Изучение роли микробиома, мутаций митохондриального генома и воспалительного ответа моноцитов в развитии ИБС при ожирении

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-15-00252

НазваниеИзучение роли микробиома, мутаций митохондриального генома и воспалительного ответа моноцитов в развитии ИБС при ожирении

Руководитель Стародубова Антонина Владимировна, Доктор медицинских наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи , г Москва

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-202 - Сердечно-сосудистая система

Ключевые слова микробиом, воспалительные цитокины, ожирение, ишемическая болезнь сердца, алиментарно-зависимые заболевания

Код ГРНТИ76.29.30

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Научной проблемой, на решение которой направлен проект, является выявление роли нетрадиционных факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), в частности микробиома кишечника и ротовой полости, мутаций митохондриального генома и провоспалительного ответа моноцитов в развитии ишемической болезни сердца (ИБС) у пациентов с ожирением. Ожирение является хроническим многофакторным заболеванием, которое обусловлено факторами поведенческого, социально-экономического, а также генетического характера, при этом ожирение является фактором риска ССЗ. Известно, что риск развития ИБС увеличивается с увеличением индекса массы тела. В последние годы исследование микробиома представляет большой научный интерес как в области изучения сердечно-сосудистой патологии, так и ожирения. Есть данные о взаимосвязи кишечного микробиома с развитием ИБС и ожирения, при этом микробиом ротовой полости в этой связи практически не изучен. Воспаление является широко известным и крайне важным фактором патогенеза ССЗ. В то же время, взаимосвязь воспаления с ожирением подтверждена в ряде исследований, но вопрос, участвуют механизмы воспаления в развитии ожирения или являются его следствием, остается недостаточно изученным. Исследование воспалительного ответа моноцитов при ожирении и ИБС представляет большой научный интерес, так как позволит охарактеризовать предрасположенность к развитию хронического воспаления в данных группах пациентов. Митохондриальная дисфункция часто сопутствует ожирению, так как избыток питательных веществ может нарушать цикл Кребса и приводить к повышенному образованию активных форм кислорода, вызывающих окислительный стресс и прогрессирование воспалительного процесса при ожирении. Мутации митохондриального генома, которые могут быть одним из факторов, вызывающих дисфункцию митохондрий у пациентов с ожирением и ИБС, также являются предметом изучения в данном проекте. Ранее было показано, что ряд мутаций митохондриального генома, выявленных в моноцитах, высоко коррелирует с развитием ССЗ, в частности, атеросклероза. Существуют данные о взаимосвязи микробиома с воспалительным статусом организма хозяина при ССЗ, в частности, при атеросклерозе, однако данных о взаимодействии этих факторов при ожирении и сопутствующей ИБС нет. Для решения научной проблемы данного проекта поставлены следующие задачи: 1. Выявление вариантов микробиома, ассоциированных с развитием ИБС и ожирением. Микробиом кишечника и ротовой полости будет исследован в группах пациентов с ИБС и ожирением, ИБС без ожирения, при ожирении без ИБС и в контрольной группе без ИБС и ожирения. Впервые будет проведено сравнение вариантов микробиома, ассоциированных с ИБС и ожирением в соответствующих группах. 2. Изучение взаимосвязи проатеросклеротических мутаций митохондриального генома и провоспалительного ответа моноцитов с развитием ИБС и ожирением в вышеуказанных группах пациентов. Данное исследование также будет проведено впервые. 3. Комплексная оценка взаимодействия данных факторов в развитии ожирения и сопутствующей ИБС. Таким образом, данное исследование направлено на разработку нового диагностического подхода, основанного на анализе микробиома кишечника и ротовой полости, воспалительного ответа моноцитов, совокупности точечных мутаций митохондриального генома и традиционных факторов риска ССЗ у лиц с ИБС и ожирением для раннего выявления индивидуальной предрасположенности к развитию этих заболеваний. В перспективе это позволит осуществлять раннюю идентификацию лиц, имеющих высокую вероятность развития ожирения и ассоциированных с ним ССЗ, а также проводить своевременные меры неспецифической и специфической профилактики для снижения рисков заболеваемости, инвалидизации и смертности от ожирения и сопутствующих ССЗ.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Маркина Ю.В., Кириченко Т.В., Маркин А.М., Юдина И.Ю., Стародубова А.В., Собенин И.А., Орехов А.Н. Atheroprotective Effects of Glycyrrhiza glabra L. Molecules, 27, 4697 (год публикации - 2022)
10.3390/molecules27154697

2. Кириченко Т.В., Шапошникова Н.Н., Вараева Ю.Р., Толстик Т.В., Маркина Ю.В., Маркин А.М., Орехов А.Н., Стародубова А.В. Monocyte activation in patients with carotid atherosclerosis and obesity Atherosclerosis, 355, p19 (год публикации - 2022)
10.1016/j.atherosclerosis.2022.06.285

