LABORATORIO DE URGENCIAS

Microbioma y Metaboloma - Espectro de Enfermedades Cardiometabólicas

 Sebastien Fromentin, Sofia Forslund, Kanta Chechi, JudithbAron-Wisnewsky, Rima ChaKaround, Trine Nielsen, Olut Pedersen et al.

Nature Medicine (2022), volume 28, pages303–314

DISEÑO DEL ESTUDIO Y PARTICIPANTES

El proyecto MetaCardis incluyó controles sanos (CS) e individuos con diferentes grados de dismetabolismo y gravedad de la cardiopatía isquémica (CI), con edades comprendidas entre los 18 y los 75 años, reclutados en Dinamarca, Francia y Alemania entre 2013 y 2015. Los casos de CI se clasificaron en pacientes con primer episodio de síndrome coronario agudo (SCA) (<15 días); pacientes con CI con función cardíaca normal; y pacientes con insuficiencia cardíaca (IC) y CI documentadas, demostradas mediante una fracción de eyección del ventrículo izquierdo (FEVI) inferior al 45% evaluada por ecocardiografía.

El estudio abarcó a 372 individuos con CI (112 con SCA, 158 con CI y 102 con IC causada por CI). Además, se incluyeron 275 CS emparejados por datos demográficos, edad y sexo, así como 222 individuos con características del síndrome metabólico pero sin  recibír fármacos hipolipemiantes, antidiabéticos ni antihipertensivos. Finalmente, incluimos 372 controles emparejados con individuos con IHD en términos de estado de T2D e IMC (denominados MMC).
Por lo tanto, separar los cambios específicos de la cardiopatía isquémica (CI) en las características microbianas y metabolómicas intestinales de dichos posibles factores de confusión sigue siendo una prioridad fundamental.
En el consorcio MetaCardis, diseñamos el presente estudio transversal que incluyó individuos sanos, individuos con comorbilidades dismetabólicas e individuos con CI en tres estadios clínicos distintos, abarcando un amplio espectro de firmas del microbioma intestinal y del metaboloma plasmático y urinario para enfermedades cardiometabólicas (ECM).
Con nuestro enfoque de análisis integrativo de datos ómicos, ajustamos la confusión causada por la polifarmacia y el efecto de las anomalías metabólicas que ocurren durante la fase prodrómica previa al diagnóstico de CI. Además, categorizamos las firmas fisiopatológicas del microbioma y el metaboloma relacionadas con el dismetabolismo o con la progresión, la disminución o la estabilización de la CI y sus subtipos.

