Resumen de Diferencias entre la microbiota intestinal de hombres y mujeres y su relación con la prevalencia de desarrollo de enfermedades metabólicas
La creciente incidencia de las enfermedades metabólicas en la población mundial, particularmente de la obesidad, el síndrome metabólico (SM), y la diabetes de tipo 2 (DT2), ha hecho de ellas un problema sanitario, social, y económico de primer orden (1-3). El hecho de que estas patologías muestren un marcado dimorfismo sexual en su desarrollo y prevalencia hace suponer la implicación en ellas de las hormonas sexuales (4).
La obesidad, además de constituir una patología per se, constituye un factor de riesgo para el SM, que a su vez influye en la DT2 (5). Dentro de este marco, se han descrito dos patrones de distribución de la grasa, un patrón periférico, típico de mujeres premenopáusicas, y un patrón central, típico de mujeres posmenopáusicas y hombres (6, 7). Ambos patrones, sujetos a una base genética regulada por las hormonas sexuales (8), están relacionados con el desarrollo de las enfermedades metabólicas, mostrando la grasa central (abdominal visceral) un perfil patológico (9) frente a un perfil protector de la grasa periférica (subcutánea) (10).
La influencia de las hormonas sexuales en las enfermedades metabólicas está avalada por situaciones en las que sus niveles están alterados (11). Hombres y mujeres transgénero muestran una redistribución de la grasa corporal tras el tratamiento con esteroides sexuales, al igual que ocurre tras los cambios hormonales de la menopausia (12). La disminución del nivel de estrógeno, tras la menopausia y tras una ooforectomía, eleva el riesgo de sufrir DT2 (13), mientras que la terapia hormonal con estrógenos en mujeres posmenopáusicas reduce su incidencia (14). Las mujeres con hiperandrogenismo debido al síndrome del ovario poliquístico (SOP) muestran una mayor adiposidad central (15) y un mayor riesgo de sufrir SM (16), mientras que la disminución de estrógenos inducida por la ooforectomía en mujeres posmenopáusicas aumenta el riesgo de DT2 (17). En los hombres, la terapia de privación de andrógenos aumenta la masa grasa (18) y la prevalencia del SM (19) y la DT2 (20), mientras que el tratamiento con testosterona disminuye la grasa visceral, el SM, y la DT2 (21).
En los últimos años se han aportado pruebas que apoyan la idea de la existencia de un dimorfismo sexual en la composición de la microbiota intestinal, en el que las hormonas sexuales parecen desempeñar un papel destacado (22). Esta microbiota constituye una comunidad simbiótica, formada en su mayoría por bacterias (dominios Archaea y Bacteria), que participa activamente en la fisiología del huésped al intervenir en procesos como la absorción de nutrientes (energía), la respuesta inmunitaria, la permeabilidad intestinal, y la producción de hormonas y vitaminas (23-25), al tiempo que enriquece el metabolismo de los glicanos, los aminoácidos, los xenobióticos, la metanogénesis, y la biosíntesis de vitaminas e isoprenoides (26). Por ello, la microbiota intestinal parece desempeñar un papel clave en la salud humana (27), mientras que la alteración de su composición o diversidad, conocida como disbiosis, así como una interacción alterada con su huésped, pueden dar lugar a diversas patologías (28, 29).
La alteración o la protección de la mucosa intestinal por parte de la microbiota intestinal es un factor clave en el mantenimiento de la llamada barrera intestinal, que limita el acceso de los microorganismos al torrente sanguíneo y, por tanto, influye en el estado inflamatorio descrito en procesos como la obesidad y el SM (24, 30, 31). La acción de la microbiota intestinal se extiende al sistema nervioso central a través del eje intestino-cerebro para influir en la ingesta de alimentos (32), e incluso al hígado a través del eje intestino-hígado para regular el metabolismo de los nutrientes (33). La interacción entre la microbiota intestinal y su huésped parece influir así en el desarrollo de las enfermedades metabólicas (24), en donde los cambios en la microbiota podrían conformar, al menos en parte, los mecanismos patogénicos de la obesidad, la resistencia a insulina, y el desarrollo del SM. Además, se ha constatado la influencia de la microbiota intestinal en el nivel de las hormonas sexuales, pues la colonización por microbios comensales modifica los niveles de estradiol y testosterona (34, 35).
La relación entre la microbiota intestinal, las hormonas sexuales, y el desarrollo de ciertas enfermedades ofrece un nuevo campo de investigación en la prevención de estas enfermedades mediante la manipulación de la microbiota intestinal. En este sentido, los trasplantes fecales han cobrado gran interés como terapia alternativa en el tratamiento de enfermedades como el SM, en donde la transferencia de microbiota fecal mejora varios parámetros de esta patología (36, 37). En la misma línea, han surgido terapias basadas en la modificación de la microbiota mediante intervención dietética y el uso de prebióticos y probióticos (38).
