Розвиток мікробіому кишечника у дітей та наслідки для ожиріння та серцево-метаболічних захворювань протягом усього життя

Аніка І. Мохаммедха

1 Відділ серцево-судинної медицини, Медичний центр Університету Вандербільта, Нашвілл, TN 37232, США; [email protected] (A.I.M.); ei.dct@enospmis (E.B.S.)

Іойн Б. Сімпсон

1 відділ серцево-судинної медицини, Медичний центр Університету Вандербільта, Нашвілл, TN 37232, США; [email protected] (A.I.M.); ei.dct@enospmis (E.B.S.)

Стефані Г. Паттерсон

2 Відділ медицини критичної допомоги, Департамент педіатрії, Медичний центр Університету Вандербільта, Нешвілл, TN 37232, США; [email protected]

Джейн Ф. Фергюсон

Анотація

Нові дані свідчать про те, що склад і функції мікробіомів пов'язані з розвитком ожиріння та метаболічних захворювань. Колонізація мікробів швидко розростається після народження, і склад мікробіомів особливо мінливий у період дитинства. Фактори, що впливають на утворення мікробіому кишечника в дитинстві та дитинстві, можуть мати значний вплив на розвиток ожиріння та порушення метаболізму, що матиме наслідки протягом усього життя. У цьому огляді ми розглядаємо детермінанти складу мікробіому кишечника в період дитинства та дитинства та оцінюємо потенційний вплив на ожиріння та кардіометаболічний ризик.

1. Вступ

Хронічні кардіометаболічні захворювання є основною причиною смертності в США, при цьому хвороби серця та діабет коштують> 500 млрд. Доларів на рік [1,2] і вражають близько 60% людей протягом усього життя [1,3]. Багато факторів сприяють ризику захворювання, включаючи вплив навколишнього середовища, дієту та генетичне походження. Патогенез розвивається протягом десятиліть, роблячи фактори ризику, що виникають в дитинстві, особливо важливими для ризику захворювання протягом усього життя. Роль мікробіома як модулятора хвороби все більше визнається і вивчається [4,5]. Мікробіом кишечника людини може діяти як центральний регулятор метаболізму, реагуючи на зміни в харчуванні або фізіології господаря [6,7]. Мікробіом кишечника швидко розширюється у немовлят після народження [7,8], і дисбіоз у грудному або дитячому віці може вплинути на довгострокове здоров'я мікробіома кишечника. У розділах цього огляду та, як узагальнено на малюнку 1, ми оцінюємо кілька відомих детермінант складу мікробіому та вивчаємо, як варіація складу мікробіомів у дітей може впливати на ризик ожиріння та кардіометаболічних захворювань протягом усього життя.

Визначники складу мікробіомів та потенційні механізми, що пов'язують мікробіоти з хворобами.

2. Визначники колонізації мікробіомів кишечника у новонароджених

2.1. метод доставки

2.2. Передчасні пологи

У недоношених дітей недорозвинений кишечник, що може порушити розвиток здорових стосунків хазяїн - мікробіота на ранніх етапах життя [19]. У недоношених дітей набагато вищий ризик розвитку ускладнень після народження, включаючи некротизуючий ентероколіт (НЕК), що може бути пов’язано з порушенням засвоєння мікробіомів кишечника [20]. Було виявлено, що у недоношених дітей, у яких розвинувся НЕК, зростає кількість протеобактерій та зменшується кількість Firmicutes та Bacteroidetes [20]. Існують також дані, що змінений склад мікробіомів у матері може бути пов’язаний з ризиком передчасних пологів [21], що свідчить про те, що змінений склад мікробіомів є як причиною, так і наслідком передчасних пологів. Доведено, що недоношені діти мають відмінності у різноманітності мікробіомів залежно від гестаційного віку [22]. Дисбіоз у кишечнику недоношених немовлят був пов’язаний із способом доставки, застосуванням стероїдів та антибіотиками, які всі впливають на розвиток мікробіомів кишечника [13,23,24].

