“
MICROBIOTA INTESTINAL
Y OBESIDAD
”
Dra. Ana Isabel Burguete
García
Unidad de Epidemiología Genética
Obesidad
• Se define como el exceso de grasa corporal, visible y cuantificable, producido como consecuencia de un incremento de la ingesta energética y un gasto energético disminuido.
• Se caracteriza por un grupo de desordenes metabólicos e inflamación de bajo grado.
OMS. http://www.who.int/dietphysicalactivity/childhood/es/ IOTF http://www.iaso.org/resources/world-map-obesity/?map=children Clasificación IMC (Infantil) OMS/CDC Clasificación Percentil Normal 15 al 85 Sobrepeso >85 Obesidad >95
La obesidad es una enfermedad crónica, que provoca efectos negativos en la salud.
Sanz Y, et al. 2009
Valores Limites del IMC (Kg/m2 ) ADULTOS
Peso insuficiente < 18,5 Normopeso 18,5 – 24,9 Sobrepeso grado I 25 – 26,9 Sobrepeso grado II (preobesidad) 27 – 29,9 Obesidad tipo I 30 – 34,9 Obesidad tipo II 35 – 39,9
World Health Organization. Nota descriptiva N° 311. Obesidad y Sobrepeso. Mayo 2012.
Encuesta Nacional de Salud y Nutrición 2012.
18.4% en 1999 33.2% en 2006, 35% en 2012 12 a 19 años: uno de cada 5 sobrepeso , 1 de cada 10 obesidad 5 a 11 años: Mas de 5 millones de obesidad y sobrepeso
Epidemiología nacional
Prevalencia 11,990,001En la obesidad participan dos grandes factores: Tres grandes genomas:
a.- Cromosómico b.- Mitocondrial 1.- El genético
2.- Ambiental:
Ingesta de alimentos con alta densidad energética – Consumo de bebidas con alto aporte calórico – Bajo consumo de frutas, verduras, granos enteros, leguminosas y agua – Baja actividad física
c.- Microbioma
1.- Regulación del apetito: NPY, LEP, POMC
2.- Termogénesis: ADRB3, ADRB2, UCPs,
3.- Metabolismo de lípidos: PPARg, ADIPO, ADIPOR
4.- Inflamación (lipotoxicidad): IL-6, TNF, IL-10)
MICROBIOTA INTESTINAL
La microbiota humana consiste en al redor
de 10 a 100 billones de microorganismos, representando al menos 10 veces más el número de células humanas.
Su microbioma codifica a un conjunto de
genes que representan en promedio 100 veces más el genoma humano. 99% bacteriano, 1% humano
La microbiota y su microbioma nos proveen
de importantes funciones biológicas y metabólicas que no pueden ser realizadas por el metabolismo humano.
Turnbaugh P, et al. 2007. Sanz Y, et al. 2007.
Chagoysan T, Maldonado J, Hernández A, 2004.
Se considera a la microbiota como un órgano mas perfectamente integrado a la fisiología del cuerpo
Las Firmicutes son la familia que se encuentra en mayor proporción, incluye más de 200 géneros y los más importantes son los Micoplasma, Bacillus y Clostridium .
DiBaise JK, Mayo clinics proceeding 2009 MICROBIOTA INTESTINAL
Las principales bacterias corresponden a tres grandes familias: Firmicutes (gram-positivos), Bacteroidetes (gram-negativos) y Actinobacterias (gram-positivos). Gram positivos Firmicutes Ruminocossus Clostridium Lactobacillus Eubacterium Faecalibacterium Asociadas con fibras insolubles en el colon Mayor capacidad para obtención de energía de la dieta Dos clases taxónomicas: Bacilli y clostridia Harry et al 2011
Gram negativos Bacteroidetes Bacteroides Prevotella Xylanibacter Utiliza carbohidratos
20 géneros bacterianos Bacteroidia, Flavobacteria 3 clases:
y Sphingobacteria
MICROBIOTA Y DESORDENES METABÓLICOS
La microbiota intestinal está implicada en la programación y el control de muchas funciones fisiológicas, incluyendo el desarrollo del epitelio intestinal, mecanismos innatos y adaptativos (Mackie et al, 1999;.. Dethlefsen et al, 2006) .
