Роль диетических питательных веществ в модуляции кишечной микробиоты
Qi Yang, Qi Liang, et al.
Role of Dietary Nutrients in the Modulation of Gut Microbiota: A Narrative Review.
Nutrients 2020, 12, 381
Резюме
1. Вступление
2. Роль пищевых микроэлементов в модуляции кишечной микробиоты
2.1. Полифенолы
2.2. Витамины
2.3. Минералы и микроэлементы
3. Роль пищевых макронутриентов в модуляции микробиоты кишечника
3.1. Углеводы
3.2. Жиры
3.3. Белки
4. Резюме и перспективы на будущее
Доп. информация и литература
Резюме: понимание того, как диетические питательные вещества модулируют микробиом кишечника, представляет большой интерес для разработки пищевых продуктов и моделей питания для борьбы с глобальным бременем неинфекционных заболеваний. В этом описательном обзоре мы оцениваем научные исследования, опубликованные с 2005 по 2019 год, в которых оценивалось влияние микро‐ и макроэлементов на состав микробиома кишечника с использованием моделей in vitro и in vivo, а также клинических испытаний на людях. Клинические данные по микронутриентам менее ясны и, как правило, отсутствуют. Однако доклинические данные свидетельствуют о том, что полифенолы красного вина и чая и витамин D могут модулировать потенциально полезные бактерии. Современные исследования показывают, что пищевые волокна, включая арабиноксиланы, галактоолигосахариды, инулин и олигофруктозу, способствуют развитию ряда полезных бактерий и подавляют потенциально вредные виды. Доклинические данные свидетельствуют о том, что количество и тип жира модулируют как полезные, так и потенциально вредные микробы, а также соотношение Firmicutes / Bacteroidetes в кишечнике. Клинические и доклинические исследования показывают, что тип и количество белков в рационе оказывает существенное и дифференцированное влияние на микробиоту кишечника. Необходимы дальнейшие клинические исследования влияния микронутриентов и макронутриентов на микробиом и метаболом, а также понимание того, как это влияет на здоровье хозяина.
Вступление
За последние два десятилетия было проведено множество исследований, которые выявили обширные ассоциированные связи между микробиотой кишечника и системным здоровьем и риском развития заболеваний [1-3]. Ранее было подсчитано, что в организме человека содержится около 1014-1015 микробных клеток [4-6], что, как полагают, превышает количество клеток-хозяев в организме человека в соотношении, по меньшей мере, 10:1 [7]. Это было опровергнуто недавно, с оценкой, что соотношение гораздо ближе к 1:1 [6]. Важно отметить, что микробиом человека гораздо более разнообразен, чем клетки человека, что усложняет попытки понять, как микробы и их метаболиты влияют на здоровье и модулируют развитие болезни [8]. Это поставило перед исследователями задачу изучить роль микробиоты человека и ее потенциальное применение в управлении состоянием здоровья и болезнями человека.
Толстая кишка является преобладающим местом, где в кишечнике человека присутствуют микробы, и наше понимание состава, взаимодействия и функций этих кишечных микробов [9] продолжает развиваться в результате развития крупных инициатив, которые классифицируют микробиом [1, 10–13]. Микробиом кишечника человека очень динамичен на различных этапах развития человека и вовлечен в различные состояния здоровья и болезни. Существует множество факторов, которые способствуют формированию кишечной микробной колонизации, росту, составу и разнообразию. К основным факторам, влияющим на колонизацию и разнообразие микроорганизмов, относятся возраст [14], генетика [15-17], способ родоразрешения при рождении [18, 19], способ вскармливания младенцев [20, 21], лекарственные препараты (например, антибиотики), географическое положение [24] и рацион питания [25]. Исследования метагеномики в голландской популяции показали ассоциации между микробиотой кишечника и 126 экзогенными факторами, 31 внутренним фактором, 12 болезнями, 19 группами лекарств, 4 категориями курения и 60 диетическими факторами [26]. Реакция микробиоты кишечника на чувствительные факторы рассматривается как ценный инструмент для использования и разработки новых стратегий укрепления здоровья человека. Среди этих факторов наибольшее влияние на формирование и модуляцию микробиоты кишечника человека оказывают пищевые факторы, в том числе микро‐ и макроэлементы [27].
