Природа дисбиоза: микробиота кишечника

Наша кишечная микробиота — самая главная микробиота организма². Она содержит не менее 1000 различных³ видов микроорганизмов — бактерий, грибов и вирусов. Группа бактерий Firmicutes (в которую входят хорошо изученные «благотворные» бактерии — лактобактерии) и группа бактерий Bacteroidetes вместе составляют 70–90% бактериального сообщества в нашей кишечной флоре^2,4. Также наша микробиота содержит актинобактерии, к которым относятся бифидобактерии, известные своими полезными свойствами. Но в нашей микробиоте есть и бактерии, размножение которых может причинить ущерб нашему здоровью.Их называют «потенциальные патогены (sidenote: патоген это микроорганизм, который вызывает или может вызвать заболевание; см. Pirofski LA, Casadevall A. Q and A: What is a pathogen? A question that begs the point. BMC Biol. 2012 Jan 31;10:6. ) »,и обычно они находятся в меньшинстве ². Термином «дисбиоз» описывают одно или несколько следующих состояний:

• значительное изменение относительного содержания основных семейств бактерий — в частности, снижение численности лактобактерий и бифидобактерий⁵;
• падение численности или полное исчезновение полезных микроорганизмов, обычно присутствующих в нашей микробиоте (так называемых «комменсальных» микроорганизмов)¹;
• снижение разнообразия микроорганизмов микробиоты — уменьшение количества составляющих ее видов⁵;
• рост потенциально патогенных микроорганизмов в микробиоте^1,5.

В результате наша микробиота ослабевает и «болезнетворные» бактерии берут верх над «благотворными»². Микробиоте становится труднее защищать организм человека от заболеваний и выполнять свои основные функции, связанные с поддержанием нашего здоровья и благополучия^1,6.

Наш собственный уникальный дисбаланс микробиоты

Однако «дисбиоз» не является универсальным термином, который можно применить к любому человеку при любых обстоятельствах¹. На самом деле состав микробиоты индивидуален, и на него влияют наши гены, а также микроорганизмы, которые колонизировали организм в первые годы нашей жизни («микроорганизмы» — это «очень мелкие живые организмы, которые нельзя увидеть невооруженным глазом», в их число входят бактерии, вирусы, грибы, археи, простейшие и т. д., в совокупности называемые «микробами (sidenote: https://microbiologysociety.org/why-microbiology-matters/what-is-microbiology.html ) ». Микробиота настолько сильно варьируется от человека к человеку, что вполне может рассматриваться в качестве такой же уникальной характеристики, как и отпечатки пальцев⁷. Более того, она меняется в зависимости от нашего возраста, состояния здоровья, уровня стресса и рациона питания, а также от того, в каком месте мы живем и какие лекарства принимаем⁸. Это означает, что у каждого из нас может возникать свой специфический дисбиоз, при котором микробиота становится несбалансированной и перестает правильно функционировать в организме¹.

Что вызывает дисбиоз?

Как следует из определения, дисбиоз возникает под влиянием целого ряда совершено различных и нередко взаимосвязанных факторов⁵. Перечислим наиболее распространенные из них.

Факторы, связанные с самим человеком:

• генетическая предрасположенность¹; 
• возраст¹¹;
• некоторые заболевания и травмы¹.

Факторы, связанные с окружающей средой:

• применение лекарственных препаратов — антибиотиков, противовоспалительных средств и т. д.^2,5; 
• инфекции¹²;
• образ жизни — несбалансированное питание или изменения в рационе питания, стресс, курение, плохая гигиена и т. д.^1,5,8;
• загрязнение воздуха⁸.

Факторы, на которые следует обратить внимание

Как можно восстановить нарушенный баланс микробиоты?

