30 ژانویه 2025- در مطالعه ی اخیراً منتشر شده در مجله ی Nature Communications، محققان نقش اگزوپلی ساکاریدهای مشتق شده از میکروبیوتای روده (EPS) را در تنظیم متابولیک و فیزیولوژی میزبان بررسی کردند.
پیشینه
آیا باکتریهای موجود در روده شما می توانند در کنار رژیم غذایی بر میزان قند خون شما تأثیر بگذارند؟ با افزایش شیوع اختلالات متابولیکی مانند چاقی و دیابت، دانشمندان در حال بررسی مکانیسمهای بیولوژیکی جدیدی هستند که فراتر از رژیم غذایی و ورزش، متابولیسم را تنظیم می کنند.
میکروبیوتای روده انسان، یک تنظیم کننده حیاتی سلامتی است که بر متابولیسم، ایمنی و پیشگیری از بیماری ها تأثیر می گذارد. روده تریلیونها باکتری را در خود جای داده است که اجزای غذایی را پردازش کرده و مولکولهای فعال زیستی تولید می کنند. در این میان،EPS تولید شده توسط باکتری های خاص روده، از جمله استرپتوکوک سالیواریوس، به عنوان بازیگران کلیدی در سلامت متابولیک ظاهر شده اند.
این پلی ساکاریدها پاسخ های ایمنی را تعدیل می کنند، عملکرد سد روده را تقویت می کنند و با مسیرهای متابولیک میزبان تعامل دارند. با افزایش چاقی و دیابت، درک نقش میکروبیوم روده بسیار مهم است. اگرچه مطالعات نشان می دهد که EPS میکروبی متابولیسم را تحت تاثیر قرار می دهد، مکانیسم دقیق آنها نامشخص است. تحقیقات بیشتری مورد نیاز است تا مشخص شود چگونه EPS باکتریایی، به ویژه انواع تولید شده توسط S. salivarius، بر تنظیم متابولیک میزبان تأثیر می گذارد.
در مورد این مطالعه
باکتری S. salivarius ، اگزوپلی ساکاریدها (EPS) را فقط از ساکارز تولید می کند، نه گلوکز یا فروکتوز، که یک مسیر متابولیک منحصر به فرد مخصوص قند را برجسته می کند که بر ترکیب میکروبیوتای روده تأثیر می گذارد.
نمونه مدفوع از 472 اهدا کننده ی انسانی با رعایت دستورالعمل های اخلاقی جمع آوری شد. در این مطالعه محدوده سنی خاصی مشخص نشد اما افرادی که اخیراً از آنتی بیوتیکها و پروبیوتیک ها استفاده کرده بودند، یا اختلالات متابولیک داشتند، از مطالعه خارج شدند. نمونه ها قبل از پردازش در دمای 80- درجه سانتیگراد نگهداری شدند. باکتریهایی که قادر به تولیدEPS بودند با استفاده از روشهای کشت بی هوازی جدا سازی شدند و با استفاده از توالی یابی متاژنومیک تفنگ ساچمه ای و توالی یابی ریبونوکلئیک اسید ریبوزومی 16Sشناسایی شدند.
آزمایشات بر روی موش های C57BL/6J و موشهای بدون میکروب در شرایط کنترل شده انجام شد. موش ها به گروه های رژیم های غذایی استاندارد یا پرچرب، با یا بدون مکمل EPS اختصاص داده شدند. تست های تحمل گلوکز و سنجش حساسیت به انسولین برای ارزیابی اثرات متابولیک انجام شد. نمونه های خون برای اندازه گیری سطح گلوکز، انسولین و هورمون روده جمع آوری شد.
برای بررسی تغییرات میکروبیوم، هم توالی یابی متاژنومی و هم توالی یابی16S rRNA برای تجزیه و تحلیل ترکیب میکروبیوتای روده انجام شد. غلظت اسیدهای چرب زنجیره کوتاه (SCFA) با استفاده از کروماتوگرافی گازی اندازه گیری شد. سنجش سیتوکین برای تعیین سطح التهاب سیستمیک انجام شد. مطالعات قفس متابولیک برای ارزیابی مصرف انرژی، مصرف غذا و فعالیت بدنی انجام شد.