RESULTADOS

Este estudio incluyó a 372 personas con cardiopatía isquémica (CI), de las cuales 112 presentaban síndrome coronario agudo (SCA), 158 cardiopatía isquémica crónica (CIC) y 102 CI e insuficiencia cardíaca (IC). Además, se incluyeron 275 controles sanos (CS) emparejados por datos demográficos, edad y sexo, y 222 controles metabólicamente emparejados no tratados (CMNT), es decir, personas con características del síndrome metabólico y, por lo tanto, con mayor riesgo de CI, pero que no recibían fármacos hipolipemiantes, antidiabéticos ni antihipertensivos. Finalmente, se incluyeron 372 controles emparejados con las personas con CI en cuanto a diabetes tipo 2 (DM2) e índice de masa corporal (IMC), denominados en adelante controles metabólicamente emparejados (CME). Analizamos el metaboloma sérico y urinario (1558 metabolitos y lípidos) y examinamos el microbioma intestinal, considerando las variaciones interindividuales en la densidad celular bacteriana fecal absoluta, un factor que potencialmente refleja el estado de la enfermedad y enmascara la verdadera implicación del microbioma¹⁹. La inclusión de los grupos MMC y UMMC permitió diferenciar las firmas microbianas y metabolómicas intestinales de la cardiopatía isquémica (CI) de las disfunciones metabólicas frecuentemente asociadas y la ingesta de fármacos relacionada.
Como se esperaba según los criterios de inclusión, observamos un aumento en la gravedad del fenotipo de la enfermedad metabólica crónica (EMC) y en la ingesta de fármacos relacionada a lo largo de la progresión implícita desde los controles sanos (CS) hasta los casos de CI manifiesta, pasando por los controles metabólicamente similares tratados y no tratados (MMC y UMMC, respectivamente).
A pesar de la coincidencia en cuanto a país, edad, sexo, IMC yestado de diabetes tipo 2, los individuos con cardiopatía isquémica siguieron siendo fenotípicamente distintos de los controles sanos. Presentaron mayor grasa visceral (P = 0,048), peor glucemia, mayor concentración plasmática de enzimas hepáticas (aspartato aminotransferasa, alanina aminotransferasa y γ-glutamil transferasa; P < 0,001) y mayor prevalencia y gravedad de la hipertensión (P < 0,001). De manera similar, los individuos con cardiopatía isquémica (CI) presentaron menor contractilidad cardíaca, reflejada en una fracción de eyección del ventrículo izquierdo (FEVI) reducida y mayores niveles plasmáticos de propéptido natriurético auricular (pro-ANP) en comparación con los controles sanos (CS) y los controles con enfermedad cardiovascular (ECV) (P < 0,001). Esta alteración fue aún mayor en el subgrupo con insuficiencia cardíaca (IC) en comparación con los grupos con síndrome coronario agudo (SCA) y cardiopatía isquémica crónica (CIV) (P < 0,001). Variación en la dieta y la actividad física entre los grupos de estudio.
La dieta influye en la composición de la microbiota y el riesgo de CI². Observamos que los controles sanos (CS) presentaban dietas más saludables que los individuos con cardiopatía isquémica (CI) y mielomeningocele (MMC), con valores más altos en indicadores compuestos, como el índice alternativo de alimentación saludable (aHEI20) (CS frente a CI, p < 0,001), la puntuación de diversidad dietética (DDS21) (CS frente a CI, p = 0,001), la puntuación de la dieta DASH22 (CS frente a CI, p = 0,013) y una menor ingesta energética diaria total (CS frente a CI, p = 0,013). Los CS consumían significativamente menos alimentos grasos de origen animal y carne, y más alimentos de origen vegetal ricos en polisacáridos no digeribles.
Además, presentaban mayores niveles de actividad física, dedicándose con mayor frecuencia a trabajos manuales y realizando actividades de ocio de intensidad moderada a vigorosa con mayor frecuencia que los individuos con CI o MMC. Algunas de las diferencias en el microbioma entre los MMC y las personas con cardiopatía isquémica, en comparación con los HC, también podrían reflejar un estilo de vida menos saludable.

Cambios en el microbioma y el metaboloma
Tanto la taxonomía como el potencial funcional del microbioma intestinal, así como el metaboloma, difirieron significativamente entre individuos con cardiopatía isquémica (CI) y controles sanos (CS), en concordancia con informes previos11,12,13..
Cabe destacar que la comparación entre CS y controles con cambios metabólicos (CCM) reveló aún más características diferenciales que la comparación entre CS e individuos con CI.
Además, el potencial discriminatorio de las características del microbioma y el metaboloma fue significativamente mayor entre individuos con CI y CS que entre individuos con CI y CCM. Recuperamos la mayoría de los hallazgos sobre el microbioma intestinal relacionados con la CI publicados previamente, principalmente al contrastar CS e individuos con CI.
Sin embargo, la mayoría ya eran significativos en las comparaciones entre CCM y CS, lo que sugiere que estudios previos podrían haber reportado erróneamente características de dismetabolismo como características propias de la CI. Estas podrían contribuir a un mayor riesgo de CI, pero nuestros análisis indican que no son específicas de la CI. En niveles superiores de la arquitectura del microbioma, se observó un cambio significativo desde los enterotipos Bacteroides 1 y Ruminococcus hacia el Bacteroides 2, asociado a un bajo recuento de células bacterianas, a medida que la enfermedad empeoraba 2. Estos hallazgos reflejan una pérdida significativa de la riqueza genética microbiana y de la carga bacteriana intestinal absoluta (es decir, la carga microbiana) tanto en los controles con enfermedad de Moyamoya (MMC) como en los individuos con cardiopatía isquémica (CI) en comparación con los controles sanos (CS). En contraste, no se encontraron diferencias al comparar a los individuos con CI con los MMC.
La depleción de genes bacterianos y la prevalencia de Bacteroides 2 fueron aún mayores en los controles con enfermedad de Moyamoya no prescrita (UMMC), posiblemente debido a que aún no se les habían prescrito medicamentos y a la presencia de un fenotipo más obeso en este grupo²⁴. De manera consistente, el número total de características del microbioma y el metaboloma intestinal con diferencias significativas en abundancia fue mayor al comparar los CS con los UMMC en relación con los MMC.

