями, установленной печеночной или почечной недостаточностью (определяемой как уровни трансаминаз ±2 СО от среднего значения и расчетная скорость клубочковой фильтрации [формула CKD-EPI] >60), онкологическими заболеваниями или вторичными причинами ожирения (например, гипотиреоз, синдром Кушинга).

Перед участием все пациенты или их законные представители подпишут форму информированного согласия после получения подробного объяснения целей исследования и ответов на все вопросы. Исследование будет соответствовать этическим принципам Хельсинкской декларации и ее последующим поправкам и получит одобрение этического комитета больницы. Вся медицинская информация и данные, собранные в ходе исследования, будут храниться конфиденциально в соответствии с национальным законодательством.

Для оценки влияния степени ожирения пациенты будут классифицированы на три группы в соответствии с ИМТ: 1) Тяжелое ожирение: ИМТ 35-40 кг/м², 2) Морбидное ожирение: ИМТ 40-50 кг/м², 3) Крайнее ожирение: ИМТ >50 кг/м².

Для оценки влияния метаболического профиля пациенты также будут разделены на две группы: метаболически здоровые лица с ожирением (МЗО) и метаболически нездоровые лица с ожирением (МНЗО), с поправкой на возраст и пол. Согласно ранее установленным критериям, лица с МНЗО определяются как имеющие по крайней мере два из следующих кардиометаболических нарушений: 1) Глюкоза плазмы натощак ≥100 мг/дл или использование антидиабетических препаратов; 2) Систолическое артериальное давление (САД) ≥130 мм рт.ст. и/или диастолическое артериальное давление (ДАД) ≥85 мм рт.ст., или использование антигипертензивных препаратов; 3) Концентрация триглицеридов ≥150 мг/дл; 4) Холестерин ЛПВП <40 мг/дл у мужчин или <50 мг/дл у женщин, или использование гиполипидемических препаратов. Напротив, лица с МЗО определяются как те, кто не соответствует ни одному из вышеуказанных критериев. Кроме того, также будут проанализированы половые различия.

До операции диетолог-нутрициолог проведет диетическое вмешательство, состоящее из гипокалорийной диеты, индивидуализированной в соответствии с пищевыми потребностями пациента и скорректированной с учетом ожирения. Диетический план будет качественно полноценным, придерживаясь следующего распределения макронутриентов: 55% углеводов, 30% жиров и 15% белков. В течение двух недель, предшествующих метаболическому хирургическому вмешательству, будет назначена диета с очень низкой калорийностью с использованием саше Optisource®, разделенных на три ежедневных приема. Диетическое вмешательство после бариатрической хирургии будет проводиться постепенно, с целью снижения веса и метаболической нормализации. Контрольные визиты будут проводиться через 1, 6 и 12 месяцев, с учетом индивидуальной переносимости и пищевых потребностей.

2.2. Сбор и анализ данных Все участники пройдут первоначальную оценку, включая оценку нутритивного статуса и факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний и сопутствующих патологий (артериальная гипертензия, обструктивное апноэ сна, дислипидемия), а также оценку для исключения вторичных причин ожирения. На протяжении всего исследования, как на исходном уровне, так и во время послеоперационного наблюдения, пациенты будут проходить лабораторные анализы, оценку состава тела и основного обмена, исследования микробиоты и определение желудочно-кишечных гормонов. Полученные результаты будут проанализированы с использованием SPSS 17.0. Для категориальных переменных будет оценено распределение частот и общий процент случаев. Для количественных переменных будет проанализировано среднее значение, диапазон и стандартное отклонение. Будет проведен тест Колмогорова-Смирнова для определения того, следуют ли количественные переменные нормальному распределению. Различия в метаболических переменных между группами (пол, метаболический профиль) будут проанализированы с использованием непарного t-критерия или критерия Манна-Уитни U, а для степеней ожирения будет проведен дисперсионный анализ (ANOVA). Для оценки изменений после хирургического вмешательства будет проведен дисперсионный анализ с повторными измерениями или парный t-критерий. Наконец, корреляции будут оценены с использованием бивариативной корреляции Пирсона или Спирмена. Кроме того, будут проведены анализы логистической регрессии для разработки прогностических моделей для конкретных групп.