Взаимодействия между кишечной микробиотой и хозяином имеют решающее значение для понимания роли микробиоты в биологических процессах и того, как они способствуют здоровью и развитию заболеваний. Микробное разнообразие измеряет распределение различных видов в сообществе, уровень которого снижается при дисбактериозе кишечника, а богатство видов указывает на «здоровую кишку» [28–30]. У людей, страдающих воспалительным заболеванием кишечника, диабетом 2 типа (СД2) и целиакией, отмечалось снижение бактериального разнообразия. Недавние исследования выявили преобладание некоторых групп кишечных микробов, которые связаны с хорошим исходом для здоровья [28–30], и эти микробы представлены в этом обзоре как «потенциально полезные микробы», которые включают основные виды из родов Bifidobacterium, Lactobacillus, Akkermansia, Fecalibacterium, Eubacterium, Roseburia, Ruminococcus и Blautia. Исследования также показали обилие специфических бактерий, которые могут потенциально способствовать развитию или прогрессированию основных неинфекционных заболеваний, и эти микробы представлены в этом обзоре как «потенциально вредные микробы», которые включают некоторые виды из рода Clostridium, Enterobacter, Enterococcus, Bacteoidetes и Ruminococcus [31–33]. Как в исследованиях на людях, так и на животных сообщается, что увеличение отношения Firmicutes к Bacteroidetes (отношение F / B) связано с фенотипом ожирения / худощавости и может модулировать энергетический баланс [34, 35].
Целью этого повествовательного обзора была оценка научных исследований, в которых оценивалось влияние микро- и макронутриентов на состав кишечного микробиома с использованием моделей in vitro и in vivo, а также клинических испытаний на людях. Научные исследования, опубликованные между 2005 и 2019 гг. В базах данных PubMed, Scopus и Web of Science, были идентифицированы с использованием специальных поисковых терминов. Публикации, которые конкретно не определяли изменения в микробиоте кишечника, были исключены, в результате чего для подготовки этого обзора было отобрано в общей сложности 213 статей. Основные выводы, касающиеся микробиома, включая изменения в потенциально полезной и вредной микробиоте кишечника, соотношении F / B и микробном разнообразии, обсуждаются в этом обзоре. Рассмотренные исследования включали в себя модели in vitro и in vivo и клинические испытания на людях (в таком порядке, когда это возможно) и были разделены на основе микро‐и макроэлементов.
Роль пищевых микроэлементов в модуляции кишечной микробиоты.
Полифенолы
Полифенолы, такие как флавоноиды, фенольные кислоты, стильбены и лигнаны [36] из фруктов, овощей, злаков, чая, кофе и вина [37], привлекли интерес исследователей из-за их потенциальных антиоксидантных, противовоспалительных и антиканцерогенных эффектов [38]. Исследования in vitro показывают, что полифенолы могут модулировать микробиоту кишечника человека путем ингибирования потенциальных патогенных организмов (таких как Helicobacter pylori, Staphylococcus sp.) и способствуя росту потенциальных полезных членов, включая лактобацилл и бифидобактерий [39,40]. Животные и клинические испытания показывают, что полифенолы могут модулировать кишечные микробы, микробное разнообразие и соотношение Firmicutes к Bacteroidetes (F/B) [41-44]. Эти и другие исследования показали, что пребиотикоподобная активность полифенолов является основной причиной пользы для здоровья, обеспечиваемой полифенолами у человека [45]. Здесь мы обсуждаем данные in vitro, животных и клинических испытаний, которые оценивали влияние полифенолов на кишечные микробы, микробное разнообразие и соотношение F/B, а основные результаты приведены в таблице 1.