Microbioma y el metaboloma en la cardiopatía isquémica (CI)
Consideramos que la identificación de formas genuinas del microbioma y el metaboloma en la CI —es decir, características de la enfermedad que no se explican mejor mediante asociaciones indirectas a través de fármacos y datos demográficos— constituye una contribución fundamental de nuestro estudio.
Además, diferenciamos aún más las características de la CI de sus comorbilidades metabólicas, clasificándolas según sus firmas en las diversas comparaciones de grupos dentro del espectro de enfermedades metabólicas crónicas (EMC), centrándonos cualitativamente en la especificidad de la afección y cuantitativamente en la magnitud del efecto.
Identificamos las características como específicas del dismetabolismo o la CI cuando presentan un cambio significativo únicamente en la condición respectiva; es decir, controles sanos (CS) frente a comorbilidades metabólicas crónicas (CMC) o comorbilidades metabólicas crónicas no crónicas (CMNC) para las características dismetabólicas (CD) o CMC/CMNC frente a individuos con CI para las características específicas de la CI (CECI). Además, identificamos características según si presentan un cambio típico en la magnitud del efecto tanto en el dismetabolismo como en la cardiopatía isquémica (CI), ya sea manteniéndolo en la misma dirección desde el dismetabolismo hasta la CI (características de escalada o ESCF) o, por el contrario, en la dirección opuesta (características de desescalada o DSCF). Específicamente, las ESCF representan marcadores tempranos de CI que continúan aumentando o disminuyendo durante la morbilidad metabólica (es decir, controles sanos [CS] frente a trastornos metabólicos/trastornos metabólicos no relacionados) hasta la CI manifiesta (es decir, trastornos metabólicos/trastornos metabólicos no relacionados frente a individuos con CI).
En contraste, las DSCF presentan un patrón de cambio inverso al considerar las magnitudes del efecto entre CS frente a trastornos metabólicos/trastornos metabólicos no relacionados y entre trastornos metabólicos/trastornos metabólicos no relacionados frente a individuos con CI. En resumen, para las características ya aberrantes en los trastornos metabólicos, las DSCF representan aquellas que se restauran hacia los niveles de los CS en la CI diagnosticada y tratada, posiblemente asociado a la estabilización de la enfermedad. Las características más significativas asociadas a la cardiopatía isquémica (CI) se clasificaron principalmente como indicadores de dismetabolismo general, más que como específicas de la CI. A continuación, en orden de frecuencia, se encontraban las características específicas de la CI, seguidas de las características de desescalada y exacerbación. Este patrón se mantuvo en gran medida incluso al considerar por separado los tres subtipos de CI, en consonancia con nuestra observación de un cambio importante en la microbiota y el metaboloma intestinales durante la fase dismetabólica previa al diagnóstico de CI.
De las 121 especies que eran marcadores de dismetabolismo (es decir, DMF), la gran mayoría (85 %) se encontraba disminuida en la CI, en paralelo con las observaciones de los casos de síndrome coronario agudo (SCA) analizados en el artículo complementario 25. Veintitrés especies eran marcadores específicos de la CI, con una tendencia similar a la disminución en los pacientes (65 %). Entre ellas se incluían tres proteobacterias —Acinetobacter, Turcimonas y Acetobacter— cuya disminución en la CI ya se había descrito. De las ocho especies enriquecidas en la CI, dos eran betaproteobacterias del orden Burkholderiales. Curiosamente, se ha descrito a Burkolderia pseudomallei como posible causa de endocarditis 26.
