В последние годы наблюдался тревожный рост частоты ВЗК в мире. Факторы риска, предположительно связанные с развитием ВЗК, включают генетическую предрасположенность, факторы окружающей среды (гигиена, антибиотики и др.) и нарушения микробиоты кишечника. Применение антибиотиков в первые годы жизни связывают с риском ВЗК у детей, однако в отношении взрослых данных меньше и они неоднозначны. В крупном проспективном исследовании случай-контроль группой ученых была оценена связь между антибиотикотерапией и риском ВЗК.

Изучение населения Швеции

Для отбора пациентов авторы пользовались информацией, полученной в исследовании ESPRESSO*, в котором собирали все заключения о заболеваниях желудочно-кишечного тракта, сделанные в Швеции в период с 1965 г. по 2016 г., и сверяли ее с данными шведского Регистра пациентов и Регистра назначенных лекарственных средств. Далее из общей популяции авторы подобрали до 5 контрольных лиц для каждого пациента, соответствующих по возрасту, полу, месту жительства и календарному году. Наконец, в качестве группы вторичного контроля в исследование также были включены здоровые сиблинги, имеющие те же генетические факторы риска и подвергавшиеся тем же внешним факторам риска, что и пациенты. В общей сложности в исследование было включено 23 982 пациента с ВЗК в возрасте 16–65 лет, 117 827 контрольных лиц и 28 732 сиблинга.

Двукратный риск развития ВЗК

Согласно результатам исследования, применение антибиотиков ассоциировалось с увеличением риска ВЗК в 1,88 раза. Риск язвенного колита (ЯК) и болезни Крона повышался в 1,74 и 2,27 раза соответственно. Кроме того, риск возрастал с увеличением количества случаев назначения антибиотиков и при применении антибиотиков широкого спектра действия. По мнению авторов, результаты исследования свидетельствуют в пользу гипотезы, согласно которой дисбиоз кишечника, вызванный антибиотикотерапией, может привести к дисфункции кишечного барьера и локальной воспалительной реакции, а следовательно, и к повышению риска ВЗК.

Применение антибиотиков – независимый риск?

Связь, хотя и слабая, между применением антибиотиков и ВЗК была также отмечена среди лиц, имеющих одну ту же генетическую предрасположенность и подвергавшихся в детстве одним тем же внешним факторам, а именно при сравнении пациентов с их сиблингами в качестве контрольной популяции. Для изучения механизмов, по которым антибиотики изменяют микробиоту кишечника и приводят к развитию ВЗК, необходимы дальнейшие исследования. Как бы то ни было, это еще один аргумент в пользу осторожного и целенаправленного применения антибиотиков.

^{*ESPRESSO = эпидемиологические данные в Швеции, подкрепленные патогистологическими заключениями (Epidemiology Strengthened by histoPathology Reports in Sweden)}

Связи между кишечником и головным мозгом контролируют состояние тканей кишечника и его микробиологическое и пищевое содержимое путем регуляции физиологических функций кишечника, таких как всасывание питательных веществ и моторика, а также пищевого поведения. Вследствие этого можно предположить о существовании нервных цепей, которые способны выявлять кишечные бактерии и передавать информацию о них в отделы центральной нервной системы, отвечающие за регуляцию физиологических функций кишечника. В связи с этим было проведено данное исследование, целью которого являлось изучение влияния микробиоты на нейроны, связанные с кишечником, путем использования моделей гнотобиотических мышей (sidenote: гнотобиотических мышей Мыши, имеющие только определенные, заранее известные штаммы бактерий (либо других микроорганизмов) )  в комбинации с транскриптомикой (sidenote: транскриптомикой  Измерение экспрессии генов путем определения количества всех транскриптов, содержащихся в клетке в данное время и в данных условиях ) , методами отслеживания нервных цепей (антероградная трассировка (sidenote: антероградная трассировка Метод для определения пути аксональных отростков от их источника до точки их окончания ) , трансляционное профилирование (sidenote: трансляционное профилирование Выявление, количественное определение и мониторинг соединений, продуцируемых микробиотой ) ) и функциональными манипуляциями (хемогеномика (sidenote: Chemogenomics Transgenesis techniques able to modify the response of a population of neurons to a chemical compound ) ).

