Uvod

Sastav crijevnih bakterija razlikuje se u pretilih i mršavih, i kod ljudi i kod životinja, a mogu ga mijenjati različiti čimbenici. Postoji više potencijalnih mehanizama kojima promjena sastava crijevne mikrobiote dovodi do pretilosti, a crijevne bakterije postale su potencijalni terapijski cilj u liječenju pretilosti. Najveći broj istraživanja usmjeren je na ulogu prebiotika i probiotika u manipulaciji sastavom crijevnih mikroorganizama, a novija istraživanja sve više ističu učinak različitih dijeta i tjelesne aktivnosti na sastav crijevne mikrobiote. Mikroorganizmi u probavnom sustavu imaju važnu ulogu u apsorpciji hranjivih tvari, održavanju energijske ravnoteže te tako pridonose razvoju pretilosti i metaboličkih poremećaja. Međutim, potrebna su dodatna istraživanja koja će razjasniti međudjelovanja spomenutih čimbenika, crijevne mikrobiote i metabolizma domaćina.

Crijevna mikrobiota i pretilost

Crijevna mikrobiota odrasle osobe sastoji se od 10 do 100 trilijuna mikroorganizama, što je deset puta više od ukupnog broja somatskih stanica. Nadalje, genski materijal crijevne mikrobiote obuhvaća od 100 do 150 puta više gena u odnosu na genom čovjeka. Unos hrane, osim što osigurava unos energije, makronutrijenata i mikronutrijenata, izlaže organizam kontaktu s potencijalno štetnim tvarima i patogenim organizmima koji, s velikom količinom bezopasnih antigena, „nadzire” crijevni imunosni sustav. Crijevna mikrobiota evoluirala je istodobno s evolucijom čovjeka i smatra se da ima znatne učinke na različite funkcije i sustave domaćina kojeg nastanjuje. Interakcija je ipak u pravilu dvosmjerna, što pruža osnovu za moguće preventivne, ali i terapijske intervencije.

S obzirom na to da se većina crijevnih mikroorganizama teško kultivira na klasičnim podlogama, danas se primjenjuju mnogobrojne napredne tehnologije koje uključuju izravnu analizu gena. Molekularne tehnike dovele su do spoznaja da mikroorganizmi prisutni u probavnom traktu pripadaju gram-pozitivnim koljenima Firmicutes i Acinetobacteria i gram-negativnom koljenu Bacteroidetes. Rane spoznaje povezivale su debljinu sa smanjenim udjelima bakterija Bacteroidetes prema bakterijama Firmicutes. Međutim danas se nagađa kako za pretilost nije važan samo omjer bakterija Firmicutes i Bacteriodetes nego se naglasak stavlja na promijenjeni udio Actinobacteria u pretilih osoba. Također, objavljeni su radovi koji pokazuju da određeni prebiotici i probiotici mogu modulirati metaboličke puteve domaćina kod manifestirane debljine i poremećaja povezanih s pretilošću.

Backhed i suradnici prvi su uputili na ulogu crijevne mikrobiote u regulaciji energijske ravnoteže domaćina. Uočili su da laboratorijski miševi sterilnoga crijeva (uzgojeni bez prisutnosti mikroorganizama) imaju 40 % manje ukupne masti u tijelu u usporedbi s miševima koji su imali normalnu crijevnu mikrofloru, iako su potonji unosili 30 % manje kalorija nego miševi sa sterilnim crijevom. Inokulacija miševa sa sterilnim crijevom crijevnom mikrobiotom izoliranom iz debeloga crijeva „normalnih” miševa vodila je šezdesetpostotnom povećanju udjela tjelesne masti i pojavi inzulinske rezistencije nakon dva tjedna, bez obzira na znatno manji unos hrane. Studije na „sterilnim” i „normalnim” miševima pokazale su da mikrobiota potiče apsorpciju monosaharida iz lumena crijeva, što rezultira stimulacijom stvaranja masti u jetri.

Rezultati studija provedenih na ljudima u pravilu su u skladu s rezultatima dobivenim na životinjskim modelima. Primjerice, dvanaest pretilih ispitanika u jednoj studiji imalo je niži udio bakterija Bacteroidetes i viši Firmicutes u distalnom dijelu crijeva u usporedbi s kontrolnom skupinom koja je imala poželjnu tjelesnu masu. Kod slučajno odabranih ispitanika (randomizirano ispitivanje) koji su bili na dijeti s niskim udjelom ugljikohidrata ili s niskim udjelom masti 52 tjedna, udio bakterija Bacteroidetes s vremenom se povećavao.

Predloženo je više mehanizama kojima bi se mogla objasniti povezanost mikrobiote i pretilosti. Primjerice, određen sastav mikrobiote može pospješiti oslobađanje energije iz neprobavljivih polisaharida unesenih hranom. Nadalje, lipopolisaharidi koje oslobađa mikrobiota mogu potaknuti kronične supkliničke upalne procese koji pogoduju nastanku debljine i dijabetesa. Još jedan mehanizam putem kojeg mikrobiota može pridonijeti debljini jest regulacija gena domaćina koji su odgovorni za pohranu i potrošnju energije.

