Post on 09-Apr-2019
Prebiòtics i Probiòtics en el tractament
de la Obesitat
Rocio Puig
HUGTiP, gener 2014
Gastroenterol Res Pract. 2012
MICROBIOTA INTESTINAL
microbioma
Gastroenterol Res Pract. 2012
F. Metabòlica:
Produeixen vitamines, sintetitzen aminoàcids i realitzen la
biotransformació de la bilis
Fermentació de substrats no digeribles (fibra, mucus) amb producció
d’AGCC (acetat, propionat, butirat) i altres metabòlits (lactat,
etanol...)
L’absorció dels AGCC al còlon estimula l’absorció de sal i aigua
Butirat: font d’energia per la microbiota
Acetat: substrat per la biosíntesi del colesterol
Font d’energia pels colonocits (60-70% requeriments)
F. Estructural o Tròfica:
Butirat (AGCC) regula el creixement i la diferenciació cel·lular, indueix
la secreció de mucina (obstacle pels components pro inflamatoris i els
antígens), pèptids antimicrobians i altres factors
Desenvolupament de la microvasculatura de les vellositats intestinals
FUNCIONS DE LA MICROBIOTA
F. Protectora:
Produeixen substàncies
antimicrobianes i competeixen
pels nutrients i l’espai amb els
patògens
Disminueix la producció de
lipopolisacàrids i peptidoglicans
Paper en el desenvolupament de
les cèl·lules B i cèl·lules T
reguladores
Modulen la resposta inflamatòria
local
FUNCIONS DE LA MICROBIOTA
J Biomed Biotech. 2011
MICROBIOTA INTESTINAL
El fetus té un budell estèril i
el nadó es colonitza pels
bacteris de la mare i del seu
voltant
Canvis en la complexitat i
composició de la microbiota
del budell amb el
deslletament. Als 2,5 anys és
molt similar a l’adult
La dieta, les condicions
higièniques, l’edat, la
geografia i l’ús d’antibiòtics
influeixen en la composició
de la microbiota intestinal
MICROBIOTA INTESTINAL
Nature. 2011
Firmicutes
(Gram+)
60%
Bacteroidetes
(Gram-)
10%
Actinobacterias
(Gram+)
10%
Micoplasma, Bacillus i Clostridium
Bacteroides, Prevotella Bifidobacterium
Quina seria una microbiota saludable?:
No hi ha una definició clara, però nombroses patologies s’han relacionat
amb canvis a l’ecosistema intestinal (malaltia inflamatòria intestinal,
obesitat, síndrome metabòlica)
Gran variabilitat interindividual
d’espècies bacterianes, però el
perfil genètic funcional expressat
per la comunitat bacteriana és
bastant similar en individus sans.
Ecosistema
bacterià sa/normal: com més
s’assembli el seu perfil genètic
funcional a un estàndard
Nature. 2011
Gut microbes. 2012
Etiopatogènia de l’obesitat:
Interacció entre factors genètics i ambientals,
principalment la dieta i l’activitat física (disbalanç
energètic)
La microbiota intestinal com a possible factor endogen
important
MICROBIOTA I OBESITAT
Br J Nutr. 2013
MICROBIOTA I OBESITAT
Fallen en l’adaptació als
antígens de la dieta
MICROBIOTA I OBESITAT
Proc Natl Acad Sci U S A. 2004 Nov 2;101(44):15718-23
CONV-R GF
CONV-D (14d)
MICROBIOTA I OBESITAT
Els CONV-R tenien un 42% més de greix que els GF, malgrat que menjaven un 29% menys
Increment del 57% en el greix corporal total i d’un 61% en el greix epididimal, i disminució de la ingesta en un 27% respecte els GF
El guany ponderal no s’explicava per una disminució de la despesa energètica
Les concentracions de leptina incrementaven després de la colonització de forma proporcional a l’increment del greix corporal
Disminució de la ingesta i increment de la despesa energètica
MICROBIOTA I OBESITAT
Turnbaugh et al., 2006. Ratolins GF colonitzats amb microbiota de ratolins
prims/obesos
El fenotip estalviador energètic podria transmetre’s amb la microbiota
Nutr Clin Med. 2013
Major extracció d’energia de la dieta
Modulació de la ingesta energètica i del metabolisme
Inflamació associada a l’obesitat:
endotoxèmia/bacterièmia/sistema endocannabinoid
MICROBIOTA I OBESITAT
Metabolització de carbohidrats no digeribles a AGCC.
