Влияние диет на состав микрофлоры кишечника и на иммунные процессы в организме человека

Автор: Правосудова Н.А., Марфина О.В., Мельников В.Л.

Журнал: Вестник Пермского университета. Серия: Биология @vestnik-psu-bio

Статья в выпуске: 2, 2024 года.

Бесплатный доступ

Диеты через формирование доминирующего микробного ядра влияют на метаболические процессы в организме, что определяет изменения в иммунном ответе индивидуума. В статье рассмотрено влияние основных диетических режимов на разнообразие и состав микрофлоры кишечника. У веганов и вегетарианцев обнаруживается большее разнообразие видов из группы Bacteroidetes, увеличивается количество молочнокислых бактерий, таких как Ruminococcus, E. rectale и Roseburia, и уменьшается количество видов Clostridium и Enterococcus. Этот тип питания способствует усилению протективных свойств кишечника за счет повышения количества бактерий, активирующих иммунные механизмы. Кетогенная диета увеличивает количество Bacteroides и Akkermansia muciniphila, с уменьшением численности протеобактерий Вifidobacteria, E. rectale, Dialister. Как результат, она меняет баланс про- и противовоспалительных механизмов в кишечнике. Безглютеновая диета вызывает снижение Bifidobacterium, Lactobacillus, Clostridium lituseburense, Faecalibacterium prausnitzii, Veillonellacea, Ruminicoccus bromii, Roseburia и увеличение доли Enterobacteriacea (в том числе Escherichia coli), Victivallaceae, Clostridiaceae и Coriobacteriaceae. Этот тип питания способствует чрезмерному росту условно-патогенных микроорганизмов и ослабляет защиту хозяина от инфекций и хронических воспалений. Диета с низким содержанием короткоцепочечных углеводов (FODMAP) может привести к уменьшению количества бифидо-, пропионибактерий, F. prausnitzii, Akkermansia, Ruminococcus и повышению популяции Clostridiaceae (Peptostreptococcus spp.) и, как результат, снижает активность иммунных механизмов. Западный тип питания приводит к снижению Bifidobacteria, Roseburia, Eubacterium, Ruminococcus, Lactobacillus, Prevotella и увеличению количества Enterobacteria, Alistipes, Bacteroides; за счет изменения состава нормальной микрофлоры увеличивает тенденцию к ожирению и ослаблению защитных свойств. При средиземноморской диете происходит увеличение концентрации F. prausnitzii, Bifidobacterium, Lactobacillus, Ruminococcus, Bacteroides и снижение количества Clostridium, E. coli. Это вызывает уменьшение количества оппортунистических микроорганизмов и активацию иммунных механизмов.

Еще

Микрофлора кишечника, веганская и вегетарианская, кетогенная, безглютеновая, средиземноморская диеты, диета с низким содержанием короткоцепочечных углеводов (fodmap), западный тип питания, иммунные механизмы

Короткий адрес: https://sciup.org/147244922

IDR: 147244922 | DOI: 10.17072/1994-9952-2024-2-190-204

Список литературы Влияние диет на состав микрофлоры кишечника и на иммунные процессы в организме человека