3. Кириченко Т.В., Маркина Ю.В., Богатырева А.И., Толстик Т.В., Вараева Ю.Р., Стародубова А.В. The Role of Adipokines in Inflammatory Mechanisms of Obesity International Journal of Molecular Sciences, 23, 14982. (год публикации - 2022)
10.3390/ijms232314982

Публикации

1. Шапошникова Н.Н., Кириченко Т.В., Вараева Ю.Р., Толстик Т.В., Стародубова А.В. Секреция TNF-α культивируемыми моноцитами у пациентов с ожирением и ишемической болезнью сердца. Кардиологический вестник, Т. 18, №2-2, с. 32-33 (год публикации - 2023)

2. Маркина Ю.В., Вараева Ю.Р., Кириченко Т.В., Толстик Т.В., Богатырева А.И., Маркин А.М., Стародубова А.В. Association of carotid intima-media thickness with monocyte activation in obese patients. Atherosclerosis, 379, 1, S13-S14 (год публикации - 2023)
10.1016/j.atherosclerosis.2023.06.092

3. Леонов Г.Е., Вараева Ю.Р., Ливанцова Е.Н., Стародубова А.В. Особенности микробиома ротовой полости при различных соматических заболеваниях Вопросы питания, Т. 92 №4, с. 6-19 (год публикации - 2023)
10.33029/0042-8833-2023-92-4-6-19

4. Леонов Г.Е., Вараева Ю.Р., Ливанцова Е.Н., Стародубова А.В. The Complicated Relationship of Short-Chain Fatty Acids and Oral Microbiome: A Narrative Review Biomedicines, 11 (10), 2749 (год публикации - 2023)
10.3390/biomedicines11102749

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
На третьем этапе работы по проекту в исследование дополнительно включены 27 участников исследования, проведено клинико-лабораторное обследование (артериальное давление, курение, индекс массы тела (ИМТ), семейный анамнез ССЗ, липидный профиль крови, ультразвуковое сканирование сонных артерий); определены уровни гетероплазмии митохондриальной ДНК по вариантам m.13513G>A, m.12315G>A, m.14459G>A, m.15059G>A, m.14846G>A, m.1555A>G, m.3336T>C, m.3256C>T, m.5178C>A в образцах крови участников исследования; определены уровни базальной, ЛПС-стимулированной и рестимулированной секреции цитокинов ИЛ-1β, ИЛ-8, ФНО-α и МСР-1 в первичной культуре моноцитов участников исследования. Результаты включены в общую базу данных, анализ проводился для всех участников исследования, включенных за 3 года работы по проекту. Состав кишечной и ротовой микробиоты был проанализирован с помощью секвенирования 16S рРНК. В кишечном микробиоме доминирующими типами были Firmicutes, Bacteroidetes и Proteobacteria. Firmicutes продемонстрировали самую высокую относительную численность, в среднем 69,5% во всех группах, Bacteroidetes составили 11,3%, Proteobacteria - 16,8%. Примечательно, что наблюдалась тенденция к относительному снижению Proteobacteria в группе лиц с ожирением и в группе с ожирением и ИБС по сравнению с контрольной группой, однако, различия не достигли уровня статистической значимости. В образцах микробиома ротовой полости преобладали типы Firmicutes, Proteobacteria и Bacteroidetes. Firmicutes оставался самым многочисленным типом со средней относительной численностью 57,8%. Напротив, Proteobacteria и Bacteroidetes составили приблизительно 21,8% и 12,6% соответственно. В образцах слюны у пациентов с ИБС и ожирением наблюдалось повышенное количество Proteobacteria по сравнению с контрольной группой (р<0,05). В микробиоме кишечника доминировали роды Bacteroides, Blautia, Escherichia, Faecalibacterium и Ruminococcus, в структуре микробиома полости рта доминировали роды Streptococcus, Prevotella, Fusobacteria и Veillonella во всех группах. Альфа-разнообразие оценивалось с использованием индексов Chao1 и Шеннона, значимых различий в составе микробиома полости рта и кишечника в группах не наблюдалось. Значимые различия в бета-разнообразии были обнаружены между группами контроля и ожирения+ИБС (p<0,05), между группами ИБС и ожирения (p<0,05) и между группами ожирение и ожирение+ИБС (p<0,05) в микробиоме кишечника. Для микробиоты полости рта статистически значимые различия наблюдались между группами контроля и ИБС (p<0,05), контроля и ожирения (p<0,05), ИБС и ожирения (p<0,05) и ожирения и ожирение+ИБС (p<0,05). При определении родов в группе с ожирением показаны более высокие уровни родов Roseburia, Bacteroides, Prevotella, Enterocloster и Phocaeicola, в то время как уровень Romboutsia был ниже по сравнению с контрольной группой. В группе с ожирением и ИБС содержание микроорганизмов родов Ruminococcus, Roseburia, Fusicatenibacter, Agathobacter и Klebsiella было повышено по сравнению с контрольной группой (р<0,05). Сравнение между группами ИБС и ожирение+ИБС показало, что уровень Citrobacter был ниже в группе с ожирением+ИБС (р<0,05), тогда как уровень Dorea, Streptococcus и Solobacterium был выше (р<0,05). Кроме того, в группе ожирение+ИБС наблюдалось снижение численности Streptococcus, а также увеличение численности Bacteroides, Phocaeicola и Prevotella по сравнению с группой ожирения (р<0,05). При анализе микробиома полости рта показано, что в группе ИБС повышены уровни Haemophilus и Neisseria по сравнению с контрольной группой (р<0,05). В группе с ожирением показана более высокая распространенность Veillonella, Fusobacterium и Dialister, в то время как уровни Streptococcus и Gemella были снижены. Отмечено снижение Alloprevotella наряду с увеличением Haemophilus и Lachnoanaerobaculum в группе ожирение+ИБС. По сравнению с группой ожирения в группе ожирения+ИБС наблюдалось снижение родов Gemella, Granulicatella, Rothia и увеличение Fusobacterium, Prevotella, Campylobacter и Dialister (р<0,05). Корреляционный анализ Спирмена выявил положительную корреляцию между кишечными бактериями Blautia glucerasea и Blautia faecis и ИМТ, и отрицательную корреляцию между Oscillibacter valericigenes и ИМТ. Более высокие уровни Faecalibacterium prausnitzii и Coprococcus catus были ассоциированы с повышенным уровнем холестерина. Уровень Lactobacillus rogosae положительно коррелировал с уровнем триглицеридов, уровень Escherichia coli отрицательно коррелировал с концентрацией триглицеридов. Faecalibacterium prausnitzii и Oscillibacter valericigenes были связаны с повышенным уровнем холестерина ЛПНП, повышенный уровень Phocaeicola dorei коррелировал с более высоким уровнем ЛПВП. Показано, что распространенность определенных представителей микробиоты полости рта коррелирует с различными антропометрическими и биохимическими параметрами. Prevotella salivae были связаны с повышенным ИМТ, тогда как виды Streptococcus были связаны с пониженным ИМТ. Повышение содержания Veillonella parvula, Fusobacterium nucleatum, Haemophilus parahaemolyticus и Prevotella oris было связано с повышенным артериальным давлением, Streptococcus sp. и Rothia mucilaginosa – с пониженным артериальным давлением. Уровень Prevotella oris коррелировал с повышенным уровнем общего холестерина и холестерина ЛПНП, Haemophilus parahaemolyticus и Streptococcus australis были связаны с пониженным уровнем триглицеридов и холестерина ЛПНП. Более высокая распространенность Streptococcus australis была связана с пониженным уровнем глюкозы. Было обнаружено, что Gemella haemolysans положительно коррелирует, а Veillonella atypica отрицательно коррелирует с толщиной интима-медиа сонной артерии (cIMT).