Исследования in vitro показали, что флавоноиды, такие как антоцианы, фенольные кислоты (эпикатехины, п ‐кумаровая кислота и о ‐кумаровая кислота) и другие полифенолы, такие как кверцетин, рутин, хлорогеновая кислота и кофейная кислота, могут увеличить обилие полезной микробиоты кишечника, такой как бифидобактерии и лактобациллы, и уменьшить число потенциальных патогенных бактерий, колонизирующих кишечник человека [39, 40, 46, 47]. Было также показано, что катехины стимулируют рост группы Clostridium coccoides-eubacterium rectale, Bifidobacterium sp., а также Escherichia coli и ингибируют рост потенциального патогенного организма (группа Clostridium hystolyticum) [48]. Ферментация полифенолов увеличивает обилие полезной микробиоты, такой как бифидобактерии, и снижает соотношение F/B, способствуя росту специфических представителей рода Bacteroidetes [49]. Было высказано предположение, что биотрансформированные полифенолы способствуют выработке короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs), которые хорошо известны как играющие важную роль в кишечнике и метаболическом здоровье [50]. Используя анализы на агаровых чашках, нарингенин, флавон, присутствующий в цитрусовых фруктах, модулировал рост и генетическую регуляцию кишечных комменсальных бактерий [51]. Сообщалось, что этилацетат / водный полифенольный экстракт китайского чая Юньнань ингибирует рост неблагоприятных видов бактерий (Clostridium и Bacteroides) in vitro [52].
Доклинические исследования показали, что целый ряд различных полифенолов улучшает различные показатели здоровья путем модуляции микробиоты кишечника. У животных, которых кормили высокожировой диетой (HFD) или контрольными фоновыми диетами, полифенолы, включая виноград [53], кожуру граната [54], красное вино [55] и зеленый чай [56], как было показано, увеличивают обилие фекальных бифидобактерий и лактобацилл. Axling и соавт. (2012) [56] также обнаружили, что порошок зеленого чая вместе с Lactobacillus plantarum может значительно увеличить бактериальное разнообразие и увеличить содержание Lactobacillus и Akkermansia в толстой кишке мышей [56]. Установлено, что в фекальном микробиоме крыс, которых кормили экстрактами, богатыми антоцианами ежевики, увеличивалось содержание Psudoflavonifractor (Псудофлавонифрактора) по сравнению со стандартной контрольной диетой, тогда как в присутствии HFD количество Akkermansia (Аккермансии) восстанавливалось до уровней, наблюдаемых при низкожировой диете [57]. Антоциановые экстракты также увеличивали обилие Осциллобактерий у крыс, получавших контрольную диету или HFD [57]. Было обнаружено, что введение флоридзина увеличивает обилие, тем самым восстанавливая полезные виды Akkermansia в модели диабетической мыши [58] (прим. ред.: Флоридзин – органическое соединение, относящееся к гликозидам, О-гликозид флороглюцина (1,3,5-триоксибензола), соединённого с остатком флоретиновой кислоты. Флоридзин содержится в корнях, стеблях и коре слив, вишен, груш, яблонь). Считается, что эта микробная модуляция и связанная с ней продукция SCFAs снижают содержание липополисахаридов (LPS) у мышей, получавших Флойдзин, и авторы предположили, что это является потенциальным механизмом улучшения, наблюдаемого у мышей с диабетом после введения Флоридзина. Показано, что полифенолы винограда увеличивают количество бифидобактерий у крыс контрольной группы [59] и лактобацилл у цыплят-бройлеров [60]. Уменьшение отношения F/B была продемонстрировано при скармливании полифенолов в HFD‐индуцированной крысиной модели [41-44]. В модели мышей с колитом, когда животные получали высокий уровень куркумина (стандартная диета для грызунов, содержащая 0,2% w/w наночастиц куркумина), наблюдалось увеличение количества бактерий, продуцирующих бутират, а именно Clostridium sp. кластер IV и XIVa, которые активировали Т-регуляторное клеточно-опосредованное подавление колита в этой модели [61]. Диета из кукурузного масла, дополненная генистеином, у гуманизированных мышей без микробов, которые получали фекальный трансплантат от больных раком молочной железы, увеличивала количество полезного кишечного микробиома в кишечнике [62]. Виды бактерий, которые были увеличены после кормления генистеином у этих мышей, включали Eubacterium dolichum, Lactococcus lactis, Akkermansia municiphila, Ruminococcus torques и Clostridium hathewayi, а виды бактерий, которые были значительно ниже, чем у контрольной группы, включали Bacteroides eggerthii и Bacteroides ovatus [62]. Основываясь на своих наблюдениях в этом исследовании, авторы далее предположили, что эта эпигенетическая регуляция могла играть роль у мышей, получавших генистеин, чтобы уменьшить размер опухоли и латентность [62].
