연령 관련 NAFLD: 보조적 치료 개입으로서 프로바이오틱스의 사용 2부

5. NAFLD 동물 모델에서 장내 미생물의 변화

많은 전임상 연구는 NAFLD 및 NASH 발달과 함께 종종 미생물 서명이라고 불리는 GM 구성의 특정 변경을 연관시키려고 시도했습니다. 쥐에게 장기간(80주) 고지방식이를 먹인 것은 Bacterioidetes에 관한 Firmicutes 문의 상대적 풍부도 증가와 관련이 있었습니다. 속 수준에서 Adercreutzia(악티노박테리아), Coprococcus(Firmicutes), Dorea(Firmicutes) 및 Ruminococcus(Firmicutes)의 풍부도가 저지방식이와 비교하여 고지방식이를 먹인 쥐에서 관찰되었습니다. 그룹 [91]. 반응자 및 비반응자 마우스에서 고지방식이에 이르기까지 미생물 군집이 형성된 무균 마우스에서 NAFLD는 Barnesiella 및 Roseburia(각각 Bacteroidetes 및 Firmicutes 속)와 긍정적으로 연관되었습니다. 고지방식이 투여 16주 후에 Barnesiella와 Allobaculum의 증가와 Lactobacilli의 감소가 관찰되었습니다. 일반적으로, Firmicutes phylum은 NAFLD가 발생하는 마우스에서 더 많이 나타납니다[77]. 전반적으로, Firmicutes/Bacteroidetes의 증가는 합의가 이루어지지 않았음에도 불구하고 NAFLD 진행과 관련이 있습니다. 마지막으로 또 다른 연구에서 Firmicutes와 Verrucomicrobiota phyla는 대신 NAFLD가 발생하지 않는 마우스에서 더 많이 나타나는 것으로 나타났으며 속 수준에서 Bacteroidia와 Flavobacteriia는 NAFLD가 발생하는 마우스에서 증가했습니다[79]. 비피도박테리아, 락토바실러스 및 연쇄상구균 써모필러스의 고농도 혼합물인 VSL#3의 투여는 고지방식이를 먹인 쥐에서 간 조직학을 개선하고 간 총 지방산 함량을 감소시켰으며 혈청 알라닌 아미노전이효소 수치를 감소시켰습니다. 조직학적 및 생화학적 개선은 종양 괴사 인자(TNF)에 의해 조절되는 두 가지 핵 인자인 JNK(Jun N-terminal kinase) 및 NF-B(nuclear factor B)의 낮은 수준과 관련이 있으며 둘 다 인슐린 저항성 발달에 관여합니다. 84].

Cistanche의 배당체는 또한 심장 및 간 조직에서 SOD의 활성을 증가시킬 수 있으며 각 조직에서 리포푸신 및 MDA의 함량을 크게 감소시켜 다양한 활성 산소 라디칼(OH-, H₂O₂ 등)을 효과적으로 제거하고 이로 인한 DNA 손상으로부터 보호합니다. OH-라디칼에 의해. Cistanche phenylethanoid glycosides는 자유 라디칼의 강력한 소거 능력, 비타민 C보다 높은 환원 능력, 정자 현탁액에서 SOD의 활동을 개선하고 MDA의 함량을 감소시키며 정자 막 기능에 대한 특정 보호 효과가 있습니다. Cistanche 다당류는 D-갈락토스에 의해 유발된 실험적으로 노화된 쥐의 적혈구 및 폐 조직에서 SOD 및 GSH-Px의 활성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 폐 및 혈장의 MDA 및 콜라겐 함량을 감소시키고 엘라스틴 함량을 증가시킬 수 있습니다. DPPH에 대한 우수한 소거 효과, 노화된 쥐의 저산소증 시간 연장, 혈청 내 SOD 활성 개선, 실험적으로 노화된 쥐의 폐의 생리학적 퇴행 지연 피부 노화 질환을 예방하고 치료하는 약물이 될 가능성이 있습니다. 동시에 Cistanche의 echinacoside는 DPPH 자유 라디칼을 제거하는 상당한 능력이 있으며 활성 산소 종을 제거하고 자유 라디칼로 인한 콜라겐 분해를 방지하는 능력이 있으며 티민 자유 라디칼 음이온 손상에 대한 우수한 복구 효과도 있습니다.

