Consilium MedicumConsilium MedicumConsilium MedicumConsilium Medicum2075-17532542-2170Consilium Medicum10001110.26442/20751753.2021.12.201289ArticlesСтатьиReview ArticleDifferent approaches to change gut microbiota and its influence on metabolic disordersПодходы к изучению влияния кишечной микробиоты на развитие метаболических нарушенийhttps://orcid.org/0000-0001-6612-68511124-7600ShestakovaEkaterina A.ШестаковаЕкатерина Алексеевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.)

канд. мед. наук, внешт. науч. сотр.

katiashestakova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5268-430X8769-5010PokrovskayaElena V.ПокровскаяЕлена Владиславовна
Russian Federation

Res. Officer

науч. сотр.

katiashestakova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2852-807XSamsonovaMargarita D.СамсоноваМаргарита Денисовна
Russian Federation

Student

студентка 6-го курса фак-та фундаментальной медицины

samsonovamag@gmail.comEndocrinology Research CentreФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр эндокринологии» Минздрава РоссииLomonosov Moscow State UniversityФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова»1512202123129059090102202201022022Copyright ©; 2021, Consilium MedicumCopyright ©; 2021, ООО "Консилиум Медикум"2021Consilium MedicumООО "Консилиум Медикум"https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0https://consilium.orscience.ru/2075-1753/article/view/100011

Obesity and type 2 diabetes mellitus (T2D) are two non-infectious pandemics of the XXI century. Despite a large number of studies devoted to the development of obesity and T2D, it seems complicated to overcome the ongoing growth in the number of cases. In these situations it is necessary to investigate new approaches for the prevention and treatment of such diseases. One of these approaches is to study the role of gut microbiota in the disturbance of carbohydrate and lipid metabolism. This manuscript describes the role of the microbiota in obesity and T2D. The aim of the review was to describe various approaches to change the composition of the gut microbiota and to determine its impact on metabolic risks. To assess the relationship between T2D development and changes of microbiota composition we considered a number of studies devoted to the consequence of these pathophysiologic mechanisms in various situations: the effect of drug treatment, bariatric surgery and microbiota transplantation. Possible metabolically protective gut microbiota composition is discussed.

Ожирение и сахарный диабет 2-го типа (СД 2) – две неинфекционные пандемии XXI в. Несмотря на большое количество исследований, посвященных причинам развития ожирения и СД 2, преодолеть неуклонный рост числа заболевших не удается. В этих условиях необходим поиск новых подходов к профилактике и лечению нарушений углеводного обмена. Одним из таких подходов является изучение механизмов воздействия кишечной микробиоты на развитие нарушений углеводного и липидного обмена. Данный обзор посвящен исследованиям, описывающим роль микробиоты в формировании ожирения и нарушений углеводного обмена. Цель обзора – описать различные подходы к изменению состава кишечной микробиоты и определить их влияние на метаболические риски. Для оценки роли изменения состава микробиоты в развитии ожирения и СД 2 нами рассмотрен ряд исследований, посвященных хронологии возникновения этих процессов в различных ситуациях. В обзор включены исследования по оценке влияния на состав микробиоты медикаментозного лечения, бариатрических оперативных вмешательств, а также трансплантации кишечной микробиоты. Также представлены данные о возможном метаболически протективном составе кишечной микробиоты.

