Alessandra Coelho - Obesidade: causa ou consequência do desequilíbrio na microbiota intestinal?

Disbiose causa ou consequência da obesidade ?

Karina Al – Assal Nutricionista Especialista em Nutrição Clinica -Sírio Libanês, Especialista em Nutrição Clinica Funcional e fitoterapia funcional Valeria Pascoal e Doutoranda FMUSP

Roteiro • • • •

Microbiota Intestinal saudável e disbiótica Estudos Obesidade vs microbiota Cirurgia bariátrica e microbiota Probióticos e obesidade ???

Aprox. 100.000.000.000.000 (1014- trilhões) de bactérias 2Kg de Bactérias no Peso Corpóreo Centenas de espécies bacterianas importantes

= Aprox. 1012 cells

= D 005-0114 11 06.08.2004

Distribuição da Microbiota A densidade bacteriana aumenta a partir do estômago e duodeno para o jejuno e íleo. No intestino grosso , bactérias atingem a maior densidade celular de qualquer ecossistema.

Duodeno/Jejuno 101 – 104 ufc/mL Lactobacillus Escherichia coli Enterococcus faecalis

Cólon 1011 – 1012 ufc/mL Bacteriodetes Eubacterium Bifidobacterium Ruminococcus Pepstreptococcus Propionibacterium Clostridium Lactobacillus Escherichia Streptococcus

Estômago 101 – 103 ufc/mL L. Streptococci Íleo 107 ufc/mL Enterobacteria Enterococus Bacteriodetes Clostridium Lactobacillus Doré. J. the importance of the gut microbiota after bariatric surgery.

Microbiota Saudável

Epitélio Intestinal

Microbiota Saudavel: Simbiose LUZ INTESTINAL

MUCO

Cel. dendrĂ­tica

GALT

BARREIRA INTESTINAL •Barreira contra organismos patogênicos •Estrutura complexa composta por

1

2 3

BARREIRA INTESTINAL

1

2 3

Propriedade da microbiota Integridade da benéfica barreira intestinal

Ativação do sistema imune

Síntese de vitaminas

Redução do pH no intestinal

Metabolismo de ácidos biliares Produção de ácidos graxos de cadeia curta

Microbiota Saudável: Propriedades benéficas

Bactérias comensais tem efeitos protetores, estruturais e metabólicos sobre a mucosa intestinal

Função Protetora

Função Estrutural

Função Metabólica

Deslocamento de patógenos

Fortificação da barreira

Diferenciação de cels epiteliais intestinais

Competição pelo Nutriente

Indução de IgA

Metabolização de Carcinogenos dietéticos

Competição do Receptor

Afunilamento apical “tight junctions”

Síntese de vitaminas ex. biotina, folato

Produção de fatores antimicrobianos ex. bacteriocinas, ácidos lácticos

Desenvolvimento do sistema imune

Fermentação de resíduos dietéticos não digeríveis

Microbiota Saudavel: Simbiose LUZ INTESTINAL

MUCO

Citocinas

Treg

IL-10 TGF-β

GALT

Biodiversidade da Microbiota e estĂ­mulos externos

Kitano ,Oda ;Mol Syst Biol. 2006; 2: 2006.0022 .

2 grupos de indivíduos foram achados, que diferem pelo número de genes do microbioma intestinal -Indivíduos com LGC (low gene count) <480.000 genes -HGC (high gene count) -Em média eles diferem entre si de 380.000 a 640.000 genes, cerca de 40% de bactérias, podendo ser mais ou menos -46 gêneros de bactérias diferentes entre o LGC e HGC -Em ambos os grupos foi achado espécies de bactérias previamente conhecidas e até então desconhecidas

Resultados â&#x20AC;˘ LGC: abundancia de Proteobacteria e Bacteriodetes â&#x20AC;˘ HGC: Verrucomicrobia, Actinobacteria e Euryarchaeota

Resultados • LGC da microbiota intestinal, foi encontrado em pacientes com doença inflamatória intestinal, idosos com inflamação e obesos • A microbiota parece ser bastante estável nos indivíduos, portanto uma microbiota com uma grande diversidade parece ser uma característica individual