В небольшом количестве клинических испытаний сообщалось об изменениях в составе микробиома после употребления продуктов, богатых полифенолами, включая какао, красное вино, зеленый чай и овощи / фрукты. Показано, что полифенолы, полученные из какао (494 мг / день) при употреблении в течение четырех недель, значительно увеличивают количество фекальных Bifidobacterium и Lactobacillus по сравнению с диетой с низким содержанием полифенолов (23 мг / день) [63]. Этот пребиотикоподобный эффект был дополнительно подтвержден проведением анализа ферментации in vitro на образцах фекалий от участников того же исследования [63]. В другом исследовании полифенолы из красного вина увеличили количество Bifidobacteria и Lactobacilli в кале лиц с ожирением, что коррелировало с улучшением маркеров метаболического синдрома, включая артериальное давление, уровень глюкозы в плазме и профиль липидов в плазме [64]. Кроме того, полифенолы красного вина увеличили количество вырабатывающих бутират микробов Fecalibacterium prausnitzii и Roseburia [64] в кале. Более того, в аналогичном исследовании модуляция полезной микробиоты, такой как Bifidobacterium sp. Eubacterium rectale, Bacteroidesiformis, Prevotella sp., Blautia coccoides и Eggerthella lenta, также наблюдалась у участников, потребляющих полифенолы красного вина [65]. Потребление овощной / фруктовой диеты на основе соков в течение трех последовательных дней может снизить соотношение F/B у здоровых взрослых людей [66]. Потребление зеленого чая увеличило долю Bifidobacterium sp. наряду с бактериальной продукцией метаболитов [67]. В исследовании с участием взрослого населения (n = 1044) сообщалось, что прием Диадзина может увеличить количество продуцирующих эквол бактерий, таких как Asaccharobacter celatus и Slackia isoflavoniconvertens, в кишечнике [68]. Результаты исследования Mayta-Apaza et al. [69] предположили, что фоновая диета и индивидуальный микробиом могут быть ключевым детерминантом кишечного микробного метаболизма полифенолов. Это исследование показало, что только когда у людей было низкое количество бактероидов, добавка полифенолов была эффективной в увеличении числа бифидобактерий. Кроме того, люди с высоким количеством бактероидов имели более низкую способность к метаболизму полифенолов, тем самым снижая биодоступность и потенциальную пользу для здоровья полифенолов (что свидетельствует о низком содержании углеводов и клетчатки в рационе питания западного типа). Потребление терпкого вишневого сока существенно изменяло микробиом, и что интересно, оно увеличивало Бактериоиды, Парабактериоиды и Алистипы у лиц с высоким уровнем бактероидов в исходном состоянии, а у лиц с низким уровнем бактероидов наблюдалось обратное [70]. Экстракт граната может увеличить полезную микробиоту Akkermansia, Lactobacillus и Prevotella [71]. В исследовании, проведенном Most et al., предположили, что мужчины и женщины могут метаболизировать полифенолы по-разному. В этом исследовании добавление эпигаллокатехин-3-галлата и ресвератрола модулировало микробиоту кишечника у мужчин с избыточным весом, с увеличением соотношения F/B, но аналогичная ассоциация не наблюдалась у женщин с избыточным весом [72]. Хотя исследования показали влияние пола и индекса массы тела на микробиоту кишечника [73], механизмы этой разницы в реакции пола на метаболизм полифенолов изучены недостаточно хорошо. Очевидно, что благотворное воздействие полифенолов на здоровье может быть частично обусловлено их способностью модулировать микробиоту кишечника. Основные группы полифенолов, исследованные как in vitro, так и в доклинических исследованиях, показали свою способность модулировать микробиоту кишечника до благоприятного пула, характеризующегося обилием бифидобактерий, лактобацилл, Аккермансии и Фекалибактерий sp. Благоприятные механизмы, наблюдавшиеся в этих исследованиях, были в основном связаны с продукцией короткоцепочечных жирных кислот SCFAs и других бактериальных метаболитов, которые способствовали положительным изменениям в здоровье кишечника и снижению воспалительного процесса, тем самым улучшая состояние системного заболевания. Хотя существуют только ограниченные клинические испытания, в которых конкретно оценивалось влияние полифенолов на здоровье, результаты являются весьма многообещающими, а микробная модуляция, наблюдаемая в этих исследованиях, имитирует таковую доклинических исследований. Основываясь на этих наблюдениях, настоятельно рекомендуется провести дополнительные исследования, чтобы изучить действия конкретных полифенолов на модулирование микробиоты кишечника человека и, следовательно, их влияние на улучшение / предотвращение метаболических заболеваний и рака.