La microbiota de l’obès tindria una major capacitat per extreure
energia de la dieta (major producció de AGCC).
Backhed et al., 2004. Els ratolins sense microbiota (GF) menjaven més i eren
més prims
Schwiertz et al., 2010. Pacients obesos: major concentració de AGCC a femtes
EXTRACCIÓ ENERGÈTICA DE LA DIETA.
MODULACIÓ DE LA INGESTA I DEL METABOLISME
Els AGCC com a reguladors de la ingesta energètica i del
metabolisme
Els AGCC s’han associat amb un increment de la sensació de sacietat i
una disminució de la ingesta
de la leptina (Soliman et al., 2011)
del GLP1 i del PYY (Cani et al., 2009)
grelina (Fukumori et al., 2011)
Free Fatty Acid Receptors: FFAR2 (GPR43) i FFAR3 (GPR41)
La seva deleció (ratolins KO) ratolins més prims Nutr Clin Med. 2013
Regulació de la gana a través del Toll like Receptor 5
(TLR5)
MODULACIÓ DE LA INGESTA I DEL METABOLISME
TLR: receptors transmembrana que
reconeixen patrons moleculars
associats a patògens (immunitat
innata)
TLR5 (detecta flagel·lina)
abundant a la mucosa intestinal
dels ratolins (també a mucosa
colònica humana)
Ratolins TLR5KO: hiperfàgia, obesitat, DLP, HTA i insulinresistència.
Alteracions en la composició de la microbiota
Transplantament de la microbiota del TLR5KO a ratolins GF provocava
hiperfàgia, obesitat i alteracions metabòliques
El tractament antibiòtic normalitzava la ingesta i millorava la sdr.
metabòlica
Natu
re R
evie
ws I
mm
unolo
gy.
2010
Regulació del metabolisme a través de la kinasa activada
per AMP (AMPK)
AMPK: enzim expressat a fetge, cervell i múscul esq. Sensor d’energia
cel·lular i regulador metabòlic
S’activa quan ATP i incrementa els nivells d’energia estimulant el
catabolisme (ß-oxidació AG) i inhibint vies anabòliques
MODULACIÓ DE LA INGESTA I DEL METABOLISME
Backhed et al., 2007. Ratolins
GF resistents a obesitat induïda
per una dieta rica en greixos
tenien un 40% més d’activació
de la AMPK
Increment de l’activitat de la lipoproteïnalipasa (LPL) amb
la disminució del fasting-induced adipose factor o
angiopoietina like 4 (Fiaf/Angptl4)
Fiaf: proteïna secretada pel tx adipós, el fetge i el budell que inhibeix
l’activitat de la LPL i podria regular el catabolisme lipídic
MODULACIÓ DE LA INGESTA I DEL METABOLISME
Backhed et al., 2004. Ratolins GF tenen
major expressió de Fiaf. Al trasplantar-los
microbiota, s’inhibeix Fiaf i incrementa
l’activitat LPL i el greix corporal
Backhed et al., 2007. Ratolins KO per Fiaf
perdien l’efecte protector enfront la obesitat
induïda per una dieta rica en greixos
Nature Reviews. 2008
Regulació de la lipogènesi hepàtica a nivell transcripcional
via SREBP-1c i ChREBP
MODULACIÓ DE LA INGESTA I DEL METABOLISME
SREBP-1c (Sterol response element binding protein
1c) i ChREBP (carbohydrate response element
binding protein): factors de transcripció que
actuen sobre Acc1 (acetyl-CoA carboxylasa) i Fas
(fatty acid synthasa)
Backhed et al., 2004. Ratolins GF al ser
colonitzats per flora de ratolins normals,
augmentaven la síntesi de TG hepàtics. Es van
trobar incrementats els nivells de SREBP i de
CHREBP
J Physiol Pharmacol. 2008
Mod¡ficat de Gut microbes. 2012
Mengen + i són + prims Fiaf AMPK Activitat LPL SREBP i ChREPB Resistents a pes amb WD
Mengen - i són + obesos Fiaf AMPK