Una única especie, un Ruminococcus no caracterizado y disminuido en la cardiopatía isquémica (CI), fue un marcador de progresión de la CI; entre los ruminococos se incluyen los productores de butirato, y su disminución podría contribuir a la menor producción de ácidos grasos de cadena corta (AGCC) en la CI. Seis especies fueron marcadores de desescalada; pertenecían al orden Clostridiales, y todas, excepto una, Eubacterium siraeum, no estaban clasificadas a nivel de especie ni de género. Anteriormente se había descrito la disminución de Eubacterium en la aterosclerosis.
En contraste, las funciones del microbioma (módulos metabólicos intestinales [GMM] y módulos de la Enciclopedia de Genes y Genomas de Kioto [KEGG]) se encontraban mayoritariamente enriquecidas en la cardiopatía isquémica (CI).
Paralelamente, el metaboloma, que contiene la mayoría de los marcadores específicos de la CI, mostró un marcado enriquecimiento, con solo 50 de 203 marcadores específicos de la CI (25 %) disminuidos en la CI en comparación con los controles sanos (CS). Identificamos un enriquecimiento de diversos metabolitos específicos de la CI, incluidos intermediarios de las vías de la colina y la carnitina cuantificados mediante cromatografía líquida de alta resolución acoplada a espectrometría de masas en tándem (UPLC-MS/MS): colina, betaína-aldehído,4-butirobetaína, linoleilcarnitina y trimetilamina (TMA), precursor del óxido de trimetilamina (TMAO), conocido por modular el riesgo de CI.27. Otros metabolitos de la carnitina incluyeron acilcarnitinas de cadena media y larga, lo que sugiere un aumento en el transporte a la mitocondria a través del sistema de transporte de carnitina, generalmente para la β-oxidación. En particular, los ácidos aromáticos microbianos, como el fenilacetato (que, según se informó en el artículo complementario 25, se asocia inversamente con el genoma de especie [SGB] 4712), o el benzoato, siguen un proceso similar, produciendo fenilacetilcarnitina o benzoilcarnitina. Estos se conjugan con aminoácidos para formar, por ejemplo, fenilacetilglutamato o hipurato 28, de los cuales tanto la fenilacetilcarnitina como el fenilacetilglutamato son marcadores específicos de cardiopatía isquémica en nuestro estudio.
En la misma línea, observamos un aumento de lípidos proinflamatorios derivados del ácido araquidónico (C20:4), comenzando con la araquidonoilcarnitina, el ácido 5-hidroxieicosatetraenoico (5-HETE), así como el leucotrieno B4 y el ácido 9-/13-hidroxioctadecadienoico (9-HODE/13-HODE), conocidos mediadores de la inflamación y la aterogénesis 29,30
En contraste, los ésteres metílicos de ácidos grasos, incluyendo el hexadecanoato de metilo, el linolenato de metilo y el oleato de metilo, junto con el alfa-tocoferol, conocidos por sus propiedades vasoprotectoras 31 y antioxidantes 32, respectivamente, se encontraban entre los principales metabolitos cuya disminución constituye un marcador específico de la cardiopatía isquémica (CI). Cabe destacar que patrones similares se mantuvieron en los análisis específicos de subtipos de CI.
La mayoría de las características de agravamiento de la CI representadas por el metaboloma mostraron una disminución inicial tras el dismetabolismo, y persistió después del diagnóstico de CI.
