Исследования показали, что статины, снижающие уровень холестерина, изменяют микробиом кишечника, вызывают хроническое метаболическое воспаление и нарушают гликемический гомеостаз. В этом исследовании мы стремились выяснить, может ли влияние аторвастатина (Атор) на микробиом кишечника и метаболическое воспаление быть причинно-следственной корреляцией. Мышей в возрасте 8 недель кормили диетой с высоким содержанием жиров (HFD) или HFD с Ator (HFD+Ator) в течение 16 недель. Секвенирование 16S рРНК стула и секвенирование РНК ткани толстой кишки были использованы для анализа изменений кишечника, которые могли быть вызваны Атором. Линию клеток карциномы толстой кишки человека (Caco 2 ) использовали для экспериментов in vitro по изучению барьерной функции. По сравнению с HFD, HFD+Ator вызывал большее увеличение веса, нарушал толерантность к глюкозе и приводил к дисбактериозу кишечной микробиоты, например, подавлению Akkermansia muciniphila у мышей. Экспрессия белков плотных контактов (TJ) была ослаблена в толстой кишке, а уровень сывороточного белка, связывающего ЛПС (LBP), был повышен у мышей HFD + Ator, чтобы транскрипционно активировать связывание гена ядерного фактора-k кишечника ( NF-κB) сигнальный путь. Соответственно, Ator нарушал барьерную функцию Caco 2 , и обработка супернатанта культуры A. Muciniphila могла снижать проницаемость кишечника и восстанавливать ослабленную экспрессию белков TJ, индуцированную Ator. В заключение, долгосрочное использование Атора с HFD может изменить микробиоту кишечника, вызвать дисфункцию кишечного барьера и, следовательно, способствовать хроническому воспалению, которое способствует нарушению гликемического гомеостаза.

…растущее число исследований, основанных на долгосрочных когортах с большими популяциями, показывает, что использование статинов увеличивает риск впервые возникшего сахарного диабета 2 типа (СД2) дозозависимым образом (Rajpathak et al., 2009; Sattar et al . ., 2010 ; Preiss et al., 2011 ; Cederberg et al., 2015 ). Исследования показали, что аторвастатин (Ator), а также другие статины могут ухудшать толерантность к глюкозе и способствовать развитию диабета за счет увеличения гликогенеза в печени ( Wang et al., 2015 ), задержки клиренса глюкозы ( Cheng et al., 2015 ), индуцирования митохондриальной дисфункции. ( Urno et al., 2017 ), воспалению адипоцитов ( Henriksbo et al., 2019 ) и ингибированию потемнения адипоцитов ( Balaz et al., 2019 ), а также умеренному снижению функциональной массы β-клеток за счет нарушения мевалонатного пути ингибирования Передача сигналов mTOR ( Shen et al., 2020 ).

Микробиота кишечника, как одна из наиболее привлекательных областей микробиологии, медицины и геномики в последние годы, тесно связана с множеством заболеваний, включая атеросклероз и СД2 ( Larsen et al., 2010 ). Исследования на животных и людях показали, что использование статинов глубоко изменяет профиль микробиоты кишечника.

…

Обсуждение

В настоящем исследовании 16-недельное лечение Атором увеличивало массу тела и ухудшало толерантность к глюкозе у мышей HFD. Мы обнаружили, что Атор нарушал симбиоз кишечного микробиома, который характеризовался увеличением количества Oscillibacter и уменьшением количества Akkermansia . Транскрипционная активация сигнального пути NF-κB и снижение уровня белков TJ в эпителии толстой кишки у мышей HFD+Ator показали способность Ator вызывать изменение микробиоты кишечника, способствовать воспалению и нарушать барьерную функцию. Эксперимент in vitro с использованием клеточной линии Caco 2 дополнительно подтвердил прямое негативное влияние Ator на барьерную функцию и белки TJ, которое можно было устранить добавлением супернатанта штамма Akk (ATCC BAA-835). Таким образом, наши результаты показывают, что аномальная гликемия после длительного лечения Атором может быть частично опосредована его влиянием на кишечник, включая изменение микробиоты кишечника и нарушение барьерной функции кишечника, что способствует хроническому воспалению. Микробиота кишечника может служить потенциальной мишенью терапии этого побочного эффекта статинов.Рисунок 5).

РИСУНОК 5

Схема влияния Атора на изменение микробиоты кишечника, нарушение барьерной функции и индуцирование воспаления толстой кишки.

В последние годы важная роль кишечника в патогенезе и терапии СД2 широко признана и тщательно исследована ( Larsen et al., 2010 ; Tilg and Moschen, 2014 ; Tilg et al., 2020 ; Yang et al., 2021 ). . Среди обнаруженных многочисленных потенциальных механизмов повышенная кишечная проницаемость, вызывающая метаболическую эндотоксемию и резистентность к инсулину, получила широкое признание ( Cani et al., 2007 , 2008 ; Tilg et al., 2020 ; Zhao et al., 2020 ; Ян и др., 2021 ). Повышенная кишечная проницаемость проявляется нарушением барьерной функции кишечника, которая состоит в основном из механических (слизь, ТС, эпителиальный слой), гуморальных (дефенсины, IgA) и иммунологических элементов (лимфоциты, клетки врожденного иммунитета) и представляет собой интерфейс между кишечными микробами и клетками хозяина. Оба ключевых белка TJ Occludin и Claudin1 ( Lee, 2015 ; Blander, 2016 ) ингибировались Ator, что указывает на то, что длительное лечение Ator с помощью HFD может напрямую вмешиваться в нормальную барьерную функцию. Механизм, лежащий в основе регуляции Ator белков TJ, требует дальнейшего изучения; похоже, это не было на уровне транскрипции, как предполагают наши данные. Следует отметить, что анализ обогащения пути KEGG показал, что гены, регулирующие выработку IgA, процессинг и презентацию антигена, также были изменены Атором, что позволяет предположить, что лечение Атором также может влиять на иммунный барьер кишечника, что ожидает дальнейшего исследования.

