Ось кишечник-легкие

Недавно ученые вновь подтвердили важнейшую роль микробиоты кишечника в наших защитных механизмах от инфекций.

Изменения в составе микрофлоры кишечника (дисбиоз) могут повлиять на наш иммунный ответ и, как следствие, на возникновение некоторых респираторных заболеваний, например, бронхиальной астмы, хронических обструктивных болезней легких (ХОБЛ) и респираторных инфекций.

Австралийские ученые пролили свет на взаимосвязь между микробиотой и осью «кишечник-легкие».

В фокусе - бронхиальная астма и ХОБЛ

При бронхиальной астме помимо дисбиоза в кишечнике, уменьшение количества бактериальных компонентов (липополисахаридов) в кале, вероятно, также связано с риском развития симптомов. При ХОБЛ сложно определенно сказать, являются ли изменения в составе микробиоты кишечника или дыхательных путей причиной или следствием заболевания. При этом, наличие оси "кишечник-легкие" является неоспоримым.

Защитный эффект микробиоты кишечника

В ряде исследований была доказана связь между дисбалансом в микробиоте, нарушениями механизмов иммунной защиты и развитием бактериальных или вирусных респираторных инфекций. Была доказана клиническая польза некоторых штаммов пробиотиков (особенно ряда лактобактерий и некоторых бифидобактерий) в этих условиях.

По мнению авторов, несмотря на необходимость проведения дополнительных исследований для более глубокого понимания взаимосвязи между микробиотой кишечника и респираторными заболеваниями, эти результаты свидетельствуют о новых возможных методах лечения.

Подробнее о микробиоте кишечника

«Яблоко на ужин – и доктор не нужен». Объяснение этой старинной английской поговорки кроется в изобилии витаминов, минералов и других антиоксидантов в этом фрукте, но кроме этого яблоки являются важным источником полезных микроорганизмов (бактерий, вирусов, грибов), которые колонизируют и временно обогащают нашу микробиоту кишечника. Лишь в немногих исследованиях изучались эти «хорошие» микробы, тогда как большинство исследований были сосредоточены на микроорганизмах, ответственных за пищевые инфекции. Это упущение было исправлено группой австралийских ученых, чьи работы опубликованы в журнале Frontiers in Microbiology.

Органические продукты обеспечивают большее разнообразие

Исследователи проанализировали все микроорганизмы, содержащиеся в мякоти, кожуре, ножке и семенах яблок, а также влияние метода выращивания на эту экосистему и на наше здоровье. Первое наблюдение: большинство бактерий сосредоточено в ножке, семенах и чашечке... которые мы обычно не едим. Но в мякоти и кожице также содержатся бактерии. Еще одним результатом исследования было то, что микробиота органических яблок не более многочисленна, но гораздо более разнообразна и более однородна, чем у яблок промышленных культур. Это может ограничить присутствие вредных микроорганизмов. И хорошая новость: разнообразие микроорганизмов выше в мякоти плода.

Бактерии, полезные для нашего здоровья

Исследование также показало, что органические яблоки в основном содержат лактобациллы, обладающие хорошо известными полезными свойствами, а также другой тип бактерий, отвечающих за вкус клубники. Что касается микробиоты яблок промышленного производства, то в ней значительно преобладают энтеробактерии, семейство бактерий, включающее некоторые виды (такие как Escherichia coli ), ответственные за пищевые инфекции. Авторы считают, что эти различия в микробиологическом составе обусловлены, среди прочего, сельскохозяйственной практикой и условиями хранения. И они надеются однажды увидеть описание микробиологического состава на этикетках продуктов, наряду с содержанием макроэлементов, витаминов и минералов.

Источники:

Wassermann B, Müller H, Berg G. An Apple a day: which bacteria do we eat with organic and conventional apples? Front. Cell. Infect. Microbiol. 10:1629.

Апельсины под микроскопом

Апельсины и цитрусовые известны не только высоким содержанием аскорбиновой кислоты (витамина С) и каротеноидов, но также являются основным источником флавоноидов, которые обладают антиоксидантными, противовоспалительными, противоопухолевыми и гиполипидемическими свойствами. Считается, что эти фрукты сохраняют наше здоровье и защищают от хронических заболеваний.