Además de varios fosfolípidos complejos, como las esfingomielinas y los glicerofosfolípidos, diversos carotenoides (por ejemplo, los dioles de caroteno y la β-criptoxantina) y la ergotioneína, conocidos por mejorar la salud cardiovascular, mostraron el patrón de disminución descrito, mientras que el metabolismo del glutatión y los marcadores de estrés oxidativo (por ejemplo, la cistationina y la cisteína-glicina oxidada) aumentaron. La ergotioneína, en particular, se ha asociado con una menor mortalidad cardiovascular y general³³ y también se identificó como un metabolito clave que mostró una correlación positiva con el SGB 4712 (es decir, tanto el SGB 4712 como la ergotioneína mostraron una disminución) en casos de síndrome coronario agudo (SCA) en comparación con los controles en el artículo complementario²⁵. De manera similar, en el presente estudio también se observó una reducción en los niveles circulantes de ergotioneína en individuos con SCA e insuficiencia cardíaca (IC) en comparación con los controles sanos.
En contraste, el 4-cresol mostró un patrón de enriquecimiento desde el dismetabolismo hasta la cardiopatía isquémica (CI). El 4-cresol es un producto bacteriano de la fermentación colónica de la fenilalanina y la tirosina, y precursor de la toxina urémica 4-cresilsulfato. De manera similar, la fenilacetilglutamina, otra toxina urémica derivada del fenilacetato microbiano que actúa a través de receptores adrenérgicos 34, también mostró un patrón de enriquecimiento desde el dismetabolismo hasta la CI. Asimismo, se demostró (ref. 25) su asociación inversa con el SGB 4712. Estos hallazgos implican a estos metabolitos como objetivos clave para la intervención temprana. En particular, se ha encontrado 4-cresol en concentraciones más bajas en la sangre de vegetarianos que en la de omnívoros 35; también se ha demostrado que inhibe el consumo de oxígeno por los colonocitos 36 y que sus niveles disminuyen al reducir la ingesta de grasas 37. En nuestro estudio, este compuesto se presentó como un factor de agravamiento del síndrome coronario agudo (SCA) y la cardiopatía isquémica crónica (CIHD), también fue uno de los principales marcadores específicamente enriquecidos en la sangre de individuos con insuficiencia cardíaca (IC), probablemente relacionado con su papel en la uremia 38, siendo la desregulación de la homeostasis de fluidos una característica clave de la IC . Curiosamente, también observamos en otro estudio de MetaCardis que el 4-cresol desempeña un papel causal en el eje microbiota intestinal-riñón-corazón en controles sanos, lo que culmina en un aumento de los niveles de pro-ANP
La mayoría de los factores de riesgo de deficiencia (89 % y 100 % para metabolitos y funciones de la microbiota predichas, respectivamente) mostraron el patrón de depleción inicial en la etapa de dismetabolismo, pero una aparente reversión en la etapa de CIHD tratada. Por ejemplo, el O-acetilsalicilato, el componente activo de la aspirina, se presentó como un factor de riesgo de deficiencia arquetípico, posiblemente debido al tratamiento del paciente.cumplimiento terapéutico en la cardiopatía isquémica.
De manera similar, se identificaron varios intermediarios y productos finales de catecolaminas, productos de bilirrubina, ácidos biliares y lípidos de cadena impar de origen bacteriano como DSCF. Además, la producción de TMA (MC0022) y la producción de butirato II (MF0089), características funcionales de la microbiota intestinal, mostraron una disminución en la fase de dismetabolismo, pero una aparente recuperación en la fase de cardiopatía isquémica.
En general, estas observaciones podrían indicar una respuesta tanto del microbioma como del metaboloma al tratamiento multifactorial a largo plazo, lo que posiblemente contribuya a la estabilización de la cardiopatía isquémica. Además, lograr un estado estable de cardiopatía isquémica (CI) pareció implicar la restauración de la densidad celular microbiana intestinal perdida, junto con la capacidad de degradar aminoácidos de cadena ramificada (BCAA) y galactosa, y la recuperación de la capacidad perdida para la producción de butirato y acetato.