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2주와 4주 동안 MCD 식이를 먹인 쥐에서 Tenericutes의 문은 각 대조군에 비해 더 많았고 Verrucomicrobia는 지속적으로 덜 풍부했습니다. MCD 식이 요법 2주 후, Firmicutes의 양이 훨씬 더 많고 Proteobacteria의 함량이 크게 감소했습니다. 4주에 Actinobacteria의 감소가 관찰되었습니다. 가족 수준에서 Rikenellaceae, Desulfovibrionaceae 및 Verrucomicrobiaceae는 4-주 대조군과 비교했을 때 MCD 그룹에서 지속적으로 감소했습니다[82]. 8주 후, MCD 급식은 미생물군 다양성의 전반적인 감소와 Akkermansia뿐만 아니라 잠재적으로 생균제인 Lactobacillus의 감소와 간 섬유화와 관련된 Ruminococus의 증가를 가져왔습니다[83].

6. 인간의 장내 미생물총과 NAFLD 발생 간의 연관성

여러 대규모 인체 연구에서 단순 지방증에서 보다 진행된 질병 단계로의 진행 위험을 예측할 수 있는 미생물 시그니처를 조사했습니다[76]. 그러나 문, 과, 속 및 종에 관한 다양한 결과와 함께 연구 간에 일정 수준의 불일치가 발견되었습니다. Firmicutes와 Bacteroidetes의 문은 장내 마이크로바이옴에서 가장 많이 나타납니다. 결과적으로 많은 동물 및 인간 연구는 이 두 그룹의 상대적 풍부성에 초점을 맞췄습니다. 동물 연구에서 발견된 것과 유사하게 [77,91,92], 비만인 개인에서 Firmicutes-to-Bacteroidetes 비율의 증가는 더 높은 에너지 수확 및 더 심각한 NAFLD 발현과 관련이 있다고 원래 제안되었습니다[93] ; 그러나 이 개념은 보다 최근의 연구 결과[94–96]에 의해 도전을 받았습니다. 구체적으로, NAFLD 환자에서 Firmicutes는 Del Chierico(2017) 및 Loomba(2017)[97,98]의 연구에서 증가하고, Wang [99] 및 Zhu [94]의 연구에서는 감소했으며, Raman(2013) 및 Alferink[96,100]. Bacteroidetes는 Wang [99] 및 Zhu [94]의 연구에서 NAFLD 환자에서 더 많이 나타났고 Del Chierico [97] 및 Shen [95]의 연구에서는 감소했으며 Alferink [96]의 연구에서는 변경되지 않았습니다. 질병 상태를 구별하기 위해 더 높은 계통 발생 수준(즉, 문)을 사용하면 자연스럽게 불일치가 발생한다고 제안되었습니다. 따라서 연구는 속[100]과 같은 더 낮은 수준에 초점을 맞춰야 합니다. 그러나 속 수준을 고려할 때 Prevotella, Oscillibacter, Bifidobacterium, Blautia, Lactobacillus 및 Roseburia에 대한 불일치도 발견되었습니다[72]. 이러한 불일치는 NAFLD가 본질적으로 이질적이라는 사실에서 비롯될 수 있으며 연구에는 종종 보상 또는 보상되지 않은 간경변증이 있는 질병 중증도의 다른 단계에 있는 환자가 포함됩니다[72].

그럼에도 불구하고 건강한 개인과 비교하여 NAFLD 및 NASH 환자에서 일치하는 변화가 발견되었습니다. 실제로 Proteobacteria의 문이 증가했습니다[95,98,100]. 가족 수준에서 Enterobacteriaceae는 증가한 반면[94,95], Rikenellaceae[94,97]와 Ruminococcaceae[95,100]는 감소했습니다. Faecalibacterium[94], Coprococcus[94,99] 및 Anaerosporobacter[99] 속도 감소한 반면 Dorea는 증가했습니다[97,100]. Escherichia 및 Peptoniphilus 속의 증가는 NASH가 없는 NAFLD 환자[94,97]와 Prevotella[101]의 감소에 특이적이었습니다.