Как правило, после эпизода дисбиоза микробиота способна самостоятельно восстановить первоначальный баланс (хотя ее состав уже не будет в точности тем, какой был раньше): это своеобразный «эффект памяти»²⁰. Но иногда этот «ре-биоз», или возврат к микробному равновесию, может занять длительное время: например, после приема антибиотиков даже у здорового взрослого человека на это может уйти 6 месяцев²¹. А иногда дисбиоз приводит к постоянному дисбалансу — ситуации, когда микробиота уже не способна возвратиться в нормальное состояние полностью, что может быть вредно для здоровья¹.

Дисбиоз — причина или следствие болезни?

Многочисленные исследования по сравнению микробиоты больных и здоровых людей показали, что дисбиоз связан с целым рядом хронических заболеваний, таких как кишечные заболевания (синдром раздраженного кишечника и болезнь Крона), ожирение, аллергия, бронхиальная астма и некоторые виды злокачественных опухолей¹. Но является ли дисбиоз причиной болезни или сама болезнь вызывает дисбиоз? Ученые не знают ответа на этот вопрос, и в настоящее время ведутся многочисленные исследования с целью это выяснить.

В 2019 году исследователи запустили Homo symbiosus — масштабный исследовательский проект, целью которого является поиск ответа на приведенный выше вопрос, а также сбор информации о связи различных хронических заболеваний с дисбиозом кишечника. Научная гипотеза заключается в том, что дисбиоз кишечника, рост микроорганизмов, воспаление и увеличение проницаемости стенки кишечника — взаимоподдерживающиеся процессы¹⁰.

Дисбиоз и заболевания, связанные с конкретной микробиотой

Дисбиоз кишечной микробиоты связан с различными заболеваниями органов желудочно-кишечного тракта, нарушениями метаболизма²², аллергиями²³ и даже психическими²⁴ расстройствами. Наряду с кишечной микробиотой в организме человека существуют уникальные микробные экосистемы, населяющие кожу²⁵, мочевыводящие пути²⁶, влагалище²⁷, ротовую полость²⁸ и легкие²⁹. И в каждой из этих микробиот может возникнуть дисбаланс, создающий условия для развития определенных заболеваний.

Дополнительная информация о дисбиозе:

Восстановление баланса микробиоты = восстановление здоровья

Что делать, если у вас дисбиоз? Существует несколько потенциальных решений, которые помогут восстановить баланс микробиоты и укрепить здоровье.

BMI-21.48

Кахексия характеризуется постоянной потерей мышечной массы и определяется как многофакторный синдром, который нельзя устранить с помощью адекватного питания. Синдром приводит к прогрессирующему нарушению функций организма, снижению переносимости противоопухолевой терапии и уменьшению продолжительности жизни. Особому риску подвержены пациенты с гастроэзофагеальным раком (ГЭР), поскольку механическое действие опухоли и связанные с ней нарушения пищеварения вызывают потерю аппетита и чувство быстрого насыщения. Микробиота кишечника, по-видимому, играет важную роль в регулировании механизмов, ведущих к раковой кахексии, таких как чувство насыщения, аппетит, общий метаболизм, системное воспаление или модуляция ответа на определенные противоопухолевые препараты. Однако функции микробиоты нарушаются действием опухоли и противоопухолевых методов лечения, которые изменяют кишечный барьер. Поэтому возникла идея изучения влияния трансплантации фекальной микробиоты (ТФМ) на кахексию у пациентов с ГЭР.

Параметры исследования: чувство насыщения, выживаемость и микробиота кишечника

Это двойное слепое рандомизированное контролируемое исследование проводилось с участием 24 пациентов с кахексией на фоне неоперабельного метастатического ГЭР, получающих паллиативную химиотерапию. Пациентам выполняли аллогенную ТФМ (группа лечения; здоровый донор с избыточным весом или ожирением) или аутологичную ТФМ (контрольная группа; донор = пациент). Основная цель исследования заключалась в оценке влияния ТФМ на чувство насыщения. Также регистрировали другие характеристики кахексии, эффективность химиотерапии и выживаемость. Для оценки влияния ТФМ на состав микробиоты кишечника выполняли поисковые анализы.