Marcadores del microbioma y metaboloma de subfenotipos de CI
El análisis detallado de los grupos con insuficiencia cardíaca (IC) causada por síndrome coronario agudo (SCA), cardiopatía isquémica crónica (CI) e CI proporcionó mayor precisión en los cambios relativos de las características del microbioma y el metaboloma.
El número total de características típicas de cada subgrupo de CI, en comparación con los controles, fue mayor en la CI, seguida de la IC y el SCA. La CIHD presentó los cambios diferenciales más significativos en los potenciales funcionales del microbioma intestinal mientras que el SCA mostró cambios diferenciales predominantes en las características del metaboloma.
La mayoría (69%) de las especies asociadas a dismetabolismo encontradas en las comparaciones entre IHD y HC también se observaron en las comparaciones de subgrupos de IHD frente a HC, lo que sugiere que la alteración importante del microbioma, aparentemente relacionada con la disfunción metabólica, podría persistir a lo largo de las distintas etapas de la IHD.
Resulta llamativo que, en el subgrupo de SCA, además de las 91 especies relacionadas con el dismetabolismo, no se encontraron otros marcadores de especies (específicos de SCA, relacionados con ESCF o DSCF).
En el mismo grupo de SCA, el patrón fue muy diferente para los metabolitos séricos, donde solo el 55% de los marcadores estaban relacionados con el dismetabolismo, mientras que el 25% eran específicos de SCA. Así pues, observamos que la fase aguda de la enfermedad se caracteriza por alteraciones del microbioma casi exclusivamente relacionadas con dismetabolismo, que presumiblemente se acumulan durante la larga fase prodrómica, así como por perturbaciones del metaboloma del huésped no relacionadas con el dismetabolismo, que presumiblemente comienzan poco antes del evento de SCA. Resulta tentador sugerir que la conjunción de ambos factores podría contribuir a la descompensación observada en el SCA.
Al considerar los marcadores del metaboloma específicos del SCA, ocho de los diez metabolitos principales eran analitos o metabolitos de fármacos, relacionados con la aspirina, el metoprolol y la atorvastatina. También se observó un aumento en metabolitos proinflamatorios como el ácido 5- y 12-hidroxieicosatetraenoico (HETE), los leucotrienos B4 y B5, así como productos del cometabolismo de fenilalanina entre la microbiota y el huésped (fenilacetilcarnitina, fenilacetilglutamato y 2-hidroxifenilacetato), seguidos de indoxilsulfato y TMA, lo cual concuerda con la firma específica de la cardiopatía isquémica (CI) identificada. Asimismo, algunos de los metabolitos disminuidos específicos del síndrome coronario agudo (SCA) también se encontraban en menor abundancia en la CI, incluyendo metabolitos beneficiosos para la salud como el alfa-tocoferol, la ergotioneína, el oleato de metilo y el hexadecanoato de metilo.
A diferencia de los hallazgos en el síndrome coronario agudo (SCA), se encontraron 19 y 31 marcadores de especies específicas para la cardiopatía isquémica crónica (CIHD) y la insuficiencia cardíaca (IC), respectivamente, lo que indica cambios adicionales en el microbioma durante las fases crónicas de la CIHD. Cabe destacar que estos cambios afectaron a géneros representados por pocas especies: ocho de las 14 especies disminuidas y 11 de las 17 especies aumentadas en los casos de IC, respectivamente, pertenecían a géneros representados por no más de seis especies (p = 2,9 × 10⁻⁵), según la estimación basada en el número de especies pertenecientes a diferentes géneros encontradas en nuestro estudio. La mayoría de las características específicas de la CIHD se encontraban aumentadas en los casos en comparación con los controles. Esto se observó particularmente en los potenciales funcionales del microbioma para la biosíntesis de aminoácidos, incluidos los aminoácidos de cadena ramificada (BCAA) y la lisina.
De manera similar, la mayor degradación de los aminoácidos aromáticos fenilalanina y tirosina (módulos GMM MF0027 y MF0026) se reflejó en una mayor abundancia de metabolitos del fenilacetato (fenilacetilcarnitina y fenilacetilglutamato).
También observamos una mayor abundancia de metionina y dos de sus metabolitos (N-acetilmetionina sulfóxido y γ-glutamilmetionina), conocidos por su asociación con fenotipos cardiovasculares 39. Cabe destacar que la vía de biosíntesis de L-metionina derivada del microbioma intestinal se asoció recientemente con la carga de placa aterosclerótica y una mayor puntuación de riesgo metabólico para la enfermedad cardiovascular 18, mientras que el L-metionina sulfóxido, como producto de la oxidación de la metionina de las proteínas, podría influir en la trombosis y la función vascular 40. Además, la abundancia de varias carnitinas cuantificadas mediante UPLC-MS/MS, incluidas la decanoilcarnitina y la oleoilcarnitina, se encontraba elevada en la cardiopatía isquémica crónica.
Algunos metabolitos también mostraron especificidad en la insuficiencia cardíaca, con un enriquecimiento de 4-cresol, sulfato de 4-cresilo (también llamado sulfato de p-cresol), glucurónido de 4-cresil (también llamado glucurónido de p-cresol), colina y TMA, así como de varias carnitinas (3-metilglutarilcarnitina, suberoilcarnitina (C8), octadecanodioilcarnitina (C18) y levulinoilcarnitina, incluidas las carnitinas derivadas del microbioma (benzoilcarnitina y fenilacetilcarnitina)).
En contraste, metabolitos como el alfa-tocoferol, la ergotioneína y el ácido 3-indoleglioxílico mostraron una disminución específica en la insuficiencia cardíaca.
Estos hallazgos apuntan a una alteración del metabolismo de los ácidos grasos, que se sabe que desempeña un papel crucial en la patogénesis de la insuficiencia cardíaca. 41

