Tarmbakterier och gener samverkar för att forma risken för fetma, granskning avslöjar dolda länkar

Tarmbakterier och gener samverkar för att forma risken för fetma, granskning avslöjar dolda länkar

En ny vetenskaplig översikt visar hur tarmmikrober kan överföras från mor till barn.

Inverkan av tarmmikrobiota på BMI genom hypotalamisk kontroll av aptit och metabolism och mekanismer som ligger till grund för de transgenerationella effekterna av tarmmikrobiota på ärftligheten av BMI.

I en studie som nyligen publicerats i tidskriftenNäringsämnenForskare i Tyskland och Storbritannien undersökte ärftligheten av body mass index (BMI).

Fetma är en stor folkhälsokris och en icke-smittsam global pandemi. Fetmaprevalensen överstiger 890 miljoner världen över, med övervikt som drabbar 2,5 miljarder vuxna. Dessutom finns det mer än 50 tillstånd associerade med fetma, såsom högt blodtryck, typ 2-diabetes, obstruktiv sömnapné, fettleversjukdom, dyslipidemi och polycystiskt ovariesyndrom.

Patogenesen av fetma är komplex och dåligt definierad, vilket involverar ett samspel mellan adesogen miljö och genetisk arkitektur. Den allmänna förståelsen för utvecklingen av fetma är höljd i myter och missuppfattningar. Den aktuella studien förklarade att fetma har en betydande genetisk komponent och betonade ärftligheten av BMI. Granskningen förespråkar också för större offentlig utbildning och medkänsla för att minska fetmastigma och erkänna de multifaktoriella biologiska och miljömässiga drivkrafterna.

BMI ärftlighet

Tvillingstudier ger några av de bästa bevisen för ärftligheten av BMI. En kinesisk studie av 1 421 tvillingpar uppskattade BMI-ärftligheten till 72 % och fann att ärftligheten av kardiometaboliska egenskaper och BMI minskade med åldern och miljöfaktorer spelade en större roll än genetik hos äldre individer. I en israelisk studie var ärftligheten mellan genomsnittligt BMI för föräldrar och avkomma 39 %.

Dessa studier indikerar att BMI, och implicit fetma, har hög ärftlighet, med en total ärftlighet uppskattad till 40 % till 50 %. Ändå observerades skillnader i BMI-ärftlighet av BMI-undergrupp. BMI ärftlighet är cirka 30 % för personer med normal vikt och 60 % till 80 % för personer med fetma. Genomomfattande associationsstudier (GWAS) för fetma har avslöjat över 1 000 varianter som påverkar BMI, med de flesta alleler som bara bidrar med några gram till kroppsvikten.

Fetmaformade alleler har en större effekt hos personer som är benägna att få fetma eller viktökning, men har en minimal effekt hos personer med normalvikt. Således varierar penetreringen av alleler som påverkar BMI beroende på BMI. Noterbart är det en brist på orsaksförståelse för de flesta GWAS-identifierade BMI-påverkande loci. Även när man kombinerar tusentals genetiska varianter förklarar polygena riskpoäng bara cirka 8 % av BMI-variationen, vilket indikerar att de flesta förblir ärftliga ("missing heritability"). Men genvarianter som påverkar kroppsmassan uttrycks främst i det centrala nervsystemet, särskilt i hypotalamiska centra för aptit och metabol kontroll. Granskningen belyser att gen-miljö-interaktioner kan förstärka genetisk risk och att komplexiteten hos dessa faktorer bidrar till utmaningarna med att identifiera källorna till saknad ärftlighet.

Tarmmikrobiom och central metabolism och aptitkontroll

Tarmmikrobiotan och dess metaboliska biprodukter kommunicerar med hjärnan genom direkta och indirekta mekanismer. Tarmmikrobiomet formar tendensen att gå upp i vikt och BMI via central metabolisk och aptitlig kontroll. Tarmmikrobiomets sammansättning korrelerar med kroppsvikten, med överviktiga och magra individer som har olika sammansättning. Kost- och livsstilsfaktorer påverkar också sammansättningen av tarmmikrobiomet.

Tarmmikrobiomet påverkar hypotalamisk kontroll av metabolism och aptit genom effekter på moduleringen av hormonella signaler från enteroendokrina celler i tarmväggen. Vissa av dessa effekter uppstår från metaboliska biprodukter från tarmmikrobiotan, såsom kortkedjiga fettsyror (SCFA). En studie fann att SCFA stimulerade G-proteinkopplad receptor 41 (GPR41), vilket ökade utsöndringen av peptid YY (PYY), ett inkretinliknande aptitdämpande hormon.

