Микробиом кишечника и остеопороз: патогенетическая связь и перспективы терапевтических вмешательств

Микробиом кишечника и остеопороз: патогенетическая связь и перспективы терапевтических вмешательств

Автор: Булгакова Светлана Викторовна, Романчук Наталья Петровна

Журнал: Бюллетень науки и практики @bulletennauki

Рубрика: Медицинские науки

Статья в выпуске: 4 т.7, 2021 года.

Бесплатный доступ

Остеопороз - хроническое метаболическое заболевание костной ткани, характеризующееся снижением костной плотности и нарушением микроархитектоники под влиянием генетических и эпигенетических факторов, что делает кость хрупкой и увеличивает риск переломов. Однако точный механизм развития остеопороза до конца не ясен. В кишечнике человека живут сотни триллионов микроорганизмов, поддерживающих тесные симбиотические отношения с организмом хозяина и его здоровье. С развитием современных платформ секвенирования появляется все больше доказательств того, что кишечный микробиом может играть важную роль в метаболизме костной ткани. Данный обзор литературы посвящен анализу патогенетических механизмов участия микробиоты кишечника в развитии остеопороза и возможных терапевтических стратегий с участием пробиотиков, пребиотиков, антибактериальных препаратов, диеты, направленных на увеличение костной плотности.

Еще

Остеопороз, кишечная микробиота, пробиотики, пребиотики, питание

Короткий адрес: https://sciup.org/14120935

IDR: 14120935   |   DOI: 10.33619/2414-2948/65/16

Список литературы Микробиом кишечника и остеопороз: патогенетическая связь и перспективы терапевтических вмешательств