7. 프로바이오틱스

유엔식량농업기구(FAO)/세계보건기구(WHO)에 따르면 프로바이오틱스는 "적절한 양을 투여했을 때 숙주에게 건강상의 이점을 주는 살아있는 미생물"로 정의됩니다[102]. 프로바이오틱스로 사용되기 위해서는 미생물이 특정 특성을 가져야 합니다. 그들은 살아 있고 안전하며 비병원성 박테리아여야 하며 소화관을 통과할 수 있고 산성(위) 및 염기성(십이지장) pH 모두에서 생존할 수 있을 뿐만 아니라 담즙, 염산 및 췌장액에 내성이 있어야 합니다[103 ]. 더욱이, 그들은 입, 위장관 또는 대변에서 격리된 인간 기원이어야 하며 건강한 GM에 속해야 합니다. 그러나 락토바실러스 및 비피도박테리움 속의 프로바이오틱 박테리아 및 기타 미생물은 발효유 및 치즈, 요거트와 같은 관련 제품 및 전통 음료(요사, 보사, 포졸 및 토과)에서도 분리될 수 있습니다. ) [104]. 이러한 중요한 기능 외에도, 프로바이오틱스는 병원성 박테리아에 대한 항균 활성과 감소된 장 투과성을 부여해야 합니다. 이를 통해 프로바이오틱스는 장의 면역 세포에 신호를 보내 면역 체계를 자극할 수 있을 뿐만 아니라 장에 식민지화할 수 있습니다. , 젖산을 생성하고 장내 대사에 영향을 미칩니다[104].

프로바이오틱스는 위장관 운동을 촉진하고 장내 미생물을 조절하며 유당 내성을 개선하고 콜레스테롤 수치를 낮출 수 있기 때문에 사람과 동물 모두에게 유익한 효과가 있는 것으로 알려져 있습니다[105]. 그들은 또한 상피 세포의 증식과 분화를 촉진하고 장 장벽을 강화할 수 있습니다[106]. 또한 치료적 역할을 하여 면역, 신경 및 위장 시스템에 이점을 부여하고 비만, 당뇨병, 심혈관, 간, 대사 장애, 암 및 알레르기를 포함한 일부 질병을 예방할 수 있습니다[107,108]. 또한 설사, 위장염, 크론병, 여성 비뇨생식기 감염과 같은 다른 임상 상태에 대응하고 유당 불내증으로 인한 증상을 완화하는 데 도움이 되는 솔루션입니다[104,109](표 1).

흥미롭게도 프로바이오틱스는 노화 방지 특성을 가지고 있어 장수에 도움이 될 수 있습니다. 항산화 및 면역 조절 경로를 활성화하고 탈모 및 피부 주름과 같은 전형적인 노화 징후를 예방하고 피부 탄력을 개선하는 데 사용할 수 있습니다[134,135]. Wen-Yang Lin(2022) [12] 프로바이오틱스(Bifidobacterium animalis subsp. infant is BLI-02, Bifidobacterium breve Bv889, Bifidobacterium bifidum VDD088, Bifidobacterium animalis subsp. lactis CP-9 , Lactobacillus plantarum PL-02)은 노화된 쥐에게 항산화 특성을 입증하여 GM 및 SCFA 합성의 긍정적인 조절을 초래했습니다[12]. 또한 여러 임상 시험에서 노인의 GM에 대한 프로바이오틱스 보충의 효과를 보고했습니다[136-139]. 예를 들어, 두 개의 무작위, 이중 맹검, 위약 대조 연구에서 Bifibacterium longum Bar33 및 Lactobacillus helveticus Bar13이 기회 병원체(Clostridium cluster XI, Clostridium difficile 및 Clostridium perfringens, Enterococcus faecium 및 Campylobacter)를 감소시키는 반면 Bifidobacterium longum을 보충하는 것으로 나타났습니다. 46, B. longum 2C는 Bifidobacterium catenulatum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve의 수를 증가시킨다[136,137].

