The Role of Intestinal Microbiota in the Development of Cardiovascular Diseases. Diagnostic Methods and Correction (Review)
DOI:
https://doi.org/10.37482/2687-1491-Z218Keywords:
intestinal microbiome, cardiovascular diseases, serum biomarkers, prebiotics, probiotics, young women with low physical activityAbstract
Cardiovascular diseases (CVDs) remain the leading cause of death around the world, claiming the lives of over 17 million people annually. In Russia, CVDs occupy a central place among all causes of mortality and disability. Circulatory system diseases account for 57 % of the total mortality structure in Russia. Nearly 20 % of the population die at working age. In 90 % of cases, the cause of death is coronary heart disease or stroke. The purpose of this article was to review the existing knowledge of the role of intestinal microbiota in the development of CVDs, with an emphasis on laboratory testing of metabolites and the ways of treating dysbiosis according to scientific literature and guidelines. The sample included 607 works on the role of microbiota in the development of CVDs published between 2019 and 2023. The following databases were searched: Cyberleninka, eLIBRARY.RU, SpringerLink, Web of Science, Frontiers, Google Scholar and others. In the last 10 years, studies on the intestinal microbiome have shown that the human microbial ecosystem not only serves as an additional neuro-endocrine organ, but also plays an important role in the development and prevention of CVDs, circulatory pathologies, and serious metabolic disorders such as obesity, diabetes mellitus and metabolic syndrome, as well as thyroid and autoimmune diseases. In this regard, studies into the effect of microbiota on the development of CVDs using new biochemical markers of the qualitative composition of the microbiome and intestinal metabolome, demonstrating an association with the risk of developing CVDs, are viewed as extremely relevant. Probiotic and prebiotic agents combined with long-term physical training can be used to prevent the development and progression of CVDs and to personalize treatment.
Downloads
References
Tsao C.W., Aday A.W., Almarzooq Z.I., Anderson C.A.M., Arora P., Avery C.L., Baker-Smith C.M., Beaton A.Z., Boehme A.K., Buxton A.E., et al. Heart Disease and Stroke Statistics – 2023 Update: A Report from the American Heart Association // Circulation. 2023. Vol. 147, № 8. P. e93–e621. https://doi.org/10.1161/cir.0000000000001123
Глущенко В.А., Ирклиенко Е.К. Сердечно-сосудистая заболеваемость – одна из важнейших проблем здравоохранения // Медицина и организация здравоохранения. 2019. Т. 4, № 1. С. 56–63.
Нургалиева Г.К., Аймаханова Г.Т., Насырова Н.Б., Бакыт А.Б., Сейдехан Р.О., Шынбори Г.Н., Есентай Н.С., Мадали А.М., Малкаждар Ш.Е. Факторы риска инфаркта миокарда у мужчин среднего и пожилого возраста // Universum: медицина и фармакология. 2023. № 4-5(98). С. 8–17.
Косолапов В.П., Ярмонова М.В. Анализ высокой сердечно-сосудистой заболеваемости и смертности взрослого населения как медико-социальной проблемы и поиск путей ее решения // Урал. мед. журн. 2021. Т. 20, № 1. С. 58–64. https://doi.org/10.52420/2071-5943-2021-20-1-58-64
Бичурин Д.Р., Атмайкина О.В., Черепанова О.А. Сердечно-сосудистые заболевания, региональный аспект // Междунар. науч.-исслед. журн. 2023. № 8(134). Ст. № 116. https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.134.103
Бхардваж Х. Физиология нормальной микрофлоры человеческого тела // Биология и интегратив. медицина. 2021. № 6. С. 406–410.