  • Булгакова С. В., Тренева Е. В., Захарова Н. О., Романчук П. И. Профилактика остеопоротических переломов у лиц пожилого и старческого возраста // Врач. 2020. Т. 31 №9. С. 22-27. https://doi.org/10.29296/25877305-2020-09-04
  • Tang C. H. Osteoporosis: from molecular mechanisms to therapies. 2020. https://doi.org/10.3390/ijms21030714
  • Булгакова С. В, Меликова А. В. Роль окислительного стресса в патогенезе постменопаузального остеопороза (обзор литературы) // Терапевт. 2020. №10. С. 15-18.
  • Zheng W., Liu C., Lei M., Han Y., Zhou X., Li C., ... Ma X. Evaluation of common variants in the CNR2 gene and its interaction with abdominal obesity for osteoporosis susceptibility in Chinese post-menopausal females // Bone & joint research. 2019. V. 8. №11. P. 544-549. https://doi.org/10.1302/2046-3758.811.BJR-2018-0284.R1
  • Qin J., Li R., Raes J., Arumugam M., Burgdorf K. S., Manichanh C., ... Wang J. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing // Nature. 2010. V. 464. №7285. P. 59-65. https://doi.org/10.1038/nature08821
  • Salga9o M. K., Oliveira L. G. S., Costa G. N., Bianchi F., Sivieri K. Relationship between gut microbiota, probiotics, and type 2 diabetes mellitus // Applied microbiology and biotechnology. 2019. V. 103. №23. P. 9229-9238. https://doi.org/10.1007/s00253-019-10156-y
  • Xu H., Wang X., Feng W., Liu Q., Zhou S., Liu Q., Cai L. The gut microbiota and its interactions with cardiovascular disease // Microbial biotechnology. 2020. V. 13. №3. P. 637-656. https://doi.org/10.1111/1751-7915.13524
  • Chen M. F., Chang C. H., Chiang-Ni C., Hsieh P. H., Shih H. N., Ueng S. W., Chang Y. Rapid analysis of bacterial composition in prosthetic joint infection by 16S rRNA metagenomic sequencing // Bone & joint research. 2019. V. 8. №8. P. 367-377. https://doi.org/10.1302/2046-3758.88.BJR-2019-0003.R2
  • Zhu B., Wang X., Li L. Human gut microbiome: the second genome of human body // Protein & cell. 2010. V. 1. №8. P. 718-725. https://doi.org/10.1007/s13238-010-0093-z
  • Булгакова С. В., Романчук Н. П. Иммунный гомеостаз: новая роль микро- и макроэлементов, здоровой микробиоты // Бюллетень науки и практики. 2020. Т. 10. №6. C. 206-233. https://doi.org/10.33619/2414-2948/59/22
  • Uchida Y., Irie K., Fukuhara D., Kataoka K., Hattori T., Ono M., ... Morita M. Commensal microbiota enhance both osteoclast and osteoblast activities // Molecules. 2018. V. 23. №7. P. 1517. https://doi.org/10.3390/molecules23071517
  • Tavakoli S., Xiao L. Depletion of intestinal microbiome partially rescues bone loss in sickle cell disease male mice // Scientific reports. 2019. V. 9. №1. P. 1-10. https://doi.org/10.1038/s41598-019-45270-4
  • Sjögren K., Engdahl C., Henning P., Lerner U. H., Tremaroli V., Lagerquist M. K., ... Ohlsson C. The gut microbiota regulates bone mass in mice // Journal of bone and mineral research. 2012. V. 27. №6. P. 1357-1367. https://doi.org/10.1002/jbmr.1588
  • Li J. Y., Chassaing B., Tyagi A. M., Vaccaro C., Luo T., Adams J., ... Pacifici R. Sex steroid deficiency-associated bone loss is microbiota dependent and prevented by probiotics // The Journal of clinical investigation. 2016. V. 126. №6. P. 2049-2063. https://doi.org/10.1172/JCI86062
  • Scholz-Ahrens K. E. et al. Prebiotics, probiotics, and synbiotics affect mineral absorption, bone mineral content, and bone structure // The Journal of nutrition. 2007. V. 137. №3. P. 838S-846S. https://doi.org/10.1093/jn/137.3.838S
  • D'Amelio P., Sassi F. Gut microbiota, immune system, and bone // Calcified tissue international. 2018. V. 102. №4. P. 415-425. https://doi.org/10.1007/s00223-017-0331-y
  • Hadjidakis D. J., Androulakis I. I. Bone remodeling // Annals of the New York Academy of Sciences. 2006. V. 1092. №1. P. 385-396. https://doi.org/10.1196/annals.1365.035