Витамины
Витамины - это органические соединения, которые в очень небольших количествах необходимы для поддержания нормальной физиологической функции. Они часто выполняют различные функции в организме, одна из наиболее важных из которых заключается в их роли кофакторов для ферментов. Диета является основным источником витаминов, так как наш организм не может синтезировать их для удовлетворения наших ежедневных потребностей, но определенные витамины, особенно витамин К и витамины группы В, синтезируются микробиотой кишечника [74]. Когда витаминов недостаточно, могут возникать или усугубляться хронические заболевания, и люди обычно принимают моно- или поливитаминные добавки, которые могут обеспечить очень высокие дозы определенных витаминов. Впоследствии минимальное всасывание этих витаминов в верхних отделах кишечника может модулировать обилие и разнообразие кишечной микробиоты. Роль пищевых витаминов в модуляции микробиоты кишечника с использованием как животных моделей, так и клинических испытаний обобщена в таблице 2.
Таблица 2. Модуляции пищевых витаминов, минералов и микроэлементов на потенциально полезную и вредную микрофлору кишечника.
ВИТАМИН А. Витамин А, жирорастворимый витамин, показан в качестве вспомогательной терапии при инфекционных заболеваниях [75–78] и обладает потенциальным дополнительным терапевтическим эффектом у детей с аутистическим спектром расстройств (ASD) [79], возможно, путем изменения микробиоты кишечника. Разнообразие микробиоты кишечника и ключевых филотипов существенно различалось у детей с персистирующей диареей, у которых уровень витамина А существенно различался [80]. Уменьшение количества бактерий, продуцирующих бутират (Escherichia coli и Clostridium butyricum), и увеличение числа условно-патогенных микроорганизмов (Enterococcus), возможно, частично обусловили снижение разнообразия в группе с дефицитом витамина А [80]. Прием витамина А в форме ретиноевой кислоты на мышиной модели может ингибировать репликацию мышиного норовируса [75, 76]. В этом исследовании ученые продемонстрировали, что введение ретиноевой кислоты (физиологически активный метаболит витамина А) значительно увеличивало содержание Lactobacillus sp. во время норовирусной инфекции. В модели in vitro Lactobacillus продемонстрировал противовирусную активность против норовируса, и на основании этих данных авторы предположили, что обилие Lactobacillus в кишечнике было частично ответственно за ингибирование норовируса [75, 76]. Также было показано, что введение ретиноевой кислоты увеличивало содержание Allobaculum, Aggregatibacter, Bifidobacterium, Dialister и Enhydrobacter [75, 76]. Эпидемиологические исследования показали, что при достаточном количестве витамина А частота и клинические симптомы норовирусной инфекции значительно снижаются [77]. Кроме того, прием витамина А снижает смертность и заболеваемость, связанные с инфекционными заболеваниями желудочно-кишечного тракта [78]. В пилотном исследовании введение витамина А значительно увеличило популяцию как Bacteroidetes, так и Bacteroidales и уменьшило соотношение F / B у детей с ASD [79]. Было высказано предположение, что добавление витамина А детям с ASD улучшило состояние, возможно, путем восстановления популяции Bacteroidetes / Bacteroidales в их кишечнике. Кроме того, улучшение этого витаминного статуса в младенчестве может влиять на здоровье, как в младенчестве, так и в более позднем возрасте, способствуя созданию здоровой микробиоты. Huda et al. (2019) [81] сообщили, что добавление детям в раннем (6–15 недель) или позднем (2 года) младенчестве 50 000 МЕ витамина А может увеличить количество Bifidobacterium и Akkermansia в их кале, но не влияет на их количество протеобактерий (Proteobacteria).
