Связь между микробиомом кишечника и ожирением кажется очевидной, но неизвестно, как изменения кишечных бактерий могут вызвать увеличение веса.
Новое исследование, проведенное Университетом Айовы на мышах, показывает, что лекарственные изменения микробиома кишечника могут вызвать ожирение за счет снижения скорости метаболизма в состоянии покоя – калорий, сжигаемых во время сна или отдыха. Результаты, опубликованные в журнале eBiomedicine, подчеркивают критическую роль кишечных микробов в энергетическом балансе и предполагают, что нездоровые изменения микробиома могут привести к увеличению веса и ожирению за счет изменения метаболизма в состоянии покоя.
"Наше исследование приводит к выводу, что, вероятно, именно бактерии (в кишечнике) ответственны за калории, которые вы сжигаете во время сна," говорит Джон Кирби, доктор философии, профессор микробиологии и урологии Медицинского колледжа У.И. Карвера.
Кирби и его коллеги сосредоточились на эффектах рисперидона, антипсихотического препарата, который вызывает значительную прибавку в весе у пациентов. Рисперидон используется для лечения различных психических расстройств у взрослых и детей, включая аутизм, биполярное расстройство и шизофрению, и за последние два десятилетия количество назначений детям увеличилось почти в восемь раз.
В более раннем исследовании Кирби и Чади Калардж, педиатрический психиатр UI, сравнивали пациентов, длительно принимавших рисперидон, с пациентами, которые не принимали препарат. Они обнаружили, что увеличение веса коррелировало со значительным сдвигом в составе микробиомов кишечника пациентов. Эти результаты были опубликованы в журнале “Трансляционная психиатрия”.
В новом исследовании eBiomedicine Кирби объединился с Джастином Гробом, доцентом кафедры фармакологии UI, чтобы выяснить, как вызванный рисперидоном сдвиг микробиома вызывает увеличение веса. Отражая исследования на людях, исследователи показали, что рисперидон вызывает увеличение веса у мышей (дополнительно на 2%).5 граммов, или примерно 10 процентов от общей массы тела, в течение двух месяцев по сравнению с контрольной группой) и значительно изменяет бактериальный состав микробиома мыши. Затем они показали, что измененный микробиом вызывает снижение скорости метаболизма в состоянии покоя, что полностью отвечает за увеличение избыточного веса.
"Контрольные мыши немного набирают вес с возрастом, и их микробиом претерпевает «здоровый сдвиг» из-за старения. При приеме рисперидона мыши становятся тучными и демонстрируют альтернативный, менее здоровый сдвиг в их микробиоме," Кирби говорит. "Благодаря этому исследованию у нас теперь есть механизм того, как изменение микробиома способствует увеличению веса, и это связано с изменениями скорости метаболизма в состоянии покоя."
Команда смогла исследовать, как изменение микробиома повлияло на метаболизм животных, с помощью нового оборудования – машины общей калориметрии, изобретенной Гробом. Устройство позволяет точно измерять потребление энергии, потребление кислорода и выход углекислого газа, а также выработку тепла у одного животного, чтобы определить общее изменение энергии, или "дельта G," мыши.
Исследователи обнаружили, что у мышей, получавших рисперидон, не было изменений в скорости аэробного (кислородозависимого) метаболизма в состоянии покоя по сравнению с контрольными мышами, но наблюдалось значительное снижение скорости неаэробного метаболизма в состоянии покоя, достаточное для учета увеличения веса животных
"Это примерно 16-процентное изменение скорости метаболизма в состоянии покоя, что огромно," Гроб говорит. "Среднестатистический человек ежегодно набирает 29 фунтов жира."
"Это эквивалентно съедать один дополнительный чизбургер каждый день," добавляет Кирби.
Чтобы доказать, что это был "сдвинутый" микробиома, который был ответственен за это метаболическое изменение и увеличение веса, исследователи перенесли микробиом от мышей, получавших рисперидон, на контрольных мышей и увидели тот же эффект: снижение скорости метаболизма в покое и увеличение веса. Более того, они обнаружили, что этот эффект могут вызывать не только бактерии. Переноса только бактериофага (фага) – вирусов, которые заражают микробиомные бактерии – было достаточно для снижения скорости метаболизма в состоянии покоя и увеличения веса у контрольных мышей.
Результаты могут свидетельствовать о том, что регулирование скорости метаболизма в состоянии покоя, в частности, путем воздействия на микробиом кишечника, может представлять собой новый подход к лечению ожирения. В качестве альтернативы предотвращение нездоровых изменений микробиома может оказаться полезным для пациентов, получающих лечение рисперидоном.