さまざまな腸内微生物群集が定着したマウスのアテローム性動脈硬化に対する食物繊維の種類の影響を分析する

npj Biofilms and Microbiomes volume 9、記事番号: 31 (2023) この記事を引用

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5 オルトメトリック

メトリクスの詳細

食物繊維の摂取は心臓代謝の健康状態の改善と関連していますが、人体での研究では、観察された効果には大きな個人差があることが報告されています。私たちは、アテローム性動脈硬化に対する食物繊維の効果が腸内微生物叢の影響を受けるかどうかをテストしました。われわれは、3 人のヒトドナー (DonA、DonB、および DonC) からの糞便サンプルを無菌 ApoE-/- マウスに定着させ、5 種類の発酵性繊維 (FF) または非発酵性セルロース対照 (CC) の混合物を添加した餌を与えました。ダイエット。 DonA が定着したマウスは、CC を与えられたマウスと比較して、FF を摂取することでアテローム性動脈硬化の負担が軽減される一方、他のドナーからの微生物叢が定着したマウスでは繊維の種類がアテローム性動脈硬化に影響を及ぼさないことがわかりました。 DonA マウスの FF 給餌に関連する微生物の変化は、酪酸を生成する分類群の相対的存在量が高いこと、酪酸レベルが高いこと、ビタミン B の合成に関与する遺伝子が豊富であることを特徴としていました。我々の結果は、FFに対する反応におけるアテローム保護は普遍的ではなく、腸内微生物叢の影響を受けることを示唆しています。

同じ食事や治療薬に対する個人の反応には一貫性がないことが多く、普遍的ではありません。この概念は、精密医療と栄養学の基本原則です1,2。遺伝学、食事、性別などの多くの要因が、被験者が特定の治療法にどのように反応するかに影響を与えます。最近、腸内マイクロバイオームが、観察される応答性の対人変動に大きく寄与していることが明らかになりました 3,4,5,6。腸内マイクロバイオームが健康に重要な役割を果たしており、その構成は個人によって大きく異なることが現在では広く認識されています7。食品から経口投与される医薬品に至るまで、食事の成分は消化管内の常在微生物と密接に接触します。腸内マイクロバイオームは、ヒトゲノムの 100 倍を超える遺伝子を集合的にコードしており、その中には摂取された化合物を代謝し、それらの生物学的利用能、活性、そして最終的には宿主への影響を調節する可能性のある豊富な酵素が含まれています 8、9、10。実際、腸内細菌は、降圧薬から臓器移植用の免疫抑制剤に至るまで、生理活性化合物 11 に対する反応を調節する能力で近年かなりの注目を集めています 12,13。どの介入がマイクロバイオームの変化に最も敏感であるかをより深く理解することは、精密医療を効果的に実施するために重要です。

心血管疾患（CVD）は米国の主な死因であり、世界全体の死亡者数の 3 分の 1 以上を占めています 14,15。アテローム性動脈硬化症は CVD の最も一般的な症状であり、動脈壁内にマクロファージが密集した脂肪プラークの形成を引き起こす炎症過程によって引き起こされます 16。腸内マイクロバイオームがアテローム性動脈硬化の進行の調節に重要な役割を果たしているという証拠が増えています。疫学研究では、冠状動脈疾患を患う人のマイクロバイオームと健康な人との違いが特定されています17、18、19。さらに、特定の食事成分から生じるいくつかの微生物代謝産物は、さまざまなメカニズムを通じてヒトおよび動物モデルのアテローム性動脈硬化の進行を調節することが示されています。例えば、コリンの微生物誘導体であるトリメチルアミン N-オキシドは、ヒトにおける主要な心血管イベントのリスク増加と関連しています 20。トリプトファンに由来する微生物の代謝物であるインドール-3-プロピオン酸は、コレステロールの流出を促進することによってアテローム性動脈硬化の進行を防ぎます21。食物繊維の発酵によって生成される短鎖脂肪酸（SCFA）は、食事からのコレステロール吸収（プロピオン酸）を制限し、炎症と腸透過性（酪酸）を軽減することにより、アテローム性動脈硬化を改善することが示されています22、23、24。実際、食事がアテローム性動脈硬化症の促進と予防の両方に大きな役割を果たすことは長い間知られてきました 25,26。例えば、食物繊維が豊富な全粒シリアルや豆類などの食品が CVD から保護することは十分に確立されています 27,28。しかし、CVD に対する多くの食事療法および薬理学的介入に対する反応の一貫性が個人間で観察されています 29,30。食物繊維と心血管の健康状態の改善を結び付ける研究のほとんどは、母集団の平均値を使用して評価されており 31、個人の特性は考慮されていません。したがって、これらの不一致の背後にある原因は十分に研究されていません。

0.1, Supplementary Fig. 2a). However, comparisons using unweighted UniFrac distances (sensitive to presence/absence of taxa) showed a significant difference in community structure in DonA-colonized mice between FF-bound and CC-bound communities (adjusted P = 0.0012, Supplementary Fig. 2b). This was driven by 9 genera that were detected in one diet-bound group but not the other (Supplementary Fig. 2c). Eleven weeks after dietary treatment, cecal samples were collected and used to assess terminal microbial communities. By the end of the experiment, 5 of the 9 missing genera were no longer detected in cecal contents of mice on either diet, while 4 genera (Clostridium, Faecalibacterium, Gemmiger, and an undetermined Ruminococcus genus) were found only in FF-fed mice (Supplementary Fig. 2c). This introduces the possibility that the differences observed in the assembled communities between dietary groups for DonA mice are the result of inconsistent engraftment rather than an effect of diet. Alternatively, since microbial communities undergo considerable fluctuations in the period after colonization39, it is possible that these missing taxa were present in the CC-bound mice, but below detectable levels. The latter scenario is supported by the fact that (i) all of the missing taxa were detected in the human donor sample used to inoculate all DonA mice, and (ii) similar FF-diet-driven patterns were observed with Faecalibacterium and Gemmiger abundances in a previous study35 that used the same donor feces and the same diets. These findings highlight the importance of reporting pre-treatment engraftment data in mouse transplant studies such that the conclusions can be appropriately contextualized./p> 0.1). The dot’s orientation relative to the origin represents the effect of diet on the abundance of each taxa (negative values correspond to CC abundances, positive values correspond to FF abundances). The first 5 letters of the family encompassing each taxon is shown in brackets; if the family is undetermined the taxon phylum is listed instead and noted with a “P-”. d Relative abundance of Phylum-level taxa as a function of diet and donor group. e Bacteroidetes to Firmicutes ratio. f, g Shannon diversity index and observed richness. Box and whisker plots denote the interquartile range, median, and spread of points within 1.5 times the interquartile range along with individual data points; magenta = Fermentable Fiber (FF), blue = Cellulose Control (CC). Comparisons of means (n = 7–10/diet/donor group) conducted with Wilcoxon test, *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001./p>

0.1) of KOs involved in folate biosynthesis and cobalamin (vitamin B12) biosynthesis. Negative values reflect KO abundance (CPM) in CC-fed mice and effect sizes (MaAsLin 2 coefficient) favoring the CC condition, while positive values indicate KOs abundances and effect sizes in the FF condition (n = 5/diet/donor group)./p> 0.1) of the top 10% most differentially abundant CAZymes (n = 5/diet/donor group). The right panel depicts a heatmap of Spearman correlation coefficients between each corresponding CAZyme family and cecal SCFA levels across all mice, *P < 0.05./p> 25), and were not diagnosed with diabetes, cancer, or heart disease35,36. Identifiable information of WLS participants was blinded to the researchers in the current study./p>