Peran Mikrobiota Usus dalam perkembangan obesitas

Spread the love

Peran Mikrobiota Usus dalam perkembangan obesitas

Widodo Judarwanto, Sandiaz Yudhasmara

Obesitas sedang mencapai tahap epidemi. Peningkatan asupan makanan dan kurang olahraga adalah dua faktor utama. Pekerjaan terbaru telah menyoroti peran mikrobiota usus yang semakin penting dalam gangguan metabolisme. Sudah diketahui bahwa mikrobiota usus memainkan peran utama dalam pengembangan penyerapan makanan dan peradangan tingkat rendah, dua proses kunci dalam obesitas dan diabetes. Selama dekade terakhir yang menetapkan peran mikrobiota usus dalam perkembangan obesitas dan diabetes. Ini akan melihat peran metabolit utama terutama asam lemak rantai pendek (SCFA) yang diproduksi oleh mikrobiota usus dan bagaimana pengaruhnya terhadap jalur metabolisme utama seperti pensinyalan insulin, produksi inkretin serta peradangan. Lebih lanjut akan melihat cara yang mungkin untuk memanfaatkan aspek menguntungkan dari mikrobiota usus untuk memerangi gangguan metabolisme ini dan mengurangi dampaknya.

Obesitas dan gangguan terkait telah mencapai tahap yang mengkhawatirkan di seluruh dunia. Dekade terakhir telah mengalami peningkatan eksponensial dalam jumlah orang yang menderita obesitas dan gangguan terkait seperti T2D. Gaya hidup menetap dan peningkatan konsumsi makanan telah dianggap sebagai penyebab utama epidemi obesitas ini

Faktor lingkungan dan genetik juga telah terlibat termasuk perubahan mikrobiota usus untuk berperan dalam perkembangan gangguan metabolisme. Mikrobiota usus menggambarkan semua organisme yang hidup di saluran gastrointestinal (GI). Mayoritas organisme ini berada di usus besar. Bakteri ini memainkan peran fisiologis penting dalam proses vital seperti pencernaan, sintesis vitamin dan metabolisme antara lain. Meskipun mekanisme pasti yang menghubungkan mikrobiota usus dengan obesitas masih jauh dari pemahaman yang baik, diketahui bahwa mikrobiota usus dapat meningkatkan produksi energi dari makanan, berkontribusi pada peradangan tingkat rendah dan mengatur komposisi jaringan asam lemak

Proses ini serta yang lainnya telah diusulkan sebagai hubungan antara obesitas dan mikrobiota usus. Namun, kontribusi yang tepat dari mikrobiota usus terhadap perkembangan obesitas tidak begitu jelas karena banyak alasan termasuk kompleksitas dan keragaman mikroba usus, variasi etnis dalam populasi yang diteliti dan variasi yang besar antara individu yang diteliti. Meskipun demikian, modulasi mikrobiota usus memiliki potensi terapeutik yang luar biasa untuk mengobati epidemi obesitas yang berkembang terutama bila dikombinasikan dengan diet dan olahraga [21-23]. Ulasan ini menjelaskan beberapa pekerjaan baru-baru ini yang menghubungkan mikrobiota usus dengan obesitas dan diabetes dan melihat kemungkinan cara untuk memodulasi mikrobiota usus untuk mengontrol penyebaran obesitas

Obesitas dan mikrobiota usus

Tubuh manusia adalah tuan rumah bagi sejumlah besar mikroba, termasuk mikrooganisme bakteri, jamur, dan protozoa, yang bersama-sama membentuk mikrobiota kita. Bukti muncul bahwa mikrobioma usus secara intrinsik terkait dengan kesehatan secara keseluruhan, termasuk risiko obesitas. Obesitas dan gangguan metabolisme terkait obesitas ditandai dengan perubahan spesifik dalam komposisi dan fungsi mikrobioma usus manusia. Studi mekanistik telah menunjukkan bahwa mikrobiota gastrointestinal dapat mempengaruhi kedua sisi persamaan keseimbangan energi; yaitu, sebagai faktor yang mempengaruhi pemanfaatan energi dari makanan dan sebagai faktor yang mempengaruhi gen inang yang mengatur pengeluaran dan penyimpanan energi. Selain itu, komposisinya tidak tetap dan dapat dipengaruhi oleh beberapa komponen makanan. Fakta ini meningkatkan kemungkinan menarik bahwa memanipulasi mikrobiota usus dapat memfasilitasi penurunan berat badan atau mencegah obesitas pada manusia. Muncul sebagai strategi yang mungkin untuk pencegahan dan / atau pengobatan obesitas menargetkan mikrobiota, untuk memulihkan atau memodulasi komposisinya melalui konsumsi bakteri hidup (probiotik), konstituen makanan yang tidak dapat dicerna atau terbatas yang dapat dicerna seperti oligosakarida (prebiotik), atau keduanya ( sinbiotik), atau bahkan transplantasi tinja.