تجزیه و تحلیل های آماری شامل آزمون t-student برای داده های پارامتریک و آزمونU Mann-Whitney برای داده های غیرپارامتریک بود. تجزیه و تحلیل همبستگی بین فراوانی باکتری، سطوحSCFA ، و نشانگرهای متابولیک انجام شد. مقدار p<0.05 از نظر آماری معنی دار در نظر گرفته شد.
نتایج این مطالعه
موش های دریافت کننده ی مکمل EPS سطوح بالاتری از GLP-1 و پپتید YY- هورمون های روده مرتبط با تنظیم اشتها- را نشان دادند، که نشان می دهد EPS می تواند به طور طبیعی بر سیری تأثیر بگذارد و پرخوری را کاهش دهد.
سویه ای از استرپتوکوکوس سالیواریوس (S. salivarius) به عنوان تولید کننده ی غالب EPS در میکروبیوتای روده انسان شناسایی شد. این سویه با تعدیل سطح هورمون روده و SCFA بر متابولیسم میزبان تأثیر گذاشت. در انسان ها، افرادی که فراوانی بالاتری از استافیلوکوکوس سالیواریوس در میکروبیوم خود داشتند، سطوح گلوکز خون پایین تری داشتند و حساسیت به انسولین در آنها بهتر بود. با این حال، این یافته ها نشان دهنده ی یک همبستگی است، به این معنی که آنها ثابت نمی کنند کهS. salivarius به طور مستقیم باعث بهبود متابولیک در انسان می شود.
در مدل های موش، تجویز EPS به طور قابل توجهی تحمل گلوکز و حساسیت به انسولین را افزایش داد. موشهای بدون میکروب که با استافیلوکوکوس سالیواریوس کلونیزه شده بودند، سطوح پپتید 1 شبه گلوکاگون (GLP-1) بالاتری را نشان دادند که باعث افزایش هموستازی گلوکز میشود. موشهایی کهEPS را به صورت مکمل غذایی دریافت کردند نیز کاهش وزن و توده چربی را در مقایسه با گروه کنترل نشان دادند. نظارت طولانی مدت موش های تغذیه شده باEPS ، بهبود پایدار در نشانگرهای متابولیکی را نشان داد. حساسیت به انسولین در این موش ها بالاتر بود و افزایش وزن بدن طی 16 هفته کنترل شد.
توالی یابی متاژنومیک نشان داد که EPS ترکیب میکروبیوتای روده را تغییر می دهد و فراوانی باکتریهای تولید کننده ی SCFA مانند Bacteroides و اعضای گروه Bacteroideles S24-7 را افزایش می دهد. تجزیه و تحلیل SCFA افزایش سطح استات و پروپیونات را تایید کرد و از افزایش فعالیت تخمیر میکروبی حمایت کرد. علاوه بر این، نشانگرهای التهابی به طور قابل توجهی در موش های تحت درمان با EPS کاهش یافت که نشان دهنده اثر محافظتی در برابر التهاب متابولیک است.
تجزیه و تحلیل بیشتر نشان داد که موش های تحت درمان با EPS کاهش نشانگرهای التهابی را نشان می دهند، زیرا سطوح سیتوکین های پیش التهابی در خون آنها کاهش داشت. این نشان می دهد که EPS مشتق شده از روده ممکن است نقش محافظتی در برابر التهاب متابولیک- یک عامل کلیدی در چاقی و مقاومت به انسولین- ایفا کند.