Određeni probiotici, prebiotici i njihovi metaboliti pokazali su blagotvorne učinke u metabolizmu lipida i glukoze, proizvodnji peptida sitosti te razini upale koja je povezana s pretilošću i metaboličkim poremećajima. Stoga je izvjesno da crijevna mikrobiota može biti potencijalna meta za prehrambene i farmakološke manipulacije u terapiji pretilosti, ali potrebno je još dokaza o konkretnom djelovanju.

Mehanizmi djelovanja crijevnih mikroorganizama na energijsku ravnotežu

U posljednjih nekoliko godina velik broj istraživanja nastoji objasniti mehanizme kojima crijevni mikroorganizmi utječu na metaboličke procese u organizmu domaćina. Naime, poznato je da se metaboliti polisaharida, prije svega monosaharidi i kratkolančane kiseline, proizvode djelovanjem crijevnih mikroorganizama hidrolizom i fermentacijom. Ti se metaboliti apsorbiraju i služe kao izvor energije domaćinu. Fermentacija koja se zbiva pomoću crijevnih bakterija rezultira proizvodnjom kratkolančanih masnih kiselina (engl. short chain fatty acids, SCFA). Istraživanja su pokazala da je količina proizvedenih SCFA veća kod osoba s prekomjernom tjelesnom masom i pretilih. SCFA stupaju u interakciju s G-protein-vezanim receptorima (engl. G protein-coupled receptors, GPCRs) poput GPR41, GPR43 i GPR109A, što modulira crijevnu pokretljivost i imunost domaćina. SCFA (acetat, propionat, butirat i L-laktat), osim što su metabolički supstrati, vezanjem za specifične receptore (FFAR3 i FFAR2) dovode do sekrecije peptida YY (PYY) koji usporava vrijeme prolaska crijevnog sadržaja, što rezultira povećanom apsorpcijom nutrijenata i/ili razvojem masnog tkiva.

Osim povećanog iskorištavanja nutrijenata unesenih u probavni sustav, dokazana je i povezanost između sastava crijevne mikrobiote i supkliničke upale povezane s pretilošću. Bakterijski liposaharid (LPS) komponenta je stijenke gram-negativnih bakterija koja se sastoji od lipida i polisaharida. Endogeni LPS nastao kao posljedica raspada gram-negativnih bakterija apsorbira se u kapilare crijeva putem TLR4 receptora (engl. toll-like-receptor-4). Povezivanje LPS i TLR4 receptora potiče kaskadu upalnih zbivanja, odnosno dolazi do sekrecije proupalnih citokina kao što su IL-6 i TNF-α. LPS koji se transportira u druga tkiva hilomikronima iz hrane bogate mastima dovodi do proizvodnje proupalnih citokina te potiče stanje koje nazivamo „metaboličkom endotoksemijom”. U miševa indukcija endotoksemije infuzijom LPS-a dovodi do povećanja glikemije natašte, inzulinemije, količine triglicerida u jetri i tjelesne mase. Jednak učinak postignut je i kod miševa koji su hranjeni dijetom bogatom mastima.

Također, crijevna mikrobiota sudjeluje u fiziološkim procesima i pokretljivosti probavne cijevi te u probavi polisaharida, što izravno utječe na energijsku raspoloživost u domaćina. Crijevna mikrobiota inhibira FIAF (engl. fasting-induced adipose factor) u crijevima i proteinsku kinazu aktiviranu adenozin-monofosfatom (engl. AMP-activated protein kinase, AMPK) u pojedinim organima poput mozga i mišića, što nakraju rezultira povećanom akumulacijom masnog tkiva.

FIAF je inhibitor lipoprotein lipaze (LPL), enzima koji hidrolizira trigliceride i stimulira njihovu pohranu u adipocitima. AMPK je enzim koji stimulira oksidaciju masnih kiselina, ketogenezu, preuzimanje glukoze i sekreciju inzulina, a inhibira sintezu kolesterola, lipogenezu i sintezu triglicerida. Istraživanje Backheda i suradnika pokazalo je da je kod miševa bez crijevne mikrobiote povećana ekspresija navedenog enzima, zbog čega su rezistentni na razvoj dijetom inducirane pretilosti.

Taloženje masti može biti rezultat utjecaja crijevne mikrobiote, uz regulaciju putem farnezoid X-receptora (engl. farnesoid X receptor, FXR), receptora žučnih kiselina odgovornog za regulaciju sinteze žučnih kiselina te akumulaciju triglicerida u jetri. Crijevna mikrobiota konvertira kolin u trimetilamin, čime utječe na bioraspoloživost kolina u domaćina te neizravno utječe na proizvodnju fostatidilkolina te jetreni transport triglicerida putem lipoproteina niske gustoće (engl. very-low-density lipoproteins, VLDLs).

Endokanabioidni sustav (eCB) kompleks je sazdan od bioaktivnih lipida, enzima i različitih tipova receptora. Nekoliko studija potvrdilo je da eCB sustav ima ključnu ulogu u regulaciji energijske homeostaze te u kontroli metabolizma lipida i glukoze na više razina. Crijevna mikrobiota određuje fiziologiju adipoznog tkiva putem LPS – eCB sustava te može imati kritičnu funkciju u plastičnosti adipoznog tkiva kod pretilih osoba.

Uzevši u obzir navedene spoznaje, možemo zaključiti kako mikroorganizmi u crijevu putem mnogobrojnih mehanizama utječu na raspoloživost nutrijenata, pohranu energije, razvoj masnog tkiva i upale u domaćina, što na kraju dovodi do razvoja pretilog fenotipa.