Бухарин О.В. и др. Роль бифидобактерий в формировании иммунного гомеостаза человека // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2015. № 6. С. 98-104.
Габидуллин З.Г. и др. Взаимодействие бактерий семейства Enterobacteriaceae с антигенпрезенти-рующими клетками иммунной системы организма // Медицинский вестник Башкортостана. 2009. Т. 4, № 5. С. 78-86.
Данилова Н.А. и др. Маркеры дисбиоза у пациентов с язвенным колитом и болезнью Крона // Терапевтический архив. 2019. Т. 91, №. 4. С. 13-20.
Ивашкин В.Т., Зольникова О.Ю. Синдром раздраженного кишечника с позиций изменений микро-биоты // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2019. Т. 29, № 1. С. 84-92.
Карпеева Ю.С. и др. Микробиота и болезни человека: возможности диетической коррекции // Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2020. Т. 65, № 5. С. 116-125.
Кожевников А. А. и др. Кишечная микробиота: современные представления о видовом составе, функциях и методах исследования // РМЖ. 2017. Т. 25, № 17. С. 1244-1247.
Оганезова И.А. Кишечная микробиота и иммунитет: иммуномодулирующие эффекты Lactobacillus rhamnosus GG // РМЖ. 2018. Т. 26, № 9. С. 39-44.
Стома И.О. Микробиом в медицине. Руководство для врачей. М: ГЭОТАР-Медиа, 2020. 320 с.
Afzaal M. et al. Human gut microbiota in health and disease: Unveiling the relationship // Frontiers in microbiology. 2022. Vol. 13. P. 999001. DOI: 10.3389/fmicb.2022.999001.
Almeida C. et al. The potential links between human gut microbiota and cardiovascular health and disease-is there a gut-cardiovascular axis? // Gut. 2023. Vol. 24. P. 25. DOI: 10.3389/fgstr.2023.1235126.
Ang Q.Y. et al. Ketogenic diets alter the gut microbiome resulting in decreased intestinal Th17 cells // Cell. 2020. Vol. 181, №. 6. P. 1263-1275.e16. DOI: 10.1016/j.cell.2020.04.027.
Ansaldo E. et al. Akkermansia muciniphila induces intestinal adaptive immune responses during homeostasis // Science. 2019. Vol. 364. P. 1179-1184. DOI: 10.1126/science.aaw7479.
Backhed F. et al. Structural requirements for TLR4-mediated LPS signalling: a biological role for LPS modifications // Microbes and infection. 2003. Vol. 5, № 12. P. 1057-1063. DOI: 10.1016/S1286-4579(03)00207-7.
Balty C. et al. Ruminococcin C, an anti-clostridial sactipeptide produced by a prominent member of the human microbiota Ruminococcus gnavus // Journal of Biological Chemistry. 2019. Vol. 294, № 40. P. 1451214525. DOI: 10.1074/jbc.RA119.009416.
Bonder M.J. et al. The influence of a short-term gluten-free diet on the human gut microbiome // Genome medicine. 2016. Vol. 8. P. 1-11. DOI: 10.1186/s13073-016-0295-y.
Chiumento S. et al. Ruminococcin C, a promising antibiotic produced by a human gut symbiont // Science advances. 2019. Vol. 5, № 9. Art. eaaw9969. DOI: 10.1126/sciadv.aaw9969.
Christensen M.G., Damsgaard J., Fink-Jensen A. Use of ketogenic diets in the treatment of central nervous system diseases: a systematic review // Nordic Journal of Psychiatry. 2021. Vol. 75, №. 1. P. 1-8. DOI: 10.1080/08039488.2020.1795924.
Clemente-Suarez V.J. et al. Global Impacts of Western Diet and Its Effects on Metabolism and Health: A Narrative Review // Nutrients. 2023. Vol. 15, № 12. P. 2749. DOI: 10.3390/ nu15122749.
Cox M.A. et al. Short-chain fatty acids act as antiinflammatory mediators by regulating prostaglandin E(2) and cytokines // World journal of gastroenterology: WJG. 2009. Vol. 15, № 44. P. 5549-5557. DOI: 10.3748/wjg.15.5549.
Crost E.H. et al. Ruminococcus gnavus: friend or foe for human health // FEMS microbiology reviews. 2023. Vol. 47, № 2. Art. fuad014. DOI: 10.1093/femsre/fuad014.
De Filippis F. et al. High-level adherence to a Mediterranean diet beneficially impacts the gut microbiota and associated metabolome // Gut. 2016. Vol. 65, № 11. P. 1812-1821. DOI: 10.1136/gutjnl-2015-309957.
De Palma G. et al. Effects of a gluten-free diet on gut microbiota and immune function in healthy adult human subjects // British journal of nutrition. 2009. Vol. 102, № 8. P. 1154-1160. DOI: 10.1017/S0007114509371767.