La microbiota contribuye a la regulación de la homeostasis energética.
Por lo tanto, la interacción entre microbiota intestinal y otros factores ambientales como la dieta condicionan la alteración en la homeostasis energética, causando enfermedades metabólicas: Obesidad
Una composición alterada y la diversidad de la microbiota intestinal desempeña un papel importante en el desarrollo de
Ratones alimentados libres de gérmenes vs Ratones alimentados convencionalmente
Libres de gérmenes: Mas delgados (elevadas concentraciones
de AMPK‐P=Regulación metab. Lipídico) Convencional Obesos Libres de gérmenes – Ganancia de peso – (Misma ingesta calórica) • Convencional – Obesos
La Microbiota indujo una mayor extracción de calorías a partir de alimentos
Backhed, Nature 2006; 444: 1027
Transferencia de Microbiota
Seguimiento de 12 pacientes obesos durante un año.
1.-Dieta restringida en grasa
2-Dieta restringida en carbohidratos
3.-Monitoreo de la microbiota en un año
INVESTIGAR LA RELACIÓN ENTRE LA MICROBIOTA Y LA GRASA CORPORAL EN HUMANOS (PRIMER REPORTE)
RESULTADOS:
Medición inicial: Personas obesas tuvieron menos Bacteroidetes (Bacteroides/Prevotella) (p<0.001) y
más Firmicutes (p=0.002) que los controles delgados.
A través del tiempo la abundancia relativa de Bacteroidetes aumento (p<0.001) y la abundancia de Firmicutes disminuyo (p=0.002), independientemente del tipo de dieta.
El aumento en abundancia de Bacteroidetes tuvo correlación con el porcentaje de perdida de
peso
(R2 0.8 CARB-R, 0.5 FAT-R). Ley RE Turnbaugh PJ Klein S Gordon JI. Microbial ecology: human gut
microbes associated with obesity. Nature. 2006;444(7122):1022-1023 Ley RE Turnbaugh PJ Klein S Gordon JI. Microbial ecology: human gut
microbes associated with obesity. Nature. 2006;444(7122):1022-1023
Bypass gástrico**
Erejuwa et al., 2014
Presencia de genes que codifican enzimas que descomponen los
polisacáridos que no
pueden ser digeridos por el hospedador
Mayor absorción de nutrientes y su deposición, lo que contribuye al desarrollo de trastornos metabólicos. Conversión de estos AGCC en triglicéridos en el hígado
Microbiota
Triglicéridos Almacén de
grasa
Lipogénesis Pérdida del efecto
inhibidor de LPL FIAF
Monosacaridos y AGCC
CH complejos y grasa
Por otra parte, la microbiota intestinal también se ha demostrado condiciona a una disminución del FIAF; aumentando el
almacenamiento de triglicéridos derivados de lipogénesis hepática.