Resultados - LGC 23% da população do estudo - Caracterizado por maior adiposidade, resistência a insulina, dislipidemia, e predominância de fenotipo inflamatório - HGC: caracterizado por aumento da produção de ácidos orgâncios como lactato, proprionato e butirato e aumento da produção de hidrogênio

LGC ĂŠ mais frequente nos obesos

Os obesos com LGC ganharam em mĂŠdia mais peso do que os HGC em um perĂ­odo de 9 anos

Conclusão do estudo A variação do número de genes do microbioma intestinal identificou grupos de adultos que podem ter um aumento do risco de adiposidade e co-morbidades associadas

Dieta rica em gordura altera a microbiota independente de obesidade

Gastroenterology, 2009 Hildebrandt MA et al.

Dieta x Microbiota dieta baixa em gordura

dieta rica em fibras

dieta rica em gorduras

Microbiota obeso Mudanรงas na microbiota em apenas um dia

transplantaram

Rato magro Turnbaugh PJ et al. Sci Transl Med, 2009

Disbiose e antibi贸tico

Formação da microbiota • Nossas mães desemprenham os primeiros blocos de construção para a formação da nossa microbiota • Atraves do parto, amamentação, contato com a pele • Cerca de 2 a 3 anos de idade nossa microbiota é estabelecida, essas bactérias terão um papel importante na nossa nutrição e saúde

NATURE REVIEWS | GASTROENTEROLOGY & HEPATOLOGY , 2012

Ottmann N, et al. Cel. Inf. Imun. Vol 2 (104), 2012

Casados com nossa mircrobiota?

• O número de doenças relacionadas com a disbiose da microbiota residente esta cada vez mais frequente • Esses achados estão cada vez mais disponíveis para a nossa prática clinica • Nos não somos apenas amigos das nossas bactérias, estamos casados com elas, somos colonizados por elas desde nosso nascimento

NATURE REVIEWS | GASTROENTEROLOGY & HEPATOLOGY , 2012

Microbiota Não Saudavel: Disbiose LUZ INTESTINAL

MUCO

GALT

Citocinas T helper

IFN-γ

IFN-γ

T helper

T helper

IFN-γ

DISBIOSE

Aumento de sinais inflamat贸rios Citocinas Pr贸 inflamat贸rias

DISBIOS E

EQUILÍBRIO Equilíbrio IMUNOLÓGICO Imunológico Simbiontes

Comensais

Patobiontes

SIMBIOSE SIMBIOSE Regulação Regulação

Inflamação Inflamação

DISBIOSE DISBIOSE Regulação Regulação

Inflamação Inflamação Round JL, Mazmanian SK. Nat Rev Immunol. 2009 May;9(5):313-23.

A composição da microbiota intestinal muda dinamicamente em função das mudanças alimentares

Alimentação Saudável

Simbiose

Regulação Imune

Homeostase

Alimentação NÃO saudável

Disbiose

Desequilíbrio Imune

Inflamação Maslowski KM, Mackay CR. Nat Immunol. 2011 Jan;12(1):5-9.

Consequências da disbiose Doença Cardiovascular

Diabetes Quin. J et all.

Nature 2010

Disbiose

Doença intestinal Qin, Nature, 2010

Intestino Irritável Ohman & Simren, 2010

Koeth RA, Wang Z, Levison BS, et alNature 2013 Engl J medice, 2013

Obesidade Vijay Kumar Science, 2010

Estudos demonstrando a relação entre obesidade e microbiota

Crescente interesse científico 2013 (até abril)

=

202 publicações

MICROBIOTA INTESTINAL NO OBESO

MICROBIOTA INTESTINAL NO OBESO Bacterioidetes

Eutrófico

Firmicutes Firmicutes Após perda de peso....

