References

nogr

Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология

Experimental and Clinical Gastroenterology

1682-8658

«Global Media Technologies»

10.31146/1682-8658-ecg-218-10-88-94

nogr-2551

Research Article

ОЖИРЕНИЕ

OBESITY

Масляная кислота и её перспективы в управлении ожирением

Butyric acid and its perspectives in control of obesity

https://orcid.org/0000-0002-6826-5924

Теплова

А. С.

Teplova

A. S.

anna_kochina_@mail.ru

https://orcid.org/0000-0001-6385-540X

Демидова

Т. Ю.

Demidova

T. Yu.

noemail@neicon.ru

https://orcid.org/0000-0002-3684-9992

Короткова

Т. Н.

Korotkova

T. N.

noemail@neicon.ru

ФГАОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И Пирогова» Минздрава России; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищиРоссияPirogov Russian National Research Medical University; Federal Research Center of Nutrition, Biotechnology and Food SafetyRussian Federation

2023

15032024

0108894

2024

Теплова А.С., Демидова Т.Ю., Короткова Т.Н.

Teplova A.S., Demidova T.Y., Korotkova T.N.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.nogr.org/jour/article/view/2551

Масляная кислота (МК, бутират) представляет собой короткоцепочечную жирную кислоту (КЦЖК) - метаболит кишечной микробиоты (КМ) человека. Данная КЦЖК представлена в большем количестве относительно других КЦЖК и синтезируется бутират-продуцирующими представителями КМ посредством различных путей. Субстратом для синтеза МК являются некоторые продукты питания, преимущественно крахмал и в меньшей степени молочные продукты. На синтез МК прямо или опосредованно влияют различные факторы, среди которых особенности питания, антибактериальная терапия, а также пагубные привычки (курение, злоупотребление алкоголем). Многочисленные данные подтверждают важную роль МК в различных метаболических процессах. Особую актуальность в качестве одного из потенциальных механизмов управления углеводным обменом и массой тела эффекты МК имеют в эндокринологии. Учитывая большое количество данных о корреляции повышения уровня МК с положительной динамикой метаболических параметров, а также о наличии широкого спектра плейотропных эффектов МК, интересным представляется изучение способов управления метаболизмом КМ и в частности продукцией МК. В данный момент не вызывает сомнений такой способ, как модификация питания и использование пищевых волокон, активно обсуждается трансплантация фекальной микробиоты и использование методов генной инженерии для улучшения бутират-продуцирующих свой-ств бактерий. Тем не менее, отсутствуют однозначные рекомендации в отношении наиболее эффективного способа управления уровнем МК в качестве элемента лечения и профилактики ожирения.

Butyric acid (BA, butyrate) is a short-chain fatty acid (SCFA) - a metabolite of the human gut microbiota (GM). This SCFA is represented in a larger amount relative to other SCFAs and is synthesized by butyrate-producing representatives of GM via various pathways. The substrate for the synthesis of BA is some food products, mainly starch and to a lesser extent dairy products. The synthesis of BA is directly or indirectly influenced by various factors, including dietary habits, antibacterial therapy, as well as harmful habits (smoking, alcohol abuse). Numerous data confirm the important role of BA in various metabolic processes. The effects of BA are of particular relevance in endocrinology as one of the potential mechanisms for controlling carbohydrate metabolism and body weight. Given the large amount of data on the correlation of an increase in the level of BA with the positive dynamics of metabolic parameters, as well as the presence of a wide range of pleiotropic effects of BA, it is interesting to study ways to control the metabolism of GM and, in particular, the production of BA. At the moment, there is no doubt about such method as the modification of nutrition. The use of dietary fiber, transplantation of fecal microbiota and the use of genetic engineering methods to improve the butyrate-producing properties of bacteria are actively discussed. Nevertheless, there are no unambiguous recommendations regarding the most effective way to manage the level of BA as an element of the treatment and prevention of obesity.

масляная кислотабутиратожирениеуглеводный обменкишечная микробиотакороткоцепочечные жирные кислоты

butyric acidbutyrateobesitycarbohydrate metabolismgut microbiotashort-chain fatty acids

References1

Coppola S., Avagliano C., Calignano A., Berni Canani R. The Protective Role of Butyrate against Obesity and Obesity-Related Diseases. Molecules. 2021;26(3):682. Published. 2021 Jan 28. doi:10.3390/molecules26030682.