Картирование симпатической иннервации кишечника

Авторы определили, какие нейроны участвуют в симпатической иннервации кишечника (система eEAN (sidenote: extrinsic Enteric-Associated Neurons ) ) в каждом его отделе (тощая кишка, подвздошная кишка и т. д.), и разделили эти нейроны на две группы:

- афферентные нейроны (от кишечника к нервной системе), посылающие информацию в спинальный ганглий (DRG) и нодозный ганглий (NG, нижний ганглий блуждающего нерва);

- эфферентные нейроны (от нервной системы к кишечнику), возбуждающие нейроны симпатических чревных и верхнего брыжеечного ганглиев (CG-SMG). Последние помимо кишечника передают информацию в другие органы (селезенка, поджелудочная железа, печень), и их роль может быть намного шире (иммунитет, метаболизм), чем просто снижение моторики кишечника.

Благодаря данной работе стало возможным определение потока информации, движущегося к кишечнику и от него через систему eEAN.

Микробиота модулирует активность связи «кишечник – головной мозг»

Наконец, у безмикробных мышей авторы отметили повышенную активность нейронов NG и CG-SMG (но не DRG), связанных с кишечником, что указывает на то, что данные eEAN-нейроны активируются отсутствием бактерий. Напротив, у гнотобиотических мышей, колонизированных микроорганизмами, которые продуцируют короткоцепочечные жирные кислоты, а также у безмикробных мышей, принимавших КЦЖК с питьевой водой, нейроны CG-SMG не были активны, что свидетельствует о том, что КЦЖК подавляют деятельность эфферентных eEAN-нейронов. Таким образом, система eEAN представляет собой сенсорную систему, которая способна обнаруживать бактерии и их метаболиты и нейроны которой активируются при дисбиозе кишечника. По словам авторов, открытие связи, посредством которой микробиота и/или ее метаболиты модулируют активность системы eEAN, может послужить основой для разработки новых терапевтических методов управления моторикой кишечника, висцеральной болью, заболеваниями кишечного иммунитета и обмена веществ при условии, что имеющие место сигналы, связанные с бактериями, будут лучше изучены.

Появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что фузобактерии (Fusobacterium) являются важным кишечным бактериальным возбудителем, связанным с колоректальным раком. Однако до недавно проведенного ретроспективного исследования роль данных бактерий в развитии местнораспространенного рака прямой кишки, а также их судьба после химиотерапии и участие в прогрессировании опухоли оставались неизвестными. В данном исследовании определяли уровни F. nucleatum в микросреде опухоли у 143 пациентов до ее резекции: 87 из этих пациентов получали неоадъювантную химиолучевую терапию перед удалением опухоли, а остальные 56 участников служили контролем.

Уменьшение количества F. nucleatum после предоперационной химиотерапии

Визуализация и количественное определение F. nucleatum с использованием метода гибридизации in situ продемонстрировали, что бактерия в основном обнаруживалась на поверхности опухоли, обращенной в просвет кишечника, и что проведение химиолучевой терапии значимо уменьшало ее численность. Плотность F. nucleatum на поверхности опухолей была значимо выше при отсутствии лечения, чем после проведенной терапии (медиана оценки составила 7,4 по сравнению с 1,6), при этом положительный результат по F. nucleatum для опухолей был получен у 58% контрольных пациентов по сравнению лишь с 26% пациентов, получавших химиотерапию.

Само по себе содержание бактерий не опасно, однако их персистенция сигнализирует о рецидиве опухоли

Эффекты лечения оценивали с использованием парных образцов (взятых до и после химиолучевой терапии) у 71 пациента. Обилие F. nucleatum не являлось прогностическим фактором ответа на лечение, однако персистенция бактерии после химиолучевой терапии увеличивала риск развития рецидива в девять раз. Хотя причинно-следственная связь не была подтверждена, данное явление может быть связано с отсутствием активации иммунной цитотоксичности: опухоли, которые стали F. nucleatum-отрицательными после лечения, продемонстрировали выраженное увеличение количества CD8+ Т-клеток, тогда как опухоли, которые остались F. nucleatum-положительными, не продемонстрировали индукции CD8+ Т-клеток в образцах, взятых после лечения.