Bacterioidetes Obeso

Firmicutes estimulam Linfócitos e Macrófagos para produzir citocinas pró-inflamatórias ↑ inflamação

Inflamação na Obesidade

Obesidade é uma inflamação crônica de baixa intensidade

Inflamação • Microbiota intestinal pode iniciar inflamação, resistência a insulina associada a obesidade • Ativação de LPS (Lipopolissacarídeo)- componente da parede de algumas bactérias • Cani et al. Mostrou que a infusão subcutânea de LPS pode causar o excesso de peso e resistência a insulina em camundongos, sem alterar a ingestão calórica.

• Camundongos com deficiência de TLR4, que reconhece LPS, são resistentes a obesidade e resistência a insulina

Carey N. Lumeng, et al. Nature Medicine 15, 846 - 847 (2009)

MAGRO

OBESO

Em magros, células T Regulatórias e células Helper (T H2) também conhecida como “células auxiliadoras” estão predominantes no tecido adiposo Essas células são capazes de secretar IL-10 (citocina anti-inflamatória) e também de estimular secreção de IL-10 pelos macrófagos residentes no tecido adiposo, ambos produzem IL-10, restringindo inflamação IL-10 pode ajudar na melhora da sensibilidade a insulina nos adipócitos

Carey N. Lumeng, et al. Nature Medicine 15, 846 - 847 (2009)

MAGRO

OBESO

Em obesos, existe uma mudança nas células T do tecido adiposo com predominância de células T Helper 1 (Th1) e células T Efetoras (também conhecidas como citotóxicas) Essa mudança pode sinalizar o recrutamento de macrófagos inflamatórios para o tecido adiposo via quimiocinas como CCL2

...Em Resumo A expansão do tecido adiposo na obesidade é caracterizada pelo aumento da infiltração de células imunes pró-inflamatórias para dentro do tecido adiposo causando baixo grau de inflamação crônica

Carey N. Lumeng, et al. Nature Medicine 15, 846 - 847 (2009)

Firmicutes Proteobactéria Bacterioidetes Outros LPS (fragmentos de outras bactérias)

Microbiota contendo mais Firmicutes aumenta a absorção de calorias e dispara

LPS

inflamação subclínicaa

SANGUE ANIMAL SAUDÁVEL

ANIMAL OBESO 3% 1%

3%

Caricilli, A.M et al. PLoS Biology, 2011

14%

PAREDE INTESTINAL

NO INTESTINO O aumento da proporção de Firmicutes eleva a absorção de nutrientes e facilita a passagem de fragmentos de bactérias (LPS) para o sangue

Caricilli, A.M et al. PLoS Biology, 2011

TECIDO ADIPOSO

FÍGADO

LPS TECIDO MUSCULAR

NOS OUTROS TECIDOS Os LPS encontrado no sangue aderem a receptores na superfície das células de defesa e das células dos músculos, do fígado e do tecido adiposo

INSULINA

RECEPTOR DE LPS

CÉLULA

RECEPTOR INSULINA

NAS CÉLULAS Os LPS acionam os sinais bioquímicos da inflamação.

Esses sinais prejudicam a ação da insulina e absorção de glicose

A glicose não absorvida pelas células permanece no sangue e passa a ser usada como substrato para lipogênese no fígado formando AGL e TG que serão absorvidos pelo tecido adiposo → acúmulo de gordura

Microbiota e modulação inflamatória

Ping Li & Gokhan S. Hotamisligil. Nature 464, 1287–1288 (29 April 2010)

Alteração Microbiota

MICROBIOTA

LÚMEN INTESTINAL

EPITÉLIO INTESTINAL

AGCC

GPR43

Peptido glicano (Gram +)

TRL2 NOD1

LPS (Gram-)

TLR4

TLR5 Particulas Microbianas/ Metabólitos

PRRs

Produção de Citocinas Inflamatórias

INFLAMAÇÃO

CIRCULAÇÃO

CÉLS IMUNES/ NÃO IMUNES

Ausência TLR2 e TLR4 protegem contra obesidade e RI Ausência TLR5 ↑ tec adiposo e inflamação

Mecanismos : microbiota x obesidade • Extração de energia: Maior entrada de AGCC. Transferência destes para a circulação portal  lipogênese Microbiota

AGCC

circulação portal

AGCC

•Lipogenese “de novo” •ChREBP/SREBP1 •Acumulação de TG •Sensibilidade à insulina •Pode diminuir a AMPK