Macrofago Macrofago Adipocit o TNF IL-6 TNF Grado de inflamación NF-kB Secreta LPS Lipidos Permeabilidad de epitelio intestinal Reducción de ZO-1 y Ocludina LPS Son trasportados junto a los lípidos Adipocito TLR4, TLR2 Inflamación Crónica de bajo grado=Obesidad
CUANTIFICACIÓN DE BACTERIAS EN MUESTRAS DE HECES
ANALIZADAS POR qPCR EN LA INFANCIA, Kalliomaky., etal, 2008 N:49
Bifidobacterium genus Normal Sb/Ob P value 6m 10.50 (4.7-17.7) 1.58 (0.9-7.6) 12m 5.79 (1.8-14.8) 1.52 (0.16-8.1) 0.2 Infancia 7a 8.23 (2.6-11.6) 4.9 (1.5-9.6)
Bifidobacterium longum Normal Sb/Ob P value 6m 56.2 (0.6-102) 4.8(0.01-32) 12m 2.27 (0.15-6.8) 1.08 (0.02-2.6) 0.4 Infancia 4.05 (0.2-7.2) 1.57 (0.2-5.6)
Bacteroides Fragilis Normal Sb/Ob P value 6m 2.6 (0.1-74) 14.3(3.01-95) 12m 12.5 (0.16-64) 9.3 (2.4-53) 0.8 Infancia 33.3 (2.5-191) 22.9(7.4-78)
Staphylococus aureus Normal Sb/Ob P value 6m 0.28 (0.09-0.58) 1(0.4-1.14) 12m 0.13 (0.08-0.26) 0.27 (0.15-1) 0.01 Infancia 0.27 (0.17-0.50) 0.64(0.33-1) 1.- alteración en la microbiota precede a la alteración en peso 2.-Staphylococcus aureus puede actuar como desencadenant e de la inflamación de bajo grado, lo que contribuye al desarrollo de la obesidad
1.- Lactobacillus, L. plantarum, y L. paracasei, B. animalis: Peso Normal(aumenta glucólisis, protege del stres oxidativo)
2.- L. reuteri: Obesidad (Carece de enzimas del catabolismo de fructuosa)
M. MILLION; etal., 2012.: Heces de 68 obesos y 47 controles
Firmicutes, Bacteroidetes, M. smithii and Lactobacillus qPCR especie-especifica: Absorción lípidos y carbohidratos Lactobacillos spp y Bifidobacterias:
ADAPTACIÓN METABÓLICA A UNA DIETA ALTA EN GRASA SE ASOCIA CON UN CAMBIO EN LA MICROBIOTA INTESTINAL:
Fujishiro et al.2003
Serino M., etal, 2011 Burguete-García AI, 2010
Via JNK: Inhibe fosfortilación en tirosina de IRS-1
100 ratones machos C57BL / 6
Alimentados con una dieta libre de carbohidratos y alta en grasas (HFD): 3 meses
HFD-D: Diabetes
HFD-DR: Diabetes resistente HFD + GOS: diabéticos que
recibieron suplementación con oligosacáridos
Determinación dek perfil de la microbiota mediante pirosecuenciación
Prueba de tolerancia a la glucosa Perfil inflamatorio por ELISA
Pruebas de permeabilidad Intestinal
Determinación de proteínas de unión del epitelio intestinal
RESULTADOS Relación inversa bacteroidetes/firmicutes entre HFD-D y HFD-DR Aumento de la relación bacterodetes/firmicutes en HFD + GO Phylum Actinobacteria casi totalmente desapareció (0,1%)
INFLAMACIÓN Y PERMEABILIDAD INTESTINAL ASOCIADO A FENOTIPO METABÓLICO
Concentración plasmática de LPS
PERMEABILIDAD INTESTINAL
ASOCIADA A FENOTIPO METABÓLICO
Dieta alta en grasas aumenta permeabilidad
intestinal=endotoxemia=Alt Metabólicas
Obesity 2009; 17:1906-15, Br Jnutr 2009:1-4, Am J Clin Nutr 2008; 88:894-9; Gastroenterology 2009; 137:1716-24