Karena peningkatan eksponensial dalam tingkat obesitas dan komplikasi terkait seperti diabetes dalam beberapa dekade terakhir, perhatian besar telah diberikan untuk memahami mekanisme yang mendasarinya. Meskipun upaya luar biasa ini dan identifikasi gen kandidat dan mutasi dalam studi seperti studi asosiasi luas genom (GWAS), pemahaman penuh masih kurang. Selama dekade terakhir studi baru telah muncul menunjukkan peran mikrobiota usus dalam pengembangan obesitas dan diabetes . Lebih banyak penelitian telah diterbitkan yang menunjukkan peran luas mikrobiota usus dalam proses seperti homeostasis energi, sirkulasi darah, dan autoimunitas. Studi awal menunjukkan bahwa tikus gemuk dan juga manusia memiliki komposisi mikrobiota usus yang berbeda dibandingkan dengan yang kurus. Sejumlah penelitian menunjukkan peningkatan bakteri dari filum Firmicutes dan penurunan filum Bacteroidetes yang diyakini terkait dengan peningkatan penyerapan energi dari makanan dan peningkatan peradangan tingkat rendah. Namun, penelitian lain menunjukkan tidak ada perbedaan antara kedua filum ini pada subjek kurus dan gemuk, menyoroti kebutuhan untuk lebih fokus pada spesies tertentu dalam kelompok tersebut daripada membandingkannya pada tingkat filum. Contoh lain untuk peran mikrobiota dalam obesitas telah terlihat pada pasien yang menjalani bypass lambung Rouex-en-Y. Setelah operasi, pasien mengamati peningkatan metabolisme yang dramatis yang tidak dapat dijelaskan dengan pembatasan kalori dan penurunan berat badan saja. Perubahan mikrobiota usus telah terbukti berperan dalam peningkatan ini karena pergeseran populasi bakteri telah diamati dalam sejumlah penelitian. Untuk menunjukkan peran operasi bariatrik dalam perubahan mikrobiota usus, Liou et al menunjukkan bahwa transplantasi tinja dari tikus yang diobati dengan RYGB menjadi tikus bebas kuman menyebabkan penurunan berat badan dan penurunan massa lemak pada tikus.

BACA  Peran Gut Microbiota-Brain Axis Dalam Gangguan Perkembangan dan Perilaku Anak

Mikrobiota usus berkontribusi pada metabolisme energi melalui produksi SCFA yang dihasilkan oleh fermentasi kolon yang melibatkan pemecahan anaerobik serat makanan, protein dan peptida. SCFA adalah produk limbah bakteri yang diproduksi oleh bakteri untuk menyeimbangkan keadaan redoks di usus. Spesies SCFA yang paling melimpah adalah asetat, propionat, dan butirat. Asetat dan propionat sebagian besar diproduksi oleh filum Bacteroidetes, sedangkan butirat diproduksi oleh filum Firmicutes. Mereka telah terbukti memberikan efek menguntungkan pada berat badan, homeostasis glukosa dan sensitivitas insulin. Gao et. Al. menunjukkan bahwa suplementasi diet butirat mengurangi resistensi insulin yang diinduksi diet pada tikus mungkin melalui peningkatan pengeluaran energi dan fungsi mitokondria. Butirat dan propionat bersifat protektif terhadap obesitas akibat diet. Pemberian oral asetat juga meningkatkan toleransi glukosa. Berlawanan dengan efek menguntungkan yang diusulkan pada obesitas yang diinduksi diet, kadar SCFA cecal dan feses telah terbukti lebih tinggi pada tikus ob/ob yang obesitas secara genetik dan subjek manusia yang obesitas. Telah disarankan bahwa peningkatan SCFA ini disebabkan oleh penurunan penyerapan kolon dengan obesitas