Depommier C. et al. Supplementation with Akkermansia muciniphila in overweight and obese human volunteers: a proof-of-concept exploratory study // Nature medicine. 2019. Vol. 25, №. 7. P. 1096-1103. DOI: 10.1038/s41591-019-0495-2.
Donatella P., Aurelio C. Ketogenic diet and gut microbiota // PharmacologyOnLine. Special issue. 2020. Vol. 3. P. 175-181.
Dunn K.A. et al. Early changes in microbial community structure are associated with sustained remission after nutritional treatment of pediatric Crohn's disease // Inflammatory bowel diseases. 2016. Vol. 22, №. 12. P. 2853-2862. DOI: 10.1097/MIB.0000000000000956.
Everard A. et al. Cross-talk between Akkermansia muciniphila and intestinal epithelium controls diet-induced obesity // Proceedings of the national academy of sciences. 2013. Vol. 110, №. 22. P. 9066-9071. DOI: 10.1073/pnas.1219451110.
Gaboriau-Routhiau V. et al. The key role of segmented filamentous bacteria in the coordinated maturation of gut helper T cell responses // Immunity. 2009. Vol. 31, № 4. P. 677-689. DOI: 10.1016/j.immuni.2009.08.020.
Garcia-Mantrana I. et al. Shifts on gut microbiota associated to mediterranean diet adherence and specific dietary intakes on general adult population // Frontiers in microbiology. 2018. Vol. 9. P. 890. DOI: 10.3389/fmicb.2018.00890.
Hiippala K. et al. The Potential of Gut Commensals in Reinforcing Intestinal Barrier Function and Alleviating Inflammation // Nutrients. 2018. Vol. 10, № 8. P. 988. DOI: 10.3390/nu10080988.
Hooper L.V. et al. Molecular analysis of commensal host-microbial relationships in the intestine // Science. 2001. Vol. 291, № 5505. P. 881-884. DOI: 10.1126/science.291.5505.881.
Hosoda S. et al. Revealing the microbial assemblage structure in the human gut microbiome using latent Dirichlet allocation // Microbiome. 2020. Vol. 8, №1. P. 95. DOI: 10.1186/s40168-020-00864-3.
Huuskonen J. et al. Regulation of microglial inflammatory response by sodium butyrate and short-chain fatty acids // British journal of pharmacology. 2004. Vol. 141, № 5. P. 874-880. DOI: 10.1038/sj.bjp.0705682.
Jiang Y. et al. Acetyltransferase from Akkermansia muciniphila blunts colorectal tumourigenesis by reprogramming tumour microenvironment // Gut. 2023. Vol. 72, № 7. P. 1308-1318. DOI: 10.1136/gutjnl-2022-327853.
Johnson J.L., Jones M.B., Cobb B.A. Polysaccharide A from the capsule of Bacteroides fragilis induces clonal CD4+ T cell expansion // Journal of Biological Chemistry. 2015. Vol. 290, № 8. P. 5007-5014. DOI: 10.1074/jbc.M114.621771.
Katiraei S. et al. Akkermansia muciniphila exerts lipid-lowering and immunomodulatory effects without affecting neointima formation in hyperlipidemic APOE*3-Leiden. CETP mice // Molecular nutrition & food research. 2020. Vol. 64, № 15. Art. 1900732. DOI: 10.1002/mnfr.201900732.
Kopp W. How western diet and lifestyle drive the pandemic of obesity and civilization diseases // Diabetes, metabolic syndrome and obesity: targets and therapy. 2019. P. 2221-2236. DOI: 10.2147/DMSO.S216791.
Kosinski C., Jornayvaz F.R. Effects of ketogenic diets on cardiovascular risk factors: evidence from animal and human studies // Nutrients. 2017. Vol. 9, №. 5. P. 517. DOI: 10.3390/nu9050517.
Lecuyer E. et al. Segmented filamentous bacterium uses secondary and tertiary lymphoid tissues to induce gut IgA and specific T helper 17 cell responses // Immunity. 2014. Vol. 40, № 4. P. 608-620. DOI: 10.1016/j.immuni.2014.03.009.
Louis P. et al. Diversity of human colonic butyrate-producing bacteria revealed by analysis of the butyr-yl-CoA: acetate CoA-transferase gene // Environmental microbiology. 2010. Vol. 12, № 2. P. 304-314. DOI: 10.1111/j.1462-2920.2009.02066.x.
Lozano C.P. et al. Associations of the Dietary Inflammatory Index with total adiposity and ectopic fat through the gut microbiota, LPS, and C-reactive protein in the Multiethnic Cohort-Adiposity Phenotype Study // The American Journal of Clinical Nutrition. 2022. Vol. 115, № 5. P. 1344-1356. DOI: 10.1093/ajcn/nqab398.
Lum G.R., Olson C.A., Hsiao E.Y. Emerging roles for the intestinal microbiome in epilepsy // Neurobiology of Disease. 2020. Vol. 135. Art. 104576. DOI: 10.1016/j.nbd.2019.104576.
