GUT-HEART AXIS AS NEW CONCEPT IN CHRONIC HEART FAILURE PATHOGENESIS

Cardiovascular diseases represent a major cause of death worldwide, resulting in 20 million deaths each year. Substantiating only 55–65% of cardiovascular outcomes, traditional risk factors dictate the need to find new pathogenetic mechanisms and therapeutic targets in the treatment of the specified medical condition. Thus, scientists are actively developing a novel pathogenesis concept of the gut-heart axis. The article analyzes the literature on the gutheart axis determinants, such as diet, physical activity, pharmacotherapy, and probiotics. The authors underline the influence of gut microbiota metabolites, i.e. short-chain fatty acids, secondary bile acids, tryptophan indole derivatives, and trimethylamine N-oxide, on the cardiovascular system. Understanding the gut-heart axis offers new therapeutic options for the primary and secondary prevention of cardiovascular diseases via targeted gut microbiota exposure.

1. Wang Z., Bergeron N., Levison B. S. et al. Impact of chronic dietary red meat, white meat, or non-meat protein on trimethylamine N-oxide metabolism and renal excretion in healthy men and women // European Heart Journal. 2019. Vol. 40, no. 7. P. 583–594. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehy799.

2. Koeth R. A., Lam-Galvez B. R., Kirsop J. et al. l-Carnitine in omnivorous diets induces an atherogenic gut microbial pathway in humans // The Journal of Clinical Investigation. 2019. Vol. 129, no. 1. P. 373–387. https://doi.org/10.1172/JCI94601.

3. Guasch-Ferré M., Satija A., Blondin S. A. et al. Meta-analysis of randomized controlled trials of red meat consumption in comparison with various comparison diets on cardiovascular risk factors // Circulation. 2019. Vol. 139, no. 15. P. 1828–1845. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.118.035225.

4. Gioxari A., Kaliora A. C., Marantidou F. et al. Intake of ω-3 polyunsaturated fatty acids in patients with rheumatoid arthritis: A systematic review and meta-analysis // Nutrition. 2018. Vol. 45. P. 114–124. https://doi.org/10.1016/j.nut.2017.06.023.

5. Kühn T., Rohrmann S., Sookthai D. et al. Intra-individual variation of plasma trimethylamine-N-oxide (TMAO), betaine and choline over 1 year // Clinical Chemistry and Laboratory Medicine (CCLM). 2017. Vol. 55, no. 2. P. 261–268. https://doi.org/10.1515/cclm-2016-0374.

6. Поляков Д. С., Фомин И. В., Беленков Ю. Н. и др. Хроническая сердечная недостаточность в Российской Федерации: что изменилось за 20 лет наблюдения? Результаты исследования ЭПОХА-ХСН // Кардиология. 2021. Т. 61, № 4. С. 4–14. https://doi.org/10.18087/cardio.2021.4.n1628.

7. Staudacher H. M., Whelan K. The low FODMAP diet: Recent advances in understanding its mechanisms and efficacy in IBS // Gut. 2017. Vol. 66, no. 8. P. 1517–1527. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2017-313750.

8. Rath S., Rud T., Pieper D. H. et al. Potential TMA-producing bacteria are ubiquitously found in mammalia // Frontiers in Microbiology. 2020. Vol. 10. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.02966.

9. Кабурова А. Н., Драпкина О. М., Юдин С. М. и др. Связь микробиоты кишечника с системным воспалением и эндотоксемией у пациентов с хронической сердечной недостаточностью и сохраненной фракцией выброса // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2022. Т. 21, № 9. С. 13–22. https://doi.org/10.15829/1728-8800-2022-3315.

10. Khan T. J., Ahmed Y. M., Zamzami M. A. et al. Atorvastatin treatment modulates the gut microbiota of the hypercholesterolemic patients // OMICS: A Journal of Integrative Biology. 2018. Vol. 22, no. 2. P. 154–163. https://doi.org/10.1089/omi.2017.0130.

11. Wu H., Esteve E., Tremaroli V. et al. Metformin alters the gut microbiome of individuals with treatment-naive type 2 diabetes, contributing to the therapeutic effects of the drug // Nature Medicine. 2017. Vol. 23, no. 7. P. 850–858. https://doi.org/10.1038/nm.4345.

12. Forslund K., Hildebrand F., Nielsen T. et al. Disentangling type 2 diabetes and metformin treatment signatures in the human gut microbiota // Nature. 2015. Vol. 528, no. 7581. P. 262–266. https://doi.org/10.1038/nature15766.

13. Imhann F., Bonder M. J., Vich Vila A. et al. Proton pump inhibitors affect the gut microbiome // Gut. 2016. Vol. 65, no. 5. P. 740–748. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2015-310376.

14. Monda V., Villano I., Messina A. et al. Exercise modifies the gut microbiota with positive health effects // Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2017. Vol. 2017, no. 1. https://doi.org/10.1155/2017/3831972.

15. Ливзан М. А., Бикбавова Г. Р., Сафиулина Т. А. и др. Модуляция микробиома кишечника и кардиоваскулярные риски: механизмы формирования и коррекции // Терапия. 2023. № 8. С. 84–91. https://dx.doi.org/10.18565/therapy.2023.8.84-91.

16. Karl J. P., Hatch A. M., Arcidiacono S. M. et al. Effects of psychological, environmental and physical stressors on the gut microbiota // Frontiers in Microbiology. 2018. Vol. 9. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.02013.

17. Smith R. P., Easson C., Lyle S. M. et al. Gut microbiome diversity is associated with sleep physiology in humans // PLoS One. 2019. Vol. 14, no. 10. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0222394.

18. Lee E. H., Kim Y. J., Jung I. S. et al. The probiotics Lacticaseibacillus paracasei, Lacticaseibacillus rhamnosus, and Limosilactobacillus fermentum enhance spermatozoa motility through mitochondrial function-related factors // International Journal of Molecular Sciences. 2024. Vol. 25, no. 23. https://doi.org/10.3390/ijms252313220.

19. Witkowski M., Weeks T. L., Hazen S. L. Gut microbiota and cardiovascular disease // Circulation Research. 2020. Vol. 127, no. 4. P. 553–570. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.120.316242.

20. Florek K., Komorowska K., Ptak J. et al. Gut microbiota’s role in heart failure // Heart Failure Reviews. 2025. Vol. 30, no. 6. P. 1225–1238. https://doi.org/10.1007/s10741-025-10543-w.

21. Tang W. H. W., Bäckhed F., Landmesser U. et al. Intestinal microbiota in cardiovascular health and disease: JACC state-of-the-art review // Journal of the American College of Cardiology. 2019. Vol. 73, no. 16. P. 2089–2105. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2019.03.024.

22. Verhaar B. J. H., Collard D., Prodan A. et al. Associations between gut microbiota, faecal short-chain fatty acids, and blood pressure across ethnic groups: The HELIUS study // European Heart Journal. 2020. Vol. 41, no. 44. P. 4259–4267. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehaa704.

23. Malik M., Suboc T. M., Tyagi S. et al. Lactobacillus plantarum 299v supplementation improves vascular endothelial function and reduces inflammatory biomarkers in men with stable coronary artery disease // Circulation Research. 2018. Vol. 123, no. 9. P. 1091–1102. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.118.313565.

24. Jain A., Li X. H., Chen W. N. An untargeted fecal and urine metabolomics analysis of the interplay between the gut microbiome, diet and human metabolism in Indian and Chinese adults // Scientific Reports. 2019. Vol. 9, no. 1. https://doi.org/10.1038/s41598-019-45640-y.

25. Tang W. H. W., Wang Z., Levison B. S. et al. Intestinal microbial metabolism of phosphatidylcholine and cardiovascular risk // The New England Journal of Medicine. 2013. Vol. 368, no. 17. P. 1575–1584. https://doi.org/10.1056/NEJMoa1109400.

26. Li X. S., Obeid S., Klingenberg R. et al. Gut microbiota-dependent trimethylamine N-oxide in acute coronary syndromes: A prognostic marker for incident cardiovascular events beyond traditional risk factors // European Heart Journal. 2017. Vol. 38, no. 11. P. 814–824. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehw582.