Sensibilidade à insulina AMPK

Mecanismos : microbiota x obesidade AGCC são ligantes de receptores acoplados a proteínas Gpr41 e Gpr43, que são expressos no intestino delgado, cólon e adipócitos, estes induzem a secreção de PYY e leptina

AGCC Gpr43

Mais tempo p fazer

PYY Menor peristaltismo

Saciedade

FIAF – Fasting induced Adipose

Factor

LPL

Expressão aumentada do FIAF

TG AGL

AGL

FIAF – Fasting induced Adipose

Factor

LPL

Expressão normal FIAF

TG

AGL

?

AGL

Microbiota

Lúmen Intestinal

AGCC produzido pela microbiota

GPR41

↑ Permeabilidade Intestinal

GPR – Receptor Acoplado a Proteína G ChREBP e SREBP1 – Fatores de transcrição LPL – Lípase Lipoproteica AMPK - Proteína Quinase Ativada por Adenosina Monofosfato (AMPK)

GPR43 ↓ AMPK

↓ Oxidação AG

↑ PYY ↑GLP-1

↓ Transito Intestinal (↑ absorção)

↓ FIAF

↑ LPL

↓ Lipólise ↑ TG ↑ Adiposidade

↑ Lipogênese (ChREBP) (SREBP-1)

↑ Sistema Endocanabinóide Delzenne N.M, et al. Nat Reviews. Endocrinology. Vol7. Nov 2011

Cani P. D., et al. Cur. Op. Phar. 2009,9:737-743

MICROBIOTA INTESTINAL NO OBESO

A. Muciniphila

â&#x2020;&#x201C; camundongos obesos e DM2

g ro a m

so e ob Panas, 2013

Tratamento com prebi贸ticos (FOS) aumenta os n铆veis de A. Muciniphila Tratamento com prebi贸ticos (FOS) restaura os n铆veis de A. Muciniphila

Panas, 2013

Tratamento com prebióticos (FOS) melhora as alterações metabólicas de obesos ↓ inflamação causada pela dieta hiperlipídica; ↓ macrófagos infiltrados no tecido adiposo ↓ total de gordura gorporal

 A. Muciniphila  inflamação e gordura corporal Panas, 2013

Tratamento com A. Muciniphila Possível probiótico?

Panas, 2013

A.muciniphila espécie eficiente na redução da glicemia induzida por dieta, redução do tecido adiposo, inflamação e aumento da espessura do muco protetor

Tratamento com A. Muciniphila reverteu a hiperglicemia induzida por dieta, aumentou a espessura do muco no intestino

Clostridium ramosum Promotes High-Fat Diet-Induced Obesity in Gnotobiotic Mouse Models Clostridium ramosum Promove obesidade em modelo de ratos com dieta rica em gordura

OBJETIVO Avaliar o papel no Clostridium ramosum no metabolismo

METODOLOGIA - 3 grupos de ratos recebendo alimentação hiper-lipídica por 4 semanas - SIHUMI - SIHUMIw/oCra - Cra Woting. A, Pfeiffer. N, Loh. G, et al. mBio, 2014.

Woting. A, Pfeiffer. N, Loh. G, et al. mBio, 2014.

Woting. A, Pfeiffer. N, Loh. G, et al. mBio, 2014.

CONCLUSÕES - A presença do C. ramosum foi acompanhada pelo ganho de peso e acúmulo de cordura corporal - Sugerindo que C. ramosum tem efeito obesogênico - Além de aumentar a expressão de Glut2 e Cd36 genes que contribuem em aumentar a captação de glicose e lipídeos pelo intestino

Woting. A, Pfeiffer. N, Loh. G, et al. mBio, 2014.