تجزیه و تحلیل همبستگی بین ترکیب میکروبیوتای روده انسان و نشانگرهای متابولیک تایید کرد که افراد با فراوانی نسبی بالاتر باکتری S. salivarius تنظیم قند خون بهتر و شاخص توده بدنی (BMI) پایینتری دارند. حضور این باکتریها به طور قابل توجهی با افزایش سطوح SCFAs مرتبط بود که از نقش EPS در مدولاسیون متابولیک حمایت می کرد. با این حال، تغییرات در سویه های S. salivarius و تأثیرات رژیم غذایی ممکن است بر تولید EPS تأثیر بگذارد، به این معنی که مزایای متابولیکی مشاهده شده در موش ممکن است به طور کامل به انسان ترجمه نشود.
برای تایید بیشتر این یافته ها، پروفایل متابولومیک برای ارزیابی تغییرات در مسیرهای متابولیک میزبان تعیین شد. موش های تحت درمان با EPS افزایش قابل توجهی را در متابولیت های مرتبط با بهبود متابولیسم انرژی، از جمله بهبود عملکرد میتوکندری و اکسیداسیون اسیدهای چرب نشان دادند.
این یافته ها نشان می دهد که EPS نه تنها میکروبیوتای روده را تعدیل می کند، بلکه تأثیر مستقیمی بر متابولیسم انرژی میزبان دارد. قابل ذکر است، که اثرات مشاهده شده بیشتر به تولید SCFA توسط میکروبهای روده بستگی دارد تا EPS به تنهایی. اثرات مشاهده شده حتی پس از پایان مداخله غذایی همچنان ادامه داشت، که نشان دهنده مزایای بالقوه درازمدت مکمل EPS است.
علاوه بر این، مصرف غذا و مصرف انرژی مورد ارزیابی قرار گرفت. موشهایی که EPS دریافت می کردند، علیرغم مصرف انرژی مشابه در مقایسه با گروه کنترل، مصرف غذای کمتری را نشان دادند. این نشان می دهد که EPS ممکن است سیگنال های سیری را به طور بالقوه از طریق مدولاسیون هورمون های روده تحت تاثیر قرار دهد. سطوح GLP-1 و پپتید YY به طور قابل توجهی در موش های تحت درمان با EPS افزایش یافت، که این فرضیه را بیشتر حمایت می کند.
نتیجه گیری
این مطالعه آنزیمهای لوان سوکراز و گلیکوزیل ترانسفراز را به عنوان کلیدی برای سنتز EPS توسط S. salivarius شناسایی کرد که اهداف مولکولی بالقوه ای را برای توسعه مداخلات متابولیکی مبتنی بر میکروبیوم فراهم می کند.
به طور خلاصه، این مطالعه نقش EPS مشتق شده از میکروبیوتای روده را در تنظیم متابولیسم برجسته کرد. S. salivarius، یک باکتری غالب تولید کننده EPS در روده، با بهبود نشانگرهای متابولیک در انسان و افزایش متابولیسم گلوکز در موش همراه بود.
مصرف مکمل EPS منجر به کاهش سطح گلوکز خون، افزایش حساسیت به انسولین و کاهش التهاب در هر دو مدل انسان و موش شد. با این حال، در حالی که این یافته ها مزایای بالقوه متابولیک را نشان می دهد، مطالعات بیشتری برای تعیین مکانیسم های خاص، تغییرات سویه و اثرات طولانی مدت S. salivarius در انسان مورد نیاز است.
این یافته ها نشان می دهد که مداخلات هدفمند میکروبیوتا، مانند پروبیوتیک ها یا پری بیوتیک ها، ممکن است مزایای درمانی برای اختلالات متابولیک داشته باشند. با توجه به افزایش جهانی چاقی و دیابت، این نتایج سؤالات مهمی را مطرح می کند: آیا درمان های پروبیوتیکی در آینده می توانند به پیشگیری از اختلالات متابولیک کمک کنند؟ آیا EPS مشتق شده از روده می تواند کلید سلامت متابولیک طولانی مدت باشد؟
منبع:
https://www.news-medical.net/news/20250130/Gut-derived-sugars-A-potential-game-changer-for-weight-management-and-diabetes.aspx