Трансплантация не повлияла на чувство насыщения, но оказала положительный эффект на прогрессирование заболевания

Вопреки ожиданиям, аллогенная ТФМ от здорового донора с ожирением не влияла на чувство насыщения или кахексию реципиента до химиотерапии. Тем не менее, она, по-видимому, оказывала благоприятное влияние на прогрессирование заболевания: по сравнению с контрольной группой, 12 пациентов в группе лечения имели более высокую частоту контроля заболевания через 12 недель (на основе критериев RECIST), а также более длительную общую выживаемость (365 по сравнению с 227 днями) и выживаемость без прогрессирования заболевания (204 по сравнению с 93 днями). До завершения исследования три пациента в контрольной группе и 0 пациентов в группе лечения умерли от причин, связанных с опухолью. После аллогенной ФМТ изменилась и микробиота кала пациентов, что указывает на хорошее приживление донорской микробиоты, несмотря на химиотерапию. Исследователи не смогли определить конкретные виды бактерий кишечника, связанные с исходами химиотерапии в группе лечения, для этого необходимы более масштабные исследования ТФМ. В конечном счете, мы надеемся на индивидуальное лечение с помощью пребиотиков и пробиотиков, специально адаптированных к микробиоте пациентов, и рассчитываем, что такое лечение будет способствовать значительному повышению эффективности противоопухолевой терапии.

ТЯЖЕЛАЯ ПРЕЭКЛАМПСИЯ И МИКРОБИОТА

^{Lin CY, Lin CY, Yeh YM, et al. Severe preeclampsia is associated with a higher relative abundance of Prevotella bivia in the vaginal microbiota. Sci Rep 2020; 10: 18249.}

Тяжелая преэклампсия (ТПЭ) — это гипертензивное нарушение беременности, которое может иметь серьезные последствия как для матери, так и для ребенка. Для него характерны артериальная гипертензия и различные проявления мультисистемных нарушений. Роль микробиоты влагалища в патогенезе ТПЭ остается неизвестной. Настоящее исследование показало, что у женщин с ТПЭ увеличено относительное количество бактерий Prevotella bivia (Pb) во влагалище. Pb — это анаэробный вид грамотрицательных бактерий, который связывали с воспалительными заболеваниями органов малого таза и бактериальным вагинозом. Предыдущие исследования показали, что ожирение является фактором риска ТПЭ и что микробиота влагалища женщин с ожирением характеризуется повышенным разнообразием и преобладанием Prevotella spp. В этом исследовании индекс массы тела (ИМТ) был самым сильным предиктором ТПЭ, и авторы предполагают, что более высокое относительное содержание Pb в микробиоте влагалища, которое жестко зависит от ИМТ, может быть фактором патогенеза ТПЭ.

ЦЕРВИКАЛЬНАЯ СЛИЗЬ ИГРАЕТ ОГРОМНУЮ РОЛЬ ДЛЯ ЖЕНСКОГО РЕПРОДУКТИВНОГО ЗДОРОВЬЯ

^{Lacroix G, Gouyer V, Gottrand F, Desseyn JL. The cervicovaginal mucus barrier. Int J Mol Sci 2020; 21: 8266.}

Цервикальная слизь (ЦС) является ключевым фактором женского здоровья: она защищает эпителий влагалища, помогает поддерживать фертильность и плодовитость. В этом исследовании авторы оценивали ее роль как в физиологическом состоянии, так и при бактериальном вагинозе. Нормальная микробиота влагалища характеризуется преобладанием Lactobacillus spp. Для здоровья влагалища необходимо беспрепятственное взаимодействие между микробиотой влагалища, ЦС и клетками макроорганизма. Оно включает подкисление молочной кислотой, продукцию активных форм кислорода, взаимодействие между муцинами и клетками и диффузию сигнальных клеток. Бактериальный вагиноз, который может вызывать преждевременные роды, характеризуется истощением Lactobacilli, которое приводит к нарушению барьерной функции влагалища. Во время беременности образуется цервикальная слизистая пробка (ЦСП), предотвращающая микробное проникновение из влагалища в матку, что защищает плод от болезнетворных микроорганизмов. ЦСП содержит слизь, противомикробные соединения и иммунные клетки. У женщин с высоким риском преждевременных родов обнаружена более короткая, более проницаемая и менее мукоадгезивная ЦСП по сравнению с женщинами с низким риском. В дополнение к пероральному или вагинальному введению антибиотиков лечение бактериального вагиноза может состоять в восстановлении лактобациллярной микрофлоры влагалища. В заключение следует сказать, что ЦС имеет важное значение для фертильности и защищает от бактериального вагиноза и инфекций, передаваемых половым путем, которые повышают риск бесплодия и преждевременных родов.