Activitat LPL SREBP i ChREPB pes amb WD
La microbiota intestinal augmentaria la sensibilitat a la
sobrenutrició
extraient major energia de la dieta (AGCC)
inhibint l’expressió de Fiaf LPS tx adipós
disminuint l’activació de la AMPK catabolisme
vies catabòliques (disminució de gens implicats en l’oxidació de
greixos)
INFLAMACIÓ ASSOCIADA A L’OBESITAT
Obesitat: inflamació crònica
Mucosa intestinal: lloc principal d’entrada de microorganismes
Relació entre la translocació d’endotoxines i bacteris i la inflamació
associada a l’obesitat
Modificat de Nature. 2012
Endotoxèmia: increment de les
concentracions plasmàtiques de LPS
inflamació crònica
Difusió directa per un increment en
la permeabilitat intestinal
Absorció i incorporació del LPS als
quilomicrons
Una dieta rica en greix pot
incrementar la permeabilitat intestinal
inhibint l’expressió de proteïnes
d’unió
Endoteli
INFLAMACIÓ ASSOCIADA A L’OBESITAT
Cani et al., 2007. Ratolins. Infusió
subcutània de LPS durant 4 setmanes,
dieta normal increment del pes total,
del pes hepàtic i del teixit adipós, així
com de la glucèmia en dejú i la
insulinèmia
INFLAMACIÓ ASSOCIADA A L’OBESITAT
Inflamació hepàtica i del t. adipós
Efectes comparables al d’una dieta rica en greix
Altres estudis: deleció del receptor de LPS o canvis en la microbiota induïts
amb antibiòtics prevenen l’alteració metabòlica produïda per una dieta rica
en greix
INFLAMACIÓ ASSOCIADA A L’OBESITAT
Bacterièmia: translocació bacteriana en l’obesitat
Amar et al., 2011. Ratolins. Després d’1 setm amb dieta rica en greixos, es
detectava un increment a la llum intestinal, mucosa ileal, sang i tx adipós
mesentèric del nº total de bacteris, BGN i E.coli.
Canvis en la composició de la microbiota provoquen canvis en l’endotoxinèmia
L’administració del prebiòtic oligofructosa (FOS) augmenta la proporció de
Lactobacilus i Bifidobacteria en ratolins obesos i restaura la permeabilitat
intestinal normal estimulant les proteïnes d’unió intercel·lulars, i disminueix
l’endotoxèmia, a més d’incrementar les concentracions intestinals de GLP-2
Al tractar amb prebiòtics + antagonista GLP-2, la majoria dels efectes
beneficiosos s’abolien
Ratolins obesos tractats només amb GLP-2: millorava la permeabilitat intestinal,
l’endotoxèmia i la inflamació sistèmica i hepàtica en nivells similars als del
tractament amb prebiòtic
Hipòtesi: els prebiòtics millorarien la barrera intestinal a través d’un
increment del GLP-2 induït per Bifidobacteris
INFLAMACIÓ ASSOCIADA A L’OBESITAT
Sistema endocannabinoid (eCB). Modulació ingesta – metabolisme
– inflamació
Lípids neuromoduladors (endocannabinoids): anandamida (AEA) i 2-
araquidonoilglicerol (2-AG)
Receptors de cannabinoids: CB1 i CB2
Enzims que els degraden: fatty acid amide hidrolasa (FAAH) i
monoacilglicerol lipasa (MGL)
Eur heart j suppl. 2008
INFLAMACIÓ ASSOCIADA A L’OBESITAT
eCB a nivell intestinal on els endocannabinoids es sintetitzen localment
Hipòtesis:
La interacció entre la microbiota intestinal i el eCB regularia la
permeabilitat intestinal i l’endotoxèmia metabòlica en l’obesitat
L’endotoxèmia promouria un increment de l’adipositat per
hipertròfia dels adipòcits
INFLAMACIÓ ASSOCIADA A L’OBESITAT
Sistema endocannabinoid (eCB).
