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