Role of the Intestinal Microbiota and metabolomic profile in Type 2 Diabetes: effects on risk factors for comorbidities associated with this pathology and insulin resistance of specific organs and tissues

Abstract

Antecedents: La diabetis de tipus 2 (DM2) es considera una creixent epidèmia mundial, associada a diverses comorbiditats, que inclouen les malalties cardiovasculars, malalties del fetge o demències, generant un nombre important de morts cada any. La resistència a la insulina (RI), una condició patològic associada a la DM2, presenta un elevat grau d’heterogeneïtat als diferents teixits i òrgans. Per altra banda, s’ha descobert una relació directa entre la DM2 i alteracions de la microbiota (GM). Però fins ara no s’ha estudiat les relaciones que hi ha entre GM i RI específica d’ teixits i òrgans. Mètodes: A la present tesi s’ha realitzat un estudi pilot amb 46 pacients amb DM2 i 21 voluntaris sans. S’han fet un anàlisi complert basat en la metabolòmica amb resonancia magnética nuclear de plasma i femta, la seqüenciació de la GM, i l’anàlisi de la IR específica en teixits mitjançant 18F-FDG PET/TC abans i desprès d’un pinçament hiperinsulinic-euglucèmic. Resultats: A la primera part del nostre estudi es va demostrar que hi havien diferencies consistents entre la GM de pacients i de controls sans, afectant la relació Firmicutes/Bacteroidetes i l’abundància de Proteobacteria. A nivell metabolòmic, es van detectar alteracions en els nivells de malonat, isovalerta i 2-hydroxyvalerat en femta, i acetoacetat, lípids:CH2CO, LDL, VLDL(CH3), fosforilcolina, relació glutamina/glutamat y N- proteïnes acetilades del plasma. A més, es va trobar una correlació directa entre alguns d’aquests metabòlits i els nivells de RI, HbAic, insulina plasmàtica i factors de risc cardiovascular. Al analitzar pacients de dos grups d’edat, és van detectar canvis associats específicament a pacients d’elevada edat, afectant les Chromatiales, així com la concentració de 2-hidroxivalerat, β-hidroxibutirat, metilsuccinat i lisina fecal. També es van detectar canvis associats específicament a uns dels dos gèneres. En quan a l’análisi de RI específic, es va demostrar una afectació de Thermicanales, Eubacterium callanderi, Caloramator y Desulfosporosinus, i de la concentración d’arabinosa, β-galactosa, ribosa, aspartat, lactat e histidina fecals, així como de la creatinina, VLDL(CH3), treonina, β-galactosa, glicerol, i la colina plasmàtics en pacients amb RI miocàrdia. A més, en aquests pacients, la β-galactosa fecal i 2 bactèries van correlacionar positivament amb la sensibilitat sistèmica a la insulina (ISclamp) així com la IS miocàrdia. Per altra banda, las Thermicanales van correlacionar negativament amb factors de risc hepàtic. Els pacients amb RI hepàtica van presentar alteracions en Eubacterium, 2-hidroxibutirat fecal y glicerol plasmàtic. Aquest últim es va associar negativament amb els biomarcadors hepàtics GGT, ELF, àcid hialurònic plasmàtic i la IS hepàtica. En relació al grup de pacients amb IS cerebral, se va detectar una associació directa del bulb olfactiu esquerra i del precuni amb diversos canvis bacterians. Conclusions: S’han pogut identificar una sèrie de canvis específics en les bactèries intestinals i els metabòlits plasmàtics i fecals associats a la DM2 i a les RIs específiques de miocardi, fetge, múscul esquelètic i cervell. Les molècules i soques bacterianes identificades poden representar interesants candidats com a biomarcadors per a comorbiditats específiques. Per altra banda, aquestes alteracions es poden veure afectades tant per l’edat com per al gènere, que per tant sempre s’ha de tenir en compte per al diagnòstic i tractament de la malaltia.