ВИТАМИНЫГРУППЫВ. Витамины группы В представляют собой набор из восьми водорастворимых витаминов, необходимых для различных метаболических процессов. Несмотря на то, что витамины группы В содержатся во многих продуктах (например, в продуктах животного происхождения, в зеленых листовых овощах, бобах и горохе), их легко уменьшить, особенно с помощью алкоголя и приотовления (обработки) пищи. Было показано, что некоторые витамины B способствуют колонизации бактерий, модулируют бактериальную вирулентность и участвуют во взаимодействии патогена с хозяином посредством модификации защиты хозяина [82]. Например, добавление витамина B12, как было установлено, усиливает колонизацию Bacteroides thetaiotaomicron в кишечнике экспериментальной модели мышей-гнотобиотиков [83]. Кроме того, витамин B12 также необходим для некоторых энтеропатогенов, чтобы использовать этаноламин, который усиливает рост Salmonella typhimurium и его экспрессию генов вирулентности, как продемонстрировано на моделях in vitro и in vivo [84, 85]. В то же время было предсказано, что все Фузобактерии (Fusobacteria) и более 90% Бактериоидетов (Bacteroidetes) являются продуцентами В12 путем биосинтеза [86]. Точно так же витамин В6 может вырабатываться кишечной микробиотой, Бактериоидами [86], и в основном используется в качестве кофактора для многих биологических реакций, связанных с иммунным ответом хозяина. Как было показано в клиническом исследовании [82,87], дефицит В6 может вызывать атрофию лимфоидных органов, выраженное снижение количества лимфоцитов и нарушение реакции антител и продукции IL‐2. Эксперименты на животных и клинические испытания на людях также показали, что витамин B6 способствует росту бактероидов, который был опосредован либо модулированием иммунной системы хозяина, либо вмешательством в рост или экспрессию факторов вирулентности Salmonella typhimurium [87]. С другой стороны, дисбиоз кишечника на мышиной модели может снижать уровень витамина В6 в просвете и приводить к колонизации в кишечнике энтеропатогенными штаммами Salmonella sp. [88]. Из этих предварительных исследований следует сделать вывод, что добавление витаминов В3 и В6 может привести к обилию вредных/потенциально патогенных видов в кишечнике и, следовательно, может привести к нежелательным побочным эффектам.
ВИТАМИН С. Витамин С является самым важным водорастворимым антиоксидантом в организме человека. В отличие от других водорастворимых витаминов, Витамин С не может синтезироваться de novo в организме человека и должен быть получен из пищевых источников (фруктов и овощей) путем кишечной абсорбции [89]. Окислительно-восстановительное состояние может сильно модулировать микробиоту кишечника. Было обнаружено, что потребление витамина С было положительно коррелировано с Firmicutes и его более низкими таксонами (то есть Clostridium) и отрицательно связано с Bacteroidetes при оценке небольшой группы свободно живущих взрослых со стабильным муковисцидозом [90]. Wilson et al. (2018) [91] исследовали влияние потребления двух киви SunGold в день в течение 12 недель на состояние витамина С и состав фекальной микробиоты у людей с преддиабетом. Анализ показал увеличение относительной численности некультивированных представителей бактериального семейства Coriobacteriaceae; однако эти изменения были небольшими и не были клинически значимыми. Исследование на животных, проведенное на поросятах раннего отъема, подтвердило антиоксидантную способность витамина С в очищении от свободных радикалов и восстановлении микроокружения кишечной микробиоты, увеличении количества лактобацилл и бифидобактерий и уменьшении количества кишечной палочки в кишечной среде [92].