Marchesi J.R., Adams D.H., Fava F., Hermes G.D.A., Hirschfield G.M., Hold G., Quraishi M.N., Kinross J., Smidt H., Tuohy K.M., Thomas L.V., Zoetendal E.G., Hart A. The Gut Microbiota and Host Health: A New Clinical Frontier // Gut. 2016. Vol. 65, № 2. P. 330–339. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2015-309990
Reynoso-García J., Miranda-Santiago А.Е., Meléndez-Vázquez N.M., Acosta-Pagán K., Sánchez-Rosado M., Díaz-Rivera J., Rosado-Quiñones A.M., Acevedo-Márquez L., Cruz-Roldán L., Tosado-Rodríguez E.L., FigueroaGispert M.D.M., Godoy-Vitorino F. A Complete Guide to Human Microbiomes: Body Niches, Transmission, Development, Dysbiosis, and Restoration // Front. Syst. Biol. 2022. Vol. 2. Art. № 951403. https://doi.org/10.3389/fsysb.2022.951403
Suárez J., Stencel А. A Part-Dependent Account of Biological Individuality: Why Holobionts Are Individuals and Ecosystems Simultaneously // Biol. Rev. Camb. Philos. Soc. 2020. Vol. 95, № 5. P. 1308–1324. https://doi.org/10.1111/brv.12610
Петрухина Н.Б., Зорина О.А., Рабинович И.М., Шилов А.М. Эпидемиологические взаимосвязи пародонтита, дисбиоза кишечника, атерогенной дислипидемии при метаболическом синдроме // Стоматология. 2015. Т. 94, № 2. С. 16–19. https://doi.org/10.17116/stomat201594216-19
Агапитов А.Е., Иванова М.А. Обоснование пробиотикотерапии с позиции задач интегративной и профилактической медицины // Актуальные вопросы совершенствования методологии социальной и профилактической медицины: сб. науч. материалов и ст. XV межрегион. науч.-практ. конф. / под ред. А.Е. Агапитова. Иркутск: Иркут. гос. мед. ун-т, 2019. С. 17–27.
Farzi A., Fröhlich Е.Е., Holzer P. Gut Microbiota and the Neuroendocrine System // Neurotherapeutics. 2018. Vol. 15, № 1. P. 5–22. https://doi.org/10.1007/s13311-017-0600-5
Alhajri N., Khursheed R., Ali M.T., Abu Izneid T., Al-Kabbani O., Al-Haidar М.В., Al-Hemeiri F., Alhashmi M., Pottoo F.H. Cardiovascular Health and the Intestinal Microbial Ecosystem: The Impact of Cardiovascular Therapies on the Gut Microbiota // Microorganisms. 2021. Vol. 9, № 10. Art. № 2013. https://doi.org/10.3390/microorganisms9102013
Rajendiran E., Ramadass B., Ramprasath V. Understanding Connections and Roles of Gut Microbiome in Cardiovascular Diseases // Can. J. Microbiol. 2021. Vol. 67, № 2. P. 101–111. https://doi.org/10.1139/cjm-2020-0043
Sankararaman S., Noriega K., Velayuthan S., Sferra T., Martindale R. Gut Microbiome and Its Impact on Obesity and Obesity-Related Disorders // Curr. Gastroenterol. Rep. 2023. Vol. 25, № 2. P. 31–44. https://doi.org/10.1007/s11894-022-00859-0
Salazar J., Angarita L., Morillo V., Navarro С., Martínez M.S., Chacín M., Torres W., Rajotia A., Rojas M., Cano C., Añez R., Rojas J., Bermudez V. Microbiota and Diabetes Mellitus: Role of Lipid Mediators // Nutrients. 2020. Vol. 12, № 10. Art. № 3039. https://doi.org/10.3390/nu12103039
Tanaka M., Itoh H. Hypertension as a Metabolic Disorder and the Novel Role of the Gut // Curr. Hypertens. Rep. 2019. Vol. 21, № 8. Art. № 63. https://doi.org/10.1007/s11906-019-0964-5
Santos-Marcos J.A., Perez-Jimenez F., Camargo А. The Role of Diet and Intestinal Microbiota in the Development of Metabolic Syndrome // J. Nutr. Biochem. 2019. Vol. 70. P. 1–27. https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2019.03.017