Clasificación de los participantes en subgrupos clínicos
La robustez de nuestras firmas de microbioma y metaboloma se evaluó comparando el rendimiento de modelos de análisis discriminante de mínimos cuadrados parciales ortogonales (O-PLS-DA) para clasificar el síndrome coronario agudo (SCA) (n = 112), la cardiopatía isquémica crónica (CIHD) (n = 158) y la insuficiencia cardíaca (IC) (n = 102) en relación con los controles sanos (CS) (n = 275) y los controles con enfermedad cardiovascular mayor (ECM) (n = 372).
La clasificación se basó en:
(1) marcadores clínicos evaluados de forma rutinaria durante el diagnóstico de cardiopatía isquémica;
(2) marcadores de microbioma y metaboloma específicos para cada subtipo de cardiopatía isquémica identificados en este estudio, libres de factores de confusión
(3) una combinación de ambos.
Los modelos se construyeron dividiendo aleatoriamente la población de nuestro estudio MetaCardis en grupos del 70 % y el 30 %, respectivamente, utilizando el primero para el entrenamiento y el segundo para las pruebas. El proceso se iteró 1000 veces para minimizar el sobreajuste.
El rendimiento de los marcadores ómicos específicos en los conjuntos de prueba arrojó valores del área bajo la curva (AUC) superiores a 0,7 en todos los casos y fue sistemáticamente mayor que el de los marcadores clínicos por sí solos, en particular para la clasificación relativa al grupo MMC. La combinación de los dos tipos de marcadores no mejoró la clasificación relativa a MMC y solo mejoró marginalmente la clasificación relativa a HC.
Para validar aún más nuestros modelos de clasificación, aprovechamos el conjunto de datos independiente del artículo complementario 25, centrándonos en nuestro subgrupo de SCA para que coincidiera con la patología de la muestra del estudio israelí. Los marcadores metabolómicos específicos de SCA de los dos estudios mostraron una alta correlación, lo que confirma que se observaron cambios similares en ambos estudios y valida una gran parte de nuestras características metabolómicas específicas de SCA. Cabe destacar que nuestros marcadores mostraron un fuerte potencial discriminatorio cuando se emplearon en modelos O-PLS-DA entrenados en nuestra población y probados en la población israelí independiente 25 Los modelos basados ​​en nuestros marcadores metabolómicos específicos del SCA, con variables clínicas (área bajo la curva ROC [AUROC] = 0,87) o sin variables clínicas (modelo 2, AUROC = 0,85), mostraron un rendimiento significativamente superior al de un modelo basado únicamente en variables clínicas (AUROC = 0,764).
En conjunto, nuestro trabajo confirmó la robustez del potencial discriminatorio de nuestros marcadores de microbioma y metaboloma, previamente desvinculados de factores de confusión, en un contexto clínico.