Antecedentes: La diabetes tipo 2 (DM2) es una epidemia mundial con una incidencia creciente, que puede generar una serie de comorbilidades, como las enfermedades cardiovasculares, la enfermedad del hígado graso no alcohólico o la demencia, provocando muchas muertes cada año. La resistencia a la insulina (RI), condición patológica relacionada con la DM2 y comorbilidades, presenta un alto grado de heterogeneidad en los diferentes tejidos/órganos. Recientemente, se descubrió que las alteraciones de la microbiota intestinal (GM) estaban asociadas con la DM2. Sin embargo, a día de hoy no se han estudiado las relaciones entre GM y la RI específica de órgano y tejido en la DM2. Métodos: En el presente trabajo se ha realizado un estudio clínico piloto con 46 pacientes con DM2 y 21 voluntarios sanos. Se realizó un estudio completo de los sujetos, aplicando la metabolómica basada en resonancia magnética nuclear (RMN) de muestras plasmáticas y fecales, un análisis IR específico de órgano/tejido mediante 18F-FDG PET/TC antes y después del pinzamiento hiperinsulinémico-euglucémico, y la determinación de la GM por secuenciación de próxima generación. Resultados: En una primera parte de nuestro estudio, se realizó una comparación general entre pacientes con DM2 y controles sanos. Como previsto, los pacientes mostraron niveles elevados de RI y diferentes factores de riesgo hepático y cardiovascular. En el estudio de la GM, se confirmaron alteraciones significativas, afectando la relación Firmicutes/Bacteroidetes y la abundancia de las Proteobacteria. En el estudio metabolómico, se detectaron alteraciones en el malonato, isovalerato y 2-hidroxivalerato en heces, y cambios en el acetoacetato, lípidos:CH2CO, LDL(CH3), LDL(cadena alifática), VLDL(CH3), fosforilcolina, relación glutamina/glutamato y N- proteínas acetiladas del plasma Además, varios de estos metabolitos tuvieron una correlación directa con los niveles de RI, la HbA1c, la insulina plasmática y los factores de riesgo cardiovascular. Cuando comparamos pacientes de mediana edad con pacientes de edad avanzada, detectamos una menor abundancia de bacterias de Chromatiales, pero una mayor concentración de 2-hidroxivalerato, β-hidroxibutirato, metilsuccinato y lisina fecales. Además, se identificaron cambios específicos asociados al género de los pacientes con DM2. En cuanto al análisis de los cambios asociados a RI específicos, se puedo demostrar que la abundancia de Thermicanales, Caloramator y Desulfosporosinus, y la concentración de arabinosa, β-galactosa, ribosa, aspartato, lactato e histidina fecales, así como la creatinina, mioinositol, treonina, β-galactosa, glicerol, y la colina plasmáticas disminuyeron en pacientes con IR miocárdica, mientras que la abundancia de Eubacterium callanderi y la concentración plasmática de VLDL(CH3) aumentaron. Además, se encontró que la β-galactosa fecal y 2 bacterias correlacionaron positivamente tanto con la sensibilidad sistémica a la insulina (ISclamp) así como con la IS miocárdica. Las Thermicanales se correlacionaron negativamente con los factores de riesgo hepático. Los pacientes con RI hepática presentaron alteraciones en Eubacterium, 2-hidroxibutirato fecal y glicerol plasmático. Este último se asoció negativamente con los biomarcadores hepáticos GGT, ELF, el ácido hialurónico plasmático e IS hepático. Además, el IS muscular esquelético se relacionó con ISclamp, adiponectina plasmática, ALT, tirosina e histidina, índice de esteatosis hepática y contenido de grasa hepática, así como Caldilineales y Veillonellaceae. Con respecto a los grupos de IS cerebrales, el bulbo olfativo izquierdo yl precúneo se pueden asociar con cambios bacterianos. Conclusiones: Tanto la DM2, como las RIs específicas de miocardio, hígado, músculo esquelético y cerebro se pudieron correlacionar con cambios en las bacterias intestinales y metabolitos plasmáticos y fecales. Además, los efectos de la edad y el género pueden afectar de forma significativa las alteraciones en la DM2. Algunos de los metabolitos y cepas bacterianas identificadas podrían representar interesantes candidatos como biomarcadores para diferentes comorbilidades en DM2.