obesitydiabetes mellitus type 2gut microbiotafecal microbiota transplantationantibioticsproton pump inhibitorsbariatric surgeryожирениесахарный диабет 2-го типакишечная микробиотатрансплантация кишечной микробиотыантибиотикиингибиторы протонной помпыбариатрическая хирургияThe study was carried out as a part of the state assignment "Remission of type 2 diabetes mellitus after bariatric surgery: the role of gastrointestinal hormones (incretins), bile acids and intestinal microbiota" AAA-A20-120011790164-4.Работа выполнена в рамках государственного задания «Ремиссия сахарного диабета 2-го типа после бариатрической хирургии: роль гормонов желудочно-кишечного тракта (инкретинов), желчных кислот и микробиоты кишечника» ААА-А20-120011790164-4.Шестакова Е.А., Лунина Е.Ю., Галстян Г.Р., и др. Распространенность нарушений углеводного обмена у лиц с различными сочетаниями факторов риска сахарного диабета 2 типа в когорте пациентов исследования NATION. Сахарный диабет. 2020;23(1):4-11 [Shestakova EA, Lunina EY, Galstyan GR, et al. Type 2 diabetes and prediabetes preavalance in patients with different risk factor combinations in THE NATION study. Diabetes Mellitus. 2020;23(1):4-11 (in Russian)]. DOI:10.14341/DM12286Hills RD Jr, Pontefract BA, Mishcon HR, et al. Gut Microbiome: Profound Implications for Diet and Disease. Nutrients. 2019;11(7):1613. DOI:10.3390/nu11071613Mohajeri MH, Brummer RJM, Rastall RA, et al. The role of the microbiome for human health: from basic science to clinical applications. Eur J Nutr. 2018;57(Suppl. 1):1-14. DOI:10.1007/s00394-018-1703-4Singh RK, Chang HW, Yan D, et al. Influence of diet on the gut microbiome and implications for human health. J Transl Med. 2017;15(1):73. DOI:10.1186/s12967-017-1175-yКравчук Е.Н., Неймарк А.Е., Гринева Е.Н., и др. Регуляция метаболических процессов, опосредованная кишечной микрофлорой. Сахарный диабет. 2016;19(4):280-5 [Kravchuk EN, Neimark AE, Grineva EN, et al. The role of gut microbiota in metabolic regulation. Diabetes Mellitus. 2016;19(4):280-5 (in Russian)].Демидова Т.Ю., Лобанова К.Г., Ойноткинова О.Ш. Кишечная микробиота как фактор риска развития ожирения и сахарного диабета 2-го типа. Терапевтический архив. 2020;92(10):97-104 [Demidova TY, Lobanova KG, Oinotkinova OS. Gut microbiota is a factor of risk for obesity and type 2 diabetes. Terapevticheskii Arkhiv (Ter. Arkh.). 2020;92(10):97-104 (in Russian)]. DOI:10.26442/00403660.2020.10.000778Barko PC, McMichael MA, Swanson KS, et al. The Gastrointestinal Microbiome: A Review. J Vet Intern Med. 2018;32(1):9-25. DOI:10.1111/jvim.14875Janda JM, Abbott SL. 16S rRNA gene sequencing for bacterial identification in the diagnostic laboratory: pluses, perils, and pitfalls. J Clin Microbiol. 2007;45(9):2761-4. DOI:10.1128/JCM.01228-07Lee YY, Hassan SA, Ismail IH, et al. Gut microbiota in early life and its influence on health and disease: A position paper by the Malaysian Working Group on Gastrointestinal Health. J Paediatr Child Health. 2017;53(12):1152-8. DOI:10.1111/jpc.13640Mangiola F, Nicoletti A, Gasbarrini A, Ponziani FR. Gut microbiota and aging. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2018;22(21):7404-13. DOI:10.26355/eurrev_201811_16280Shoaie S, Ghaffari P, Kovatcheva-Datchary P, et al. Quantifying Diet-Induced Metabolic Changes of the Human Gut Microbiome. Cell Metab. 2015;22(2):320-31. DOI:10.1016/j.cmet.2015.07.001Wu L, Zeng T, Zinellu A, et al. A Cross-Sectional Study of Compositional and Functional Profiles of Gut Microbiota in Sardinian Centenarians. mSystems. 2019;4(4):e00325-19. DOI:10.1128/mSystems.00325-19Langdon A, Crook N, Dantas G. The effects of antibiotics on the microbiome throughout development and alternative approaches for therapeutic modulation. Genome Med. 2016;8(1):39. DOI:10.1186/s13073-016-0294-zPartap U, Allcock SH, Parker E, et al. Association between early life antibiotic use and childhood overweight and obesity: a narrative review. Glob Health Epidemiol Genom. 2018;3:e18. DOI:10.1017/gheg.2018.16Mikkelsen KH, Allin KH, Knop FK. Effect of antibiotics on gut microbiota, glucose metabolism and body weight regulation: a review of the literature. Diabetes Obes Metab. 2016;18(5):444-53. DOI:10.1111/dom.12637Leong KSW, McLay J, Derraik JGB, et al. Associations of Prenatal and Childhood Antibiotic Exposure With Obesity at Age 4 Years. JAMA Netw Open. 2020;3(1):e1919681. DOI:10.1001/jamanetworkopen.2019.19681Singh A, Cresci GA, Kirby DF. Proton Pump Inhibitors: Risks and Rewards and Emerging Consequences to the Gut Microbiome. Nutr Clin Pract. 