Diseño de estudio N=1750
6 a 14 años No relacionados
Muestreo por conveniencia MICROBIOTA Composición Firmicutes/bacteroidetes Fenotipos (evento): Antropometría: IMC Circunferencia cintura Resistencia insulina Perfil Metabólico, DT2 Perfil lipídico Inflamación: Adiponectina, TNFa, IL-6, IL-10, MODIFICADORES Infancia: Vía de nacimiento,
peso al nacimiento, practicas de alimentación, Nutrición y salud 1.- Evaluación dieta (CFC) Dieta, macronutrimentos Factores Genéticos: 1.- Metabolismo lípidos 2.- Resistencia a la insulina 3.- Inflamación 128 SNPs
•Uso de antibióticos durante dos meses previos al estudio
•Presencia de desórdenes gastrointestinales
Criterios de exclusión
NORMAL
OBESO
52.61
DISTRIBUCIÓN DEL IMC PARA LA EDAD
47.31
Parámetros Normal (N:684) Obesidad (N=548) p Edad 9.18 ± 0 .18 9.40±0.20 0.0016 Circunferencia cintura 58.40±6.80 80.25±10 0.0001 Peso al nacimiento 3051±488.5 3215±528.1 0.0001 ENERGÍA TOTAL 3458.27 ± 1030.44 3410.383±1092.90 0.39
CARACTERÍSTICAS CLÍNICAS DE LA POBLACIÓN DE ESTUDIO POR PERCENTIL DE IMC PARA LA EDAD
TAS (mmHg) 95.95 ± 10.28 104.65±11.49 0.0001 TAD (mmHg) 64.67±8.56 69.58±8.80 0.0001 Glucosa (mg/dL) 81.09±9.50 83.97±81.84 0.003 Insulina (mUI/ml) 2.70±2.31 7.28±5.53 0.0001 Colesterol Total (mg/dL) 152.77±34.41 166.94±16.36 0.0001 Triglicéridos (mg/dL) 76.05±32.29 122.26±60.89 <0.0001 HDL (mg/dL) 53.59±12.07 45.93±12.22 0.001 LDL (mg/dL) 96.82±25.17 106.57±28.57 0.001 HOMA 0.91±0.98 1.97±2.31 0.0001
CARACTERÍSTICAS CLÍNICAS DE LA POBLACIÓN DE ESTUDIO POR PERCENTIL DE IMC PARA LA EDAD
CARACTERÍSTICAS CLÍNICAS DE LA POBLACIÓN DE ESTUDIO POR PERCENTIL DE IMC PARA LA EDAD N:1750
Parámetros Normal (N:828) Obesidad (N=922) p ACANTÓSIS No Si 54.75 23.66 42.25 76.34 <0.0001 GÉNERO Masculino femenino 44.88 50 55.12 50 0.032 AHF OBESIDAD No Si 57.58 37.30 42.42 62.70 <0.0001 NIVEL SOCIOECONÓMICO Bajo Medio/ Alto 42.79 35.78 57.21 64.22 0.19
Normal Sp/ob p.value Bacteroidetes 0.91 (±2.05) 0.73 (±0.49) 0.28
Firmicutes 0.76 (±1.05) 1.65(±2.84) 0.0001 ABUNDANCIA RELATIVA FIRMICUTES/BACTEROIDETES POR
PERCENTIL DE IMC PARA LA EDAD
2-∆CT [2- (CT del gen de interés- CT del gen de referencia)]
Normal Sp/ob Bacteroidetes 0.91 0.73 Firmicutes 0.76 1.65 0.91 0.73 0.76 1.65 y = 0.89x - 0.13 R² = 1
1
6
Normal Sb/Ob
FIRMICUTES/BACTEROIDETES
RELACIÓN FIRMICUTES/BACTEROIDETES POR GRADO DE ADIPOSIDAD
Asociación de Firmicutes, Bacteroidetes con obesidad MICROBIOTA Sobrepeso/Obeso OR IC95% P Firmicutes MEDIO ALTO 2.72 2.12-3.50 <0.0001 6.46 4.95 – 8.40 <0.0001 Bacteroidetes MEDIO ALTO 1.30 0.79 0.88 – 1.43 0.62 - 1.01 0.32 0.06
Los niños con IMC normal se consideraron como grupo control, ajustado por edad, antecedente heredofamiliar de obesidad y energía total. Las variables fueron categorizadas en terciles considerando el tercil de baja concentración como categoría referencia.