HIPÓTESIS La hipótesis de partida de esta tesis fue que “existen diferencias entre la microbiota intestinal de hombres y mujeres, lo que podría a su vez ser un determinante en la prevalencia en el desarrollo de enfermedades metabólicas y cardiovasculares”, mientras que la hipótesis nula fue que “no existen diferencias entre la microbiota intestinal de hombres y mujeres”.
OBJETIVOS El trabajo de esta tesis ha quedado plasmado en cuatro publicaciones en revistas internacionales. En este sentido, la tesis se ha basado en cuatro objetivos, uno por cada publicación, desglosados en un objetivo principal, abordado en la publicación 1, y tres objetivos secundarios, abordados en las publicaciones 2, 3, y 4.
Objetivo principal: 1. Evaluar la existencia de diferencias en la microbiota intestinal asociadas al estado hormonal entre mujeres pre y posmenopáusicas (disminución de estrógenos), así como explorar las diferencias con la microbiota de hombres de similar edad, índice de masa corporal y hábitos nutricionales, mediante secuenciación masiva del ADN bacteriano.
Objetivos secundarios: 2. Evaluar las diferencias en la microbiota intestinal de pacientes con síndrome metabólico en función del sexo y determinar si dos dietas saludables, la dieta mediterránea y una dieta baja en grasa, pueden modular la disbiosis microbiana de forma diferencial en función del sexo.
3. Determinar la contribución de las hormonas sexuales y la obesidad a las diferencias en la estructura y composición de la microbiota intestinal entre sexos mediante la caracterización de las diferencias en la microbiota intestinal ante la reducción de las hormonas gonadales en ratas hembra sometidas a ovariectomía y ratas macho a orquiectomía, así como analizar el efecto de la obesidad inducida por la dieta en la microbiota intestinal en estos modelos. Además, se evaluará la potencial implicación de los miARN intestinales en la interacción entre la microbiota intestinal y su huésped.
4. Explorar la influencia de los esteroides sexuales y de una dieta obesogénica (sobrealimentación posnatal) desde las primeras fases del desarrollo mediante un modelo de ratas androgenizadas, en la modificación persistente de la estructura de la microbiota intestinal, así como la posible interacción entre la microbiota intestinal y el huésped a través de la regulación microbiana de la expresión de miARN en el intestino delgado y grueso.
CARACTERÍSTICAS DEL ESTUDIO Publicación 1: Este estudio se realizó con 76 individuos incluidos en el grupo control de personas sanas del estudio ONCOVER, un estudio centrado en el desarrollo de un sistema de detección de compuestos volátiles para el diagnóstico precoz del cáncer de pulmón, colon, mama, y próstata. Los 76 individuos conformaban cuatro grupos: 17 mujeres premenopáusicas, 20 mujeres posmenopáusicas, y 19 y 20 hombres como grupo de control para las mujeres pre y posmenopáusicas respectivamente. Para la confección de los grupos se tuvieron en cuenta aspectos como la edad, el índice de masa corporal (IMC), y los hábitos nutricionales. Se analizaron las diferencias asociadas al sexo y al estado hormonal de la microbiota intestinal, la endotoxemia, las incretinas intestinales, las citoquinas proinflamatorias, y los niveles plasmáticos de las hormonas reguladoras de la homeostasis energética entre las mujeres pre y posmenopáusicas y entre ellas y sus respectivos grupos control de hombres.
Publicación 2: Este estudio se realizó en el marco del estudio CORDIOPREV, un ensayo prospectivo, aleatorio y abierto en 1002 pacientes con cardiopatía coronaria. Se analizó la microbiota intestinal al inicio y después de 3 años de intervención dietética en 123 mujeres y 123 hombres, pareados por las principales variables metabólicas y categorizados según la presencia o no de SM en función de los criterios del Panel de Tratamiento de Adultos III (39). Además del tratamiento convencional para la cardiopatía, los pacientes siguieron dos modelos de dieta, la dieta mediterránea, y una dieta baja en grasa. Los cuatro grupos experimentales fueron: 79 mujeres y 79 hombres con SM (ambos grupos con las mismas combinaciones de criterios del SM), y 44 mujeres y 44 hombres sin SM. El efecto del consumo de ambas dietas en la microbiota intestinal de los pacientes con SM se estudió en 99 de los 158 pacientes con SM (por motivo de disponibilidad de muestras fecales a los 3 años de seguimiento).