  • Sanghani-Kerai A., Osagie-Clouard L., Blunn G., Coathup M. The influence of age and osteoporosis on bone marrow stem cells from rats // Bone & joint research. 2018. V. 7. №4. P. 289297. https://doi.org/10.1302/2046-3758.74.BJR-2017-0302.R1
  • Al-Suhaimi E. A., Al-Jafary M. A. Endocrine roles of vitamin K-dependent-osteocalcin in the relation between bone metabolism and metabolic disorders // Reviews in Endocrine and Metabolic Disorders. 2020. V. 21. №1. P. 117-125. https://doi.org/10.1007/s11154-019-09517-9
  • Indo Y., Takeshita S., Ishii K. A., Hoshii T., Aburatani H., Hirao A., Ikeda K. Metabolic regulation of osteoclast differentiation and function // Journal of Bone and Mineral Research. 2013. V. 28. №11. P. 2392-2399. https://doi.org/10.1002/jbmr.1976
  • Булгакова С. В., Тренева Е. В., Захарова Н. О., Николаева А. В. Кальций и витамин К: влияние на костную ткань и сосудистое ремоделирование (обзор литературы) // Успехи геронтологии. 2020. Т. 6. №33. С. 1200-1208. https://doi.org/10.34922/AE.2020.33.6.025
  • Christakos S., Dhawan P., Porta A., Mady L. J., Seth T. Vitamin D and intestinal calcium absorption // Molecular and cellular endocrinology. 2011. V. 347. №1-2. P. 25-29. https://doi.org/10.1016/j.mce.2011.05.038
  • Abrams S. A., Griffin I. J., Hawthorne K. M., Liang L., Gunn S. K., Darlington G., Ellis K. J. A combination of prebiotic short-and long-chain inulin-type fructans enhances calcium absorption and bone mineralization in young adolescents- // The American journal of clinical nutrition. 2005. V. 82. №2. P. 471-476. https://doi.org/10.1093/ajcn/82.2.471
  • Blaut M. Relationship of prebiotics and food to intestinal microflora // European journal of nutrition. 2002. V. 41. №1. P. i11-i16. https://doi.org/10.1007/s00394-002-1102-7
  • Morozumi A. High concentration of sodium butyrate suppresses osteoblastic differentiation and mineralized nodule formation in ROS17/2.8 cells // Journal of oral science. 2011. V. 53. №4. P. 509-516. https://doi.org/10.2334/josnusd.53.509
  • Ooi J. H., Li Y., Rogers C. J., Cantorna M. T. Vitamin D regulates the gut microbiome and protects mice from dextran sodium sulfate-induced colitis // The Journal of nutrition. 2013. V. 143. №10. P. 1679-1686. https://doi.org/10.3945/jn.113.180794
  • Nance D. M., Sanders V. M. Autonomic innervation and regulation of the immune system (1987-2007) // Brain, behavior, and immunity. 2007. V. 21. №6. P. 736-745. https://doi.org/10.1016Zj.bbi.2007.03.008
  • Zhao W., Liu Y., Cahill C. M., Yang W., Rogers J. T., Huang X. The role of T cells in osteoporosis, an update // International journal of clinical and experimental pathology. 2009. V. 2. №6. P. 544. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19636401
  • Saidenberg-Kermanac'h N., Cohen-Solal M., Bessis N., De Vernejoul M. C., Boissier M. C. Role for osteoprotegerin in rheumatoid inflammation // Joint Bone Spine. 2004. V. 71. №1. P. 913. https://doi .org/10.1016/S1297-319X(03)00131-3
  • Wittrant Y., Theoleyre S., Chipoy C., Padrines M., Blanchard F., Heymann D., Redini F. RANKL/RANK/OPG: new therapeutic targets in bone tumours and associated osteolysis // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Reviews on Cancer. 2004. V. 1704. №2. P. 49-57. https://doi.org/10.1016/j.bbcan.2004.05.002
  • Azuma Y., Kaji K., Katogi R., Takeshita S., Kudo A. Tumor necrosis factor-a induces differentiation of and bone resorption by osteoclasts // Journal of Biological Chemistry. 2000. V. 275. №7. P. 4858-4864. https://doi.org/10.1074/jbc.275.7.4858