프로바이오틱스는 다양한 작용 메커니즘을 통해 건강상의 이점을 발휘합니다. 프로바이오틱스는 장 점막의 영양분 및 부착 부위를 놓고 병원성 박테리아와 경쟁할 수 있고, 박테리아 독소 생성을 억제하고, 상피 장벽을 강화하고, 항균 물질(예: 박테리오신 및 SCFA)을 통해 병원균의 성장을 억제하고 병원균의 부착 및 장벽을 통한 접근을 제한할 수 있습니다. 마지막으로 프로바이오틱스는 전염증성 사이토카인 분비[예: 인터페론-감마(IFN), TNF 및 인터루킨 12(IL-12)]를 감소시키고 항염증성 사이토카인(예: IL-10), 상피 세포 및 T 림프구 증식 및 분화 [140-142].

위에서 언급한 긍정적인 효과 외에도 프로바이오틱스를 보충하면 인간과 동물의 GM을 조절할 수 있습니다[107]. 장내세균불균형이 존재하는 경우, 프로바이오틱스 종은 -defensin과 IgA의 생성을 이끌어내어 장내 미생물 구성의 정확한 균형을 회복하고 병원균을 억제할 수 있습니다. 또한 항염증 분자의 발현을 촉진하고 뮤신 생성을 촉진하고 단단한 연접의 파괴를 방지함으로써 장 장벽의 무결성을 향상시킬 수 있습니다[40,143].

락토바실러스(Lactobacillus) 및 비피도박테리움(Bifidobacterium) 속이 가장 일반적으로 사용되는 프로바이오틱 박테리아이며 그 다음으로 연쇄상구균(Streptococcus), 에스케리키아(Escherichia), 엔테로코커스(Enterococcus) 및 바실러스(Bacillus) 순입니다. 일부 Saccharomyces 진균 균주는 프로바이오틱스로도 사용할 수 있습니다[103](표 2).

예를 들어 유산균인 Lactobacillus rhamnosus GG로 치료하면 장의 산화 스트레스와 염증을 줄이고 변경된 미생물군을 조절하며 장 장벽 기능을 회복하는 것으로 나타났습니다[144-146]. 또한 Lactobacillus acidophilus는 전염증성 사이토카인(IL-6, TNF , IL-1b 및 IL-17)의 발현을 감소시키고 IL-10의 생산뿐만 아니라 GM을 조절함으로써 유익한 박테리아의 증가를 선호합니다[147,148]. 다른 락토바실러스와 마찬가지로 L. Plantarum으로 치료하면 GM의 구성을 변화시키고 SCFA 수준을 높이며 일부 염증성 사이토카인(예: TNF , IL1- 및 IL{{9 }}) 대사 장애 및 장 염증을 예방합니다[149]. 락토바실러스 외에도 비피도박테리움 속의 박테리아(예: B. bifidum, B. breve 및 B. longum)도 프로바이오틱스로 사용되어 GM의 구성을 수정 및 안정화하고 병원성 박테리아의 성장과 전염증성 사이토카인 생성, 위장관 장벽 강화[107]. 또한 프로바이오틱 박테리아인 Escherichia coli Nissle은 병원균(예: Salmonella, Shigella, 및 칸디다) 장 장벽을 가로질러 [150,151]. 또한, Saccharomyces cerevisiae 및 Saccharomyces boulardii를 포함한 일부 효모도 프로바이오틱스로 사용됩니다. 그들은 GM 미생물을 변형시키고 염증을 감소시킬 수 있습니다[107,152]. 흥미롭게도 이러한 고전적인 프로바이오틱스 외에도 여러 연구에서 Faecalibacterium prausnitzii 및 A. muciniphila와 같은 "차세대 프로바이오틱스"(NGP)로 알려진 다른 박테리아의 유익한 역할을 보여주었습니다. 예를 들어, 그람 음성 혐기성 박테리아인 A. muciniphila는 장 염증을 줄이고 장 장벽을 강화하여 항균 물질의 합성, 점액의 농축, 밀착 연접 단백질 발현의 회복을 촉진할 수 있는 것으로 입증되었습니다. [153,154].