Публикации

1. Ливанцова Е.Н., Леонов Г.Е., Стародубова А.В., Вараева Ю.Р., Ватлин А.А., Кошечкин С.И., Короткова Т.Н., Никитюк Д.Б. Diet and the Gut Microbiome as Determinants Modulating Metabolic Outcomes in Young Obese Adults Biomedicines, 12(7), 1601 (год публикации - 2024)
10.3390/biomedicines12071601

2. Шапошникова Н.Н., Вараева Ю.Р., Ливанцова Е.Н., Маркина Ю.В., Толстик Т.С., Леонов Г.Е., Стародубова А.В. The effects of complex rehabilitation on monocytes proinflammatory cytokine (IL-1Β) secretion in obese patients with ischemic heart disease Atherosclerosis, Volume 395, Supplement 1, 118164 (год публикации - 2024)
10.1016/j.atherosclerosis.2024.118164

3. Леонов ГЕ, Вараева ЮР, Ливанцова ЕН, Васильев АВ, Владимирская ОС, Короткова ТН, Никитюк ДБ и Стародубова АВ Periodontal Pathogens and Obesity in the Context of Cardiovascular Risks Across Age Groups Front. Oral. Health, Front. Oral. Health Sec. Cardiometabolic Health Volume 5 - 2024 | doi: 10.3389/froh.2024.1488833 (год публикации - 2024)
10.3389/froh.2024.1488833

4. Толстик Т.В., Кириченко Т.В., Маркин А.М., Богатырева А.И., Маркина Ю.В., Киселева Д.Г., Шапошникова Н.Н., Стародубова А.В., Орехов А.Н. The association of TNF-alpha secretion and mtDNA copy number in CD14+ monocytes of patients with obesity and CHD Frontiers in Molecular Biosciences, 11:1362955 (год публикации - 2024)
10.3389/fmolb.2024.1362955

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта представляют собой научный задел в области изучения роли микробиома и воспаления в развитии ожирения и ИБС и являются основой для дальнейших исследований с целью разработки новых диагностических алгоритмов и терапевтических подходов к лечению и профилактике этих социально значимых заболеваний.