DISCUSIÓN

Demostramos que la gran mayoría de las firmas del microbioma intestinal y del metaboloma circulante y urinario, previamente descritas como características de la cardiopatía isquémica (CI) y que no se reducen con el tratamiento farmacológico, están presentes en individuos con fenotipos dismetabólicos comunes, como la obesidad y la diabetes tipo 2 (DM2). Nuestras observaciones concuerdan con la presencia de una menor densidad de células bacterianas intestinales y cambios en la abundancia de múltiples especies y potenciales funcionales microbianos. En función de la densidad de células bacterianas, identificamos el enterotipo Bacteroides 2 de bajo recuento celular 23, como biomarcador tanto en individuos con dismetabolismo como en aquellos diagnosticados con CI. Destacamos especialmente el bajo recuento de células bacterianas intestinales como una de las características del microbioma asociadas a la CI, que parece revertirse en los casos de CI tratados. Curiosamente, tanto este estudio como otra publicación reciente de MetaCardis42 sugieren que las estatinas, ampliamente prescritas a personas con trastornos metabólicos comunes (TMC), podrían ayudar a restaurar la carga de células bacterianas intestinales. Estos resultados son particularmente relevantes porque varias estatinas y sus metabolitos (principalmente relacionados con la atorvastatina) y betabloqueantes (metroprolol y sus metabolitos) se reflejan en las firmas específicas de la cardiopatía isquémica (CI) y sus subtipos identificadas en este estudio.
En individuos con diagnóstico de CI y mejoría de los marcadores vasculares, inflamatorios y lipídicos inducida por el tratamiento, encontramos perfiles de microbioma y metaboloma menos aberrantes en comparación con individuos sanos. Sin embargo, observamos especies bacterianas alteradas específicamente en los casos de CI, y la mayoría de ellas estaban disminuidas, en concordancia con los hallazgos del artículo complementario 25..
De manera similar, observamos una disminución de metabolitos específicos de la CI, incluidos los ésteres de ácidos grasos, la ergotioneína y el alfa-tocoferol, conocidos por sus propiedades vasoprotectoras 31 y antioxidantes 32, mientras que los metabolitos enriquecidos en individuos con CI incluían intermediarios relacionados con el metabolismo del triptófano y la fenilalanina. Finalmente, el 4-cresol y la fenilacetilglutamina destacaron como representantes de la ESCF, reflejando potencialmente la gravedad de la enfermedad.
En los análisis de subtipos de cardiopatía isquémica (CI), identificamos múltiples cambios en la microbiota intestinal relacionados con el dismetabolismo en individuos con síndrome coronario agudo (SCA), lo que refuerza nuestra hipótesis de que las alteraciones de la microbiota intestinal ocurren en las etapas prodrómicas previas al inicio de la CI. En contraste, una fracción sustancial de los metabolitos del huésped alterados (45%) en individuos con SCA no se relacionó con el dismetabolismo. Además, encontramos alteraciones del microbioma y el metaboloma específicas de la CI y la insuficiencia cardíaca (IC), posiblemente condicionadas por la combinación de la intervención y el empeoramiento de la enfermedad.
De relevancia para objetivos terapéuticos en futuros ensayos preclínicos y clínicos, confirmamos una menor capacidad de la microbiota para la biosíntesis de ácidos grasos de cadena corta (AGCC) y una mayor producción de aminoácidos de cadena ramificada (AACR) en individuos con mayor riesgo de aterosclerosis coronaria asintomática antes del diagnóstico de CI. En las fases posteriores de la patogénesis de la cardiopatía isquémica, mostramos un papel preponderante del metabolismo microbiano-huésped de los aminoácidos aromáticos derivados de la fenilalanina y la tirosina, es decir, que surgen del cometabolismo del fenilacetato y el cresol.
Por lo tanto, nuestros hallazgos sugieren que, además de disminuir la producción microbiana de TMAO por parte del huésped, las futuras intervenciones dirigidas a retrasar o prevenir la cardiopatía isquémica podrían centrarse en aumentar la biosíntesis microbiana de AGCC, pero reduciendo la producción microbiana de aminoácidos aromáticos y BCAA. Finalmente, las características identificadas del microbioma y el metaboloma nos permitieron diferenciar a los individuos con cardiopatía isquémica de los individuos sanos o con características metabólicas similares, con niveles superiores a los alcanzados con los marcadores de riesgo convencionales, lo que apunta a su relevancia fisiopatológica.

CONCLUSIÓN:

En las etapas dismetabólicas prodrómicas y en las manifestaciones clínicas tempranas y tardías de la cardiopatía isquémica, se observan múltiples alteraciones del microbioma y el metaboloma, que reflejan distintas vías metabólicas.
Varias de estas alteraciones son modificables y podrían ser objetivos de futuros experimentos mecanísticos y ensayos clínicos dirigidos a la prevención de la cardiopatía isquémica.

NOTA: graficos, tablas, suplementos y bibliografia completa pueden consultarse en la publicación original, mencionada al comienzo

REFERENCIAS (72)

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