앞서 언급한 바와 같이 GM은 NAFLD의 병인에서 지배적인 역할을 합니다[155]. 구성의 변화(예: Proteobacteria, Escherichia 및 Enterobacteria 종에 속하는 그람음성 박테리아의 증가)는 장 투과성을 증가시켜 내독소 및 독성 대사산물을 간으로 전이시키고 염증성 사이토카인 생성을 유도합니다. Kupffer 세포에 의해 [156–158]. 또한 장내세균불균형은 담즙산과 콜린의 대사를 변화시키고 장내 내인성 에탄올 생산을 증가시킬 수 있습니다. 이러한 모든 사건은 염증과 OS를 유발하며, 이는 차례로 질병의 발병을 유발하고 결국 간경화로 진행됩니다[54].

현재까지 NAFLD를 치료하기 위해 승인된 특정 약물은 아직 없습니다. 질병과 그 진행을 통제하기 위해 사용되는 현재 전략에는 생활 방식 변화(식이 요법 수정, 운동 및 점진적인 체중 감소), 저혈당 및 항산화제 사용, 당뇨병 치료에 일반적으로 사용되는 약물(예: 메트포르민 및 티아졸리딘디온)이 포함됩니다. ) [159]. 프로바이오틱스의 사용은 NAFLD와 같은 간 질환을 관리하고 치료하기 위한 새로운 치료법을 제공할 수 있습니다. 앞서 논의한 바와 같이, occludins의 발현을 개선하고 병원성 세균과 엔도톡신의 장내 침입을 차단하고, 간 염증을 감소시키고, pro-and 항염증성 사이토카인[54,160,161]. 또한 SCFA 생성을 촉진하고 간 트리글리세리드의 수를 줄이며 SOD(슈퍼옥사이드 디스뮤타제) 및 혈장 글루타티온 퍼옥시다제(GSH-PH) 효소의 수준을 높이고 말론디알데히드(MDA)[155,162,163].

결론적으로, 노인에서 GM이 변경되고 dysbiosis가 NAFLD의 발병과 관련이 있다는 것이 널리 보고되고 있다[136,155]. 따라서 GM의 변화는 담즙산의 불규칙한 합성에 기여하여 간에 지방이 과도하게 축적되어 질병이 발생할 수 있으므로 GM 구성을 복원하기 위한 프로바이오틱스의 사용은 담즙산 생산을 조절하고 관리하는 데 효과적일 수 있습니다. NAFLD [55].

7.1. NAFLD에서 프로바이오틱스 보충의 전임상 연구

NAFLD 발병 및 진행에 대한 프로바이오틱스의 가능한 효과를 평가하기 위해 여러 동물 연구가 수행되었습니다(표 3). Lactobacillus plantarum NCU116 및 Lactobacillus plantarum NA136은 NAFLD에 안전한 프로바이오틱스일 수 있다고 보고되었습니다. 특히, L. plantarum NCU116은 염증(TNF 및 IL-6 발현 감소) 및 간 산화 스트레스(SOD, GSH-Px 및 카탈라아제 활성 증가)를 억제하고 박테리아를 복원함으로써 NAFLD 모델 쥐에서 유익한 효과를 나타냈습니다. 식물상[164], Lactobacillus plantarum NA136은 Nrf2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2) 및 AMP-activated protein kinase(AMPK) 케스케이드를 증가시켜 다양한 항산화 경로를 활성화함으로써 생쥐에서 NAFLD를 완화할 수 있었습니다. 및 지방산 대사 조절[165]. 또한, Lactobacillus johnsonii BS15는 미토콘드리아 기능 장애를 개선하고 염증 및 장 투과성을 감소시켜 비만 마우스에서 NAFLD를 예방할 수 있는 반면, Lactobacillus rhamnosus GG로 치료하면 간 지방 축적을 감소시켜 마우스와 쥐를 NAFLD로부터 보호할 수 있는 것으로 나타났습니다. 및 염증(TNF , IL-1 및 IL-8R mRNA 발현 감소)[167], 시르투인 1형(SIRT1) 매개 신호 전달 경로 자극[168]. 다른 연구에서 Bifidobacterium longum 보충은 NAFLD 모델 쥐에서 간 지방 축적을 약화시켰습니다[169]. 프로바이오틱스(Bacillus animalis VKB, Bacillus animalis VKL, Lactobacillus casei IMV B-7280)의 혼합물로 치료하면 GM 구성이 조절되고 콜레스테롤 수치, 산화 스트레스 및 비만 마우스의 체중이 감소합니다[170]. Bifidobacterium infantis, Lactobacillus acidophilus 및 Bacillus cereus를 쥐에게 투여하여 GM 구조를 복원하고 장에서 유래한 박테리아 지질다당류(LPS) 및 염증성 사이토카인(TNF 및 IL-18)의 혈청 수준을 감소시켰습니다. 수용체 4(TLR4)-mRNA와 같은 [171]. 쥐를 대상으로 한 또 다른 연구에서는 Clostridium butyricum MIYAIRI 588을 보충하면 지질 방울의 축적을 감소시켜 NAFLD를 개선할 수 있음이 밝혀졌습니다[172]. 마지막으로, VSL#3 프로바이오틱스로 치료하면 비만, 간 지방증 및 인슐린 저항성이 완화될 뿐만 아니라 염증이 감소하여 고지방에서 핵 인자 카파-B 키나아제 서브유닛 베타(IKK-) 신호 경로의 TNF/억제제의 활성화가 하향 조절됩니다. 다이어트 쥐 [173]. 또한 VSL#3 probiotics는 고지방식이 모델 마우스에서 ALT(alanine aminotransferase) 수치와 간 총 지방산을 감소시킬 수 있습니다[174].