ВИТАМИН D. Клинические испытания, включающие добавление витамина D, показали положительные результаты для поддержания здоровья людей и предотвращения хронических заболеваний, и последующие изменения в микробиоте могут быть важным механизмом [93, 94]. Как жирорастворимый витамин, витамин D, как полагают, участвует в процессе синтеза нейромедиаторов и баланса кальция, защищая нервные клетки своими антиоксидантными эффектами [95]. В когортном исследовании с участием 56 366 американских женщин в возрасте от 50 до 79 лет было показано, что высокий уровень потребления витамина D может значительно снизить риск депрессии [96]. Все больше данных свидетельствует о том, что причиной этого может быть изменение микробиоты кишечника витамином D. Рандомизированное контрольное исследование [97] показало, что еженедельное добавление 50 000 МЕ витамина D (эргокальциферола) в течение 12 месяцев увеличивало фекальные уровни SCFAs и обилие SCFA-продуцирующих родов, таких как Ruminococcus, Fecalibacterium и Dialister. Сообщалось также, что прием витамина D3 оказывает положительное влияние на микробиоту кишечника у больных муковисцидозом за счет увеличения количества полезных бактерий рода Lactococcus и уменьшения обилия Veillonella на уровне рода и Erysipelotrichaceae на уровне семейства, многие представители которых были признаны потенциальными патогенами [98]. Введение витамина D может предотвращать или даже лечить различные злокачественные опухоли [99,100] и воспалительные заболевания желудочно-кишечного тракта [101,102]. Например, прием витамина D3 значительно уменьшал относительное обилие гамма-протеобактерий и увеличивал бактериальное богатство у человека [103]. В этом исследовании витамин D3 модулировал микробиом кишечника верхних отделов желудочно-кишечного тракта, что могло бы объяснить его положительное влияние на желудочно-кишечные заболевания, такие как воспалительные заболевания кишечника или бактериальные инфекции. Витамин D обладает иммуномодулирующими свойствами и, следовательно, потенциально может влиять на микробную колонизацию кишечного тракта [104-106]. В исследовании Garg et al. (2018) [107] было исследовано влияние замещения витамина D у пациентов с дефицитом витамина D с язвенным колитом и без него на воспаление и фекальную микробиоту. Было обнаружено, что прием витамина D (одна доза 40 000 МЕ один раз в неделю в течение восьми недель) связан со снижением воспаления кишечника у пациентов с активным ЯК, с сопутствующим увеличением энтеробактерий, но без изменения общего фекального микробного разнообразия. Кроме того, витамин D также оказывал специфическое влияние на бактериальные сообщества при болезни Крона (БК), но не в здоровом контроле [108]. В этом исследовании микробиота представителей родов Alistipes, Barnesiella, неклассифицированные Porphyromonadaceae (обе актинобактерии), Roseburia, Anaerotruncus, Subdoligranulum и неклассифицированные Ruminococcaceae (все Firmicutes) была значительно увеличена после введения витамина D в течение одной недели у больных БК. Это ясно указывает на то, что введение витамина D может оказывать положительное влияние на БК путем модуляции бактериального состава кишечника, а также путем увеличения обилия потенциальных полезных штаммов бактерий. Кроме того, прием витамина D матерью во время беременности имел отрицательную линейную ассоциацию с Bifidobacterium sp. и положительную ассоциацию с группой Bacteroides fragilis у младенцев, предполагающую, что пренатальное введение витамина D оказывало влияние на бактериальное разнообразие у младенцев [109]. Снижение количества Clostridium difficile было связано с добавлением витамина D грудным детям, чьи матери были более склонны придерживаться образа жизни в отношении диетических привычек, как вегетарианцы, или органических/макробиотических диет. Эти данные предполагают, что пре- / постнатальное воздействие витамина D влияет на обилие нескольких ключевых бактериальных таксонов в детской микробиоте, тем самым приводя к развитию полезной/вредной для здоровья микробиоты в кишечнике младенца [109]. Лютольд (Luthold) и др. (2017) [110] исследовали связь между потреблением витамина D и уровнем циркулирующего 25(OH)D (или кальцифедиола – ред.) с составом кишечной микробиоты, маркерами воспаления и биохимическим профилем у здоровых людей. Превотелла (Prevotella) была более обильной, в то время как Гемофилюс (Haemophilus) и Вейлонелла (Veillonella) были менее обильными в подгруппе с самым высоким потреблением витамина D (≥ 10 мкг/сут). Кроме того, обилие Копрококков (Coprococcus) и Бифдобактерий статистически обратно коррелировало с 25(OH)D, в то время как дефицит витамина D мог существенно влиять на фекальную микробиоту здоровых взрослых, а также играть важную роль в прогрессировании артериальной гипертензии. Например, здоровые люди, получавшие менее 50 нмоль/л 25(OH)D, имели более низкое обилие рода Coprococcus и более высокое обилие рода Ruminococcus по сравнению с теми, кто получал более 75 нмоль/л 25(OH)D [111]. Исследование Zuo et al. (2019) [112] показало, что витамин D3 положительно коррелировал с полезными для здоровья бактериальными родами, включая Subdoligranulum, Ruminiclostridium, Intestinimonas, Pseudoflavonifractor, Paenibacillus и Marvinbryantia, которые, как считалось, обладают антигипертензивной функцией.