Martens E.C. et al. Complex glycan catabolism by the human gut microbiota: the Bacteroidetes Sus-like paradigm // Journal of Biological Chemistry. 2009. Vol. 284, № 37. P. 24673-24677. DOI: 10.1074/jbc.R109.022848.
Martinez-Medina M., Garcia-Gil L.J. Escherichia coli in chronic inflammatory bowel diseases: An update on adherent invasive Escherichia coli pathogenicity // World journal of gastrointestinal pathophysiology. 2014. Vol. 5, № 3. P. 213. DOI: 10.4291/wjgp.v5.i3.213.
Merra G. et al. Influence of mediterranean diet on human gut microbiota // Nutrients. 2020. Vol. 13, № 1. P. 7. DOI: 10.3390/nu13010007.
Milani C. et al. The first microbial colonizers of the human gut: composition, activities, and health implications of the infant gut microbiota // Microbiology and molecular biology reviews. 2017. Vol. 81, № 4. P. 10-128. DOI: 10.1128/MMBR.00036-17.
Miquel S. et al. Faecalibacterium prausnitzii and human intestinal health // Current opinion in microbiology. 2013. Vol. 16, № 3. P. 255-261. DOI: 10.1016/j.mib.2013.06.003.
Mitsou E.K. et al. Adherence to the Mediterranean diet is associated with the gut microbiota pattern and gastrointestinal characteristics in an adult population // British Journal of Nutrition. 2017. Vol. 117, № 12. P. 1645-1655. DOI: 10.1017/S0007114517001593.
Moon J. et al. Faecalibacterium prausnitzii alleviates inflammatory arthritis and regulates IL-17 production, short chain fatty acids, and the intestinal microbial flora in experimental mouse model for rheumatoid arthritis // Arthritis Research & Therapy. 2023. Vol. 25, № 1. P. 130. DOI: 10.1186/s13075-023-03118-3.
Neal E.G. et al. A randomized trial of classical and medium-chain triglyceride ketogenic diets in the treatment of childhood epilepsy // Epilepsia. 2009. Vol. 50, № 5. P. 1109-1117. DOI: 10.1111/j.1528-1167.2008.01870.x.
Nilsson N.E. et al. Identification of a free fatty acid receptor, FFA2R, expressed on leukocytes and activated by short-chain fatty acids // Biochemical and biophysical research communications. 2003. Vol. 303, № 4. P. 1047-1052. DOI: 10.1016/s0006-291x(03)00488-1.
Olson C.A. et al. The gut microbiota mediates the anti-seizure effects of the ketogenic diet // Cell. 2018. Vol. 173, № 7. P. 1728-1741.e13. DOI: 10.1016/j.cell.2018.04.027.
Otalora-Otalora B.A. et al. Host transcriptional regulatory genes and microbiome networks crosstalk through immune receptors establishing normal and tumor multiomics metafirm of the oral-gut-lung axis // International Journal of Molecular Sciences. 2023. Vol. 24, № 23. Art. 16638. DOI: 10.3390/ijms242316638.
Paoli A. et al. Ketogenic diet and microbiota: friends or enemies? // Genes. 2019. Vol. 10, № 7. P. 534. DOI: 10.3390/genes10070534.
Piche T. et al. Mast cells and cellularity of the colonic mucosa correlated with fatigue and depression in irritable bowel syndrome // Gut. 2008. Vol. 57, № 4. P. 468-473. DOI: 10.1136/gut.2007.127068.
Rodrigues R.R. et al. Transkingdom interactions between Lactobacilli and hepatic mitochondria attenuate western diet-induced diabetes // Nat. Commun. 2021. Vol. 12. P. 101. DOI: 10.1038/s41467-020-20313-x.
Routy B. et al. Gut microbiome influences efficacy of PD-1-based immunotherapy against epithelial tumors // Science. 2018. Vol. 359, № 6371. P. 91-97. DOI: 10.1126/science.aan3706.
Säemann M.D. et al. Anti-inflammatory effects of sodium butyrate on human monocytes: potent inhibition of IL-12 and up-regulation of IL-10 production // The FASEB Journal. 2000. Vol. 14, № 15. P. 2380-2382. DOI: 10.1096/fj.00-0359fje.
Sakkas H. et al. Nutritional status and the influence of the vegan diet on the gut microbiota and human health // Medicina. 2020. Vol. 56, № 2. P. 88. DOI: 10.3390/medicina56020088.
Sanz Y. Effects of a gluten-free diet on gut microbiota and immune function in healthy adult humans // Gut Microbes. 2010. Vol. 1, № 3. P. 135-137. DOI: 10.4161/gmic.1.3.11868.
Shen Z. et al. Insights into Roseburia intestinalis which alleviates experimental colitis pathology by inducing anti-inflammatory responses // Journal of gastroenterology and hepatology. 2018. Vol. 33, № 10. P. 1751-1760. DOI: 10.1111/jgh.14144.