Publicación 3: El estudio se realizó con un modelo animal, concretamente con ratas Wistar, machos y hembras, criadas en el vivario de la Universidad de Córdoba y alimentadas con una dieta control (10%, 20% y 70% de calorías procedentes de grasas, proteínas y carbohidratos, respectivamente) o una dieta alta en grasa (45%, 20% y 35% de calorías procedentes de grasas, proteínas y carbohidratos, respectivamente). En el día posnatal (DPN)-1, las crías se separaron en dos tamaños de camada: camadas pequeñas (4 crías por camada), como modelo de sobrealimentación posnatal, y camadas normales (12 crías por camada), como modelo de alimentación normal. Tras su destete, en el DPN-23 se hicieron subgrupos de hembras y machos de camadas normales y pequeñas, que fueron alimentados ad libitum con la dieta control o la dieta alta en grasa, respectivamente, para generar dos grupos experimentales, camada normal y dieta control (CN-DC), y camada pequeña y dieta alta en grasa (CP-DAG), representativos del fenotipo magro y obeso respectivamente. Subconjuntos de animales de cada grupo fueron sometidos en el DPN-90 a una gonadectomía como modelo de cese de las secreciones gonadales. En el DPN-120, los animales fueron sometidos a un test de tolerancia a la glucosa (TTG) y, una semana más tarde, a un test de tolerancia a la insulina (TTI) para evaluar el desarrollo de la resistencia a la insulina. Los experimentos finalizaron en el DPN-150. En esta última fase se controlaron los índices fenotípicos y los parámetros bioquímicos/hormonales del suero, y se diseccionó el intestino delgado y grueso para obtener muestras fecales con las que analizar la microbiota y el ARN.
Publicación 4: El estudio se llevó a cabo con un modelo animal, concretamente con ratas Wistar, machos y hembras, criadas en el vivario de la Universidad de Córdoba y alimentadas con una dieta control (10%, 20% y 70% de calorías procedentes de grasas, proteínas y carbohidratos, respectivamente) o con una dieta alta en grasa (45%, 20% y 35% de calorías procedentes de grasas, proteínas y carbohidratos, respectivamente). En el DPN-1, las crías se separaron en dos tamaños de camada: pequeña (4 crías por camada), como modelo de sobrealimentación posnatal, y normal (12 crías por camada), como modelo de alimentación normal. A continuación, subconjuntos de hembras de ambos tamaños de camada fueron androgenizados con propionato de testosterona, mientras que otras hembras fueron inyectadas con vehículo (aceite de oliva). Tras su destete, en el DPN-23 se hicieron subgrupos de hembras androgenizadas o tratadas con vehículo y machos de camada normal y camada pequeña, que fueron alimentados ad libitum con la dieta control o la dieta alta en grasa, respectivamente, para generar dos grupos experimentales, CN-DC y CP-DAG, representativos del fenotipo magro y obeso respectivamente. El impacto a corto y largo plazo de la androgenización neonatal y la dieta obesogénica en analizó en el DPN-50 y el DPN-150, representativos de ratas adultas jóvenes (DPN-50) y adultas (DPN-150). Las ratas de todos los grupos se pesaron y fueron sometidas a un TTG y a un TTI. Se midieron los niveles de glucosa y su variación se estimó como área bajo la curva (AUC). Tras el sacrificio de las ratas se tomaron muestras de sangre, heces, y tejidos, para analizar los índices fenotípicos, los parámetros bioquímicos/hormonales, la microbiota, y el ARN.
1. Nuestros resultados reflejan que hombres y mujeres difieren en la composición de su microbiota intestinal y que estas diferencias dependen del estado hormonal de la mujer (premenopausia vs posmenopausia), lo que podría estar relacionado con el dimorfismo sexual observado en la incidencia de las enfermedades metabólicas y cardiovasculares, dada la relación de estas enfermedades con la microbiota intestinal.
2. Nuestros resultados sugieren que las alteraciones de la microbiota intestinal asociadas al síndrome metabólico parecen ser diferentes entre hombres y mujeres. Estos resultados sugieren a su vez la implicación de la microbiota intestinal en la diferencia en la incidencia de enfermedades metabólicas entre sexos. Además, los diferentes cambios inducidos por la dieta mediterránea o una dieta baja en grasa en la microbiota intestinal según el sexo sugieren que las mujeres y los hombres podrían beneficiarse de forma diferente de una dieta específica en función de su sexo.
3. Nuestros resultados muestran la contribución de las hormonas gonadales a la definición de las diferencias dependientes del sexo en la microbiota intestinal, así como su potencial papel en la formación de esta microbiota como consecuencia de la interacción entre el sexo y la nutrición. De hecho, la eliminación de las hormonas sexuales modifica la microbiota intestinal hacia un perfil más deletéreo, especialmente en las hembras tras una sobrealimentación posnatal, lo que confirma la implicación de la dieta en estos procesos. Por otro lado, nuestros resultados sugieren que la implicación de la microbiota intestinal en las enfermedades metabólicas podría estar mediada por la interacción entre la microbiota y su huésped a través de los miARN intestinales.
4. Nuestros resultados sugieren que la alteración nutricional y hormonal en los primeros períodos del desarrollo alteran la programación metabólica y la estructura de la microbiota intestinal, cuyas consecuencias se prolongan en el tiempo. La relación observada entre los cambios en la microbiota intestinal y la expresión de miARN en el intestino delgado y grueso sugiere un posible mecanismo de comunicación cruzada entre la microbiota intestinal y el huésped que puede contribuir a amplificar el desajuste metabólico causado por la obesidad.
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