  • Pawlak D., Domaniewski T., Znorko B., Oksztulska-Kolanek E., Lipowicz P., Doroszko M., ... Pawlak K. The impact of peripheral serotonin on leptin-brain serotonin axis, bone metabolism and strength in growing rats with experimental chronic kidney disease // Bone. 2017. V. 105. P. 1-10. https://doi.org/10.1016/j.bone.2017.08.004
  • Bliziotes M., Eshleman A., Burt-Pichat B., Zhang X. W., Hashimoto J., Wiren K., Chenu C. Serotonin transporter and receptor expression in osteocytic MLO-Y4 cells // Bone. 2006. V. 39. №6. P. 1313-1321. https://doi.org/10.1016/j.bone.2006.06.009
  • Rachner T. D., Khosla S., Hofbauer L. C. Osteoporosis: now and the future // The Lancet. 2011. V. 377. №9773. P. 1276-1287. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(10)62349-5
  • Cano A., Chedraui P., Goulis D. G., Lopes P., Mishra G., Mueck A., ... Lambrinoudaki I. Calcium in the prevention of postmenopausal osteoporosis: EMAS clinical guide // Maturitas. 2018. V. 107. P. 7-12. https://doi.org/10.1016/j.maturitas.2017.10.004
  • Curry S. J., Krist A. H., Owens D. K., Barry M. J., Caughey A. B., Davidson K. W., Screening for osteoporosis to prevent fractures: US Preventive Services Task Force recommendation statement // Jama. 2018. V. 319. №24. P. 2521-2531. https://doi.org/10.1001/jama.2018.7498
  • Adomaityte J., Farooq M., Qayyum R. Effect of raloxifene therapy on venous thromboembolism in postmenopausal women: a meta-analysis // Database of Abstracts of Reviews of Effects (DARE): Quality-assessed Reviews. Centre for Reviews and Dissemination (UK), 2008.
  • Weaver C. M. Diet, gut microbiome, and bone health // Current osteoporosis reports. 2015. V. 13. №2. P. 125-130. https://doi.org/10.1007/s11914-015-0257-0
  • Valcheva R., Dieleman L. A. Prebiotics: Definition and protective mechanisms // Best Practice & Research Clinical Gastroenterology. 2016. V. 30. №1. P. 27-37. https://doi.org/10.1016Zj.bpg.2016.02.008
  • Delcour J. A., Aman P., Courtin C. M., Hamaker B. R., Verbeke K. Prebiotics, fermentable dietary fiber, and health claims // Advances in Nutrition. 2016. V. 7. №1. P. 1-4. https://doi.org/10.3945/an.115.010546
  • Swennen K., Courtin C. M., Delcour J. A. Non-digestible oligosaccharides with prebiotic properties // Critical reviews in food science and nutrition. 2006. V. 46. №6. P. 459-471. https://doi.org/10.1080/10408390500215746
  • Kleessen B., Hartmann L., Blaut M. Fructans in the diet cause alterations of intestinal mucosal architecture, released mucins and mucosa-associated bifidobacteria in gnotobiotic rats // British Journal of Nutrition. 2003. V. 89. №5. P. 597-606. https://doi.org/10.1079/BJN2002827
  • Ohta A., Uehara M., Sakai K., Takasaki M., Adlercreutz H., Morohashi T., Ishimi Y. A combination of dietary fructooligosaccharides and isoflavone conjugates increases femoral bone mineral density and equol production in ovariectomized mice // The Journal of nutrition. 2002. V. 132. №7. P. 2048-2054. https://doi.org/10.1093/jn/132.7.2048
  • Yan J., Charles J. F. Gut microbiome and bone: to build, destroy, or both? // Current osteoporosis reports. 2017. V. 15. №4. P. 376-384. https://doi.org/10.1007/s11914-017-0382-z
  • Cox L. M., Yamanishi S., Sohn J., Alekseyenko A. V., Leung J. M., Cho I., ... Blaser M. J. Altering the intestinal microbiota during a critical developmental window has lasting metabolic consequences // Cell. 2014. V. 158. №4. P. 705-721. https://doi.org/10.10167j.cell.2014.05.052
  • Cho I., Yamanishi S., Cox L., Methé B. A., Zavadil J., Li K., ... Blaser M. J. Antibiotics in early life alter the murine colonic microbiome and adiposity // Nature. 2012. V. 488. №7413. P. 621626. https://doi .org/10.1038/nature 11400
  • Sánchez B., Delgado S., Blanco-Míguez A., Louren9o A., Gueimonde M., Margolles A. Probiotics, gut microbiota, and their influence on host health and disease // Molecular nutrition & food research. 2017. V. 61. №1. P. 1600240. https://doi.org/10.1002/mnfr.201600240