2018;33(5):614-24. DOI:10.1002/ncp.10181Hafiz RA, Wong C, Paynter S, et al. The Risk of Community-Acquired Enteric Infection in Proton Pump Inhibitor Therapy: Systematic Review and Meta-analysis. Ann Pharmacother. 2018;52(7):613-22. DOI:10.1177/1060028018760569Yuan J, He Q, Nguyen LH, et al. Regular use of proton pump inhibitors and risk of type 2 diabetes: results from three prospective cohort studies. Gut. 2020;70(6):1070-7. DOI:10.1136/gutjnl-2020-322557Pareek M, Schauer PR, Kaplan LM, et al. Metabolic Surgery: Weight Loss, Diabetes, and Beyond. J Am Coll Cardiol. 2018;71(6):670-87. DOI:10.1016/j.jacc.2017.12.014Wolfe BM, Kvach E, Eckel RH. Treatment of Obesity: Weight Loss and Bariatric Surgery. Circ Res. 2016;118(11):1844-55. DOI:10.1161/CIRCRESAHA.116.307591Ciobârcă D, Cătoi AF, Copăescu C, et al. Bariatric Surgery in Obesity: Effects on Gut Microbiota and Micronutrient Status. Nutrients. 2020;12(1):235. DOI:10.3390/nu12010235Celiker H. A new proposed mechanism of action for gastric bypass surgery: Air hypothesis. Med Hypotheses. 2017;107:81-9. DOI:10.1016/j.mehy.2017.08.012Ridaura VK, Faith JJ, Rey FE, et al. Gut microbiota from twins discordant for obesity modulate metabolism in mice. Science. 2013;341(6150):1241214. DOI:10.1126/science.1241214Proença IM, Allegretti JR, Bernardo WM, et al. Fecal microbiota transplantation improves metabolic syndrome parameters: systematic review with meta-analysis based on randomized clinical trials. Nutr Res. 2020;83:1-14. DOI:10.1016/j.nutres.2020.06.018Mocanu V, Zhang Z, Deehan EC, et al. Fecal microbial transplantation and fiber supplementation in patients with severe obesity and metabolic syndrome: a randomized double-blind, placebo-controlled phase 2 trial. Nat Med. 2021;27:1272-9. DOI:10.1038/s41591-021-01399-2Allegretti JR, Kassam Z, Hurtado J, et al. Impact of fecal microbiota transplantation with capsules on the prevention of metabolic syndrome among patients with obesity. Hormones (Athens). 2021;20(1):209-11. DOI:10.1007/s42000-020-00265-zYu EW, Gao L, Stastka P, et al. Fecal microbiota transplantation for the improvement of metabolism in obesity: The FMT-TRIM double-blind placebo-controlled pilot trial. PLoS Med. 2020;17(3):e1003051. DOI:10.1371/journal.pmed.1003051Allegretti JR, Kassam Z, Mullish BH, at al. Effects of Fecal Microbiota Transplantation With Oral Capsules in Obese Patients. Clin Gastroenterol Hepatol. 2020;18(4):855-63.e2. DOI:10.1016/j.cgh.2019.07.006Kim B, Choi HN, Yim JE. Effect of Diet on the Gut Microbiota Associated with Obesity. J Obes Metab Syndr. 2019;28(4):216-24. DOI:10.7570/jomes.2019.28.4.216Gurung M, Li Z, You H, et al. Role of gut microbiota in type 2 diabetes pathophysiology. EBioMedicine. 2020;51:1025907. DOI:10.1016/j.ebiom.2019.11.051Rajilić-Stojanović M, de Vos WM. The first 1000 cultured species of the human gastrointestinal microbiota. FEMS Microbiol Rev. 2014;38(5):996-1047. DOI:10.1111/1574-6976.12075Qin J, Li R, Raes J, et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464(7285):59-65. DOI:10.1038/nature08821Leylabadlo HE, Sanaie S, Heravi FS, et al. From role of gut microbiota to microbial-based therapies in type 2-diabetes. Infect Genet Evol. 2020;81:104268. DOI:10.1016/j.meegid.2020.104268Sikalidis AK, Maykish A. The Gut Microbiome and Type 2 Diabetes Mellitus: Discussing a Complex Relationship. Biomedicines. 2020;8(1):8. DOI:10.3390/biomedicines8010008Egshatyan L, Kashtanova D, Popenko A, et al. Gut microbiota and diet in patients with different glucose tolerance. Endocr Connect. 2016;5(1):1-9. DOI:10.1530/EC-15-0094Hjorth MF, Christensen L, Kjølbæk L, et al. Pretreatment Prevotella-to-Bacteroides ratio and markers of glucose metabolism as prognostic markers for dietary weight loss maintenance. Eur J Clin Nutr. 2020;74(2):338-47. DOI:10.1038/s41430-019-0466-1Roager HM, Licht TR, Poulsen SK, et al. Microbial enterotypes, inferred by the prevotella-to-bacteroides ratio, remained stable during a 6-month randomized controlled diet intervention with the new nordic diet. Appl Environ Microbiol. 2014;80(3):1142-9. DOI:10.1128/AEM.03549-13Halawa MR, El-Salam MA, Mostafa BM, Sallout SS. The Gut Microbiome, Lactobacillus acidophilus; Relation with Type 2 Diabetes Mellitus. Curr Diabetes Rev. 2019;15(6):480-5. DOI:10.2174/1573399815666190206162143Ferrarese R, Ceresola ER, Preti A, Canducci F. Probiotics, prebiotics and synbiotics for weight loss and metabolic syndrome in the microbiome era. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2018;22(21):7588-605. DOI:10.26355/eurrev_201811_16301Gomes JMG, Costa JA, Alfenas RCG. Metabolic endotoxemia and diabetes mellitus: A systematic review. Metabolism. 2017;68:133-44. DOI:10.1016/j.metabol.2016.12.009