Camundongos machos de 10 semanas de idade foram divididos em 6 grupos: Água Sacarose

GRUPOS CONTROLES

Glicose Sacarina Comercial Sucralose Comercial

GRUPOS TRATADOS

Aspartame Comercial Todos os grupos recebiam água e dieta normocalórica

Água Sacarose

GRUPOS CONTROLES

Glicose Sacarina Comercial Sucralose Comercial Aspartame Comercial

Após 11 semanas de acompanhamento, os três grupos que tiveram adoçantes artificiais (comercializados) adicionados à sua água apresentaram intolerância à glicose, sendo que a sacarina exerceu efeito mais pronunciado (até mais que a glicose)

GRUPOS TRATADOS

Após esses resultados, novos grupos de camundongos em uso de sacarina foram acrescentados ao estudo, sendo alimentados com dieta  teor de gordura

Dieta Hiperlipídica + Glicose

GRUPOS CONTROLES

Dieta hiperlipídica + Sacarina Comercial GRUPOS TRATADOS Dieta Hiperlipídica + Água Dieta hiperlipídica + Sacarina Pura

Dieta Hiperlipídica + Água Dieta hiperlipídica + Sacarina Pura

Camundongos Germ-free (sem microbiota)

Para entender o efeito do adoçante na microbiota intestinal os camundongos alimentados com dieta rica em lipídios foram tratados com antibióticos Após 4 semanas com antibióticos a intolerância à glicose cessou Esses resultados sugerem que a intolerância à glicose induzida pelo consumo de adoçantes é mediada pela alteração que esses adoçantes causam na microbiota intestinal

Próxima Etapa... Transplante Fecal

Sacarina Comercial

Glicose

Sacarina Pura

Água

 Intolerância a Glicose Alteração da Microbiota

Os voluntários consumiram a dose diária máxima aceitável de adoçantes artificiais durante uma semana

7 Eutróficos Saudáveis Não utilizavam adoçantes artificiais 4 (dos 7) tornaram-se intolerantes à glicose e tiveram sua microbiota intestinal alterada,  susceptibilidade a doenças metabólicas

Nível diário aceitável de ingestão estabelecido pela Food and Drug Administration (FDA): 4 a 6 pacotinhos de 1gr (pó) 9 a 10 gotas (líquidos)

Os resultados ainda não propõem um mecanismo para o efeito dos adoçantes artificiais na microbiota, mas a compreensão de como esses compostos trabalham em algumas espécies no intestino pode inspirar-nos no desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas para doenças metabólicas como o DM2

CONSUMIR COM MODERAÇÃO

Relação entre Cirurgia Bariátrica & microbiota

Human gut microbiota in obesity and after gastric bypass Husen Zhanga, John K. DiBaiseb, Andrea Zuccoloc, Dave Kudrnac, Michele Braidottic, Yeisoo Yuc, Prathap Parameswarana, Michael D. Crowellb, Rod Wingc, Bruce E. Rittmanna,1, and Rosa Krajmalnik-Browna

Resultados GB: aumento de Gammaproteobateria Diminuição de firmicutes Obesos: Aumento do grupo Archea e batérias produtoras de H2

Resultados • Os obesos possuem uma microbiota diferente dos eutróficos • A Cirurgia bariátrica altera a microbiota • Os resultados desse estudo confirmam a relação do aumento de Archea nos obesos

Differential Adaptation of Human Gut Microbiota to Bariatric Surgery–Induced Weight Loss Links With Metabolic and LowGrade Inflammation Markers • Objetivo do estudo: Analisar o impacto da RYGB sobre as modificações da microbiota intestinal e examinar as relações com adaptações associadas com este procedimento.

• Métodologia: Análise por PCR de amostras de fezes de 13 indivíduos magros (grupo controle) e 30 obesos (sendo 7 diabéticos), pré cirurgia (M0) , 3 (M3) e 6 (M6) meses pós e • Foi realizado recordatório alimentar, composição corporal

Resultados

1)Bacteroidetes/Prevotella: estava diminuído nos obesos comparado com o controle no M0 e aumentado pós 3 meses de SO (A correlação foi relacionada com a alteração da alimentação)

4) Fecalibacterium Prausnitzzi estava diminu铆do nos diab茅ticos e foi associado negativamente com marcadores inflamat贸rios no M0 e aumentaram ap贸s a SO