SCFA juga dapat bertindak sebagai molekul pemberi sinyal dan mengaktifkan berbagai jalur seperti aktivasi AMP-activated protein kinase (AMPK) di hati dan jaringan otot yang memicu aktivasi faktor kunci yang terlibat dalam metabolisme kolesterol, lipid, dan glukosa. receptor-gamma coactivator 1 alpha (PGC-1α), Peroksisom proliferator-activated receptor gamma (PPARγ), dan reseptor Liver X (LXR). Selain itu SCFA juga telah terbukti mengaktifkan Glukagon-like peptide-1 (GLP-1) melalui G-protein coupled receptor 43 (GPR43) yang juga dikenal sebagai reseptor asam lemak bebas 2 (FFAR2). FFAR2 adalah salah satu reseptor SCFA dan yang telah terbukti diaktifkan oleh asetat dan propionat diikuti oleh butirat. Tikus yang tidak memiliki reseptor FFAR2 mengalami obesitas sementara ekspresi berlebihnya dalam adiposa menunjukkan kurus dalam kondisi normal. Diyakini bahwa fenotipe ini dimediasi oleh mikrobiota usus yang menghasilkan SCFA karena galur tikus ini tidak menunjukkan fenotipe yang sama pada tikus yang ditumbuhkan dalam kondisi bebas kuman atau ketika diobati dengan antibiotik. Reseptor SCFA kedua adalah GPR41, juga disebut FFAR3 yang berbagi 33% identitas urutan asam amino dengan FFAR2 dan diaktifkan terutama oleh propionat dan butirat [89]. Mirip dengan FFAR2, FFAR3 mampu menginduksi hormon usus peptida YY (PYY) dan GLP-1. Ini juga dapat meningkatkan pensinyalan insulin melalui SCFA yang diproduksi oleh mikrobiota usus

Mikrobiota usus juga terbukti berperan dalam regulasi asam empedu dan metabolisme kolesterol baik pada manusia maupun hewan. Asam empedu disintesis di hati melalui jalur multistep. Ini juga dapat bertindak sebagai agen pengemulsi di usus; membantu menyiapkan triasilgliserol makanan dan bibir kompleks lainnya untuk degradasi oleh enzim pencernaan pankreas. Sebelum asam empedu meninggalkan hati, asam empedu diubah menjadi garam empedu dengan cara berkonjugasi menjadi glisin atau taurin kemudian diserap kembali di ileum. Sejumlah kecil asam empedu hilang dalam ekskresi tinja melalui aksi bakteri usus. Disarankan bahwa kemungkinan peran mikrobiota usus dalam mengendalikan asam empedu dan metabolisme kolesterol mungkin disebabkan oleh peningkatan regulasi faktor transkripsi yang menghubungkannya dengan inflamasi yang diinduksi nutrisi, absorpsi lipid, dan lipogenesis de novo .

BACA  Inilah Tahap Perkembangan: Anak 0 - 8 bulan

Peradangan tingkat rendah adalah ciri dari obesitas dan T2D. Produksi sitokin pro-inflamasi dikoordinasikan Melalui reseptor seperti Toll (TLRs) dan pengatur utama kaskade inflamasi kunci, faktor nuklir kappa (NF-kB). Jalur ini telah terbukti diaktifkan oleh produksi lipopolisakarida (LPS) yang merupakan komponen utama dari membran luar bakteri Gram-negatif yang diproduksi di usus [106]. Tingkat LPS yang lebih tinggi telah dikaitkan dengan peningkatan asupan lemak. Itu juga diamati pada model tikus gemuk. Telah diusulkan bahwa lemak makanan memediasi penyerapan LPS yang menghubungkannya dengan obesitas. Faktanya, telah ditunjukkan bahwa menambahkan LPS ke dalam diet normal menyebabkan resistensi insulin dan menyebabkan penambahan berat badan. Juga telah ditunjukkan bahwa LPS mengikat reseptor TLR4 pada makrofag dan mengaktifkan produksi penanda inflamasi dalam proses yang telah dikaitkan dengan merusak sel pankreas dengan menekan sekresi insulin dan menurunkan ekspresi gen Pankreas dan Homeoboks Duodenal 1 (PDX1)

Obesitas ditandai dengan peradangan tingkat rendah yang asal molekulnya tidak diketahui. Kami sebelumnya menentukan, pertama, bahwa endotoksemia metabolik mengontrol nada inflamasi, penambahan berat badan, dan diabetes, dan kedua, bahwa makan tinggi lemak memodulasi mikrobiota usus dan konsentrasi plasma lipopolisakarida (LPS), yaitu, endotoksemia metabolik. Oleh karena itu, masih perlu dibuktikan apakah perubahan mikrobiota usus mengendalikan terjadinya penyakit metabolik.