  • Louis P., Flint H. J., Michel C. How to manipulate the microbiota: prebiotics // Microbiota of the human body. 2016. P. 119-142. https://doi.org/10.1007/978-3-319-31248-4_9
  • Chen Y. C., Greenbaum J., Shen H., Deng H. W. Association between gut microbiota and bone health: potential mechanisms and prospective // The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 2017. V. 102. №10. P. 3635-3646. https://doi.org/10.1210/jc.2017-00513
  • McCabe L. R., Parameswaran N. Advances in probiotic regulation of bone and mineral metabolism // Calcified tissue international. 2018. V. 102. №4. P. 480-488. https://doi .org/10.1007/s00223 -018-0403 -7
  • Nilsson A. G., Sundh D., Backhed F., Lorentzon M. Lactobacillus reuteri reduces bone loss in older women with low bone mineral density: a randomized, placebo-controlled, doubleblind, clinical trial // Journal of internal medicine. 2018. V. 284. № 3. P. 307-317. https://doi.org/10.1111/joim.12805
  • Lambert M. N. T., Thybo C. B., Lykkeboe S., Rasmussen L. M., Frette X., Christensen L. P., Jeppesen P. B. Combined bioavailable isoflavones and probiotics improve bone status and estrogen metabolism in postmenopausal osteopenic women: a randomized controlled trial // The American journal of clinical nutrition. 2017. V. 106. №3. P. 909-920. https://doi.org/10.3945/ajcn.117.153353
  • Nordstrom A., Karlsson C., Nyquist F., Olsson T., Nordstrom P., Karlsson M. Bone loss and fracture risk after reduced physical activity // Journal of bone and mineral research. 2005. V. 20. №2. P. 202-207. https://doi.org/10.1359/JBMR.041012
  • Xu J., Lombardi G., Jiao W., Banfi G. Effects of exercise on bone status in female subjects, from young girls to postmenopausal women: an overview of systematic reviews and metaanalyses // Sports Medicine. 2016. V. 46. №8. P. 1165-1182. https://doi.org/10.1007/s40279-016-0494-0
  • Allen J. M., Mailing L. J., Niemiro G. M., Moore R., Cook M. D., White B. A., ... Woods J. A. Exercise alters gut microbiota composition and function in lean and obese humans // Med Sci Sports Exerc. 2018. V. 50. №4. P. 747-57. https://doi.org/10.1249/MSS.0000000000001495
  • Borody T. J., Khoruts A. Fecal microbiota transplantation and emerging applications // Nature reviews Gastroenterology & hepatology. 2012. V. 9. №2. P. 88-96. https://doi.org/10.1038/nrgastro.2011.244
  • Lawson P. A., Citron D. M., Tyrrell K. L., Finegold S. M. Reclassification of clostridium difficile as clostridioides difficile (Hall and O'Toole 1935) Prevot 1938 // Anaerobe. 2016. V. 40. P. 95-99. https://doi.org/10.1016/j.anaerobe.2016.06.008
  • Borody T. J., Eslick G. D., Clancy R. L. Fecal microbiota transplantation as a new therapy: from Clostridioides difficile infection to inflammatory bowel disease, irritable bowel syndrome, and colon cancer // Current opinion in pharmacology. 2019. V. 49. P. 43-51. https://doi.org/10.1016/j.coph.2019.04.017
  • Li S., Mao Y., Zhou F., Yang H., Shi Q., Meng B. Gut microbiome and osteoporosis: a review // Bone & Joint Research. 2020. V. 9. №8. P. 524-530. https://doi.org/10.1302/2046-3758.98.BJR-2020-0089.R1
  • Романчук Н. П. Здоровая микробиота и натуральное функциональное питание: гуморальный и клеточный иммунитет // Бюллетень науки и практики. 2020. Т. 6. №9. С. 127166. https://doi.org/10.33619/2414-2948/58/14
  • Булгакова С. В., Сиротко И. И., Романчук П. И. Остеопороз: 5G технологии и 5П медицина, экономические и медико-социальные парадигмы // Бюллетень науки и практики. 2021. Т. 7. №2. С. 163-178. https://doi.org/10.33619/2414-2948/63/14
Еще
Статья обзорная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp