ТРАНСПЛАНТАЦИЯ ФЕКАЛЬНОЙ МИКРОБИОТЫ МЛАДЕНЦАМ, РОДИВШИМСЯ ПРИ ПОМОЩИ КЕСАРЕВА СЕЧЕНИЯ, ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НОРМАЛЬНОЙ МИКРОБИОТЫ КИШЕЧНИКА

^{Korpela K, Helve O, Kolho K-L, et al. Maternal fecal microbiota transplantation in cesarean-born infants rapidly restores normal gut microbial development: a proof-of concept study. Cell 2020; 183: 324-34.}

Микробиота кишечника младенцев, родившихся естественным путем, отличается от микробиоты кишечника младенцев, родившихся при помощи кесарева сечения (КС), поскольку последние не подвергаются воздействию материнских микробов во время родов. В нескольких исследованиях сообщалось, что КС может быть иметь краткосрочные и долгосрочные последствия, включая повышенный риск хронических иммунных заболеваний. В этом исследовании оценивали эффективность и безопасность трансплантации фекальной микробиоты (ТФМ) как средства восстановления кишечной микробиоты детей, родившихся при помощи КС. Семи младенцам, родившимся при помощи КС, выполнена трансплантация кала собственных матерей при первом кормлении молоком; состав микробиоты их кишечника сравнили с составом микробиоты кишечника 82 детей, родившихся вагинально или при помощи КС, но не получавших ТФМ. В течение 3-месячного наблюдения нежелательных эффектов не обнаружено. Через неделю после ТФМ микробиота кишечника детей, родившимся при помощи КС, была аналогична микробиоте детей, родившихся естественным путем, в то время как у детей, родившимся при помощи КС, но не получавших ТФМ, обнаружено более низкое микробное разнообразие. ТФМ корректировала бактериальную сигнатуру новорожденных, родившихся при помощи КС, за счет быстрой нормализации содержания Bacteroidales, которое было ниже в группе КС, а также уменьшения количества потенциальных патогенов, типичных для детей, родившихся при помощи КС. Это экспериментальное исследование показало, что ТФМ нормализует развитие кишечной микробиоты у детей, родившихся при помощи КС.

КЕСАРЕВО СЕЧЕНИЕ И РИСК БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ У ДЕТЕЙ

^{Stokholm J, Thorsen J, Blaser MJ, et al. Delivery mode and gut microbial changes correlate with an increased risk of childhood asthma. Sci Transl Med 2020; 12, eaax9929.}

Авторы проанализировали влияние кесарева сечения (КС) на состав микробиоты кишечника в течение первого года жизни и изучили, были ли его нарушения связаны с риском развития бронхиальной астмы в первые 6 лет жизни. В их числе 700 детей из когорты COPSAC2010 (Копенгагенские проспективные исследования бронхиальной астмы в детском возрасте 2010 г.), 22% (151) из которых родились при помощи КС, а 78% (549) — естественным путем. Состав кишечной микробиоты варьировался в зависимости от способа родоразрешения: у детей, рожденных при помощи КС, обнаружено более низкое содержание бактерий Bacteroidetes и Actinobacteria в возрасте 1 недели, а содержание бактерий Firmicutes и Proteobacteria было выше по сравнению с детьми, рожденными естественным путем.

При анализе на уровне рода бактерий обнаружено, что только 3 рода различались в возрасте 1 года, а рождение при помощи КС было связано с более высокой относительной численностью организмов семейства Enterobacteriaceae и Escherichia/Shigella. Идентифицирован микробный профиль, который был предиктором способа родов, в возрасте одной недели, одного месяца и одного года. У детей, родившимся при помощи КС, которые сохранили характерную для КС сигнатуру микробиоты кишечника в возрасте 1 года, риск развития бронхиальной астмы к 6 годам был в три раза выше.

Этот повышенный риск бронхиальной астмы снижался у детей, родившимся при помощи КС, кишечная микробиота которых в возрасте 1 года напоминала микробиоту детей, родившихся естественным путем. Это указывает на то, что здоровое созревание дисбиотической микробиоты кишечника после КС может снизить риск бронхиальной астмы, связанный с этим способом родоразрешения.

ЗНАЧЕНИЕ ФАКТОРОВ МИКРОБИОТЫ, ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И МАКРООРГАНИЗМА ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ И БОЛЕЗНЕЙ

Микробиом кишечника связан с большим количеством заболеваний, но до сих пор неясно, как определять здоровый или патологический микробиом.
Крупное популяционное исследование, проведенное в Нидерландах (OP178 R Gacesa et al.), продемонстрировало общие микробные паттерны при ряде заболеваний, включая воспалительное заболевание кишечника (ВЗК), синдром раздраженного кишечника (СРК), бронхиальную астму, сахарный диабет и психические расстройства, что позволило определить кластеры кишечных микробов и функций, сопряженных со здоровьем и заболеваниями. В частности, обнаружено, что микробиом, связанный с заболеваниями, характеризуется значительным увеличением распространенности и численности условно-патогенных микроорганизмов родов Clostridium, Gordonibacter и Eggerhella, уменьшением катаболизма углеводов, синтеза аминокислот и витаминов и увеличением синтеза длинноцепочечных жирных кислот.

С другой стороны, в здоровом микробиоме обнаруживали более высокую численность продуцирующих бутират комменсалов родов Alistipes, Roseburia, Faecalibacterium и Butyrivibrio. Авторы также показали, что микробиом в первую очередь формируется окружающей средой и образом жизни, из-за чего пришли к выводу, что для улучшения общего состояния здоровья можно рекомендовать улучшение диеты, образа жизни и окружающей среды, а также использование пробиотиков. Кроме того, продолжительное последующее исследование (OP201 L Chen et al.) показало, что изменения микробиоты с течением времени, по-видимому, вызваны воздействием окружающей среды и могут влиять на метаболическое благополучие макроорганизма.

МИКРОБИОТА ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ КИШЕЧНИКА

Ограничение лактозы является краеугольным камнем симптоматического лечения желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) у лиц с мальабсорбцией лактозы вследствие дефицита лактазы. Однако тяжесть таких кишечных симптомов, как метеоризм, вздутие живота и диарея, после приема лактозы у этих участников существенно различается, причина чего остается неясной. При помощи анализов нидерландского проекта «Микробиом» (OP177 MDF Brandao Gois et al.) продемонстрирована правдоподобная посредническая роль кишечного микробиома между потреблением молочных продуктов и возникновением кишечных симптомов у лиц с дефицитом лактазы, в частности обнаружена потенциально значимая роль рода Bifidobacterium. Следовательно, изменение состава кишечной микробиоты может влиять на чувствительность лиц с мальабсорбцией лактозы к молочным продуктам.

Несмотря на то, что точные механизмы, объясняющие желудочно-кишечные симптомы у пациентов с СРК, остаются неясными, различная коррекция диеты уменьшает эти симптомы в ряде подгрупп пациентов. Апостериорный анализ опубликованного ранее клинического исследования (P0786 E Colomier et al.) выявил закономерности в психологических, пищевых и микробных факторах, которые могут прогнозировать ответ на лечение как традиционной диетой NICE (Национальный институт охраны здоровья и совершенствования медицинской помощи) при СРК, так и диетой с низким содержанием ферментируемых олиго-, ди-, моносахаридов и полиолов (FODMAP) при определенных симптомах. Это говорит о том, что в ближайшем будущем станет возможным индивидуальный подбор рекомендаций по диетическому лечению СРК.

Кишечные микроорганизмы и их метаболиты участвуют в патофизиологии ряда заболеваний кишечника, включая СРК и ВЗК. Аннотации, представленные на неделе UEG 2020, это подтверждают. Крупное когортное исследование у пациентов с ВЗК продемонстрировало наличие дисбиоза кишечника как при язвенном колите (ЯК), так и при болезни Крона (БК) (OP002 A Vich Vila et al.), который отражался в профиле метаболитов в кале, что можно было использовать в качестве потенциального биомаркера для дифференциальной диагностики ВЗК и не-ВЗК, а также ЯК и БК. В частности, при ВЗК повышены уровни метаболитов, связанных с синтезом сфинголипидов, тогда как уровни метаболитов жирных кислот — снижены. Кроме того, в исследовании, подтверждающем концепцию (OP045 L Oliver et al.), комбинация четырех микробиомных маркеров (Faecalibacterium prausnitzii и одна из их филогрупп (PHG-II), Ruminococcus sp. и Methanobrevibacter smithii) позволяла прогнозировать терапевтический ответ на лечение блокаторами ФНО с положительной прогностической ценностью 100% и отрицательной прогностической ценностью 75%.

Таким образом, анализ микробиома можно будет использовать для персонализации лечения ВЗК в ближайшем будущем. Роль кишечной микробиоты при СРК подчеркнута в нескольких аннотациях, включая исследование, подтверждающее хорошие долгосрочные эффекты трансплантации фекальной микробы при СРК (OP059 M El-Salhy et al.), которые были связаны с изменениями фекального бактериального профиля и профиля короткоцепочечных жирных кислот, а также увеличением количества энтероэндокринных клеток (P0783 M El Salhy et al.). Более того, другое исследование продемонстрировало четкий профиль микросреды кишечника при СРК и связи с преобладающим характером стула пациента (P0651 C Iribarren et al.) с разделением характера СРК и здоровья между подтипами СРК (СРК с преобладанием диареи или СРК с преобладанием запора), что в основном было обусловлено метаболитами, участвующими, например, в обмене аминокислот, а также определенных клеточных и молекулярных функциях. Следовательно, деятельность популяции микроорганизмов представляется более важной, чем ее состав. Также опубликованы аннотации, посвященные животным моделям, имеющим отношение к патофизиологии СРК. Эти исследования подчеркнули важность микробиоты кишечника в развитии аномальных взаимодействий между кишечником и головным мозгом (P0052 M Constante et al.), а также роль стресса в индукции дисбиоза кишечника и висцеральной гиперчувствительности (OP056 C Petitfils et al.). Эти исследования имеют большое значение для понимания взаимодействия кишечника и головного мозга при СРК и роли кишечных микробов и их метаболитов в этом взаимодействии и хорошо вписываются в концепцию, согласно которой СРК и другие функциональные расстройства желудочно-кишечного тракта теперь называют расстройствами взаимодействия кишечника и головного мозга

МИКРОБИОТА ПРИ ВНЕКИШЕЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ

Наконец, также проведены исследования, посвященные роли микробиома кишечника во внекишечных заболеваниях. Изменения микробиома кишечника продемонстрированы у реципиентов трансплантата почки и печени (OP180 JC Swarte et al. и OP112 y Li et al.). У пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности обнаружено низкое микробное разнообразие в кишечнике, повышенное содержание факторов вирулентности и генов антибиотикорезистентности. Микробное разнообразие дополнительно уменьшалось после трансплантации, при этом состав кишечной микробиоты не восстанавливался. Кроме того, иммунодепрессанты оказывали сильное влияние на состав микробиоты кишечника. Авторы пришли к выводу, что эти изменения могут иметь далеко идущие последствия для исхода трансплантации почки. Аналогичные результаты оценки микробного разнообразия, состава микробиоты кишечника и эффекта иммунодепрессантов получены и у реципиентов трансплантата печени. Что интересно, микробное разнообразие было связано с выживаемостью после трансплантации, позволив выявить новый потенциальный биомаркер или терапевтическую мишень.

ЧТО МЫ УЖЕ ЗНАЕМ?

Частота хронического недостаточного питания с задержкой роста составляет 25% среди младенцев с более чем 5 эпизодами диареи. Эти рецидивирующие кишечные инфекции приводят к ЭДК, которая характеризуется атрофией ворсинок, сочетающей уменьшение площади поверхности кишечника и ослабление абсорбционной способности, нарушение кишечного барьера и воспаление слизистой оболочки.
Более свежие данные позволяют предполагать, что при ЭДК может присутствовать дисбиоз микробиоты верхних отделов желудочно-кишечного тракта.

ЧТО ГЛАВНОЕ В ЭТОМ ИССЛЕДОВАНИИ?

В это исследование включены 110 младенцев в возрасте в среднем 18 месяцев из Дакки (Бангладеш), которые страдали хроническим недостаточным питанием с задержкой роста, определяемым нутрициологическим вмешательством. Биопсия двенадцатиперстной кишки подтвердила наличие ЭДК у 80 из них. Была проанализирована микробиота дуоденального аспирата 36 из этих младенцев; группа из 14 бактериальных таксонов присутствовала более чем у 80% популяции и отрицательно коррелировала с отношением длина тела/возраст (r = - 0,049, p = 0,003) (рисунок 1). Протеомное исследование биоптатов двенадцатиперстной кишки показало положительную корреляцию между этими 14 таксонами и 10 белками, включая 2 противомикробных пептида, и маркером воспаления кишечника (LCN2). Также обнаружена отрицательная корреляция с 10 белками, продуцируемыми энтероцитами (рисунок 2).

У 80 младенцев с ЭДК исследование протеомики плазмы обнаружило сильную положительную корреляцию с REG3A и LCN2.

Сравнение микробиоты кала младенцев с ЭДК и 27 контрольных младенцев выявило значительное увеличение численности бактерий рода Veillonella, которые сильнее всего коррелировали с белками двенадцатиперстной кишки, участвующими в воспалении желудочно-кишечного тракта.

После культивирования 39 штаммов бактерий двенадцатиперстной кишки младенцев с экзогенной дисфункцией кишечника, включая 11 из 14 таксонов, их вводили через желудочный зонд мышам, которые находились на диете, аналогичной диете 18-месячного младенца из Дакки.

Обнаружено, что двадцать три вида из этой группы бактерий присутствовали по меньшей мере в одной части кишечника в относительном количестве >0,1%. Контрольные мыши получали через желудочный зонд микробиоту слепой кишки мышей, выращенных традиционным способом. В отличие от контрольных мышей, у мышей, получавших бактерии, связанные с «экзогенной дисфункцией кишечника», наблюдалась инфильтрация собственной пластинки тонкой кишки воспалительными мононуклеарами в дополнение к аномалиям и деформациям архитектоники эпителия с удлинением крипт. Аномалии имели очаговую локализацию в тонкой кишке, но не распространялись на толстую кишку. С функциональной точки зрения, у этих мышей обнаружено увеличение экспрессии мРНК противомикробных пептидов (Reg3β и Reg3γ), повышение уровня металлопротеиназы (MMP8) и снижение активности мРНК, кодирующей белки плотных контактов.
Эти изменения врожденного иммунного ответа и эпителиального барьера слизистой оболочки могут объяснить системную бактериальную транслокацию в селезенку (Escherichia coli и Enteroccocus hirae).

КАКОВЫ ПРАКТИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ?

Это исследование показывает полезность эндоскопии верхних отделов желудочно-кишечного тракта с биопсией в подтверждении экзогенной дисфункции кишечника.

Тем не менее рекомендовать конкретное терапевтическое лечение пока не представляется возможным.

ЧТО МЫ УЖЕ ЗНАЕМ?

Синдром раздраженного кишечника (СРК) — это распространенное во всем мире заболевание, которое характеризуется периодической болью или дискомфортом в животе. Возникая в основном у женщин, СРК связан с изменениями частоты и формы стула, при этом последняя определяет подгруппы СРК: СРК с преобладанием запора (СРК-З), СРК с преобладанием диареи (СРК-Д) или СРК смешанного типа (СРК-СТ).
Патогенез СРК включает изменения моторики желудочно-кишечного тракта, кишечной секреции, висцеральной гиперчувствительности и проницаемости кишечника — на все эти факторы могут влиять изменения микробиома кишечника [2]. Кроме того, на симптомы СРК влияют диета, генетика макроорганизма и окружающая среда, которые также модулируют микробиом кишечника человека [2].

Экспериментальные данные, подтверждающие роль кишечного микробиома в СРК, основаны на исследованиях трансплантации материала пациента мышам-гнотобиотам, в которых удалось воспроизвести определенные симптомы СРК-З и СРК-Д (время пассажа содержимого по кишечнику, болевые ощущения, кишечная проницаемость...) [3]. Поскольку надежные животные модели СРК отсутствуют, для определения взаимодействия между микробиомом кишечника и патологическими путями, специфичными для человека, необходимы исследования у людей. Исследования СРК у людей в целом ограничены использованием поперечной выборки и невозможностью стратификации на подгруппы, что отражается в несогласованности результатов, полученных в большом количестве исследований микробиома [4]. Хорошо описанное влияние пассажа содержимого по желудочно-кишечному тракту на микробиом кишечника еще больше увеличивает вариабельность исследований. Кроме того, СРК, как и другие хронические желудочно-кишечные расстройства, характеризуется периодами ремиссии и обострений, а при поперечном сборе данных не учитываются колебания заболевания во времени. Наконец, неотъемлемые различия в физиологии людей и животных были препятствием для прогресса в нашем понимании механистических ролей микробиома кишечника в развитии СРК. Авторы выполнили продольное исследование в подгруппах пациентов с СРК, интегрировав мультиомные измерения, включающие микробный метагеном, транскриптом макроорганизма и метилом, с оценкой функций клеток макроорганизма.

Это позволило выявить механизмы, специфичные для подгрупп СРК, индуцированные нарушением метаболизма микробиоты, которые сопутствовали одновременным изменениям в физиологии макроорганизма.

ГЛАВНОЕ В ЭТОМ ИССЛЕДОВАНИИ?

Авторы провели проспективное обсервационное продольное исследование с мультиомным анализом микробиома кишечника и клеток макроорганизма. Здоровых участников сравнивали с пациентами с СРК-З и СРК-Д. В общей сложности 77 участников сдали по меньшей мере один образец кала (всего получено 474 образца кала), а 42 участника прошли ректороманоскопию, которая позволила выполнить биопсию толстой кишки. Чтобы идентифицировать микробные факторы, вызывающие симптомы, специфичные для каждого из подтипов СРК, выполняли метагеномное секвенирование и метаболомный анализ образцов кала. Также проводили метаболомный анализ и анализ цитокинов с использованием образцов сыворотки. Наконец, выполняли 16S-секвенирование, а также метаболомный, транскриптомный и метиломный анализы биоптатов толстой кишки.

Авторы выявили различия в составе и разнообразии микробиоты кишечника между здоровыми участниками и пациентами с СРК-З или СРК-Д.
Метаболомный анализ кала позволил обнаружить у пациентов с СРК-Д повышенный уровень триптамина — метаболита триптофана, продуцируемого некоторыми кишечными бактериями (рисунок 1). Поскольку триптамин ускоряет пассаж содержимого кишечника из-за действия на серотониновые рецепторы 5-HT4, предполагают, что он может играть роль в формировании фенотипа этих пациентов. Кроме того, у пациентов с СРК-Д была больше доля первичных желчных кислот, что является признаком нарушения трансформации желчных кислот микробиотой. Эксперименты in vitro свидетельствуют, что первичные желчные кислоты усиливают секрецию в толстой кишке и также могут участвовать в формировании фенотипа.

Наконец, интеграция мультиомных данных выявила потенциальный новый механизм развития СРК. Результаты показывают, что у пациентов с СРК наблюдается усиленная деградация пуриновых нуклеотидов, в частности гипоксантина, микробиотой и клетками макроорганизма, что вызывает стресс толстой кишки. Предполагают, что это может приводить к компенсаторной реакции с увеличением синтеза пуринов. Низкие уровни пуриновых нуклеотидов способны ослабить поступление энергии в эпителий слизистой оболочки и снизить ее репаративную способность, что может вносить частичный вклад в патофизиологию СРК.

КАКОВЫ ПРАКТИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ?

Эти данные предполагают роль микробиоты кишечника в патофизиологии СРК с различиями между СРК-З и СРК-Д. Более того, они указывают на потенциальную роль дефицита пуриновых нуклеотидов, в частности вследствие чрезмерного потребления гипоксантина микробиотой и клетками макроорганизма. Полученные результаты указывают путь к лечению, стимулирующему выработку гипоксантина микроорганизмами или локально ингибирующему ксантиноксидазу в кишечнике.

МИКРОБИОТА КИШЕЧНИКА И КИШЕЧНЫЙ БАРЬЕР

Микробиота кишечника — это начальный барьер, защищающий слизистую оболочку кишечника от патогенов. Эта
сложная экосистема населяет желудочно- кишечный тракт, в котором она остается стабильной и ограничивает доступ к кишечным нишам и питательным вещес твам, необходимым для размножения экзогенных бактерий, посредством явления, называемого «резистентность к колонизации» [1] (рисунок 1). Энтероциты, которые формирует физический барьер между просветом кишечника и тканями макроорганизма, поглощают воду и питательные вещества и секретируют противомикробные пептиды — ПМП (Reglllγ, β-дефенсины и кателицидин) [ 2 ] . Б лагодаря распознаванию микробных молекулярных паттернов (MПМП) специфическими рецепторами (включая toll-подобные рецепторы, TLR) эти клетки могут передавать сигнал цитокинам и хемокинам об инфекции и рекрутировать иммунные клетки (рисунок 2). Клетки Панета также участвуют в реализации резистентности к колонизации, секретируя ПМП (лизоцим, α-дефенсины, Reglllγ) [2].

Бокаловидные клетки, секретирующие с л и з ь , и М - к л е тк и о б л а д а ю т ко н тро л ирующим де й с т в и ем,
транспортируя антигены, интактные и захваченные случайным образом в просвете кишечника у комменсальных бактерий, патогенов или пищевых продуктов.

Затем они проходят процессинг в дендритных клетках (ДК) и презентацию адаптивной иммунной системе. Эта
функция жизненно важна для кишечной толерантности и индукции иммунных реакций слизистых оболочек [2], поэтому постоянно поддерживается баланс между про- и противовоспалительными ответами (рисунок 2). В частности, это продемонстрировано на моделях индуцированного колита у мышей и на мышах с дефицитом TLR: отсутствие микробиоты или ее распознавания подавляет пролиферацию эпителиальных клеток кишечника или восстановление барьера [2]. Наконец, слизь также обеспечивает защиту, улавливая ПМП, которые препятствуют проникновению патогенов в эпителий. В модели мышей с дефицитом Muc2 (Muc2 — это ген, кодирующий один из белков, образующих слизь) наблюдается усиление транслокации комменсальных бактерий и развиваются воспалительные заболевания кишечника [3]. 