27. Захарова И. Н., Бережная И. В., Дмитриева Д. К. и др. Ось «микробиота – кишечник – глаз» // Педиатрия. Consilium Medicum. 2024. № 2. С. 179–186. https://doi.org/10.26442/26586630.2024.2.202976.

28. Rinninella E., Raoul P., Cintoni M. et al. What is the healthy gut microbiota composition? A changing ecosystem across age, environment, diet, and diseases // Microorganisms. 2019. Vol. 7, no. 1. https://doi.org/10.3390/microorganisms7010014.

29. Харитонова Л. А., Григорьев К. И., Борзакова С. Н. Микробиота человека: как новая научная парадигма меняет медицинскую практику // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2019. № 1. С. 55–63. https://doi.org/10.31146/1682-8658-ecg-161-1-55-63.

30. Chambers E. S., Preston T., Frost G. et al. Role of gut microbiota-generated short-chain fatty acids in metabolic and cardiovascular health // Current Nutrition Reports. 2018. Vol. 7, no. 4. P. 198–206. https://doi.org/10.1007/s13668-018-0248-8.

31. Драпкина О. М., Кабурова А. Н. Состав и метаболиты кишечной микробиоты как новые детерминанты развития сердечно-сосудистой патологии // Рациональная Фармакотерапия в Кардиологии. 2020. Т. 16, № 2. С. 277–285.

32. Louis P., Young P., Holtrop G. et al. Diversity of human colonic butyrate-producing bacteria revealed by analysis of the butyryl-CoA:acetate CoA-transferase gene // Environmental Microbiology. 2010. Vol. 12, no. 2. P. 304–314. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2009.02066.x.

33. Теплова А. С., Демидова Т. Ю., Короткова Т. Н. Масляная кислота и ее перспективы в управлении ожирением // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2023. № 10. С. 88–94. https://doi.org/10.31146/1682-8658-ecg-218-10-88-94.

34. Успенский Ю. П., Фоминых Ю. А., Вавилова Т. В. и др. Кишечный метаболом, как отдельный маркер развития сердечно-сосудистых патологий // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2025. № 2. С. 207–215. https://doi.org/10.31146/1682-8658-ecg-234-2-207-215.

35. Zhang Y. L., Li Z. J., Gou H. Z. et al. The gut microbiota-bile acid axis: A potential therapeutic target for liver fibrosis // Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2022. Vol. 12. https://doi.org/10.3389/fcimb.2022.945368.

36. Ульянин А. И., Полуэктова Е. А., Кудрявцева А. В. и др. Кишечная микробиота, метаболизм триптофана, качество жизни, психоэмоциональные и когнитивные нарушения при функциональном запоре // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2025. Т. 35, № 4. C. 71–87. https://doi.org/10.22416/1382-4376-2025-35-4-71-87.

37. Datta S., Pasham S., Inavolu S. et al. Role of gut microbial metabolites in cardiovascular diseases–Current insights and the road ahead // International Journal of Molecular Sciences. 2024. Vol. 25, no. 18. https://doi.org/10.3390/ijms251810208.

38. Lau K., Srivatsav V., Rizwan A. et al. Bridging the gap between gut microbial dysbiosis and cardiovascular diseases // Nutrients. 2017. Vol. 9, no. 8. https://doi.org/10.3390/nu9080859.

39. Достанко Н. Ю., Ягур В. Е., Зыбалова Т. С. Вклад микробиоты в развитие, прогрессирование и исходы сердечно-сосудистых заболеваний. Обзор литературы // Кардиология в Беларуси. 2022. Т. 14, № 5. С. 642–652.

40. Lau E. S., Paniagua S. M., Zarbafian S. et al. Cardiovascular biomarkers of obesity and overlap with cardiometabolic dysfunction // Journal of the American Heart Association. 2021. Vol. 10, no. 14. https://doi.org/10.1161/JAHA.120.020215.

41. Kaplan J., Kanwal A., Ahmed I. et al. Reentrant arrhythmias // StatPearls [Internet]. Treasure Island, FL : StatPearls Publishing, 2023.

42. Zelante T., Iannitti R. G., Cunha C. et al. Tryptophan catabolites from microbiota engage aryl hydrocarbon receptor and balance mucosal reactivity via interleukin-22 // Immunity. 2013. Vol. 39, no. 2. P. 372–385. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2013.08.003.

43. Gawałko M., Linz D., Dobrev D. Gut-microbiota derived TMAO: A risk factor, a mediator or a bystander in the pathogenesis of atrial fibrillation? // IJC Heart & Vasculature. 2021. Vol. 34. https://doi.org/10.1016/j.ijcha.2021.100818.

44. Jie Z., Xia H., Zhong S. L. et al. The gut microbiome in atherosclerotic cardiovascular disease // Nature Communications. 2017. Vol. 8, no. 1. https://doi.org/10.1038/s41467-017-00900-1.

45. Romano K. A., Vivas E. I., Amador-Noguez D. et al. Intestinal microbiota composition modulates choline bioavailability from diet and accumulation of the proatherogenic metabolite trimethylamine-N-oxide // mBio. 2015. Vol. 6, no. 2. https://doi.org/10.1128/mBio.02481-14.

46. Topf A., Mirna M., Ohnewein B. et al. The diagnostic and therapeutic value of multimarker analysis in heart failure. An approach to biomarker-targeted therapy // Frontiers in Cardiovascular Medicine. 2020. Vol. 7. https://doi.org/10.3389/fcvm.2020.579567.

47. Полунина Е. А., Воронина Л. П., Попов Е. А. и др. Анализ уровня маркеров окислительного стресса при хронической сердечной недостаточности в зависимости от фракции выброса левого желудочка // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2018. Т. 17, № 5. С. 34–39. https://doi.org/10.15829/1728-8800-2018-5-34-39.

48. Pasini E., Aquilani R., Testa C. et al. Pathogenic gut flora in patients with chronic heart failure // JACC: Heart Failure. 2016. Vol. 4, no. 3. P. 220–227. https://doi.org/10.1016/j.jchf.2015.10.009.

49. Matsiras D., Bezati S., Ventoulis I. et al. Gut failure: A review of the pathophysiology and therapeutic potentials in the gut-heart axis // Journal of Clinical Medicine. 2023. Vol. 12, no. 7. https://doi.org/10.3390/jcm12072567.

50. Sattler K., El-Battrawy I., Cyganek L. et al. TRPV1 activation and internalization is part of the LPS-induced inflammation in human iPSC-derived cardiomyocytes // Scientific Reports. 2021. Vol. 11, no. 1.

51. Yücel G., Zhao Z., El-Battrawy I. et al. Lipopolysaccharides induced inflammatory responses and electrophysiological dysfunctions in human-induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes // Scientific Reports. 2017. Vol. 7, no. 1. https://doi.org/10.1038/s41598-017-03147-4.

52. Остроумова О. Д., Кочетков А. И., Павлеева Е. Е. и др. Взаимосвязь сердечно-сосудистых заболеваний с повышением проницаемости кишечной стенки: результаты научных и контролируемых клинических исследований. Фокус на возможности ребамипида // Фарматека. 2021. Т. 28, № 3. С. 39–49.

53. Драпкина О. М., Широбоких О. Е. Роль кишечной микробиоты в патогенезе сердечно-сосудистых заболеваний и метаболического синдрома // Рациональная Фармакотерапия в Кардиологии. 2018. Т. 14, № 4. С. 567–574. https://doi.org/10.20996/1819-6446-2018-14-4-567-574.

54. Ойноткинова О. Ш., Мацкеплишвили С. Т., Демидова Т. Ю. и др. Оценка влияния нездорового питания на микробиоту кишечника, митохондриальную функцию и формирование полиорганного метаболического синдрома, пути коррекции // Ожирение и метаболизм. 2022. Т. 19, № 3. С. 280–291. https://doi.org/10.14341/omet12916.

55. Xu H., Wang X., Feng W. et al. The gut microbiota and its interactions with cardiovascular disease // Microbial Biotechnology. 2020. Vol. 13, no. 3. P. 637–656. https://doi.org/10.1111/1751-7915.13524.

56. Антропова О. Н., Образцова Л. А. Солечувствительная артериальная гипертензия: современные патогенетические механизмы и перспективы // Артериальная гипертензия. 2023. Т. 29, № 1. С. 6–13. https://doi.org/10.18705/1607-419X-2023-29-1-6-13.