Shi N. et al. Interaction between the gut microbiome and mucosal immune system // Military Medical Research. 2017. Vol. 4. P. 1-7. DOI: 10.1186/s40779-017-0122-9.
Shin N.R. et al. An increase in the Akkermansia spp. population induced by metformin treatment improves glucose homeostasis in diet-induced obese mice // Gut. 2014. Vol. 63, № 5. P. 727-735. DOI: 10.1136/gutjnl-2012-303839.
Singh R.K. et al. Influence of diet on the gut microbiome and implications for human health // Journal of translational medicine. 2017. Vol. 15, № 1. P. 1-17. DOI: 10.1186/s12967-017-1175-y.
Smith P.M. et al. The microbial metabolites, short-chain fatty acids, regulate colonic Treg cell homeostasis // Science. 2013. Vol. 341, № 6145. P. 569-573. DOI: 10.1126/science.1241165.
Sokol H. et al. Faecalibacterium prausnitzii is an anti-inflammatory commensal bacterium identified by gut microbiota analysis of Crohn disease patients // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2008. Vol. 105, № 43. P. 16731-16736. DOI: 10.1073/pnas.0804812105.
Staudacher H.M., Whelan K. The low FODMAP diet: recent advances in understanding its mechanisms and efficacy in IBS // Gut. 2017. Vol. 66, № 8. P. 1517-1527. DOI: 10.1136/gutjnl -2017-313750.
Tamanai-Shacoori Z. et al. Roseburia spp.: a marker of health? // Future microbiology. 2017. Vol. 12, № 2. P. 157-170. DOI: 10.2217/fmb-2016-0130.
Tedelind S. et al. Anti-inflammatory properties of the short-chain fatty acids acetate and propionate: a study with relevance to inflammatory bowel disease // World journal of gastroenterology: WJG. 2007. Vol. 13, № 20. Art. 2826. DOI: 10.3748/wjg.v13.i20.2826.
Thananimit S., Pahumunto N., Teanpaisan R. Characterization of short chain fatty acids produced by selected potential probiotic Lactobacillus strains // Biomolecules. 2022. Vol. 12, № 12. P. 1829. DOI: 10.3390/biom12121829.
Tomova A. et al. The effects of vegetarian and vegan diets on gut microbiota // Frontiers in nutrition. 2019. Vol. 6. P. 47. DOI: 10.3389/fnut.2019.00047.
Vinolo M.A. et al. SCFAs induce mouse neutrophil chemotaxis through the GPR43 receptor // PloS one. 2011a. Vol. 6, № 6. Art. e21205. DOI: 10.1371/journal.pone.0021205.
Vinolo M.A. et al. Suppressive effect of short-chain fatty acids on production of proinflammatory mediators by neutrophils // The Journal of nutritional biochemistry. 2011b. Vol. 22, № 9. P. 849-855. DOI: 10.1016/j.jnutbio.2010.07.009.
Vinolo M.A. et al. Regulation of inflammation by short chain fatty acids // Nutrients. 2011c. Vol. 3, № 10. P. 858-876. DOI: 10.3390/nu3100858.
Walker C.R. et al. Intestinal intraepithelial lymphocyte-enterocyte crosstalk regulates production of bactericidal angiogenin 4 by Paneth cells upon microbial challenge // PLoS One. 2013. Vol. 8, № 12. Art. e84553. DOI: 10.1371/journal.pone.0084553.
Wrzosek L. et al. Bacteroides thetaiotaomicron and Faecalibacterium prausnitzii influence the production of mucus glycans and the development of goblet cells in the colonic epithelium of a gnotobiotic model rodent // BMC biology. 2013. Vol. 11, № 61. P. 1-13. DOI: 10.1186/1741-7007-11-61.
Xie G. et al. Ketogenic diet poses a significant effect on imbalanced gut microbiota in infants with refractory epilepsy // World Journal of Gastroenterology. 2017. Vol. 23, № 33. P. 6164-6171. DOI: 10.3748/wjg.v23.i33.6164.
Yan H. et al. Gut microbiome alterations in patients with visceral obesity based on quantitative computed tomography // Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2022. Vol. 11. Art. 823262. DOI: 10.3389/fcimb.2021.823262.
Zafar H., Saier Jr M. H. Gut Bacteroides species in health and disease // Gut microbes. 2021. Vol. 13, № 1. Art. 1848158. DOI: 10.1080/19490976.2020.1848158.
Zhai R. et al. Strain-specific anti-inflammatory properties of two Akkermansia muciniphila strains on chronic colitis in mice // Frontiers in cellular and infection microbiology. 2019. Vol. 9. P. 239. DOI: 10.3389/fcimb.2019.00239.
Zhu C. et al. Roseburia intestinalis inhibits interleukin-17 excretion and promotes regulatory T cells differentiation in colitis // Molecular medicine reports. 2018. Vol. 17, № 6. P. 7567-7574. DOI: 10.3892/mmr.2018.8833.

Еще

Статья обзорная