•Estos resultados son de gran relevancia ya que los Firmicutes tienen una cantidad mayor de genes que codifican hidrolasas y una mayor
capacidad para la obtención de energía proveniente de la dieta del hospedero (Dibaise et al 2008), además que la disbiosis a favor de los Firmicutes, se asocia a una respuesta inmune pro-inflamatoria, disminución de abundancia relativa de Bacteroidetes e inhibición de de citocinas anti-inflamatorias (Recasens et al 2004).
Adipocitocinas
Normal(43%) Sp/ob(57%) P value
TNF- α (μg/mL) 1.16(±0.50) 1.16(±0.52) 0.89
IL-6(μg/mL) 1.11(±0.662) 1.13(±0.817) 0.65
IL-10(μg/mL) 1.12(±0.771) 1.17(±0.783) 0.06
Adiponectina (μg/mL) 5.75 (±0.839) 4.53 (±1.311) 0.0001 a
Distribución de los niveles séricos de citocinas por grado de adiposidad, (N: 1750)
Las concentraciones de adiponectina son de gran importancia ya
que una baja concentración de adiponectina está relacionada a
anormalidades metabólicas incluyendo, regulación del peso corporal, función anti-aterogénico riesgo de desarrollar diabetes tipo 2 y enfermedades cardiovasculares, este ultimo se debe a
que la adiponectina reduce los valores plasmáticos de
IMC PARA LA
EDAD Firmicutes alto Bacteroidetes bajo
TNF 0.20 (0.0001) 0.18 (0.0001)
Citocinas anti-inflamatorias
Citocinas anti-inflamatorias Citocinas pro-inflamatorias Citocinas pro-inflamatorias
TNF-α TNF-α
Inflamación Inflamación
Correlación de entre la concentración sérica de citocinas e IMC dependientes a la abundancia relativa de microbiota
IL-10, IL-6 y Adiponectina no Fueron significativas
• Las concentraciones séricas de TNF-α se correlacionan positivamente con el IMC para la edad dependiente del perfil de la microbiota, se observó una correlación del 20% en aquellos con tercil alto de abundancia relativa de firmicutes y
18% tercil bajo de bacteroidetes, este perfil es característico de la población con sobrepeso y obesidad.
• Lo que estaría respaldando la hipótesis de la participación de la microbiota en la inflamación crónica de bajo grado característico de la obesidad.
Ante una elevada concentración de AGCC (provenientes de la hidrolisis de Ac grasos saturados, hidrólisis favorecida por las enzimas de los Firmicutes), se condiciona a una inhibición de las uniones estrechas del epitelio intestinal (Osborn 2012) por lo que ocurre una translocación de bacteroidetes a la circulación, los cuales son reconocidos por TLR4, activando la vía NF-kB resultando en una sobreexpresión de TNF-α
¿la microbiota intestinal contribuye a la patogenia de la obesidad, o la microbiota intestinal alterada es una mera consecuencia de la
obesidad?
1.- Los ratones libres de gérmenes tienen menor adiposidad y no desarrollan obesidad inducida por la dieta.
2.- Se tiene evidencia directa de que la microbiota intestinal de individuos obesos contribuye con la patogenia de la obesidad a partir del trasplante de microbiota intestinal de ratones obesos y controles delgados a receptores libres de gérmenes.
3.- Los ratones que recibieron la microbiota intestinal de donadores obesos ganaron de manera significativa mayor grasa corporal en comparación con los ratones que recibieron la microbiota de ratones delgados.
4.- En consecuencia, el fenotipo obeso puede trasplantarse entre organismos a través de la microbiota.
Para la elaboración de constancias,
favor de enviar lista de
participantes
presenciales
con:
Profra. Berta Luz Téllez
Videos y presentaciones anteriores en: http://www.espm.mx
-Videoconferencias
