Dans une étude récente publiée dans la revue Nature, les chercheurs utilisent une stratégie multi-omique complète chez l’homme pour évaluer l’association entre le métabolisme microbien des glucides intestinaux et la résistance à l’insuline (IR). De plus, cette étude a découvert des liens entre les métabolites fécaux et le syndrome métabolique (MetS), une maladie liée à l’IR.
Étude: Le métabolisme microbien des glucides dans l’intestin contribue à la résistance à l’insuline. Crédit d’image : Andrii Vodolazhskyi/Shutterstock.com
Sommaire
Le microbiome intestinal et la résistance à l’insuline
La physiopathologie fondamentale du diabète de type 2 et du MetS est l’IR. Des enquêtes métagénomiques antérieures ont détaillé les caractéristiques des microbes intestinaux et leurs fonctions dans le métabolisme alimentaire lié aux RI.
Plus précisément, le métabolisme commensal des glucides semble contribuer à l’extraction énergétique globale de l’hôte et, par conséquent, est impliqué dans l’étiologie du prédiabète et de l’obésité. Néanmoins, le processus fondamental reste inconnu.
À propos de l’étude
Pour étudier le rôle du microbiote intestinal dans la RI, les chercheurs ont intégré des métabolomes fécaux impartiaux, des métagénomes et des données transcriptomiques de l’hôte. L’étude comprenait 306 personnes âgées de 20 à 75 ans qui se sont inscrites à l’étude entre 2014 et 2016 à l’hôpital de l’Université de Tokyo lors de leurs visites de santé annuelles régulières.
Dans les catégories normales, obèses et prédiabétiques, les chercheurs ont recruté respectivement 112, 100 et 101 personnes. Des examens physiques, des tests de laboratoire, des échantillons fécaux pour le pyroséquençage et l’analyse métabolomique de l’acide ribonucléique ribosomal 16S (ARNr) fécal, ainsi que des prélèvements sanguins pour des analyses métabolomiques sérologiques, ont été effectués pour tous les participants.
Les critères d’exclusion comprenaient un diagnostic de diabète confirmé, l’utilisation habituelle de médicaments contre le diabète ou les maladies intestinales, l’utilisation d’antibiotiques dans les deux semaines suivant le prélèvement de l’échantillon et la perte de trois kilogrammes de poids corporel au cours des trois mois précédant le prélèvement de l’échantillon.
L’IR a été déterminé à l’aide du modèle homéostatique d’évaluation de l’IR (HOMA-IR) avec des scores de 2,5 ou plus. Pour évaluer les différences dans les activités microbiennes intestinales, les métabolites fécaux et les gènes anticipés ont été classés respectivement en groupes de co-abondance (CAG) et en catégorisations de l’Encyclopédie de Kyoto des gènes et des génomes (KEGG).
L’approche d’analyse de cap de l’expression génétique (CAGE) a été utilisée pour recueillir des données transcriptomiques à partir de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC), qui peuvent quantifier l’expression génétique avec une résolution du site d’initiation de la transcription. Valeurs de l’aire sous la courbe (AUC) des courbes de la courbe opératoire du récepteur (ROC) à l’aide du système de classification de forêt aléatoire pour étudier la manière dont les données omiques provenant d’échantillons fécaux pourraient prédire la résistance à l’insuline.
Le séquençage de l’acide ribonucléique (ARN) ribosomal 16S fécal, le métagénome, le métabolome et leurs ensembles de données combinés ont été utilisés pour identifier les variables d’estimateur pour la modélisation à l’aide de l’algorithme de redondance minimale de pertinence maximale.
Tout au long des études de corrélation et de régression avec des indicateurs cliniques, des variables confusionnelles significatives, notamment le sexe et l’âge, ont été corrigées. Des techniques de chromatographie en phase gazeuse et de spectrométrie de masse en tandem (GC-MS/MS) ont été utilisées pour extraire et quantifier les métabolites hydrophiles dans les échantillons fécaux et sérologiques.
Résultats de l’étude
L’indice de masse corporelle (IMC) médian et les taux d’hémoglobine glyquée (HbA1c) étaient de 25 kg/m2 et 6%, respectivement. Les glucides fécaux, en particulier les monosaccharides accessibles à l’hôte, étaient plus élevés chez les patients insulinorésistants et étaient liés au métabolisme microbien des glucides et aux cytokines inflammatoires de l’hôte.
Les bactéries intestinales liées à l’IR et à la sensibilité à l’insuline présentaient un schéma différent de métabolisme des glucides. De plus, les bactéries associées à la sensibilité à l’insuline ont amélioré les phénotypes d’IR de l’hôte dans un modèle murin.
Une étude métabolomique non ciblée utilisant deux plates-formes analytiques basées sur la SEP a montré respectivement 195 et 100 métabolites hydrophiles fécaux et sérologiques annotés, ainsi que 2 654 et 635 métabolites lipidiques fécaux et sérologiques annotés.
En prédisant l’IR, les caractéristiques sélectionnées des données métabolomiques fécales ont dépassé celles du 16S et de la métagénomique. Cette observation indique que la métabolomique fécale peut être utile pour étudier la physiopathologie de l’IR.
Parmi les métabolites hydrophiles, la plupart des CAG présentant une corrélation significative avec l’IR étaient des métabolites glucidiques, principalement des monosaccharides. L’IR était également associée à une augmentation des niveaux d’acides gras à chaîne courte (AGCC).
Selon une étude d’enrichissement de la voie KEGG, les métabolites dans les groupes de coabondance hydrophile liés à l’IR étaient associés au métabolisme des glucides. Le galactose, le fructose, le xylose et le mannose étaient significativement liés à l’IR.
Bactéroïde les espèces absorbent une variété de glucides, ce qui alimente la synthèse de leurs produits de fermentation. Chez la souris, A. indistinct réduction de l’IR et modification des métabolites intestinaux du glucose, ce qui est en corrélation avec les résultats de la cohorte humaine.
Conclusions
Les résultats de l’étude démontrent que le métabolisme microbien des glucides intestinaux est crucial dans l’IR et, par conséquent, peut être considéré comme un mécanisme physiopathologique principal sous-jacent au MetS et au diabète sucré de type 2. Les individus insulino-résistants présentent une augmentation des glucides fécaux, en particulier des monosaccharides accessibles à l’hôte, qui sont liés aux métabolismes microbiens des glucides et aux cytokines pro-inflammatoires.
Cibler le métabolisme microbien des glucides intestinaux pourrait constituer une approche thérapeutique potentielle pour améliorer l’IR. Comprendre le rôle des microbes intestinaux dans le métabolisme des glucides pourrait soutenir le développement d’interventions ciblées pour gérer les RI et améliorer les phénotypes RI de l’hôte et le bien-être métabolique.