Models animals:
Ratolins obesos: AEA i CB1 i FAAH els obesos tindrien un major
to d’activació del eCB
Canvis en la microbiota associats a efectes antiobesitat CB1
Ratolins obesos tractats amb un antagonista del CB1 permeabilitat
intestinal, LPS plasmàtic, menor guany ponderal, millor perfil glicèmic i
milloria de la inflamació hepàtica
Administració d’un agonista del CB1 incrementava la permeabilitat
intestinal i les concentracions de LPS
En contra: Zoppi et al., 2012. ratolins KO per CB1R tenien una major
disfunció de la barrera colònica comparats amb ratolins normals (major
permeabilitat, translocació bacteriana, menor secreció de IgA i major
expressió d’enzims inflamatoris)
CANVIS DE LA MICROBIOTA EN RELACIÓ A L’OBESITAT
n Tto Resultats
Armougom et al. Plos One 2009
20 obesos + 9 anorèxics + 20 normopes
no Bacteroidetes i Lactobacilus (Firmicutes) en ob M.smithii en anorèxics
Zhang et al. Proc Natl Acad Sci USA 2009
3 normopès + 3 obesos + 3 post by-pass YR
No Firmicutes predominants en np i ob però post bp Gammaproteobacteria post bp M.smithii en obesos
Schwiertz et al. Obesity 2010
30 normopès + 35 sobrepès + 33 obesos
No A >IMC: >[AGCC]fecals, Firmicutes/Bacteroidetes, Bifidobacterium i M.smithii
Santacruz et al. Obesity 2009
36 adolescents sobrepès Dieta + activitat física 10 setmanes
Al perdre pes, Bacteroides fragilis i Lactobacillus, i
Clostridium cocoides, B.longum i B.adolescentis
Balamurugan et al. Br J Nutr 2009
13 nens sobrepès i 15 obesos (11-14 a)
no Sense en Bacteroides, Bifidobacterium, L.acidophilus i E.rectale. Faealibacterium prausnitzii
Collado et al. Am J Clin Nutr 2008
18 ♀ amb sobrepès i 30
normopès, embarassades seguiment Bacteroides i Estafilococ
(Firmicutes) amb guany ponderal excessiu
Kalliomäki et al. Am J Clin Nutr 2008
25 nens amb sobrepès o obesos + 24 np (7 a)
retrospectiu Bifidobacterium en els que romanen np i Estafilococ en els
que es tornen ob
CANVIS DE LA MICROBIOTA EN RELACIÓ A L’OBESITAT
International Journal of Obesity (2012) 36, 817–825
N = 115 [68 obesos (IMC 43,6; 50,5 anys), 47 controls (IMC 21; 42,6
anys)]
Firmicutes, Bacteroidetes, Methanobrevibacter smithii, Lactococcus lactis
+ 1 espècies de Bifidobacterium i 7 espècies de Lactobacillus (probiòtics)
CANVIS DE LA MICROBIOTA EN RELACIÓ A L’OBESITAT
Lactobacillus
M. smithii
CANVIS DE LA MICROBIOTA EN RELACIÓ A L’OBESITAT
L. reuteri
L. casei/paracasei
L. Plantarum
B. animalis
CANVIS DE LA MICROBIOTA EN RELACIÓ A L’OBESITAT
Probiòtic
Còlic del lactant
Diarrea per rotavirus
H. Pylori
Gingivitis
Fílum: Firmicutes/Bacteroidetes en obesos. Altres no han trobat diferències o
inclús una ratio
Al perdre pes (dieta baixa en greixos o en carbohidrats) Bacteroidetes en
associació amb el %PP i no amb la ingesta calòrica
Classe o inferior:
Patògens oportunistes (S. Aureus) i productors d’AGCC
(Bifidobacteris). També Bifidobacteris post BGYR
Enterobacteries (E.coli) en obesos i post BGYR
Enterobacteries al perdre pes amb dieta
Lactobacillus ?
