1 Катедра по ортопедия, болница Xiangya, Централен южен университет, Чангша, Хунан 410078, Китай

роля

Резюме

Чревната микробиота участва силно във физиологията и патологията на гостоприемника чрез активността на микробиома и неговите метаболитни продукти. Остеоартритът (ОА) е често срещана форма на артрит, характеризираща се с разрушаване на ставния хрущял и образуване на остеофити. Въпреки че за патогенезата на ОА са предложени различни рискови фактори на ниво човек, като възраст, пол и затлъстяване, основните връзки между тези фактори на ниво човек и ОА все още са загадъчни. Въз основа на сегашното разбиране за кръстосаното взаимодействие между чревната микробиота и тези рискови фактори, чревната микробиота може да се разглежда като основен скрит рисков фактор, който осигурява обединяващ механизъм за обяснение на участието на тези рискови фактори на ниво човек в ОА.

1. Чревна микробиота

Всички метазои, от безгръбначни до гръбначни, имат чревна микробиота. Чревната микробиота е силно свързана с различни аспекти на физиологията на метазоите, като развитие, метаболизъм и имунитет, и решително участва в патогенезата на различни метазойни заболявания, като възпалителни заболявания на червата, затлъстяване и рак [1, 2]. Дори за някои безгръбначни, които имат относително проста чревна микробиота, като например Caenorhabditis elegans (един бактериален вид) и Drosophila melanogaster (5–20 вида), чревната микробиота все още има силно влияние във физиологията на гостоприемника, като дълголетието на гостоприемника [1]. Влиянието на чревната микробиота върху физиологичните функции на гостоприемника и патогенезата на заболяванията може да се дължи на активността на микробиома и неговите метаболитни продукти [1]. Въпреки че тези години са свидетели на непреодолима прогресия по отношение на участието на дисбиоза на чревна микробиота в ревматоиден артрит [3], ролята на чревната микробиота или нейните метаболитни продукти в патогенезата на остеоартрит (ОА) остава да бъде известна.

ОА е едно от най-често срещаните ставни разстройства в световен мащаб. Точната етиология на ОА все още е неизвестна, но са докладвани различни рискови фактори, включително фактори на ниво човек, като възраст, пол, затлъстяване и диета, както и фактори на ставно ниво, включително нараняване, неравновесие и необичайно натоварване на стави [4–6]. По отношение на факторите на ниво човек са предложени редица обяснения, за да се обясни участието на фактори на ниво човек в ОА; повечето от тези хипотези обаче не са демонстрирани експериментално и дори някои са оспорени от по-късни наблюдателни проучвания и клинични проучвания. В тази статия се опитваме да обясним участието на някои фактори на ниво човек в ОА от гледна точка на чревната микробиота и се опитваме да подчертаем значението на чревната микробиота или нейните метаболитни продукти в патогенезата на ОА.

2. Възраст и ОА

Възрастта се разглежда като основен предиктор за ОА [6]; Въпреки това, основните механизми, които стоят зад повишеното разпространение и честотата на ОА с възрастта, остават да бъдат известни. Въпреки че са предложени редица обяснения, включително оксидативно увреждане, изтъняване на хрущяла, отслабване на мускулите и намаляване на проприоцепцията, за да се обясни участието на възрастта в ОА, нито една от тези хипотези не е демонстрирана емпирично.

С проучвания, зависими от клетъчна култура и култура, възрастните хора показват значителна разлика в чревната микробиота от тази на по-младите възрастни, като по-ниско разнообразие на чревната микробиота, по-голям дял от Бактероиди spp. и отчетлив модел на изобилие от Клостридий групи [7, 8]. Промяната на чревната микробиота може да регулира свързаната с възрастта физиология, като имунни отговори, когнитивна функция и нарушения на органите [7, 8]. Например, дисбиозата на чревната микробиота силно предшества и предсказва възрастова дисфункция на чревната бариера при Дрозофила, докато насочването на свързаната със стареенето дисбиоза на чревната микробиота облекчава тези свързани с възрастта дисфункции и увеличава продължителността на живота в Дрозофила [9, 10]. По този начин е напълно възможно свързаната със стареенето дисбиоза на чревната микробиота да допринесе за възрастта като рисков фактор за ОА.

3. Пол и ОА

Интересно е наблюдението, че разпространението и тежестта на ОА при тазобедрената става, коляното и ръката са по-високи при жените, отколкото при мъжете, и те също се увеличават около менопаузата [11]. Например, при едно проучване с 4733 субекта в Алберта, Канада, разпространението на ОА на коляното е 6,3% за мъжете и 8,9% за жените, докато разпространението на ОА в тазобедрената става 4,4% за мъжете и 7,6% за жените [12]. Това откритие предполага наличие на полова разлика в разпространението и честотата на ОА, като женските обикновено са с по-висок риск. Това убедително разследване води до хипотеза, че хормоналните фактори, като естрогена, имат роля в развитието на ОА. По-късно обаче заключения от наблюдателни проучвания и клинични проучвания оспорват тази хипотеза [13, 14] и са предложени други обяснения за несъответствието между мъжете и жените при ОА, като разлики в обема на хрущяла, костната сила и мускулната сила.