Alkader D.A.A., Asadi N., Solangi U., Singh R., Rasuli S.F., Farooq M.J. Raheela F.N.U., Waseem R., Gilani S.M., Abbas K., Ahmed M., Tanoh D.B., Shah H.H., Dulal A., Hussain M.S., Talpur A.S. Exploring the Role of Gut Microbiota in Autoimmune Thyroid Disorders: A Systematic Review and Meta-Analysis // Front. Endocrinol. (Lausanne). 2023. Vol. 14. Art. № 1238146. https://doi.org/10.3389/fendo.2023.1238146
Gong J., Li L., Zuo X., Li Y. Change of the Duodenal Mucosa-Associated Microbiota Is Related to Intestinal Metaplasia // BMC Microbiol. 2019. Vol. 19, № 1. Art. № 275. https://doi.org/10.1186/s12866-019-1666-5
Qian B., Zhang K., Li Y., Sun K. Update on Gut Microbiota in Cardiovascular Diseases // Front. Cell. Infect. Microbiol. 2022. Vol. 12. Art. № 1059349. https://doi.org/10.3389/fcimb.2022.1059349
Zhen J., Zhou Z., He M., Han Н.-Х., Lv Е.-Н., Wen P.-B., Liu X., Wang Y.-T., Cai X.-C., Tian J.-Q., Zhang M.-Y., Xiao L., Kang X.-X. The Gut Microbial Metabolite Trimethylamine N-Oxide and Cardiovascular Diseases // Front. Endocrinol. (Lausanne). 2023. Vol. 14. Art. № 1085041. https://doi.org/10.3389/fendo.2023.1085041
Kim S., Goel R., Kumar A., Qi Y., Lobaton G., Hosaka K., Mohammed M., Handberg E.M., Richards E.M., Pepine C.J., Raizada M.K. Imbalance of Gut Microbiome and Intestinal Epithelial Barrier Dysfunction in Patients with High Blood Pressure // Clin. Sci. (Lond.). 2018. Vol. 132, № 6. P. 701–718. https://doi.org/10.1042/cs20180087
Jin M., Qian Z., Yin J., Xu W., Zhou X. The Role of Intestinal Microbiota in Cardiovascular Disease // J. Cell. Mol. Med. 2019. Vol. 23, № 4. P. 2343–2350. https://doi.org/10.1111/jcmm.14195
Григорьева И.Н. Атеросклероз и триметиламин-N-оксид – потенциал кишечной микробиоты // Рос. кардиол. журн. 2022. Т. 27, № 9. С. 142–147. https://doi.org/10.15829/1560-4071-2022-5038
Tang W.H., Li D.Y., Hazen S.L. Dietary Metabolism, the Gut Microbiome, and Heart Failure // Nat. Rev. Cardiol. 2019. Vol. 16, № 3. P. 137–154. https://doi.org/10.1038/s41569-018-0108-7
Wallace B.D., Roberts A.B., Pollet R.M., Ingle J.D., Biernat K.A., Pellock S.J., Venkatesh M.K., Guthrie L., O’Neal S.K., Robinson S.J., Dollinger M., Figueroa E., McShane S.R., Cohen R.D., Jin J., Frye S.V., Zamboni W.C., Pepe-Ranney C., Mani S., Kelly L., Redinbo M.R. Structure and Inhibition of Microbiome β-Glucuronidases Essential to the Alleviation of Cancer Drug Toxicity // Chem. Biol. 2015. Vol. 22, № 9. P. 1238–1249. https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2015.08.005
Qin J., Li R., Raes J., Arumugam M., Burgdorf K.S., Manichanh C., Nielsen T., Pons N., Levenez F., Yamada T., et al. A Human Gut Microbial Gene Catalogue Established by Metagenomic Sequencing // Nature. 2010. Vol. 464, № 7285. P. 59–65. https://doi.org/10.1038/nature08821
Magne F., Gotteland M., Gauthier L., Zazueta A., Pesoa S., Navarrete P., Balamurugan R. The Firmicutes / Bacteroidetes Ratio: A Relevant Marker of Gut Dysbiosis in Obese Patients? // Nutrients. 2020. Vol. 12, № 5. Art. № 1474. https://doi.org/10.3390/nu12051474
Harrison D.G. The Immune System in Hypertension // Trans. Am. Clin. Climatol. Assoc. 2014. Vol. 125. P. 130–140.