Methanobrevibacter smithii (arqueu metanogènic que incrementen l’eficàcia
de la fermentació bacteriana i la producció d’AGCC) ?
Malgrat que es troben alteracions en la microbiota dels individus
obesos, existeixen diferències importants en les poblacions
bacterianes estudiades:
Diferents característiques dels individus
Diferent dieta
Diferent metodologia i/o disseny de l’estudi
CANVIS DE LA MICROBIOTA EN RELACIÓ A L’OBESITAT
Espècie
Gènere
Família
Ordre
Classe
Fílum
S.aureus
Staphyloccocus
Staphylococcaceae Bacillales
Bacilli
Firmicutes
L.casei
Lactobacillus
Lactobacillaceae Lactobacillales
Bacilli
Firmicutes
MICROBIOTA INTESTINAL
CANVIS DE LA MICROBIOTA EN RELACIÓ A LA DIETA
Gut microbes. 2012
HUMANS:
Dieta hipocalòrica baixa en carbohidrats o en lípids:
Bacteroidetes i Firmicutes.
Dieta baixa en carbohidrats i rica en proteïnes:
Bifidobacteris, Roseburia spp i E.rectale
AGCC
Restricció calòrica i exercici (10 s):
Bacteroides fragilis, Lactobacillus i Bacteroides
C.coccoides, C.histolyticum, Bifidobacterium longum i
Bifidobacterium adolescentis, E.rectale
Dieta amb midó resistent:
Oscillibacter valericigenes, Rominococcus bromii, Roseburia spp i
E.rectale
Dieta rica en fibra:
Bifidobacterium, Rominococcus, Lactobacillus, Enterococcus, F.
Prausnitzii, E.rectale, C.coccoides
CANVIS DE LA MICROBIOTA EN RELACIÓ A LA DIETA
DIETA OBESITAT CANVIS EN LA MICROBIOTA
DIETA
Nutr Journal. 2012
MANIPULACIÓ DE LA MICROBIOTA
Una de les formes de restablir l'homeòstasi bacteriana és amb l’ús dels
probiòtics, prebiòtics i simbiòtics
Probiòtic:
Preparat o producte que conté soques de microorganismes viables i
que quan s’administra en quantitats suficients produeix efectes
beneficiosos en l’hoste
Prebiòtic:
Parts no digeribles dels aliments que produeixen efectes beneficiosos
sobre l’hoste estimulant selectivament el creixement i/o activitat d’un
tipus o nombre limitat de bacteris al còlon (ex: la ingesta de
fructooligosacàrids (FOS) i la inulina afavoreixen els bifidobacteris de
forma selectiva)
Simbiòtic:
Productes que contenen probiòtics i prebiòtics. Estrictament, si el
component prebiòtic afavoreix selectivament el component probiòtic
MANIPULACIÓ DE LA MICROBIOTA
PROBIÒTICS:
Dades metagenòmiques limitades d’estudis d’intervenció amb
probiòtics en humans
Microbial pathogenesis. 2012
82 estudis (17 humans, 51 animals i 14 models experimentals)
Lactobacillus, Bifidobacterium, Enterococcus i Streptococcus
MANIPULACIÓ DE LA MICROBIOTA
Pes en individus prims
L.acidophilus (animals i humans)
L.fermentum (animals)
L.ingluviei (animals*)
*no s’ha identificat a la
microbiota intestinal humana
MANIPULACIÓ DE LA MICROBIOTA
a) prims; b) obesos
L.plantarum (animals)
L.gasseri (animals i humans)
Pes en individus amb
obesitat/sobrepès
MANIPULACIÓ DE LA MICROBIOTA
Objectiu:
Efecte dels probiòtics combinats amb herbes medicinals en el tractament de
l’obesitat: capacitat de regular la microbiota, la permeabilitat intestinal i el grau
d’endotoxèmia.