2.3. Пренатальна мікробна колонізація

Чи є поширеною материнська передача коменсальних мікробів плоду загальним явищем, залишається відкритим питанням. До порівняно недавнього часу маткове середовище вважалося стерильним. Це припущення було оскаржене кількома дослідженнями, що знайшли дані про наявність мікробіоти в матці [25], плаценті [26], пуповині [27] та навколоплідних водах [28], а також у меконії [29], вказуючи на те, що мікробіота може передаватися під час внутрішньоутробного розвитку. Однак дані суперечливі [30,31]; мікробна ДНК може бути виявлена внаслідок забруднення, присутності ДНК від мертвих бактерій або збору після розриву мембрани [32], і до цього часу не було доведено, що мікроби є життєздатними внутрішньоутробно. Хоча факти підтверджують деяку передачу мікробного матеріалу до плоду, чи є це значним фактором для мікробіома плода, і чи це впливає на розвиток або результати, ще належить з'ясувати.

3. Вплив практики раннього вигодовування немовлят на розвиток мікробіомів

3.1. Грудне молоко та штучне вигодовування

3.2. Пребіотичні та пробіотичні добавки

Конкретний склад різних типів суміші може модулювати мікробіом. У кількох дослідженнях було оцінено включення пробіотиків або пребіотиків, таких як олігосахариди, до дитячих сумішей для більш точного імітації складу грудного молока [55]. Суміші для немовлят, доповнені кількома штамами Bifidobacterium, змінили склад мікробіомів у немовлят, але не впливали на тривалу колонізацію [56]. Не було значного впливу добавок олігосахаридів та біфідобактерій на діарею або фебрильну інфекцію, однак мікробіота новонароджених, що отримували добавки, більш нагадувала мікрофлору немовлят, які годували грудьми [57]. Включення лактози в гідролізовану суміш, призначену для немовлят з алергією на молоко, сприяло зростанню Bifidobacterium та Lactobacillales та збільшенню жирних кислот з короткою ланцюгом кишечника (SCFA) [58]. Встановлено, що добавки лактобацил змінюють склад мікробіому кишечника [59]. Сучасні дані свідчать про те, що включення пре- та пробіотиків у формули добре переноситься, однак, чи має це сприятливий вплив на віддалені результати, поки не відомо.

3.3. Спосіб доставки молока

Існують деякі докази різного впливу прямого грудного вигодовування на відміну від зцідженого грудного молока з пляшечки [60]. Під час грудного вигодовування немовлята потрапляють під дію мікробіоти шкіри матері, а також відкладають слину, яка містить мікробіоти та патогени, які можуть передаватися назад матері, потенційно викликаючи зміни у складі грудного молока через петлю зворотного зв'язку [61,62]. Інтригуючи, але ця область вимагає подальших досліджень.

3.4. Донорське грудне молоко

Через потенційні переваги грудного молока іноді використовують донорське молоко, коли молоко від біологічної матері немовляти недоступне. Це особливо сприяє недоношеним дітям. Однак чи має донорське молоко однакові захисні властивості, залишається незрозумілим [63]. У рандомізованому дослідженні недоношених дітей молоко донорів, як видається, не надає переваги перед сумішшю порівняно з материнським молоком [64]. Донорське молоко загалом пастеризоване, щоб зменшити ризик зараження, і часто об’єднується з кількох донорських джерел. Пастеризація може знищити пре- та пробіотики, зменшуючи корисну дію жіночого молока. Крім того, мінливість складу грудного молока може призвести до того, що донорське молоко буде неоптимальним для неспоріднених немовлят. Однак потрібно значно більше досліджень, щоб встановити потенційні переваги та ризики використання донорського молока як альтернативи суміші.

4. Дієтичні модулятори складу мікробіомів кишок протягом дитинства

Введення твердої їжі пов’язане із зміщенням мікробіому немовляти, щоб він більше нагадував профілі дорослих, однак дитячий мікробіом залишається в курсі щонайменше протягом перших 3 років життя [7]. Це передбачає період відносно податливості та передбачає, що дієта в ранньому дитинстві може мати непропорційно великий вплив на склад мікробіому протягом усього життя та пов'язані з цим наслідки для здоров'я. У дорослих зміна раціону суттєво впливає на склад мікробіому їх кишечника, при цьому спостерігаються значні зміни у складі мікробів протягом 24 годин через суттєві або гострі зміни раціону, такі як раптовий перехід на виключно рослинні та тваринні продукти. Близьке повернення до вихідної композиції можна спостерігати через 48 год після відновлення нормальної дієти [6]. Дані обмежені щодо впливу дієтичного втручання на мікробіом у дітей, але враховуючи, що мікробіозні профілі у дітей у віці до 3 років дуже нагадують такі, як у дорослих, ймовірно, що дієтичні зміни можуть швидко вплинути на склад мікробіомів у дітей.