Протягивая свои отростки между эпителиальными клетками, ДК способны фагоцитировать бактерии, присутствующие в просвете кишечника. Затем эти комменсальные бактерии транспортируются в мезентериальные лимфатические узлы, индуцируя продукцию IgA, секретируемого плазматическими клетками [1].

Врожденные лимфоидные клетки (ILC) также играют важную роль в гомеостазе кишечника ввиду их способности инициировать и направлять иммунные реакции кишечника. В частности, ILC типа 3 (ILC3) занимают уникальное место во взаимодействии с микробиотой кишечника. Синтезируя ИЛ-22, они стимулируют продукцию слизи, ПМП и секрецию хемокинов, а также рекрутинг полиморфноядерных (ПМЯ) клеток (рисунок 2) [1].

ПЕРЕКРЕСТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ МИКРОБИОТОЙ КИШЕЧНИКА И ВРОЖДЕННОЙ ИММУННОЙ СИСТЕМОЙ

Среди компонентов врожденной иммунной системы, которые участвуют в обеспечении гомеостаза кишечника, основную роль играют антигенпрезентирующие клетки (АПК), такие как макрофаги (Mφ) и ДК. Mφ и ДК синтезируют ИЛ-10, таким образом способствуя дифференцировке Treg [4] и созреванию Th17-лимфоцитов при участии комменсальных бактерий: сегментированных нитчатых бактерий (SFB).

Они обладают особой способностью фиксироваться к эпителиальным клеткам кишечника, вызывая активную стимуляцию иммунной системы [5] (рисунок 3). Исследование показывает, что колонизация мышей этими SFB вызывает дифференцировку Th17, которая обеспечивает защиту от Citrobacter rodentium (мышиный эквивалент EPEC и EHEC). Высказано предположение, что эта защита обусловлена способностью SFB индуцировать стимуляцию синтеза Th17 ИЛ-22 — цитокина, который стимулирует продукцию ПМП [6].

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ МИКРОБИОТОЙ И АДАПТИВНОЙ ИММУННОЙ СИСТЕМОЙ

Окончательное созревание адаптивной иммунной системы характеризуется заселением слизистой оболочки кишечника зрелыми эффекторными Т-лимфоцитами с провоспалительными свойствами (Th17), Т-лимфоцитами с противовоспалительными свойствами (Treg) и В-лимфоцитами (рисунок 2). Помимо воздействия на макрофаги и дифференцировку Th17-клеток, SFB также стимулируют развитие лимфоидных фолликулов и участвуют в дифференцировке B-лимфоцитов в плазматические клетки, продуцирующие IgA, действие которого заключается в удержании патогенных бактерий в слизи [5]. Другие комменсальные бактерии также могут стимулировать адаптивные иммунные реакции: смесь 17 штаммов Clostridia, изолированная из образца кала человека и введенная мышам, вызывала противовоспалительный ответ, стимулируя Treg [7].
У Faecalibacterium prausnitzii также обнаружены противовоспалительные свойства in vitro и in vivo, опосредованные воздействием на фактор NF-κB, ДК и Mφ, которые секретируют ИЛ-10 и усиливают дифференцировку Treg в противовес Th17 [8]. Противовоспалительная активность описана и у Bacteroides fragilis и B. thetaiotaomicron. B fragilis синтезирует полисахарид A (PSA), который предотвращает продукцию провоспалительного ИЛ-17 и стимулирует секрецию противовоспалительного ИЛ-10 (рисунок 3). В специфической модели колита, индуцированного Helicobacter hepaticus, PSA стимулировал развитие лимфоидных фолликулов и Treg-лимфоциты, защищая организм мышей [9].

МИКРОБНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ: ВАЖНЫЕ МЕДИАТОРЫ ПЕРЕКРЕСТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ МИКРОБИОТОЙ И АДАПТИВНЫМ ИММУНИТЕТОМ

Короткоцепочечные жирные кислоты (КЧЖК), метаболиты триптофана и соли желчных кислот являются основными метаболитами, продуцируемыми микробиотой кишечника, которые обеспечивают защиту от инфекций [9, 10]. Известно, что бутират, пропионат и сукцинат действуют на гомеостаз кишечника, секрецию слизи, а также различные клетки иммунной системы. Помимо прочего, бутират обладает противовоспалительным и противомикробным действием. Оно реализуется посредством рецепторов, связанных с G-белком (GPR), обнаруженных на эпителиальных клетках и макрофагах [9]. Бактерии F. prausnitzii как раз продуцируют большое количество бутирата, что частично может объяснить их противовоспалительный эффект. Бутират инактивирует NF-κB и, таким образом, подавляет синтез энтероцитами провоспалительных цитокинов ИФН-γ, ФНО-α, ИЛ-1β, ИЛ-8 [8] (рисунок 3). Он также индуцирует метаболические и эпигенетические модификации (посредством гистондеацетилаз, HDAC) макрофагов у мышей, тем самым усиливая их противомикробную активность in vitro и in vivo [11]. Комменсальные бактерии также могут метаболизировать триптофан и продуцировать противомикробные вещества. Примером являются Lactobacilli, использующие его в качестве источника энергии для синтеза индола, который связывается с арилуглеводородными рецепторами (AhR), присутствующими на ILC3. AhR запускают продукцию ИЛ-22 ILC, что дополнительно стимулирует секрецию ПМП и защищает от инфекций [9].

ПЕРЕКРЕСТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МИКРОБИОТЫ И КИШЕЧНОЙ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ

Основными причинами вирусного гастроэнтерита являются норовирус и ротавирус [12]. Кишечные вирусы инфицируют различные типы клеток: энтеровирус 71 специфически инфицирует бокаловидные клетки, тогда как ротавирус преимущественно тропен к энтероцитам [13] (рисунок 4A). Микробиота кишечника выступает в качестве барьера на пути кишечных вирусных инфекций. Вирусы эволюционировали и адаптировались к макроорганизму, реализуя механизмы, которые позволяют им преодолевать кишечный барьер и избегать барьерного иммунитета: эффективно перорально инфицировать мышей кишечными вирусами человека довольно сложно [13]. Проникновение вируса в энтероцит вызывает секрецию интерферона III типа (ИФН).
Обнаружение вируса может индуцировать синтез ИЛ-lα, который активирует продукцию ИЛ-22 ILC3. Этот ИЛ защищает от кишечных вирусных инфекций и действует синергически с ИФН III типа, обусловливая экспрессию противовирусных эффекторов и ИЛ-15. Распознавание вируса TLR-3 приводит к активации пути NF-κB, а также к продукции ИЛ-15, который активирует цитотоксические лимфоциты (NK-клетки). Вирусы, преодолевшие кишечный барьер, запускают продукцию ИФН I типа макрофагами собственной пластинки (рисунок 4B). Некоторые кишечные вирусы (ротавирус, реовирус, энтеровирус) способны прикрепляться к кишечным бактериям, что облегчает их проникновение в эпителиальные клетки кишечника [13]. SFB, которые ускоряют обновление эпителиальных клеток, обеспечивают защиту от ротавирусной инфекции у мышей путем элиминации инфицированных клеток [14]. Желчные кислоты, метаболизируемые микробиотой кишечника, также защищают тонкую (но не толстую) кишку от острой норовирусной инфекции у мышей, увеличивая выработку интерферона III типа в тонкой кишке [15].

МИКРОБИОТА КИШЕЧНИКА И ТУБЕРКУЛЕЗ

^{Eribo OA, du Plessis N, Ozturk M, et al. The gut microbiome in tuberculosis susceptibility and treatment response: guilty or not guilty? Cell Mol Life Sci 2020 ; 77 : 1497-509.}

У 5-10% людей, инфицированных Mycobacterium tuberculosis (Mt), рано или поздно разовьется активный туберкулез. Последние исследования показали, что лекарственно-индуцированный дисбиоз кишечника может способствовать развитию заболевания, ослабляя иммунную защиту против Mt. Авторы статьи рассказывают о связи между микробиотой кишечника и местным легочным иммунитетом у больных туберкулезом, а также о том, как дисбиоз кишечной микробиоты, вызванный длительной противотуберкулезной антибиотикотерапией, связан со склонностью к реинфицированию или рецидивам туберкулезной инфекции после успешного лечения. Авторы также указывают, что биологические характеристики (биосигнатура) кишечной микробиоты могут помочь отличить здорового человека от больного активным туберкулезом.

КЕТОГЕННАЯ ДИЕТА, МИКРОБИОТА И ИММУННЫЙ ОТВЕТ

^{Ang QY, Alexander M, Newman JC, et al. Ketogenic diets alter the gut microbiome resulting in decreased intestinal Th17 cells. Cell 2020 ; 181 : 1263-75.}

Кетогенная диета (КД) с очень низким содержанием углеводов и высоким содержанием жиров обычно используется при рефрактерной детской эпилепсии и иногда – при сахарном диабете и ожирении, но ее влияние на метаболизм и иммунитет еще до конца не выяснены. Авторы исследовали влияние КД на микробиоту кишечника человека и мышей с помощью метагеномики и метаболомики и сравнили его с влиянием диеты с высоким содержанием жиров. В первом случае отмечалось уменьшение количества нескольких видов бифидобактерий, а также соотношения Firmicutes/ Bacteroidetes, которое повышалось на фоне диеты с высоким содержанием жиров. Повышение уровня β-гидроксибутирата в плазме сопровождалось подавлением роста бифидобактерий. КД снижала содержание провоспалительных Th17 клеток в жировой ткани мышей и подавляла индукцию кишечных Th17 клеток.

МИКРОБИОТА КОЖИ И ЗУД

^{Kim HS, Yosipovitch G. The Skin Microbiota and Itch: Is There a Link? J Clin Med 2020 ; 9 : 1190.}

Авторы обсуждают роль микробиоты кожи в патогенезе зуда. Ощущение зуда формируется в эпидермальных нервных волокнах под действием химических медиаторов, образующихся в результате сложного взаимодействия между кератиноцитами (KЦ), воспалительными клетками, нерв - ными окончаниями и микробиотой кожи. Дисбиоз кожи характеризуется выработкой протеаз, различных молекул, связанных с патогенами, и токсинов, что приводит к повреждению кожного барьера. Дегрануляция тучных клеток под действием дельта-токсина способствует развитию воспаления и зуда. Микробиота кожи и мозг взаимодействуют с помощью ней - рохимических медиаторов (ацетилхолин, гистамин, катехоламины, кортикотропин), которые синтезируются микробиотой кожи. Стресс усиливает зуд через ось «кожаголовной мозг». Считают, что в миндале - видном теле под действием микробных сигналов может изменяться ощущение зуда. При хроническом стрессе увеличива - ется выработка кортизола, который непо - средственно активирует кожные бактерии, что увеличивает вирулентность патогеных форм. Это приводит к ослаблению кожного барьера и усилению зуда. Авторы заклю - чают, что косметические/трансдермальные препараты, модулирующие микробиоту кожи, потенциально могут уменьшать ощу - щение зуда.