Персистенция F. nucleatum — будущий биомаркер?

Следовательно, персистенция F. nucleatum после химиотерапии может быть связана с высокой частотой рецидивов при местнораспространенном раке прямой кишки, что может быть обусловлено угнетением иммунной цитотоксичности. Данный многообещающий биомаркер для прогнозирования риска рецидива после неоадъювантной химиолучевой терапии может обеспечить более индивидуализированный подход к лечению рака прямой кишки.

Считается, что неалкогольный стеатогепатит (НАСГ) встречается у 24% населения планеты, а изменение микробиоты кишечника участвует в прогрессировании распространенного фиброза до цирроза. Был проведен анализ микробиоты стула 163 пациентов из США для определения диагностического потенциала этой связи. В исследовании приняли участие 54 человека из контрольной группы, не страдающих НАСГ, 27 пациентов с НАСГ и циррозом печени (наиболее поздняя стадия заболевания) и их родственники первой степени родства. Результаты были подтверждены данными двух независимых китайских и итальянских когорт.

Две независимые сигнатуры

Результаты показали потерю бактериального разнообразия у пациентов с НАСГ и циррозом. Обнаружено, что она коррелирует с определенными клиническими параметрами, особенно уровнем ЛПНП, свертыванием крови и уровнем инсулина в крови. Что еще более важно, подход с использованием машинного обучения (sidenote: машинного обучения Метод автоматического обучения, при котором искусственный интеллект решает задачу на основе собранных метагеномных и метаболомных данных, в данном случае идентификации различающихся видов бактерий. Wazid M, Das AK, Chamola V, et al. Uniting cyber security and machine learning: Advantages, challenges and future research. ICT Express, 2022; 8(3), 313-321. )  идентифицировал бактериальную сигнатуру цирроза на основе 19 видов с диагностической точностью 0,91. Этот дисбиоз был связан с функциональной сигнатурой, особенно с биосинтезом определенных аминокислот (ароматических и разветвленных), жирных кислот и нуклеотидов. Данные результаты, которые были подтверждены в независимых когортах, предполагают, что нарушение регуляции основных микробных метаболических процессов может способствовать прогрессированию заболевания до цирроза. Следовательно, нарушенная продукция метаболитов способна объяснить, как дисбиоз кишечника может повлиять на печень. Для дальнейшего подтверждения этой потенциальной причинно-следственной связи была идентифицирована независимая сигнатура на основе 17 метаболитов, которая имела такую же диагностическую точность, как и микробная сигнатура. Между двумя сигнатурами обнаружены существенные корреляции.

Дифференцировка цирроза и фиброза печени

Впоследствии исследователи попытались уточнить эту микробную сигнатуру. Принимая во внимание также возраст и уровни альбумина в крови, они немного улучшили точность сигнатуры в дифференцировке пациентов с циррозом и контрольных лиц, но прежде всего подтвердили ее эффективность в китайской и итальянской когортах. Наконец, включение в модель крайне дифференцирующего дополнительного параметра (повышенные уровни аспартатаминотрансферазы (АСТ) в крови пациентов с циррозом) позволяло отличить цирроз от ранней стадии фиброза легкой и умеренной степени.

Неинвазивный диагностический инструмент или даже метод лечения?

Робастность этой кишечной сигнатуры в разнородных географических и культурных популяциях показывает ее потенциал в качестве инструмента диагностики цирроза печени. Некоторые виды бактерий в микробиоте кишечника могут стать полезным неинвазивным и универсальным диагностическим инструментом или даже потенциальными мишенями для новых подходов к терапии.

Почти четверть населения планеты может быть заражена кишечными паразитами. Однако паразиты, а также их взаимодействие с микробиотой, относятся к наименее изученным организмам, колонизирующим экосистему кишечника. По этой причине группа исследователей попыталась оценить связь между наличием паразитов и составом микробиоты кишечника, ее метагеномом и иммунным ответом макроорганизма, исследовав 575 взрослых камерунцев. Состав микробиоты анализировали с помощью секвенирования и амплификации 16 S рРНК, а также метагеномики методом дробовика.

Микробиота — индикатор паразитов

Помимо образа жизни (скотоводы, земледельцы-животноводы или охотники-собиратели), присутствие паразитов — особенно выраженное у охотников-собирателей — было фактором, наиболее тесно связанным с составом микробиоты. Большее количество кишечных паразитов и особенно (совместное) наличие четырех гельминтов, передающихся через почву (Ascaris lumbricoides, Necator americanus, Trichuris trichiura и Strongyloides stercoralis — так называемые паразиты «ANTS»), коррелировало с повышенным альфа-разнообразием. Состав микробиоты способен прогнозировать присутствие гельминтов в кишечнике с точностью до 80%, а паразитов ANTS - до 84%. Колонизация кишечника ANTS сопряжена с более высокими уровнями циркулирующих цитокинов (включая некоторые провоспалительные), т. е. выходит, что ANTS могут модулировать иммунные механизмы. В этот процесс может быть вовлечена микробиота: ее состав способен прогнозировать циркулирующие уровни интерлейкина 5, который в значительной степени участвует в иммунном ответе на гельминтную инвазию.

Функциональные взаимодействия между паразитами и микробиотой

При изучении потенциального метаболического взаимодействия между микробиотой и паразитами исследователи установили связь между наличием паразитов и различными функциями в бактериальном метагеноме. У пациентов с наличием ANTS они наблюдали более отчетливое присутствие бактериальных генов, участвующих в метаболизме пурина и пиримидина — двух азотистых молекул, присутствующих в составе нуклеотидов ДНК, которые некоторые паразиты неспособны синтезировать и вынуждены извлекать из своей среды. Размер когорты также позволил проанализировать связь между образом жизни и микробиотой кишечника. Например, в микробиоте некоторых этнических групп скотоводов они наблюдали большое количество нескольких видов, способных метаболизировать галактозу и молочные липиды, которые отличаются от бифидобактерий, обнаруживаемых у европейцев. По мнению исследователей, углубление знаний о взаимодействии между макроорганизмом, паразитами и микробиотой может помочь в разработке стратегий целевого воздействия на микробиоту для лечения или профилактики гельминтозов.

Присутствие бактерий в опухолях человека — не новость: мы знаем об этом уже более века. Несмотря на это, об опухолевой микробиоте действительно мало что известно по причине ее низкой биомассы. Используя комбинацию нескольких технологий, группа исследователей изучила 1010 образцов опухолей и 516 образцов здоровых прилегающих тканей; исследовали в общей сложности семь типов опухолей: молочной железы, легкого, яичников, поджелудочной железы, костей, головного мозга и меланому.

Бактерии в опухолях и макрофагах

Первая находка: частота обнаружения бактериальной ДНК зависит от типа опухоли: она колеблется от 14,3% в случае меланомы до более чем 60% в случаях рака молочной железы, поджелудочной железы и костей. Исследование более чем 400 дополнительных опухолей подтвердило, что бактериальные компоненты (16S рРНК и липополисахариды (sidenote: Липополисахариды молекулы, обнаруживаемые в наружной мембране бактерий ) ) часто присутствуют как в раковых клетках, так и в соседних иммунных клетках. С другой стороны, сферические или палочковидные бактерии обнаруживали редко, что позволяет предположить возможное изменение оболочки внутриопухолевых бактерий.

Определенная микробиота при каждом типе рака

Вторая находка: рак молочной железы характеризуется особенно богатой и разнообразной микробиотой: в среднем в опухоли выявляется 16,4 вида бактерий по сравнению с менее чем 9 видами при других типах рака. Посев свежих образцов опухоли подтверждает благополучное развитие этих бактерий. Что еще более важно, каждый тип опухоли имеет свой бактериальный состав. Например, виды, принадлежащие к типам Firmicutes и Bacteroidetes, наиболее часто встречаются при колоректальных опухолях, тогда как Proteobacteria преобладают при раке поджелудочной железы.

