Los microbios intestinales desempeñan un papel protagónico en la resistencia a la insulina, lo que abre las puertas a nuevos tratamientos para la diabetes.

En un estudio reciente publicado en la revista Naturaleza, los investigadores utilizan una estrategia multiómica integral en humanos para evaluar la asociación entre el metabolismo microbiano de los carbohidratos intestinales y la resistencia a la insulina (RI). Además, este estudio descubrió vínculos entre los metabolitos fecales y el síndrome metabólico (MetS), una enfermedad relacionada con la IR.

Estudiar: El metabolismo microbiano intestinal de los carbohidratos contribuye a la resistencia a la insulina. Haber de imagen: Andrii Vodolazhskyi/Shutterstock.com

El microbioma intestinal y la resistencia a la insulina

La fisiopatología básica de la diabetes tipo 2 y el SMet es la RI. Investigaciones metagenómicas anteriores han detallado las características de los microbios intestinales y sus funciones en el metabolismo alimentario relacionado con la IR.

Más específicamente, el metabolismo de los carbohidratos comensales parece contribuir a la extracción general de energía del huésped y, como resultado, está involucrado en la etiología de la prediabetes y la obesidad. Sin embargo, el proceso fundamental sigue siendo desconocido.

Sobre el estudio

Para investigar el papel de la microbiota intestinal en la IR, los investigadores integraron metabolomas fecales, metagenomas y datos transcriptómicos del huésped imparciales. El estudio incluyó a 306 personas de entre 20 y 75 años que se inscribieron en el estudio entre 2014 y 2016 en el Hospital de la Universidad de Tokio durante sus visitas médicas anuales regulares.

En las categorías normal, obesa y prediabética, los investigadores inscribieron a 112, 100 y 101 personas, respectivamente. A todos los participantes se les realizaron exámenes físicos, pruebas de laboratorio, muestras fecales para pirosecuenciación del ácido ribonucleico ribosómico (ARNr) 16S fecal y análisis metabolómicos, así como muestras de sangre para análisis metabolómicos serológicos.

Los criterios de exclusión incluyeron diagnóstico confirmado de diabetes, uso habitual de medicamentos para la diabetes o enfermedades intestinales, uso de antibióticos dentro de las dos semanas posteriores a la recolección de la muestra y pérdida de tres kilogramos de peso corporal en los tres meses anteriores a la recolección de la muestra.

La IR se determinó utilizando el modelo homeostático de evaluación de IR (HOMA-IR) con puntuaciones de 2,5 o más. Para evaluar las diferencias en las actividades microbianas intestinales, los metabolitos fecales y los genes anticipados se clasificaron como agrupaciones de coabundancia (CAG) y categorizaciones de la Enciclopedia de genes y genomas de Kyoto (KEGG), respectivamente.

Se utilizó el enfoque de análisis cap de expresión genética (CAGE) para recopilar datos transcriptómicos de células mononucleares de sangre periférica (PBMC), que pueden cuantificar la expresión genética con resolución del sitio de inicio de la transcripción. Valores del área bajo la curva (AUC) de las curvas de la curva operativa del receptor (ROC) utilizando el sistema clasificador de bosque aleatorio para investigar formas en que los datos ómicos de muestras fecales podrían predecir la resistencia a la insulina.

Se utilizaron la secuenciación del ácido ribonucleico (ARN) ribosómico 16S fecal, el metagenoma, el metaboloma y sus conjuntos de datos combinados para identificar variables estimadoras para el modelado utilizando el algoritmo de redundancia mínima de máxima relevancia.

A lo largo de los estudios de correlación y regresión con indicadores clínicos, se corrigieron variables de confusión significativas, incluido el sexo y la edad. Se utilizaron técnicas de cromatografía de gases-espectrometría de masas en tándem (GC-MS/MS) para extraer y cuantificar metabolitos hidrófilos en muestras fecales y serológicas.

Hallazgos del estudio

La mediana del índice de masa corporal (IMC) y de la hemoglobina glucosilada (HbA1c) fue de 25 kg/m² y 6%, respectivamente. Los carbohidratos fecales, particularmente los monosacáridos accesibles al huésped, fueron mayores en pacientes resistentes a la insulina y estaban relacionados con el metabolismo microbiano de los carbohidratos y las citocinas inflamatorias del huésped.

Las bacterias intestinales relacionadas con la IR y la sensibilidad a la insulina mostraron un patrón diferente de metabolismo de los carbohidratos. Además, las bacterias asociadas a la sensibilidad a la insulina mejoraron los fenotipos de IR del huésped en un modelo murino.

Un estudio de metabolómica no dirigido que utilizó dos plataformas analíticas basadas en MS mostró 195 y 100 metabolitos hidrófilos fecales y serológicos anotados, respectivamente, así como 2654 y 635 metabolitos lipídicos fecales y serológicos anotados.

Al predecir la IR, las características seleccionadas de los datos metabolómicos fecales superaron las de 16S y metagenómica. Esta observación indica que la metabolómica fecal puede ser útil en la investigación de la fisiopatología de la IR.

Entre los metabolitos hidrófilos, la mayoría de los CAG con correlaciones significativas con la IR fueron metabolitos de carbohidratos, en su mayoría monosacáridos. La IR también se asoció con mayores niveles de ácidos grasos de cadena corta (AGCC).

Los metabolitos en los grupos de coabundancia hidrófila relacionados con IR se asociaron con el metabolismo de los carbohidratos, según un estudio de enriquecimiento de la vía KEGG. La galactosa, la fructosa, la xilosa y la manosa se relacionaron significativamente con la IR.

bacteroidal Las especies absorben una variedad de carbohidratos, lo que impulsa la síntesis de sus productos de fermentación. En ratones, A. indistinguible IR reducido y metabolitos de glucosa intestinal alterados, lo que se correlaciona con los hallazgos en la cohorte humana.

Conclusiones

Los hallazgos del estudio demuestran que el metabolismo microbiano de los carbohidratos intestinales es crucial en la RI y, como resultado, puede considerarse un mecanismo fisiopatológico primario subyacente al MetS y a la diabetes mellitus tipo 2. Los individuos resistentes a la insulina exhiben un aumento de carbohidratos fecales, particularmente monosacáridos accesibles al huésped, que están relacionados con el metabolismo microbiano de los carbohidratos y las citoquinas proinflamatorias.

Dirigirse al metabolismo microbiano de los carbohidratos intestinales podría ser un posible enfoque terapéutico para mejorar la RI. Comprender el papel de los microbios intestinales en la metabolización de los carbohidratos podría respaldar el desarrollo de intervenciones específicas para controlar la RI y mejorar los fenotipos de RI del huésped y el bienestar metabólico.