Resultados do estudo • O grupo Fecalibacterium Prausnitzzi esta diretamente relacionado com a redução de inflamação em obesidade e DM, independente da ingestão de calorias

OBJETIVO

Entender Entender aa relação relação da da microbiota microbiota intestinal intestinal com com oo seu seu hospedeiro hospedeiro ee aa modulação modulação metabólica metabólica em em pacientes pacientes pós pós cirurgia cirurgia bariátrica bariátrica

METODOLOGIA

Ratos n茫o obeso

SHAM RYGB

Amostras de fezes e urina foram coletados 2, 4, 6 e 8 semanas p贸s operat贸rio

RESULTADOS – MICROBIOTA Aumento do grupo Porteobacteria e diminuição da concentração de Firmicutes e Bacteroidetes

RESULTADOS – METABÓLITOS

• Aumento da fermentação de oligossacarideos no intestino • Aumento do metabólito p-cresol • Geração de aminas – catabolismo protéico • Baixas concentrações de intermediários do TCA na urina • Nas fezes, diminuição ácidos biliares e aumento de degradação de proteínas, pelo aumento de putrecina e diaminoetane

Diminuição da ingestão alimentar , intermediários do TCA e aumento da creatina

Aumento da putrefação, Fermentação de fibras, Putrecina nas fezes e colon, metabólitos urinários cresol, aminas e indoxil sulfato

urinária

Aumento GLP-1 PYY

Fluxo biliar

Diminui motilidade intestinal Aumento de GABA fecal

Aumento de PTN Aumento de Enterobacter

Aumento de CHO intestinal Aumento de Gamma proteobacteria Diminui digestão de PTN Diminuição do pH Diminuição de bifidobacteroa

Resultados

• A cirurgia altera a eficácia de produção de ATP do paciente • Altera o perfil microbiano, com um aumento de bactérias proteolíticas que produzem metabólicos inflamatórios e tóxicos • Reduz a ingestão calórica e resistência a insulina e promove a perda de peso

Probioticos e obesidade ???

Possíveis mecanismos de ação

Diminuição de leptina

Aumento da termogênese em tecido adiposo marrom

Produção de CLA

Modulação do FIAF

Probioticos

Alteração do centro do apetite

Diminuição da absorção de lipideos

Aurora. T et al. Nutrition, 2013

Metodologia Duração

Dieta Probiotico

Camundongo 8 sem

HFD

Camundongo 8 sem

Rato

Efeito

Referência

L. Rhamnosus 1 x 109 UFC/Dia

< IMC <Tec adiposo

Lee HY, et al.

Mol Cel Biol, 2006

HFD

L. Plantarum

1 x 109 UFC/Dia

< IMC <Tec adiposo

Lee K at al. J appl Microbiol, 2007

4 sem

HFD

L Gasseri

6 x 107 UFC/g/die ta

< Tamanho do adipócito

Sato M, at al.

Br j Nutri, 2008.

Ratos obesos 4 sem e magros

HFD

L Gasseri

6 x 107 UFC/g/die ta

< tam do adipócito < tec adiposo

Hamad EM at al. Br J Nutri, 2009

Camundongo 11 sem

HFD

L plantarum

1 x 108 UFC/rato

< tam do adipócito < tec adiposo

Takemura N, et al. Exp Biol Med, 2010

Rato

HCD

L Gasseri

2x < IMC 109UFC/ml <TA

12 sem

Dose

Kang JH, et al.

J microbiol, 2010

Disbiose causa ou consequência da obesidade ?

• A disbiose ( alteração de micro-organismos comensais) pode promover doenças intestinais e obesidade • A microbiota está diretamente relacionada com a obesidade por diversos mecanismos: • Inflamação • Extração de energia e metabolismo lipídico • Regulação Hormonal e de Neurotransmissores (apetite e saciedade)

• Probióticos podem ser utilizados para prevenir/ tratar obesidade?

Opinião da especialista: Em conjunto com uma dieta equilibrada, exercícios físicos , os probióticos parecem ser ótimos aliados no tratamento da disbiose e por consequência da obesidade

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Karina Al Assal CRN3- 17275

karina@karinaalassal.com.br