Penggunaan antibiotik juga dapat berkontribusi terhadap epidemi obesitas. Mikrobiota cecal dari kontrol berusia 18 minggu dan tikus yang diberi penisilin dipindahkan ke tikus bebas kuman berusia 3 minggu untuk menyelidiki efeknya pada komposisi tubuh dan metabolisme. . Tikus yang induknya diobati dengan penisilin sebelum kelahiran anak-anaknya dan selama proses penyapihan memiliki komposisi tubuh yang berubah secara nyata di masa dewasa, dengan peningkatan massa total dan lemak, peningkatan ekspresi hepatik gen yang terlibat dalam adipogenesis, penurunan kandungan mineral tulang, dan peningkatan luas permukaan tulang. Namun, komposisi tubuh mencit jantan dewasa yang telah menerima penisilin setelah disapih adalah serupa dengan kontrol. Hasil ini menunjukkan bahwa penggunaan antibiotik selama awal kehidupan dapat menginduksi efek yang bertahan lama pada komposisi tubuh dengan mengubah mikrobiota usus.

Salah satu perawatan yang paling efektif dan tahan lama untuk obesitas parah adalah operasi bypass lambung. Meskipun efeknya yang kuat pada penurunan berat badan, biaya dan risiko yang terkait dari prosedur ini mencegah penerapannya pada populasi yang lebih besar dari pasien obesitas parah, mendorong pencarian untuk perawatan yang kurang invasif. Dalam sebuah penelitian menggunakan model tikus operasi bypass lambung untuk mengkarakterisasi perubahan mikrobiota usus, bypass lambung menginduksi perubahan substansial, cepat dan berkelanjutan dalam komunitas mikroba usus yang independen dari diet dan penurunan berat badan yang terkait dengan prosedur ini sejak tikus diberikan prosedur palsu dan menerapkan diet kalori terbatas mengalami penurunan berat badan tetapi tidak mengubah mikrobiota.13 Selain itu, transfer komunitas mikroba yang diubah melalui pembedahan ke tikus bebas kuman yang tidak dioperasikan mengakibatkan penurunan berat badan meskipun asupan makanan lebih tinggi di hewan yang mendapat mikrobiota dari hewan bypass lambung daripada hewan yang menerima mikrobiota dari hewan palsu. Hal ini terkait dengan perubahan komposisi mikrobiota. Pengamatan ini menunjukkan bahwa perubahan spesifik dalam mikrobiota usus berkontribusi pada efek menguntungkan dari operasi bariatrik pada keseimbangan energi dan obesitas.

BACA  YOUTUBE PILIHAN: Penanganan Autis dan Alergi Makanan

Peneliti menemukan bahwa perubahan mikrobiota usus yang diinduksi oleh pengobatan antibiotik mengurangi endotoksemia metabolik dan kandungan cecal LPS pada tikus yang diberi makan tinggi lemak dan tikus ob/ob. Efek ini berkorelasi dengan penurunan intoleransi glukosa, penambahan berat badan, pengembangan massa lemak, peradangan yang lebih rendah, stres oksidatif, dan ekspresi mRNA penanda infiltrasi makrofag di jaringan adiposa visceral. Yang penting, pemberian makanan berlemak tinggi sangat meningkatkan permeabilitas usus dan mengurangi ekspresi gen yang mengkode protein dari persimpangan ketat. Lebih lanjut, tidak adanya CD14 pada tikus mutan ob/ob CD14(-)(/)(-) menirukan efek metabolik dan inflamasi antibiotik. Temuan baru ini menunjukkan bahwa perubahan mikrobiota usus mengontrol endotoksemia metabolik, peradangan, dan gangguan terkait dengan mekanisme yang dapat meningkatkan permeabilitas usus. Dengan demikian akan berguna untuk mengembangkan strategi untuk mengubah mikrobiota usus untuk mengontrol, permeabilitas usus, endotoksemia metabolik, dan gangguan terkait.

REFERENSI

  • Baothman, O.A., Zamzami, M.A., Taher, I. et al. The role of Gut Microbiota in the development of obesity and Diabetes. Lipids Health Dis 15, 108 (2016). https://doi.org/10.1186/s12944-016-0278-4
  • Cani PD, Delzenne NM. Involvement of the gut microbiota in the development of low grade inflammation associated with obesity: focus on this neglected partner. Acta Gastroenterol Belg. 2010;73:267–9.
  • Zhang H, DiBaise JK, Zuccolo A, Kudrna D, Braidotti M, Yu Y, Parameswaran P, Crowell MD, Wing R, Rittmann BE, Krajmalnik-Brown R. Human gut microbiota in obesity and after gastric bypass. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009;106:2365–70.
  • Cani PD, Bibiloni R, Knauf C, Waget A, Neyrinck AM, Delzenne NM, Burcelin R. Changes in gut microbiota control metabolic endotoxemia-induced inflammation in high-fat diet-induced obesity and diabetes in mice. Diabetes. 2008;57:1470–81.
  • Davis, Cindy D. “The Gut Microbiome and Its Role in Obesity.” Nutrition today vol. 51,4 (2016): 167-174.
loading...

Leave a Reply

Your email address will not be published.