IMC > 25 Kg/m2 i PC > 85 cm.
Bofutsushosan +
Probiòtics 2c/d
Bofutsushosan +
Placebo 2c/d
Resultats:
Resultats:
Resultats:
Resultats:
Resultats:
No en Prob grup ni basal r 0,42 r 0,40
No en Prob grup r -0,35
r 0,35 r 0,39
r -0,46
r 0,40 r 0,44 r 0,25
Resultats:
Firmicutes
MANIPULACIÓ DE LA MICROBIOTA
PREBIÒTICS:
Prebiòtics estimulen la profucció d’AGCC i el creixement de bacteris
beneficiosos, especialment Bifidobacterium spp i Lactobacillus spp
En ratolins alimentats amb una dieta rica en greix, l’administració de
FOS incrementava la població de Bifidobacterium, normalitzava la
endotoxèmia i disminuia la inflamació
FOS incrementa la sacietat i s’ha associat a una disminució del pes en
humans:
Genta et al., 2010. 35 ♀ obeses premenopàusiques. Controlat, doble cec.
L’administració de sirop de yacón (ric en FOS; 0,14g/Kg/d) durant 120d
pes, IMC, CC, major sacietat
MANIPULACIÓ DE LA MICROBIOTA
PREBIÒTICS:
Parnell et al., 2009. n 48 (IMC 30). 21g/d FOS vs placebo,
12 setm
MANIPULACIÓ DE LA MICROBIOTA
Microbial Cell Factories. 2011
MANIPULACIÓ DE LA MICROBIOTA
ANTIBIÒTICS:
Clin Microbiol Infect. 2013 Lactobacillus
MANIPULACIÓ DE LA MICROBIOTA
ANTIBIÒTICS:
Modificat de Clin Microbiol Infect. 2013
MANIPULACIÓ DE LA MICROBIOTA
ANTIBIÒTICS:
Utilitzats durant molts anys per incrementar el pes en els animals
Efecte similar en humans:
Tetraciclina:
Guany ponderal en nadons preterme
Nens desnodrits
Pacients amb fibrosi quística
Pacients amb patologia pancreàtica
Macròlids:
Guany ponderal en fibrosi quística
Claritromicina:
pes en tto erradicador H.pylori
Sulfonamides i cotrimoxazol
Pels efectes sobre la microbiota o pels efectes beneficiosos en la
prevenció o el tractament de les infeccions bacterianes?
Clin Microbiol Infect. 2013
Els mecanismes fisiopatològics que expliquen la relació entre microbiota i obesitat no s’han estudiat en profunditat en humans
La microbiota intestinal sembla ser un objectiu important i prometedor en la prevenció i el tractament de l’obesitat i trastorns metabòlics relacionats
No hi ha consens sobre quins patrons de bacteries intestinals associats a l’obesitat podrien ser el biomarcador o la diana terapèutica en l’obesitat (FOS, L.gasseri)
Redundància en la funcionalitat de diferents espècies bacterianes
CONCLUSIONS
Moltes gràcies
“the microbiota can be viewed as a metabolic organ exquisitely tuned to our physiology that performs function we have not had to envolve on our own”
Backhed et al.2004.PNAS 101:1578-15723