Pluznick J.L., Protzko R.J., Gevorgyan H., Peterlin Z., Sipos A., Han J., Brunet I., Wan L.-X., Rey F., Wang T., Firestein S.J., Yanagisawa M., Gordon J.I., Eichmann A., Peti-Peterdi J., Caplan M.J. Olfactory Receptor Responding to Gut Microbiota-Derived Signals Plays a Role in Renin Secretion and Blood Pressure Regulation // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013. Vol. 110, № 11. P. 4410–4415. https://doi.org/10.1073/pnas.1215927110
Драпкина О.М., Кабурова А.Н. Состав и метаболиты кишечной микробиоты как новые детерминанты развития сердечно-сосудистой патологии // Рационал. фармакотерапия в кардиологии 2020. Т. 16, № 2. С. 277–285. https://doi.org/10.20996/1819-6446-2020-04-02
Булгакова С.В., Захарова Н.О., Романчук П.И. Микробиота кишечника: новый регулятор сердечнососудистой функции // Бюл. науки и практики. 2021. Т. 7, № 1. С. 200–222. https://doi.org/10.33619/2414-2948/62/20
Драпкина О.М., Кабурова А.Н. Кишечная микробиота – новый спутник на маршруте сердечно-сосудистых заболеваний: неожиданные роли старых соседей // Рационал. фармакотерапия в кардиологии. 2016. Т. 12, № 1. С. 66–71. https://doi.org/10.20996/1819-6446-2016-12-1-66-71
Анисимова Е.Н., Рязанцев Н.А., Раскуражев А.А., Танашян М.М., Филиппова М.П., Садулаев А.Х., Лабзенкова М.А. Взаимосвязь воспалительных заболеваний полости рта с патологией сердечно-сосудистой системы. Обзор литературы и определение уровня стоматологического просвещения // Пародонтология. 2019. Т. 24, № 4. С. 301–307. https://doi.org/10.33925/1683-3759-2019-24-4-301-307
Bain M.A., Fornasini G., Evans A.M. Trimethylamine: Metabolic, Pharmacokinetic and Safety Aspects // Curr. Drug Metab. 2005. Vol. 6, № 3. P. 227–240. https://doi.org/10.2174/1389200054021807
Fei’erdun T., Zhang W., Yilihamujiang K., Zhang М., Wang M. Correlation Between Plasma Trimethylamine N-Oxide and Lipid Levels in Hyperlipidemic Patients // Sichuan Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban. 2023. Vol. 54, № 5. P. 1030–1034. https://doi.org/10.12182/20230960109
Huang Y., Zhang Н., Fan Х., Wang J., Yin Y., Zhang Y., Shi K., Yu F. The Role of Gut Microbiota and Trimethylamine N-Oxide in Cardiovascular Diseases // J. Cardiovasc. Transl. Res. 2023. Vol. 16, № 3. P. 581–589. https://doi.org/10.1007/s12265-022-10330-0
Smith P.M., Howitt M.R., Panikov N., Michaud M., Gallini C.A., Bohlooly-Y M., Glickman J.N., Garrett W.S. The Microbial Metabolites, Short-Chain Fatty Acids, Regulate Colonic Treg Cell Homeostasis // Science. 2013. Vol. 341, № 6145. P. 569–573. https://doi.org/10.1126/science.1241165
Koh A., De Vadder F., Kovatcheva-Datchary P., Bäckhed F. From Dietary Fiber to Host Physiology: ShortChain Fatty Acids as Key Bacterial Metabolites // Cell. 2016. Vol. 165, № 6. P. 1332–1345. https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.05.041
Hu T., Wu Q., Yao Q., Jiang K., Yu J., Tang Q. Short-Chain Fatty Acid Metabolism and Multiple Effects on Cardiovascular Diseases // Ageing Res. Rev. 2022. Vol. 81. Art. № 101706. https://doi.org/10.1016/j.arr.2022.101706
Song M., Zhang Z., Li Y., Xiang Y., Li С. Midgut Microbiota Affects the Intestinal Barrier by Producing ShortChain Fatty Acids in Apostichopus japonicus // Front. Microbiol. 2023. Vol. 14. Art. № 1263731. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1263731
Zhang S., Zhou J., Wu W., Zhu Y., Liu Х. The Role of Bile Acids in Cardiovascular Diseases: From Mechanisms to Clinical Implications // Aging Dis. 2023. Vol. 14, № 2. P. 261–282. https://doi.org/10.14336/AD.2022.0817
Guan B., Tong J., Hao H., Yang Z., Chen K., Xu H., Wang A. Bile Acid Coordinates Microbiota Homeostasis and Systemic Immunometabolism in Cardiometabolic Diseases // Acta Pharm. Sin. B. 2022. Vol. 12, № 5. P. 2129–2149. https://doi.org/10.1016/j.apsb.2021.12.011
Lau K., Srivatsav V., Rizwan A., Nashed A., Liu R., Shen R., Akhtar M. Bridging the Gap Between Gut Microbial Dysbiosis and Cardiovascular Diseases // Nutrients. 2017. Vol. 9, № 8. Art. № 859. https://doi.org/10.3390/nu9080859
Решетова М.С., Зольникова О.Ю., Ивашкин В.Т., Ивашкин К.В., Апполонова С.А., Лапина Т.Л. Роль кишечной микробиоты и ее метаболитов в патогенезе неалкогольной жировой болезни печени // Рос. журн. гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2022. Т. 32, № 5. С. 75–88. https://doi.org/10.22416/1382-4376-2022-32-5-75-88
Ye X., Li H., Anjum K., Zhong Х., Miao S., Zheng G., Liu W., Li L. Dual Role of Indoles Derived from Intestinal Microbiota on Human Health // Front. Immunol. 2022. Vol. 13. Art. № 903526. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.903526
Carnevale R., Nocella C., Petrozza V., Cammisotto V., Pacini L., Sorrentino V., Martinelli O., Irace L., Sciarretta S., Frati G., Pastori D., Violi F. Localization of Lipopolysaccharide from Escherichia сoli into Human Atherosclerotic Plaque // Sci. Rep. 2018. Vol. 8, № 1. Art. № 3598. https://doi.org/10.1038/s41598-018-22076-4
Червинец В.М., Червинец Ю.В., Серова Н.Е., Яковлева М.В., Стулов Н.М., Воеводина В.А., Беляев В.С., Смирнова Л.Е. Клинико-микробиологические особенности больных артериальной гипертензией у жителей Тверского региона // Соврем. проблемы науки и образования. 2019. № 3. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=28791 (дата обращения: 11.11.2024).
Larabi A., Barnich N., Nguyen H.T.T. New Insights into the Interplay Between Autophagy, Gut Microbiota and Inflammatory Responses in IBD // Autophagy. 2020. Vol. 16, № 1. P. 38–51. https://doi.org/10.1080/15548627.2019.1635384
Sircana A., De Michieli F., Parente R., Framarin L., Leone N., Berrutti M., Paschetta E., Bongiovanni D., Musso G. Gut Microbiota, Hypertension and Chronic Kidney Disease: Recent Advances // Pharmacol. Res. 2019. Vol. 144. P. 390–408. https://doi.org/10.1016/j.phrs.2018.01.013
Li C., Gao M., Zhang W., Chen C., Zhou F., Hu Z., Zeng C. Zonulin Regulates Intestinal Permeability and Facilitates Enteric Bacteria Permeation in Coronary Artery Disease // Sci. Rep. 2016. Vol. 6. Art. № 29142. https://doi.org/10.1038/srep29142
Blöbaum L., Witkowski M., Wegner M., Lammel S., Schencke P.-A., Jakobs K., Puccini M., Reißner D., Steffens D., Landmesser U., Rauch U., Friebel J. Intestinal Barrier Dysfunction and Microbial Translocation in Patients with First-Diagnosed Atrial Fibrillation // Biomedicines. 2023. Vol. 11, № 1. Art. № 176. https://doi.org/10.3390/biomedicines11010176
Kunutsor S.K., Flores-Guerrero J.L., Kieneker L.M., Nilsen T., Hidden C., Sundrehagen E., Seidu S., Dullaart R.P.F., Bakker S.J.L. Plasma Calprotectin and Risk of Cardiovascular Disease: Findings from the PREVEND Prospective Cohort Study // Atherosclerosis. 2018. Vol. 275. P. 205–213. https://doi.org/10.1016/j.atherosclerosis.2018.06.817
Løfblad L., Hov G.G., Åsberg A., Videm V. Calprotectin and CRP as Biomarkers of Cardiovascular Disease Risk in Patients with Chronic Kidney Disease: A Follow-Up Study at 5 and 10 Years // Scand. J. Clin. Lab. Invest. 2023. Vol. 83, № 4. P. 258–263. https://doi.org/10.1080/00365513.2023.2211779
Gulayev A.E., Sergazy Sh.D., Zhashkeyev A.K., Zhumadilov Zh.Sh., Abuova G.T. The Intestinal Microbiome as a Potential Target for the Development of Strategies for Reducing the Risk of Cardiovascular Events in Coronary Heart Disease // Farm. Kaz. 2022. Vol. 122, № 6. P. 1627–1638. https://doi.org/10.53511/pharmkaz.2022.29.90.011
Юдин С.М., Егорова А.М., Макаров В.В. Анализ микробиоты человека. Российский и зарубежный опыт // Междунар. журн. приклад. и фундам. исследований. 2018. № 11-1. С. 175–180.
Кабурова А.Н., Драпкина О.М., Юдин С.М., Яфарова А.А., Корецкий С.Н., Покровская М.С., Макаров В.В., Краевой С.А., Шойбонов Б.Б., Ефимова И.А., Серебрянская З.З. Связь микробиоты кишечника с системным воспалением и эндотоксемией у пациентов с хронической сердечной недостаточностью и сохраненной фракцией выброса // Кардиоваскуляр. терапия и профилактика. 2022. Т. 21, № 9. С. 13–22. https://doi.org/10.15829/1728-8800-2022-3315
Ардатская М.Д. Роль пищевых волокон в коррекции нарушений микробиоты и поддержании иммунитета // Рос. мед. журн. 2020. Т. 28, № 12. С. 24–29.
Ардатская М.Д. Пробиотики, пребиотики и метабиотики в коррекции микроэкологических нарушений кишечника // Мед. совет. 2015. № 13. С. 94–99.
Гаус О.В., Ливзан М.А. Про- и синбиотики в лечении заболеваний кишечника: на какие эффекты мы можем рассчитывать? // Consilium medicum. 2020. Т. 22, № 12. С. 37–43. https://doi.org/10.26442/20751753.2020.12.200309
Scott K.P., Antoine J.-M., Midtvedt Т., van Hemert S. Manipulating the Gut Microbiota to Maintain Health and Treat Disease // Microb. Ecol. Health Dis. 2015. Vol. 26. Art. № 25877.
Batacan R.B., Fenning A.S., Dalbo V.J., Scanlan A.T., Duncan M.J., Moore R.J., Stanley D. A Gut Reaction: The Combined Influence of Exercise and Diet on Gastrointestinal Microbiota in Rats // J. Appl. Microbiol. 2017. Vol. 122, № 6. P. 1627–1638. https://doi.org/10.1111/jam.13442
Welly R.J., Liu T-W., Zidon T.M., Rowles 3rd J.L., Park Y.-M., Smith N.T., Swanson K.S., Padilla S., Vieira-Potter V.J. Comparison of Diet Versus Exercise on Metabolic Function and Gut Microbiota in Obese Rats // Med. Sci. Sports Exerc. 2016. Vol. 48, № 9. P. 1688–1698. https://doi.org/10.1249/MSS.0000000000000964
Barton W., Penney N.C., Cronin O., Garcia-Perez I., Molloy M.G., Holmes E., Shanahan F., Cotter P.D., O’Sullivan O. The Microbiome of Professional Athletes Differs from That of More Sedentary Subjects in Composition and Particularly at the Functional Metabolic Level // Gut. 2018. Vol. 67, № 4. P. 625–633. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2016-313627
Allen J.M., Mailing L.J., Niemiro G.M., Moore R., Cook M.D., White B.A., Holscher H.D., Woods J.A. Exercise Alters Gut Microbiota Composition and Function in Lean and Obese Humans // Med. Sci. Sports Exerc. 2018. Vol. 50, № 4. P. 747–757. https://doi.org/10.1249/MSS.0000000000001495