Antecedentes: La diabetes tipo 2 (DM2) es una epidemia mundial con una incidencia creciente, que puede generar una serie de comorbilidades, como las enfermedades cardiovasculares, la enfermedad del hígado graso no alcohólico o la demencia, provocando muchas muertes cada año. La resistencia a la insulina (RI), condición patológica relacionada con la DM2 y comorbilidades, presenta un alto grado de heterogeneidad en los diferentes tejidos/órganos. Recientemente, se descubrió que las alteraciones de la microbiota intestinal (GM) estaban asociadas con la DM2. Sin embargo, a día de hoy no se han estudiado las relaciones entre GM y la RI específica de órgano y tejido en la DM2. Métodos: En el presente trabajo se ha realizado un estudio clínico piloto con 46 pacientes con DM2 y 21 voluntarios sanos. Se realizó un estudio completo de los sujetos, aplicando la metabolómica basada en resonancia magnética nuclear (RMN) de muestras plasmáticas y fecales, un análisis IR específico de órgano/tejido mediante 18F-FDG PET/TC antes y después del pinzamiento hiperinsulinémico-euglucémico, y la determinación de la GM por secuenciación de próxima generación. Resultados: En una primera parte de nuestro estudio, se realizó una comparación general entre pacientes con DM2 y controles sanos. Como previsto, los pacientes mostraron niveles elevados de RI y diferentes factores de riesgo hepático y cardiovascular. En el estudio de la GM, se confirmaron alteraciones significativas, afectando la relación Firmicutes/Bacteroidetes y la abundancia de las Proteobacteria. En el estudio metabolómico, se detectaron alteraciones en el malonato, isovalerato y 2-hidroxivalerato en heces, y cambios en el acetoacetato, lípidos:CH2CO, LDL(CH3), LDL(cadena alifática), VLDL(CH3), fosforilcolina, relación glutamina/glutamato y N- proteínas acetiladas del plasma Además, varios de estos metabolitos tuvieron una correlación directa con los niveles de RI, la HbA1c, la insulina plasmática y los factores de riesgo cardiovascular. Cuando comparamos pacientes de mediana edad con pacientes de edad avanzada, detectamos una menor abundancia de bacterias de Chromatiales, pero una mayor concentración de 2-hidroxivalerato, β-hidroxibutirato, metilsuccinato y lisina fecales. Además, se identificaron cambios específicos asociados al género de los pacientes con DM2. En cuanto al análisis de los cambios asociados a RI específicos, se puedo demostrar que la abundancia de Thermicanales, Caloramator y Desulfosporosinus, y la concentración de arabinosa, β-galactosa, ribosa, aspartato, lactato e histidina fecales, así como la creatinina, mioinositol, treonina, β-galactosa, glicerol, y la colina plasmáticas disminuyeron en pacientes con IR miocárdica, mientras que la abundancia de Eubacterium callanderi y la concentración plasmática de VLDL(CH3) aumentaron. Además, se encontró que la β-galactosa fecal y 2 bacterias correlacionaron positivamente tanto con la sensibilidad sistémica a la insulina (ISclamp) así como con la IS miocárdica. Las Thermicanales se correlacionaron negativamente con los factores de riesgo hepático. Los pacientes con RI hepática presentaron alteraciones en Eubacterium, 2-hidroxibutirato fecal y glicerol plasmático. Este último se asoció negativamente con los biomarcadores hepáticos GGT, ELF, el ácido hialurónico plasmático e IS hepático. Además, el IS muscular esquelético se relacionó con ISclamp, adiponectina plasmática, ALT, tirosina e histidina, índice de esteatosis hepática y contenido de grasa hepática, así como Caldilineales y Veillonellaceae. Con respecto a los grupos de IS cerebrales, el bulbo olfativo izquierdo yl precúneo se pueden asociar con cambios bacterianos. Conclusiones: Tanto la DM2, como las RIs específicas de miocardio, hígado, músculo esquelético y cerebro se pudieron correlacionar con cambios en las bacterias intestinales y metabolitos plasmáticos y fecales. Además, los efectos de la edad y el género pueden afectar de forma significativa las alteraciones en la DM2. Algunos de los metabolitos y cepas bacterianas identificadas podrían representar interesantes candidatos como biomarcadores para diferentes comorbilidades en DM2.