Эффект ниши

Наконец, метаболическая активность внутриопухолевой микробиоты сильно зависит от типа опухоли. Например, при раке легкого увеличивается количество бактерий, способных расщеплять химические вещества сигаретного дыма (толуол, акрилонитрил и т. д.). По мнению исследователей, высокие концентрации этих метаболитов могут формировать нишу, благоприятную для бактерий, способных их метаболизировать.

Управление микробиотой опухолей?

На этом этапе исследование не сообщает нам, играют ли бактерии причинную роль в развитии опухоли, либо сама опухоль ответственна за их присутствие (опухоль может дезорганизовать сосудистую систему, позволяя бактериям проникать в ее клетки). Поскольку другие исследования показали, что микробиота кишечника влияет на ответ на ИКТИ (sidenote: ингибитор контрольных точек иммунитета: иммунотерапия на основе моноклональных антител, направленных против контрольных точек иммунитета ) , исследователи надеются, что, управляя микробиотой опухоли, можно будет изменить защитные силы последней и, следовательно, ее ответ на иммунотерапию. Действительно, микробиота меланомы варьируется у различных пациентов с хорошим или плохим ответом на иммунотерапию. Это вселяет надежду на появление новых диагностических инструментов или даже методов лечения.

Бактериальный вагиноз (БВ) — это очень частая инфекция. Это заболевание, нередко проявляющееся незначительными симптомами, может иметь серьезные последствия: оно повышает риск инфекций, передаваемые половым путем (включая ВИЧ-инфекцию), и осложнений во время беременности (преждевременные роды и невынашивание на поздних сроках). Лечение с долгосрочной эффективностью отсутствует: БВ рецидивирует у 50% женщин через 6–12 месяцев после лечения.

Бактерии гнездятся под крайней плотью

Играют ли некоторые мужчины роль в развитии БВ у своих партнерш посредством микробиоты полового члена? Многочисленные исследования подтверждают эту гипотезу, в частности показывая более низкую частоту БВ (-40%) среди женщин, партнерам которых выполнено обрезание (sidenote: Gray, R. H., Kigozi, G., Serwadda, et al. The effects of male circumcision on female partners’ genital tract symptoms and vaginal infections in a randomized trial in Rakai, Uganda. Am J Obstet Gynecol. 2009 Jan;200(1):42.e1-7. ) . Поскольку кожа, покрытая крайней плотью, особенно богата бактериями, вызывающими бактериальный вагиноз, некоторые ученые полагают, что обрезание является фактором его профилактики.

В микробиоте полового члена и влагалища обнаруживают одинаковые виды бактерий

Группа исследователей наблюдала 168 гетеросексуальных пар, в которых партнерша не была инфицирована в начале исследования. После одного года наблюдения почти у каждой третьей женщины развился бактериальный вагиноз. Согласно анализу, возникновение БВ напрямую связано с составом микробиоты полового члена. Авторы идентифицировали семь видов бактерий, присутствие которых точно прогнозировало возникновение бактериального вагиноза. Некоторые из этих видов также обнаруживали в микробиоте влагалища инфицированных женщин.

Необходимо лечить мужчин, чтобы защитить женщин?

Эти результаты заставили исследователей выдвинуть две гипотезы: либо бактерии микробиоты полового члена непосредственно передаются женщинам во время полового акта, либо они нарушают микрофлору влагалища и вызывают инфекцию в отдаленной перспективе. При любом сценарии исследователи выступают за включение партнеров-мужчин в процесс лечения инфицированных женщин и предлагают рассматривать лечение, которое, изменяя микробиоту полового члена, предотвратило бы возникновение или рецидив бактериального вагиноза.