전통적인 프로바이오틱스 외에도 A. muciniphila, F. prausnitzii, Bacteroides spp. 및 Roseburia를 포함한 새로운 NGP는 NAFLD 치료를 위한 잠재적인 치료 전략을 나타낼 수 있습니다[155]. 예를 들어 무누카(2017). F. prausnitzii 프로바이오틱이 섬유증, 아스파르테이트 아미노트랜스퍼라제(AST) 및 ALT 수치, 고지방식이 쥐의 간 지방 함량을 감소시켜 간 건강을 개선하는 능력을 보고했습니다[175].

7.2. NAFLD에서 프로바이오틱스 보충의 임상 시험

일부 인간 연구에서는 NAFLD 환자에서 프로바이오틱스 보충의 이점을 입증했습니다(표 3). Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus 및 Streptococcus thermophiles, 6가지 프로바이오틱스(L. acidophilus, L. rhamnosus, L. paracasei, Pediococcus pentosaceus, B. lactis 및 B. breve)의 혼합물을 보충하면 NAFLD 환자에게 유익한 효과를 줄 수 있습니다. , GM 구성을 수정하고 염증(TNF 발현 감소) 및 지질 대사(총 콜레스테롤 및 트리글리세리드 감소)를 줄임으로써 [176,177]. 무작위, 이중 맹검, 위약 대조 임상 시험에서 다균주 생균제 보충이 NAFLD 환자의 인슐린, 인슐린 저항성, TNF 및 IL-6을 감소시킬 수 있음을 보여주었습니다[178]. 또한 같은 맥락에서 Lactobacillus bulgaricus 및 Streptococcus thermophilus로 치료하면 NAFLD 환자의 ALT 및 AST 활동과 감마-글루타밀 전이 효소(GGT) 수치가 감소할 수 있습니다[179]. 또 다른 무작위, 이중맹검, 위약대조 임상시험에서는 VSL#3 투여가 트리글리세리드와 고감도 C 반응성 단백질 수준, 트랜스아미나제 및 GGT 활성을 감소시킨다고 보고했습니다[180]. 흥미롭게도 Shavakhi et al. Metformin + Protexin(L. acidophilus, L. casei, L. rhamnosus, L. bulgaricus, B. breve, B. longum, Streptococcus thermophilus) 치료가 NASH 환자에서 Metformin 단독 치료보다 ALT 및 AST 활동을 더 잘 감소시키는 것으로 나타났습니다. 181]. 마지막으로, Lactobacillus와 Lactococcus, Bifidobacterium, Propionibacterium 및 Acetobacter 속에 속하는 14가지 프로바이오틱 균주의 칵테일을 사용하면 AST 및 GGT 활동과 TNF 및 IL-6 수준을 감소시켜 간 지방증을 개선할 수 있습니다. , NAFLD 환자에서 [182].

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