Miklisanskaya S. V., Mazur N. A., Solomasova L. V., Chigineva V. V. The «obesity paradox» and its degree of proof. Therapeutic Archive. 2020;92(4):84-90. doi: 10.26442/00403660.2020.04.000421.@@ Миклишанская С. В., Мазур Н. А., Соломасова Л. В., Чигинева В. В. «Парадокс ожирения» и степень его доказанности. Терапевтический архив. 2020;92(4):84-90. doi: 10.26442/00403660.2020.04.00042.

Duflou J., Virmani R., Rabin I., Burke A. et al. Sudden death as a result of heart disease in morbid obesity. Am Heart J. 1995;130(2):306-13. doi: 10.1016/0002-8703(95)90445-x.

Brandao I., Martins M. J., Monteiro R. Metabolically Healthy Obesity-Heterogeneity in Definitions and Unconventional Factors. Metabolites. 2020;10(2):48. doi: 10.3390/metabo10020048.

Ross R., Neeland I., Yamashita S., Shai I. et al. Waist circumference as a vital sign in clinical practice: a Consensus Statement from the IAS and ICCR Working Group on Visceral Obesity. Nat Rev Endocrinol. 2020;16(3):177-189. doi: 10.1038/s41574-019-0310-7.

Arumugam M., Raes J., Pelletier E., Le Paslier D. et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature. 2011;473(7346):174-80. doi: 10.1038/nature09944.

Drapkina O. M., Korneeva O. N. Gut microbiota and obesity: Pathogenetic relationships and ways to normalize the intestinal microflora. Terapevticheskii Arkhiv. 2016;88(9):135-142. (In Russ.) doi: 10.17116/terarkh2016889135-142.@@ Драпкина О. М., Корнеева О. Н. Кишечная микробиота и ожирение. Патогенетические взаимосвязи и пути нормализации кишечной микрофлоры. Терапевтический архив. 2016;88(9):135-142. doi: 10.17116/terarkh2016889135-142.

Sitkin S. I., Vakhitov T.Ya., Demyanova E. V. Microbiome, gut dysbiosis and inflammatory bowel disease: That moment when the function is more important than taxonomy. Almanac of Clinical Medicine. 2018;46(5):396-425.doi: 10.18786/2072-0505-2018-46-5-396-425. @@ Ситкин С. И., Вахитов Т. Я., Демьянова Е. В. Микробиом, дисбиоз толстой кишки и воспалительные заболевания кишечника: когда функция важнее таксономии. Альманах клинической медицины. 2018;46(5):396-425. doi: 10.18786/2072-0505-2018-46-5-396-425.

Beloglazov V. A., Yatskov I. A., Kumelsky E. D., Polovinkina V. V. Metabolic endotoxemia: possible causes and consequences. Obesity and metabolism. 2021;18(3):320-326. (In Russ.) doi: 10.14341/omet12750.@@ Белоглазов В. А., Яцков И. А., Кумельский Е. Д., Половинкина В. В. Метаболическая эндотоксинемия: возможные причины и последствия. Ожирение и метаболизм. 2021;18(3):320-326. doi: 10.14341/omet12750.

Erejuwa O., Sulaiman S., Wahab M. Modulation of gut microbiota in the management of metabolic disorders: the prospects and challenges.Int J Mol Sci. 2014;15:4158-4188. doi:10.3390/ijms15034158.

Blaak E., Canfora E., Theis S., Frost G. et al. Short chain fatty acids in human gut and metabolic health. Benef. Microbes. 2020;11:411-455. doi: 10.3920/BM2020.0057.

Bojarczuk A., Skąpska S., Khaneghah A., Marszalek C. Health benefits of resistant starch: A review of the literature. Journal of Functional Foods. 2022:93. doi: 10.1016/j.jff.2022.105094.

Sajilata M., Singhal R., Kulkarni P. Resistant Starch-A Review.Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2017;5:1-17. doi: 10.1111/j.1541-4337.2006.tb00076.x.

Louis P., Flint H. Formation of propionate and butyrate by the human colonic microbiota. Environ. Microbiol. 2017;19:29-41. doi: 10.1111/1462-2920.13589.