ВОЗРАСТНЫЕ ПРОФИЛИ МИКРОБИОТЫ КОЖИ

^{Li Z, Bai X, Peng T, et al. New insights into the skin microbial communities and skin aging. Front Microbiol 2020: 11: 565549.}

Внутреннее старение кожи — это естественный процесс, определяемый внутренними факторами, тогда как фотостарение — это ускоренное старение кожи вследствие многократного воздействия ультрафиолетового излучения (УФ). Очень мало известно о том, как микробиота кожи влияет на процесс старения (естественного или фотостарения), а также об эффектах, связанных с возрастом микробов кожи. Чтобы ответить на этот вопрос, авторы проанализировали 160 образцов кожи щеки и живота 80 человек разного возраста, чтобы определить возрастные профили микробиоты. Установлено, что численность цианобактерий в группе детей была выше и ассоциировалась с уменьшением УФ-индуцированного повреждения и пигментации кожи. У молодых и пожилых людей бактерии Staphycococcus, Cutibacterium и Lactobacillus улучшали кожный барьер и защищали от фотостарения. Cutibacterium может модулировать иммунные реакции, подавлять воспаление и замедлять процессы старения. У людей молодого и среднего возраста бактерии Staphylococcus могут защищать от естественного старения кожи и поддерживать гомеостаз кожной микробиоты. Авторы предполагают, что эти результаты могут иметь большое новаторское и клиническое значение и что разработка и использование микробных регуляторов гомеостаза кожи способны снизить частоту возрастных кожных заболеваний.

ИЗОМЕРАТ САХАРИДА МОДУЛИРУЕТ МИКРОБИОТУ КОЖИ

^{Sfriso R, Claypool J. Microbial reference frames reveal distinct shifts in the skin microbiota after cleansing. Microorganisms 2020; 8: 1634.}

Многие внутренние, внешние и связанные с макроорганизмом факторы модулируют микробиоту кожи. Средства для очищения кожи, такие как жидкое мыло и иные гигиенические средства, влияют на микробиоту кожи. Изомерат сахарида (SI) — это увлажнитель растительного происхождения, напоминающий естественную углеводную фракцию верхнего слоя кожи. SI связывается с кожей сильнее, чем другие увлажняющие ингредиенты, и сохраняет увлажнение дольше, чем обычно. Исследователи провели плацебо-контролируемое односторонне слепое рандомизированное клиническое исследование, чтобы изучить, как очищение кожи жидким мылом, содержащим SI, влияет на микробиоту кожи с течением времени.

Среди потенциально полезных организмов бактерии Paracoccus marcusii положительно коррелировали с активным очищающим средством. Эти бактерии естественным образом вырабатывают астаксантин — мощный антиоксидантный каротиноид, потенциально положительно влияющий на здоровье. P. mercusii также являются разрушителями потенциально канцерогенных полиароматических углеводородов и продуцентом биосурфактантов и могут играть ключевую роль в поддержании здоровья кожи. Обработка кожи SI также уменьшала количество коринебактерий (Brevibacterium casei и Rothia mucilaginosa), связанных с кожными инфекциями, что является неописанным полезным свойством активного средства для умывания.

Эти результаты свидетельствуют о том, что обработка кожи SI может оказывать благотворное влияние на кожную микробиоту.

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.