ВИТАМИН Е. Витамин Е, хорошо известный своим антиоксидантным действием, обычно содержится в ряде пищевых продуктов, включая масло зародышей пшеницы, оливковое масло экстра-класса, фундук, арахис, рыбу, устриц, яйца и сливочное масло. Было показано, что он защищает от повреждения слизистой оболочки в моделях химического колита [113,114]. Также было продемонстрировано, что природные антиоксиданты могут регулировать состав микробиоты кишечника, удаляя избыточные свободные радикалы и поддерживая клеточный и гуморальный иммунные ответы [115]. Недавние результаты, полученные на мышиной модели илеального пучита показали, что антиоксидантная диета, обогащенная витаминами Е, селеном и ретиноевой кислотой, может изменить микробное сообщество кишечника в сторону противовоспалительного профиля, смягчая воспаление слизистой оболочки. Эта способность, по-видимому, опосредована увеличением относительного процента Bacteroidetes и уменьшением Firmicutes на уровне типа, с общим увеличением альфа-разнообразия (индекса разнообразия Шеннона) [116]. В другом модельном исследовании на мышах сравнивали состав микробиоты кишечника между группами с низким содержанием витамина Е (0,06 мг/20 г массы тела) и высоким содержанием витамина Е (0,18 мг/20 г) [117]. Установлено, что при высоком уровне потребления витамина Е, по сравнению с контролем и низким уровнем потребления, наблюдается пониженное соотношение между Фирмикутами и Бактероидетами. Эти данные были подтверждены исследованием на людях, проведенным у беременных во втором триместре, которое показало, что более высокое потребление витамина Е было связано со снижением Proteobacteria и Firmicutes и увеличением Bacteroidetes [118]. Кроме того, недавнее исследование, проведенное на железодефицитных новорожденных и малышах, показало увеличение относительной численности рода Roseburia (тип Firmicutes), производителя бутирата, в группе, получавшей железо и витамин Е, по сравнению с группой получавшей только железо [119].
Из приведенного выше обсуждения очевидно, что существует высокий уровень взаимодействий между витаминами и микробиотой кишечника в том, что некоторые витамины производятся микробиотой кишечника, а другие отвечают за модуляцию полезных/вредных видов на основе концентрации в микроокружении. Как доклинические, так и клинические исследования показали способность витамина А модулировать полезные для здоровья микробы родов Bifidobacterium, Lactobacillus и Akkermansia. Восстановительная функция витамина А у больных ASD очень интересна, и это требует дальнейших исследований для его использования в комбинированной терапии больных ASD. Интересно, что некоторые витамины группы В вырабатываются кишечными комменсалами, и некоторые из этих витаминов участвуют в усилении вирулентности / колонизации потенциальных патогенных микробов. Добавки витаминов С, D и Е могут модулировать полезную для здоровья микробиоту, особенно полезные виды из родов Bifidobacterium и Lactobacillus. Витамины D и E также модулируют полезные для здоровья микробы рода Roseburia. Кроме того, витамины D и E также могут снижать соотношение F / B. Взятые вместе, эти исследования показывают, что добавление витаминов может модулировать микробиоту кишечника. Тем не менее, модуляция зависит от уровня витаминов в организме хозяина, и, следовательно, необходимы дальнейшие клинические испытания для предотвращения любой побочной реакции путем «чрезмерного добавления» витаминов.