Louis P., Flint H. Diversity, metabolism and microbial ecology of butyrate-producing bacteria from the human large intestine. FEMS Microbiol. Lett. 2009;294:1-8. doi: 10.1111/j.1574-6968.2009.01514.x.

Bennett G., Rudolph F. The central metabolic pathway from acetyl-CoA to butyryl-CoA in Clostridium acetobutylicum. FEMS Microbiol. Rev. 1995;17:241-249. doi: 10.1111/j.1574-6976.1995.tb00208.x.

Gerhardt A., Cinkaya I., Linder D., Huisman G. et al. Fermentation of 4-aminobutyrate by Clostridium aminobutyricum: cloning of two genes involved in the formation and dehydration of 4-hydroxybutyryl-CoA. Arch. Microbiol. 2000;174:189-199. doi: 10.1007/s002030000195.

Vital M., Howe A., Tiedje J. Revealing the bacterial butyrate synthesis pathways by analyzing (meta)genomic data. mBio. 2014;5(2): e00889. doi: 10.1128/mBio.00889-14.

Herrmann G., Jayamani E., Mai G., Buckel W. Energy conservation via electron-transferring flavoprotein in anaerobic bacteria. J. Bacteriol. 2008;190:784-791. doi: 10.1128/JB.01422-07.

Louis P., Flint H. Development of a semiquantitative degenerate real-time PCR-based assay for estimation of numbers of butyryl-coenzyme A (CoA) CoA transferase genes in complex bacterial samples. Appl. Environ. Microbiol. 2007;73:2009-2012. doi: 10.1128/AEM.02561-06.

Vital M., Penton C., Wang Q., Young V. et al. A gene-targeted approach to investigate the intestinal butyrate-producing bacterial community. Microbiome 2013;1:8. doi: 10.1186/2049-2618-1-8.

Counillon L., Bouret Y., Marchiq I., Pouyssegur J. Na+/H+ antiporter (NHE1) and lactate/H+ symporters (MCTs) in pH homeostasis and cancer metabolism. Biochim Biophys Acta 2016;1863:2465-80 doi: 10.1016/j.bbamcr.2016.02.018.

Atzeni A., Bastiaanssen T., Cryan J., Tinahones F. et al. Taxonomic and Functional Fecal Microbiota Signatures Associated With Insulin Resistance in Non-Diabetic Subjects With Overweight/Obesity Within the Frame of the PREDIMED-Plus Study. Front Endocrinol (Lausanne). 2022;13:804455. doi: 10.3389/fendo.2022.804455.

Fang W., Xue H., Chen X., Chen K. et al. Supplementation with Sodium Butyrate Modulates the Composition of the Gut Microbiota and Ameliorates High-Fat Diet-Induced Obesity in Mice. J Nutr. 2019;149(5):747-754. doi: 10.1093/jn/nxy324.

Million M., Lagier J., Yahav D., Paul M. Gut bacterial microbiota and obesity. Clin Microbiol Infect. 2013;19:305-13. doi: 10.1111/1469-0691.12172.

Den Besten G., Bleeker A., Gerding A., van Eunen K. et al. Short-Chain Fatty Acids Protect Against High-Fat Diet-Induced Obesity via a PPARγ-Dependent Switch From Lipogenesis to Fat Oxidation. Diabetes. 2015;64 (7): 2398-2408. doi: 10.2337/db14-1213.

Yadav H., Lee J., Lloyd J., Walter P. et al. Beneficial metabolic effects of a probiotic via butyrate-induced GLP-1 hormone secretion. J Biol Chem. 2013;288:25088-97 doi: 10.1074/jbc.M113.452516.

Larraufie P., Dore J., Lapaque N., Blottiere H. TLR ligands and butyrate increase Pyy expression through two distinct but inter-regulated pathways. Cell Microbiol 2017;19: e12648. doi: 10.1111/cmi.12648.

Anderson Z., Dawson A., Slominski A., Harris M. Current Insights Into the Role of Neuropeptide Y in Skin Physiology and Pathology. Front Endocrinol (Lausanne). 2022;13:838434. doi: 10.3389/fendo.2022.838434.