В соответствии с нарушением барьерной функции кишечника мы обнаружили, что LBP в сыворотке был повышен, а сигнальный путь NF-κB толстой кишки транскрипционно активировался под действием Атора, что указывает на индукцию хронического воспаления. Транскриптом островков поджелудочной железы мышей, получивших аналогичное лечение Ator, также показал активацию передачи сигналов NF-κB и усиление метаболического воспаления ( Shen et al., 2020 ). Хотя о противовоспалительном действии статинов сообщалось при черепно-мозговой травме, повреждении почек, вызванном HFD, эндотелиальной дисфункции, а также сердечной и жировой ткани ( Golia et al., 2014 ; Xu et al., 2017 ; Yamada et al., 2017 ; da Silva et al., 2018 ; Pengrattanachot et al., 2020 ), сообщалось, что статины могут вызывать резистентность к инсулину посредством активации воспалительных сом каспазы-1/IL-1β в жировой ткани ( Henriksbo et al., 2019 ). и Атор может вызывать токсичность для печени у крыс с диабетом, способствуя возникновению воспаления ( Zeng and Liu, 2019 ). Более того, мы не обнаружили, что Ator может напрямую изменять сигнальный путь NF-κB в клетках Caco 2 . Таким образом, мы предположили, что длительное лечение Атором с помощью HFD может вызвать «дырявую кишку» и повысить уровень ЛПС в крови, что способствует хроническому метаболическому воспалению низкого уровня и может лежать в основе диабетогенного эффекта Атора.

Существует несколько исследований на животных или когортах, в которых наблюдалось, что статины могут изменять профиль микробиоты кишечника ( Dias et al., 2020 ; Kummen et al., 2020 ; Hu et al., 2021 ), хотя и без единого вывода о индуцированном микробиоме кишечника статинами. Следует отметить, что исследование показало, что статины снижают выработку бутирата ( Caparros-Martin et al., 2017 ), что подразумевает возможность снижения барьерной функции кишечника ( Chen et al., 2018 ). В нашем исследовании основные изменения микробиоты кишечника, вызванные лечением Атором, были аналогичны изменениям при метаболических заболеваниях, таких как диабет и ожирение, которые могут влиять на барьерную функцию кишечника или способствовать метаболическому воспалению (Olson et al., 2018; Wang et al . ., 2019 ; Reitmeier et al., 2020 ), включая снижение количества Akkermansia , Parabacteroides и Rikenella , а также рост продуцентов ЛПС, таких как Oscillibacter . Комменсал Akk , хотя и питается муцином, механическим барьером кишечника ( Arumugam et al., 2011 ), в противном случае может укреплять барьер посредством секреции SCFA ( Lukovac et al., 2014 ; Brandsma et al., 2019 ) и внеклеточных везикул (AmEVs). ) ( Челаккот и др., 2018 ). Наше исследование показало, что Akk подавлялся у мышей HFD+Ator и в культуре in vitro , обработанных Ator. Более того, культуральный супернатант Akk мог бы восстановить нарушенную барьерную функцию Caco 2 , вызванную лечением Ator. Следовательно, мы подумали, что Akk может служить важной мишенью для Ator в микробиоте кишечника, опосредуя его негативное влияние на кишечный барьер и хроническое воспаление метаболизма.

В нашем исследовании есть некоторые ограничения. Во-первых, хотя мы думали, что дефицит барьерной функции в толстой кишке при лечении Атором может вызвать повышение LBP и активацию сигнального пути NF-κB, вероятность того, что повышенное количество ЛПС, продуцируемое кишечной микробиотой, также может способствовать нарушению барьерной функции кишечника, может не быть исключенным. Во-вторых, в наших экспериментах не участвовали другие штаммы Akk , в частности штаммы от подопытных мышей. В-третьих, мы не проверяли потенциальные риски пробиотиков ( Дорон и Снидман, 2015 ), включая системные инфекции, чрезмерную иммунную стимуляцию или перенос генов ( Драго, 2019 ). Будущие исследования нескольких штаммов Akk, несомненно, потребуются для достаточной оценки эффективности и безопасности, прежде чем использовать Akk в качестве пробиотика от лабораторного до медицинского применения.

Заключение

В заключение, наше исследование показало, что Атор может изменять симбиоз кишечной микробиоты и вызывать дисфункцию кишечного барьера, что может способствовать хроническому метаболическому воспалению и частично опосредовать диабетогенный эффект Атора. Комменсальный Akk , находящийся в кишечнике, может служить потенциальной мишенью для предотвращения или лечения гипергликемии, вызванной статинами.