Алкоголизм является значимой причиной смерти и имеет серьезные последствия для надлежащего функционирования органов. Сопутствующий вред алкоголизма включает серьезные изменения кишечной микробиоты, приводящие к нарушению «диалога» между кишечником и головным мозгом. Считается, что кишечная микробиота играет роль в поведенческих расстройствах и разных видах зависимости: держа в уме эту теорию, группа исследователей изучала, возможно ли ослабить алкогольную зависимость, перенеся микробиоту кишечника здоровых людей в организм пациентов с алкогольной зависимостью. С этой целью двадцать мужчин в возрасте от 60 до 70 лет, страдающих хроническим алкоголизмом, разделили на две группы, в одной из которых выполняли трансплантацию фекальной микробиоты (ТФМ) от здорового донора, а в другой — клизму с плацебо.

ТФМ ослабляла тягу к алкоголю и снижала его потребление

Через пятнадцать дней после ТФМ исследователи наблюдали:

- ослабление тяги к алкоголю у 90% пациентов из группы ТФМ по сравнению с 30% пациентов из группы плацебо

- снижение уровня молекул-маркеров потребления алкоголя в моче у пациентов в группе ТФМ — признак уменьшенного потребления

- улучшение когнитивной функции и психосоциального благополучия у пациентов в группе ТФМ

Через шесть месяцев после ТФМ пациенты продолжали сообщать о меньшем количестве серьезных проблем, связанных с алкоголем (госпитализация, обращение в отделения неотложной помощи).

В этом участвует связь кишечника и головного мозга?

Благоприятные эффекты ТФМ в лечении алкогольной зависимости сопровождались увеличением как микробного разнообразия, так и количества короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) в стуле и крови. Высокие уровни КЦЖК были связаны с присутствием определенных бактерий и более низкими индексами зависимости. По мнению авторов, улучшение поведения пациентов по отношению к алкоголю может быть результатом повышения уровней КЦЖК после ТФМ, при этом КЦЖК потенциально действуют как посредники, которые позволяют улучшить связь между кишечником и головным мозгом. Хотя эти результаты носят предварительный характер, они позволяют предполагать появление методов лечения, которые уменьшают нарушения, связанные с алкогольной зависимостью, посредством модуляции микробиоты.

Равновесие между «хорошими» и «плохими» бактериями микробиоты может быть нарушено под влиянием разных факторов. Этот дисбаланс, известный как дисбиоз (sidenote: Дисбиоз Изменение состава и функции микробиоты, вызванное сочетанием экологических и индивидуальных факторов. Дисбиоз не является четко очерченным состоянием и варьируется в зависимости от состояния здоровья каждого человека. Levy M, Kolodziejczyk AA, Thaiss CA, et al. Dysbiosis and the immune system. Nat Rev Immunol. 2017;17(4):219-232. ) , может вызвать множество заболеваний различной степени тяжести. Трансплантация фекальной микробиоты (также называемая фекальной бактериотерапией) является возможным терапевтическим решением.

Трансплантация фекальной микробиоты: многовековое решение

Трансплантация фекальной микробиоты является очень древней терапией, поскольку она проводилось в Китае уже в IV веке. Ее эффективность была признана европейскими научными сообществами только в 2013 году. На сегодняшний день показанием для нее является только рецидивирующая патогенетическая бактериальная инфекция C. difficile, это заболевание она лечит в 90 % случаев. 
Однако роль микробиоты во многих других заболеваниях (воспалительные заболевания кишечника, диабет, ожирение, нейропсихиатрические расстройства и т. д.) указывает на то, что вскоре могут быть расширены показания к трансплантации фекальной микробиоты.

Процедура

После отбора донор готовится, принимая слабительные средства. Затем его стул разбавляют стерильным раствором и фильтруют для введения реципиенту. Реципиент глотает препарат, подобный тому, который используется в колоноскопии для устранения разрушенной микробиоты.
Существует несколько способов введения стула: введение зонда через нос в желудок или двенадцатиперстную кишку, колоноскопия, клизма или – реже – прием внутрь гастро-резистентных капсул. Пацмент вместе с лечащим врачом принимают решение, какой способ введения лучше всего подходит в каждом конкретном случае.