4. Затлъстяване и ОА

Един от добре познатите рискови фактори за ОА е затлъстяването [20, 21]. C57BL/6J мъжки мишки, хранени с диета с високо съдържание на мазнини (HFD) в продължение на 12 седмици, имат по-голямо телесно тегло и също така показват характеристики, съответстващи на ОА на коляното, в сравнение с контролните мишки [22]. С 1,764 061 наблюдавани субекта, за медиана (интерквартилен диапазон) от 4,45 (4,19 до 4,98) години, наднорменото тегло или затлъстяването увеличава риска от ОА в коляното, бедрото и ръката, особено в коляното: наднормено тегло и (степени I и II) затлъстяването увеличава риска от ОА на коляното съответно 2-, 3.1- и 4.7 пъти [23]. С едно проучване с 4733 субекта в Алберта, Канада, затлъстяването (

) е забележително свързана с разпространението на ОА на коляното и тазобедрената става [12]. Механизмът, чрез който затлъстяването засилва ОА, е загадъчен. Връзката между затлъстяването и ОА допринася за прекомерното натоварване на ставите в резултат на увеличеното телесно тегло; обаче е посочена по-сложна етиология за индуцирана от затлъстяването ОА, като нарушен липиден метаболизъм, нискостепенно възпаление и адипокини върху ставните тъкани.

Добре известно е, че чревната микробиота е свързана със създаването и развитието на затлъстяването. Затлъстяването е свързано с промени в микробиотата на ниво филум (т.е. съотношение на Firmicutes/Bacteroidetes), намалено бактериално разнообразие и променено представяне на бактериални гени и метаболитни пътища [24, 25]. В генетично затлъстяване ob/ob мишки и затлъстели хора, съотношението на Firmicutes към Bacteroides се увеличава, което насърчава производството на биологично активни метаболити, като късоверижни мастни киселини (SCFA), включително ацетат, пропионат и бутират, от разтворими диетични фибри (т.е. фруктани) и устойчиви нишесте, което води до по-висока енергийна екстракция от несмилаеми въглехидрати и до адипогенеза в черния дроб [24, 25]. Тъй като дисбиозата на чревната микробиота допринася за затлъстяването и за други състояния, свързани със затлъстяването, включително инсулинова резистентност и системно възпаление, разумно е чревната микробиота да е свързана с патогенезата на ОА.

5. Диета и ОА

6. Заключение

Чревната микробиота е дълбоко свързана с патогенезата на различни заболявания, като възпалителни заболявания на червата, затлъстяване и рак [1, 2]. Тук описваме обосновката на хипотезата, че чревната микробиота е основен скрит рисков фактор за ОА и важно обяснение за рисковите фактори на ОА на ниво човек (Фигура 1). Въпреки че бактериалният липополизахарид се предполага като скрит рисков фактор за ОА [32], ползотворно е да се изследват промените в състава на микробиотата, бактериалното разнообразие и бактериалните гени и метаболитния път, свързани с пациента с ОА. Разбирането за връзката между чревната микробиота и ОА може да улесни разработването на нови подходи за диагностициране и лечение на ОА. По-специално, с познаването на чревната микробиота в патогенезата на ОА, манипулирането на оста на хранително-чревната микробиота-бактериален метаболит има потенциал за предотвратяване и лечение на ОА.


Разкриване

Юшенг Ли и Вей Луо се считат за съавтори.

Конкуриращи се интереси

Авторите заявяват, че няма конкуриращи се интереси.

Приноси на авторите

Юшенг Ли и Гуанхуа Лей са замислили проучването. Yusheng Li, Wei Luo и Zhenhan Deng събраха данните. Yusheng Li и Guanghua Lei написаха статията.

Благодарности

Тази работа беше подкрепена от Националната фондация за естествени науки на Китай (№ 81272034, 81402224, 81401838 и 81472130), Провинциалната научна фондация Хунан (№ 2015JJ3139), Бюрото за наука и технологии на провинция Хунан (2012FJ6001), Служба за наука и технологии в град Чанша (K1203040-31), Комисия по здравеопазване и семейно планиране на провинция Хунан (B2014-12), Администрацията на традиционната китайска медицина от провинция Хунан (№ 2015116), Отвореният фонд за Ценни и прецизни инструменти на Централния южен университет (CSUZC201639) и провинциалната иновационна фондация Хунан за следдипломна квалификация (CX2016B060).

Препратки