Bai L., Gao M., Cheng X., Kang G. et al. Huang H. Engineered butyrate-producing bacteria prevents high fat diet-induced obesity in mice. Microb Cell Fact. 2020;19(1):94. doi: 10.1186/s12934-020-01350-z.

Li Z., Yi C., Katiraei S., Kooijman S. et al. Butyrate reduces appetite and activates brown adipose tissue via the gut-brain neural circuit. Gut. 2018;67(7):1269-1279. doi: 10.1136/gutjnl-2017-314050.

Gasaly N., Hermoso M. A., Gotteland M. Butyrate and the Fine-Tuning of Colonic Homeostasis: Implication for Inflammatory Bowel Diseases.Int J Mol Sci. 2021;22(6):3061. doi: 10.3390/ijms22063061.

Warburg O. On the Origin of Cancer Cells. Science. 1956;123:309-314. doi: 10.1126/science.123.3191.309.

Zhao J., Zhu Y., Du M., Wang Y. et al. Association between Dietary Fiber Intake and Mortality among Colorectal Cancer Survivors: Results from the Newfoundland Familial Colorectal Cancer Cohort Study and a Meta-Analysis of Prospective Studies. Cancers (Basel). 2022;14(15):3801. doi: 10.3390/cancers14153801.

Couto M., Goncalves P., Magro F., Martel F. Microbiota-derived butyrate regulates intestinal inflammation: Focus on inflammatory bowel disease. Pharmacol Res. 2020;159:104947. doi: 10.1016/j.phrs.2020.104947.

Szentirmai E., Millican N. S., Massie A. R., Kapas L. Butyrate, a metabolite of intestinal bacteria, enhances sleep. Sci Rep. 2019;9(1):7035. doi: 10.1038/s41598-019-43502-1.

Perrine S. P., Ginder G. D., Faller D. V. et al. A short-term trial of butyrate to stimulate fetal-globin-gene expression in the b-globin disorders. N Engl J Med. 1993;328:81-6. doi: 10.1056/NEJM199301143280202.

Faller D. V., Perrine S. P. Butyrate in the treatment of sick-le cell disease and β-thalassemia. Current Opinion in Hematology. 1995;2(2),109-117. doi: 10.1097/00062752-199502020-00002.

Sun M., Zhu Y., Zhou Z., Jia X. et al. Neuroprotective effects of fecal microbiota transplantation on MPTP-induced Parkinson’s disease mice: Gut microbiota, glial reaction and TLR4/TNF-α signaling pathway. Brain Behav. Immun. 2018;70:48-60. doi: 10.1016/j.bbi.2018.02.005.

He Z., Cui B., Zhang T., Li P. et al. Fecal microbiota transplantation cured epilepsy in a case with Crohn’s disease: The first report. WJG. 2017(23)3565. doi: 10.3748/wjg.v23.i19.3565.

Jacob V., Crawford C., Cohen-Mekelburg S., Viladomiu M. et al. Single Delivery of HighDiversity Fecal Microbiota Preparation by Colonoscopy Is Safe and Effective in Increasing Microbial Diversity in Active Ulcerative Colitis. Inflamm Bowel Dis. 2017;23(6):903-911. doi: 10.1097/MIB.0000000000001132.

Wardill H. R., Secombe K. R., Bryant R. V., Hazenberg M. D. et al. Adjunctive fecal microbiota transplantation in supportive oncology: Emerging indications and considerations in immunocompromised patients. EBioMedicine. 2019;44:730-740. doi: 10.1016/j.ebiom.2019.03.070.

Wang P., Deng X., Zhang C., Yuan H. Gut microbiota and metabolic syndrome. Chin Med J (Engl). 2020;133(7):808-816. doi: 10.1097/CM9.0000000000000696.

Antushevich H. Fecal microbiota transplantation in disease therapy. Clin Chim Acta. 2020;503:90-98. doi: 10.1016/j.cca.2019.12.010.

Suo Y., Ren M., Yang X., Liao Z. et al. Metabolic engineering of Clostridium tyrobutyricum for enhanced butyric acid production with high butyrate/acetate ratio. Appl Microbiol Biotechnol. 2018;102(10):4511-4522. doi: 10.1007/s00253-018-8954-0.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.