МИКРОБИОТА КОЖИ И ПСОРИАЗ

^{Quan C, Chen X-Y, Li X, et al. Psoriatic lesions are characterized by higher bacterial load and imbalance between Cutibacterium and Corynebacterium. J Am Acad Dermatol 2020 ; 82 : 955-61.}

Авторы исследовали микробиоту псориатических бляшек и непораженной кожи у пациентов с обыкновенным псориазом (ОП) и здоровых добровольцев контрольной группы с помощью количественной ПЦР и секвенирования 16S рРНК. В отличие от непораженной и здоровой кожи, псориатические бляшки характеризовались более высокой бактериальной нагрузкой и меньшим микробным разнообразием. В бляшках было меньше Cutibacterium (Cu) и больше – Corynebacterium (Cr). В очагах поражения отношение Cr/Cu+Cr было выше, чем в непораженной коже. Эти результаты показывают, что ОП был основной причиной нарушения баланса между Cu и Cr в коже. Количество Cr коррелировало с тяжестью псориатических поражений, а Cu – с общим количеством бактерий в коже. Все это заставляет думать, что микробиота кожи может играть важную роль в патогенезе ОП.

ВАГИНАЛЬНЫЙ ДИСБИОЗ И НЕУДАЧНЫЕ ПОВТОРНЫЕ ПОПЫТКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКО 

^{Fu M, Zhang X, Liang Y, et al. Alterations in vaginal microbiota and associated metabolome in women with recurrent implantation failure. mBio 2020 ; 11 : e03242-19.}

Неудачные повторные попытки проведения ЭКО (НППЭ) – это невозможность забеременеть после имплантации как минимум 4 жизнеспособных эмбрионов женщине в возрасте до 40 лет. НППЭ могут быть обусловлены различными факторами со стороны эмбриона, матки или системными заболеваниями матери, но в некоторых случаях причину неудачи определить не удается. Авторы изучали вагинальную микробиоту и метаболом женщин с НППЭ и обнаружили у них вагинальный дисбиоз, отличительными особенностями которого было более высокое разнообразие микроорганизмов с увеличением количества анаэробных и аэробных бактерий, которые могут быть связаны с бактериальным вагинозом и аэробным вагинитом или инфекцией мочевыводящих путей, соответственно. В то же время в их вагинальной микробиоте наблюдалось снижение числа представителей рода Lactobacillus (LB), при этом количество L. iners сократилась, а L. crispatus стал самым многочисленным видом. Увеличение бактериального разнообразия влагалища, уменьшение количества LB и связанные с этим метаболические изменения могут служить биомаркерами, позволяющими прогнозировать риск НППЭ.

РОЛЬ ВАГИНАЛЬНОЙ МИКРОБИОТЫ ПРИ ИНФЕКЦИЯХ МОЧЕВЫВОДЯЩИХ ПУТЕЙ

^{Lewis A, Gilbert NM. Roles of the vagina and the vaginal microbiota in urinary tract infection: evidence from clinical correlations and experimental models. GMS Infect Dis 2020 ; 8 : Doc02.}

В работе обсуждается роль вагинальной микробиоты в развитии инфекций мочевыводящих путей (ИМВП), поскольку появляется все больше данных, указывающих на то, что влагалище может служить резервуаром для уропатогенов, что повышает восприимчивость к ИМВП. Escherichia coli, самый частый возбудитель ИМВП, может колонизировать влагалище. Ее количество может возрасти при обеднении вагинальной микрофлоры представителями рода Lactobacillus. Некоторые вагинальные бактерии часто обнаруживаются в моче, но их обычно не считают уропатогенами, поскольку они труднообнаружимы в повседневной клинической практике. Например, при бактериальном вагинозе (БВ) наблюдается преобладание грамотрицательных анаэробов, Actinobacteria и Firmicutes, но в то же время недостаток LB, что делает таких женщин более восприимчивыми к ИМВП. Gardnerella vaginalis обнаруживается при БВ и может вызывать острые или рецидивирующие ИМВП. Streptococcus группы B может вызвать как аэробный вагинит, так и ИМВП. Наконец, некоторые вагинальные бактерии могут ненадолго попадать в мочевыводящие пути и влиять на работу местного иммунитета или вызывать повреждение, что нарушает сбалансированное взаимодействие между организмом и различными патогенами и иногда приводит к заболеваниям.

МИКРОБИОТА И КОЛОРЕКТАЛЬНЫЙ РАК

Спорадический колоректальный рак (КРР) занимает третье место по частоте встречаемости у человека и развивается в результате взаимодействия между организмом и окружающей средой, в котором КМ играет не последнюю роль [1]. Профессор Собхани представил результаты исследования, в котором изучалась связь между эпигенетическими механизмами, реализуемыми бактериями КМ, и развитием КРР [2]. У мышей, которым трансплантировали образцы фекалий пациентов с КРР, развились предраковые поражения толстой кишки, связанные с увеличением гиперметилирования генов. У доноров с КРР наблюдались нарушения метилирования промоторов нескольких генов, связанных с дисбиозом кишечника. Используя идентифицированные микробные и эпигенетические сигнатуры, было проведено пилотное исследование (n = 266) на человеке с целью создания анализа крови для диагностики КРР. В качестве прогностического фактора был выбран кумулятивный индекс метилирования (КИМ, определяющий уровень гиперметилирования 3 генов) на момент установления диагноза КРР. Его ценность изучали в проспективной когорте из 1000 пациентов. Особенностью дисбиоза кишечника у пациентов с положительным КИМ являлось увеличение содержание прометилирующих видов бактерий. Полученные результаты указывают на то, что дисбиоз кишечника, ассоциированный с КРР, может способствовать канцерогенезу в толстой кишке за счет нарушения регуляции метилирования определенных генов. КИМ и/или наличие прометилирующих бактерий, таким образом, являются потенциальными биомаркерами для диагностики КРР или могут использоваться для оценки результатов лечения, направленного на изменение КМ у пациентов с КРР.

НОВЫЙ МАРКЕР ДИСБИОЗА ПРИ БОЛЕЗНИ КРОНА

В исследовании, которым руководил профессор Сексик, авторы изучали роль МПМ (микробный противовоспалительный медиатор, производимый Faecalibacterium prausnitzii, уровень которого снижается у пациентов с болезнью Крона, БК [3]) как биомаркера дисбиоза кишечника и диагностического маркера при БК. Авторы показали, что утрата МПМ связана с диагнозом БК. Результаты, полученные в этом небольшом предварительном исследовании (24 пациента в стадии обострения, 24 в стадии ремиссии и 12 здоровых добровольцев в контрольной группе), открывают путь к диагностике БК на основе анализа КМ, однако требуют проверки в независимых когортах.

НОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ В ЛЕЧЕНИИ ВЗК

Известно, что бактерии воспринимают сигналы окружающей среды и реагируют на них (т.н. чувство кворума). У пациентов с хроническими воспалительными заболеваниями кишечника (ХВЗК) отмечается недостаток 3-оксо-C12:2 – молекулы, которая является частью этой системы. Его выраженность коррелирует со степенью дисбиоза кишечника [4]. Ученые изучили влияние этой молекулы на эпителиальные клетки кишечника и обнаружили, что она не влияет на параклеточную проницаемость, но частично восстанавливает функцию плотных контактов, нарушенную действием провоспалительных цитокинов. Другие показали, что 3-оксо-C12:2 подавляет провоспалительное действие иммунореактивных клеток, частично с участием t2R138 рецептора. Таким образом, 3-оксо-C12:2 может оказывать защитное действие на кишечный барьер, модулировать воспалительные реакции и, следовательно, может использоваться в лечении ВЗК.

ЧТО МЫ УЖЕ ЗНАЕМ ПО ЭТОЙ ТЕМЕ?

Микробиота кишечника новорожденных характеризуется более низким бактериальным разнообразием и более высокой долей патогенных бактерий. Более того, их кишечная иммунная система еще не сформировалась. Эти два фактора влияют на эпителиальный барьер кишечника и усиливают продукцию провоспалительных медиаторов.

Некротизирующий энтероколит (НЭК) представляет собой ишемическое и воспалительное заболевание желудочно-кишечного тракта, которое возникает у недоношенных новорожденных. Патофизиология НЭК изучена мало, но известно, что при этом имеет место дисбактериоз кишечника и воспалительный процесс в нем. Использование антибиотиков и антацидов способствует развитию дисбактериоза, а также увеличивает риск развития НЭК.

Новорожденные также могут страдать от других ишемических и воспалительных заболеваний, таких как заворот тонкой кишки и очаговая перфорация желудочно-кишечного тракта.

КАКОВА ЦЕННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭТОГО ИССЛЕДОВАНИЯ?

Авторы этого одноцентрового пилотного исследования определяли состав микробиоты кала (МК) и микробиоты слизистой (МС), а также профиль мононуклеарных клеток и провоспалительных цитокинов в собственной пластинке слизистой у доношенных и недоношенных новорожденных. У 7 младенцев имела место распространенная ишемия кишечника (РИК) (5 случаев НЭК, 1 случай заворота тонкой кишки и 1 – тотальной ишемии толстой кишки), у 7 – очаговая ишемия кишечника (ОИК) (4 изолированных перфорации и 3 случая атрезии кишечника). МК 9 доношенных новорожденных использовали в качестве контроля.

По сравнению с новорожденными с ОИК, МС детей с РИК содержала больше бактерий вида Proteobacteria (n = 0,049) и меньше Bacteroidetes (n = 0,007) и Verrucomicrobia (n = 0,01) (рис. 1), а также представителей Bacteroides, Lachnospiracee, Ruminococcaceae и Akkermansia muciniphila (n < 0,05).

МК была менее разнообразной (индекс Шеннона) у детей с РИК чем с ОИК (n = 0,01). Относительное количество Proteobacteria и Firmicutes в составе МС было одинаковым в обеих группах (n <0,05). У детей с ОИК было больше представителей Enterobacteriaceae, а у детей с РИК – Ruminococcaceae, Bacteroides, Lachnospiracee и Staphylococcaceae. У детей с ОИК отмечалось больше B-, T- и NK- (естественные киллеры) клеток, в частности CD3+ лимфоцитов и TH17 (рис. 2а), меньше регуляторов Т-лимфоцитов (Treg), и увеличение количества клеток, экспрессирующих TNFα (рис. 2b) и INFγ (рис. 2с).

КАКОВА ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ЭТИХ РЕЗУЛЬТАТОВ?

Результаты этого пилотного исследования подтверждают, что отсутствие бактериального разнообразия и преобладание Enterobacteriaceae являются факторами риска НЭК, так же как и уменьшение количества Akkermansia muciniphila.

Коррекция дисбиоза может устранить дисбаланс между TH17 и treg и уменьшить выработку медиаторов воспаления (TNFα и INFγ).