SCFA stimulerar också GPR43 för att komplettera effekterna på GPR41, vilket leder till glukagonliknande peptid 1 (GLP-1) utsöndring, vilket inducerar mättnad och stöder aptitkontroll. SCFAs kan på ett meningsfullt sätt påverka hypotalamisk kontroll av metabolism och aptit via direkta centrala och indirekta effekter och representera ett biologiskt bidrag till BMI, även om de exakta effekterna och fördelarna med alla SCFAs och deras interaktion fortfarande är områden för aktiv undersökning. Granskningen noterar att även om djurstudier ger viktiga insikter, dyker det fortfarande upp direkta orsaksbevis för dessa mikrobiom-hjärna-BMI-kopplingar hos människor, och resultaten kan variera mellan olika typer av fiber och metabola resultat.

Tarmmikrobiotan kan också påverka signalsubstanser och neuroreceptormottaglighet i hjärnan. En gnagarstudie fann att kronisk konsumtion av Lactobacillus rhamnosus orsakade förändringar i uttrycket av gamma-aminosmörsyra (GABA) receptorer, som i sin tur var förknippade med minskad ångest och depressivt liknande beteenden.

Dessutom stöder frånvaron av sådana effekter hos vagotomiserade möss en viktig roll för vagusnerven i att förmedla signaler mellan hjärnan och tarmmikrobiotan. Vagusnerven förbinder tarmmikrobiotan till levern och kommunicerar med hypotalamus för att kontrollera matningsbeteende, aptit och ämnesomsättning. Dessa neurohumorala effekter och neurotransmittoreffekter har dock visats huvudsakligen i djurmodeller och extrapolering till människor bör göras med försiktighet.

Tarmmikrobiom ärftlighet

Tarmmikrobiomet kan bara bidra till BMI-ärftlighet om det är i sig ärftligt. Kejsarsnitt (c) snitt eliminerar neonatal kontakt med moderns mikrober under förlossningen; Därför är den nyfödda tarmmikrobiotan härledd från miljömässig hållbarhet. Under vaginal förlossning och även genom amning via enteromammarvägen, exponeras nyfödda för moderns mikrobiomet. En systematisk genomgång fann att vaginal förlossning resulterade i bättre kolonisationsmönster och övergripande mångfald av tarmmikrobiota för barn jämfört med kejsarsnitt.

Vaginal förlossning och amning möjliggör också överföring av moderns tarmmikrobiota till avkomman, vilket stöder ärftligheten hos tarmmikrobiotan. Mikrober härrörande från modern koloniserar spädbarnets tarm med vaginal förlossning eller amning, medan icke-moderna mikrober vanligtvis är övergående. Persistens hos moderns mikrober tyder på kompatibilitet mellan spädbarns- och moderns tarmmikrober, som kan vara genetiskt medierade. Även om det inte är strikt en biologiskt ärftlig mekanism på samma sätt som genetisk överföring, noterar forskningsartikeln att delade matmiljöer och kostvanor inom familjer (en miljöpåverkan) kan bidra till likheter i tarmmikrobiota bland familjemedlemmar genom att forma mikrobiell sammansättning genom vanliga kostinterventioner. Granskningen skiljer mellan dessa miljöeffekter och sann biologisk ärftlighet, vilket visar att båda bidrar till familjära mönster i tarmmikrobiota och BMI.

Avslutande kommentarer

Sammantaget är BMI mycket ärftligt, men GWASS har bara identifierat en liten del av denna ärftlighet. Med tanke på att ärftlighet involverar en nedärvd biologisk egenskap, är det nödvändigt att söka i det mänskliga genomet för att avslöja en del av den saknade ärftligheten. Tarmmikrobiomet bidrar sannolikt till ärftligheten av BMI genom dess inverkan på metabolisk och aptitlig kontroll och tarmmikrobiomets överföringsbarhet över moderns-avkommor. Det är dock viktigt att notera att den ursprungliga uppsatsen erkänner att mycket av de nuvarande bevisen för effekterna av tarmmikrobiotan på aptitkontroll kommer i första hand från gnagarstudier, och hypotesen är till stor del baserad på observationsdata från mänskliga studier, som för närvarande saknar heltäckande validering från stora mänskliga interventionsförsök. Detta understryker behovet av ytterligare mänskliga studier och försiktighet vid extrapolering av resultat. Granskningen förespråkar också en bredare folkhälsosyn som främjar bättre förståelse och minskar stigmatisering. Den rekommenderar att alla individer, inte bara kvinnor i reproduktiv ålder, strävar efter att optimera sin tarmmikrobiom genom en mångsidig, växtbaserad, fiberrik kost.

Med tanke på tarmens mikrobiom ärftlighet, åtminstone i samband med vaginal förlossning och/eller amning, bör kvinnor i reproduktiv ålder optimera sin tarmmikrobiom under prenatal, prenatal och postnatal period, kanske genom dieter rik på olika icke-fermenterade vegetabiliska livsmedel och specifika fermenterade livsmedel som har föreslagits. Förbättrad allmän förståelse för patogenesen av fetma och BMI ärvs till stor del genom genetik, och tarmmikrobiomet kan främja en kulturell förändring i samhällets attityder till överviktiga människor.

Källor: