Studie zeigt wichtige Rolle des Darmmikrobioms bei Alterung und Herzerkrankungen

In einer kürzlich in Nature Medicine veröffentlichten Studie führte eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler eine prospektive Analyse metabolischer Multimorbiditätscluster anhand von 21 Stoffwechselparametern durch, um mit Stoffwechsel und Alter verbundene Signaturen des Darmmikrobioms zu untersuchen und die Beziehung zwischen Stoffwechsel, Alter und langfristigem Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen besser zu verstehen.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit die häufigste Todesursache. Stoffwechselstörungen und Alter, die ebenfalls eng miteinander verbunden sind, erhöhen das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen vermutlich deutlich. Stoffwechselstörungen werden mit zunehmendem Alter komplexer und häufiger, und bei älteren Menschen treten Herz-Kreislauf-Erkrankungen meist im Rahmen einer Multimorbidität auf.

Zunehmende Erkenntnisse über Alterungsmuster, die mit der Diversität des Darmmikrobioms in verschiedenen Populationen zusammenhängen, deuten darauf hin, dass das Darmmikrobiom Immunität und Stoffwechsel verknüpft, altersbedingten Veränderungen unterliegt und möglicherweise der Grundlage für gesundes Altern ist. Studien haben gezeigt, dass eine geringe Bacteroides-Diversität und eine erhöhte Diversität einzigartiger Taxa im Darmmikrobiom mit gesundem Altern verbunden sind. Die Wechselwirkungsmuster zwischen Darmmikrobiom, Stoffwechsel und Alter sowie deren Einfluss auf die kardiovaskuläre Gesundheit sind jedoch noch unklar.

In dieser Studie definierten die Forscher zunächst Multimorbiditätscluster anhand spezifischer Stoffwechselparameter und untersuchten anschließend altersassoziierte Darmmikrobiomsignaturen und diese Multimorbiditätscluster. Anschließend definierten sie das Konzept des mikrobiellen Alters anhand von Variationen der Darmmikrobiomsignaturen und 55 altersassoziierten mikrobiellen Arten. Dieses Konzept nutzten sie, um die Rolle der Darmmikrobiomzusammensetzung und des mikrobiellen Alters in spezifischen Multimorbiditätsclustern zu bestimmen.

Die ersten Kohorten umfassten Erwachsene im Alter von 40 bis 93 Jahren. Daten zu demografischen Merkmalen, Krankengeschichten, Stoffwechselvariablen und Lebensstilfaktoren wie Alkoholkonsum, Rauchen und körperlicher Aktivität wurden 2010 und 2014 erhoben. Die Folgedaten enthielten Informationen zu neu aufgetretenen Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Vier fäkale metagenomische Datensätze aus Israel, den Niederlanden, Frankreich, Deutschland, den USA und dem Vereinigten Königreich dienten als Validierungskohorten.

Metabolische Multimorbiditätscluster, die aus 21 Stoffwechselparametern erstellt wurden, waren mit dem Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen assoziiert. Zu den Parametern gehörten Körpergewicht, Körpergröße, Taillenumfang, High-Density-Lipoprotein (HDL-C) und Low-Density-Lipoprotein (LDL-C), Apolipoprotein A-1, Gesamtcholesterin, Nüchterninsulinspiegel, Apolipoprotein B, γ-Glutamyltransferase, Aspartataminotransferase, Alaninaminotransferase, Glukosetoleranz, Harnsäure, Triglyceride, Hämoglobin A1c und Nüchternplasmaglukose.

Basierend auf diesen Parametern wurden fünf Cluster metabolischer Multimorbidität identifiziert, darunter ein gesundes Stoffwechselprofil sowie Cluster mit niedrigem HDL-C und Apolipoprotein A1, hohem LDL-C, Apolipoprotein B und Gesamtcholesterin, Insulinresistenz, Fettleibigkeit, erhöhten Leberenzymen und Hyperglykämie.

Von allen Teilnehmern wurden Stuhlproben gesammelt und die extrahierte DNA zur Metagenomsequenzierung herangezogen. Die Metagenomdaten dienten zur metagenomischen Profilierung der ursprünglichen Kohorte.

Die Teilnehmer wurden in zwei Altersgruppen (unter bzw. über 60 Jahre) eingeteilt. Anschließend wurden die Risikoquoten für Herz-Kreislauf-Erkrankungen für die vier Gruppen ungesunder Multimorbidität im Vergleich zur Gruppe mit gesundem Stoffwechselprofil berechnet. Auch für die jüngere und ältere Altersgruppe wurden Risikoquoten für Herz-Kreislauf-Erkrankungen berechnet.

Der Einfluss von Umwelt- und Wirtsfaktoren auf das Darmmikrobiom wurde untersucht und die Einzigartigkeits- und Diversitätsindizes des Darmmikrobioms berechnet. Anschließend wurden alters- und stoffwechselbezogene Merkmale des Darmmikrobioms untersucht und Zusammenhänge zwischen Stoffwechsel, mikrobiellem Alter und dem Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen ermittelt.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Hyperglykämie- und Adipositas-Gruppen im Vergleich zur Gruppe mit gesundem Stoffwechselprofil über einen Zeitraum von 11,1 Jahren ein um 117 % bzw. 75 % höheres Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen aufwiesen. Diese Ergebnisse wurden in der Validierungskohorte bestätigt.

Darüber hinaus zeigten fäkale Metagenomdaten, dass die Zusammensetzung des Darmmikrobioms sowohl mit dem Alter als auch mit Multimorbiditätsclustern assoziiert war. Bei Personen über 60 Jahren war das erhöhte Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen im Zusammenhang mit Hyperglykämie und Adipositasclustern bei Personen mit höherem mikrobiellen Alter höher und bei Personen mit niedrigerem mikrobiellen Alter niedriger, unabhängig von Geschlecht, Alter, Ernährungsfaktoren oder Lebensstil.

Ein junges mikrobielles Alter, das durch eine geringere Häufigkeit von Prevotella-Arten gekennzeichnet war, war bei älteren Erwachsenen mit einem geringeren Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen aufgrund ungesunder Stoffwechselcluster verbunden, unabhängig von Medikamenteneinnahme, Ernährungsfaktoren, Bildungsniveau, Geschlecht, Alter oder Lebensstil.

Die Studie ergab deutliche altersbedingte Merkmale des Darmmikrobioms, wie beispielsweise einen signifikanten Rückgang von Bacteroides-Arten und eine Zunahme der Einzigartigkeit und Vielfalt fakultativ anaerober Bakterien wie Enterobacteriaceae und Streptococcus. Diese Zunahme entzündungsfördernder Prozesse und mikrobieller Alterungsmuster scheint mit einem altersbedingten Rückgang der Immunität, der Verdauung und der physiologischen Funktionen verbunden zu sein.

Zusammenfassend untersuchte die Studie die Wechselwirkung zwischen Zusammensetzung und Diversität des Darmmikrobioms, Alter und Stoffwechsel sowie deren Zusammenhang mit dem Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Es zeigte sich, dass die Zusammensetzung des Darmmikrobioms mit dem Alter und metabolischen Multimorbiditätsparametern zusammenhängt.

Darüber hinaus wurde anhand der Zusammensetzung der Darmmikrobiomarten festgestellt, dass ein niedriges mikrobielles Alter das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen im Zusammenhang mit Stoffwechselstörungen senkt. Dies lässt darauf schließen, dass das Darmmikrobiom die Herz-Kreislauf-Gesundheit bei älteren Erwachsenen mit Stoffwechselstörungen moduliert.