300 миллилитров апельсинового сока в день

В небольшом клиническом исследовании ученые из Сан-Паулу измерили эффект ежедневного потребления пастеризованного апельсинового сока на состав кишечной микробиоты и обмен веществ 10 здоровых молодых женщин. В течение первого месяца пациентки должны были пить и есть в соответствии со своими пищевыми привычками, но избегая потребления источников флавонидов, пребиотиков и пробиотиков, а также алкогольных напитков. Целью ставилось начало экспериментального периода с низкого содержания тестируемых веществ, чтобы измерить влияние цитрусовых на организм. В течение следующих двух месяцев пациентам было необходимо пить по 300 миллилитров промышленно изготовленного апельсинового сока в день, а в последний месяц исследования они возвращались к своим пищевым привычкам, исключая из рациона апельсиновый сок. В конце каждого периода были взяты образцы крови и кала и измерены некоторые биологические параметры.

Микробиота, обогащенная «полезными» бактериями

Ежедневное потребление апельсинового сока привело к значительному снижению уровней глюкозы, инсулина, триглицеридов, общего холестерина, холестерина ЛПНП («плохого» холестерина), а также инсулиновой резистентности. Кишечная микробиота характеризовалась высокой численностью некоторых микроорганизмов, особенно тех видов, которые способны развиваться в отсутствие кислорода («анаэробных» микроорганизмов), а также лактобактерий и бифидобактерий, которые полезны для здоровья. Притом что выработка аммония, который довольно вреден для кишечника, временно снизилась, выработка молекул, свидетельствующих о здоровой микробиоте, возросла.

Таким образом, авторы пришли к выводу, что апельсиновый сок действует как пребиотик, способствуя росту и активности кишечных бактерий, полезных для нашего здоровья, и призывают нас пить его ежедневно.

Связь между бронхиальной астмой и микробиотой дыхательных путей у детей с бронхиальной астмой до сих пор мало изучена. В проспективном исследовании были проанализированы связи между относительной численностью бактерий в 319 образцах из полости носа, взятых в два момента времени — при контролируемой астме и при наступлении приступа. Приступы бронхиальной астмы были отмечены у 254 детей школьного возраста с бронхиальной астмой II стадии. У 75,7 % из них приступ возник в течение 320 дней последующего наблюдения (два приступа было у 43,4 % детей, включенных в период последующего наблюдения).

Группы бактерий, связанные с риском развития бронхиальной астмы

Результаты показывают, что риск развития приступа или обострения варьируется в зависимости от типа бактерий, колонизирующих носовые ходы. В частности, образцы микробиоты, в которых преобладают бактерии родов Corynebacterium и Dolosigranulum, ассоциируются с меньшим риском развития приступа бронхиальной астмы, чем образцы микробиоты, в которых преобладают более патогенные бактерии, в частности, представители родов Staphylococcus, Streptococcus и Moraxella. Кроме того, появление Moraxella в начале приступа (пиковая скорость выдоха в желтой зоне) сопряжено с более высоким риском обострения. Эти результаты согласуются с данными предыдущих исследований, показывающих, что колонизация верхних дыхательных путей оппортунистическими патогенными микроорганизмами, особенно Streptococcus, Moraxella и Haemophilus, чаще встречается у больных бронхиальной астмой, чем у здоровых людей.

Бактерии-защитники

Кроме того, относительная численность Corynebacterium в начале приступа бронхиальной астмы была обратно пропорциональна вероятности серьезного обострения. Следует отметить, что Corynebacterium, наиболее распространенный род бактерий, выявляемый в микробиоте полости носа, реже преобладает в микробиоте полости носа у взрослых пациентов с бронхиальной астмой, что позволяет предположить защитное действие, возможно за счет конкурентной колонизации. Corynebacterium и Dolosigranulum действительно могут ингибировать рост стрептококков, выделяя антибактериальные вещества.

Причина или следствие?

Поэтому микробиота верхних дыхательных путей связана с явлениями, которые происходят в нижних дыхательных путях. Тем не менее, дизайн исследования не позволяет сделать какие-либо выводы о причинно-следственной связи. Пока неизвестно, являются ли изменения в микробиоте I) причиной повышения астматической активности, II) следствием или причиной развития вирусной инфекции или III) результатом двустороннего взаимодействия между микробиотой и иммунным ответом организма-хозяина на уровне слизистой оболочки во время приступов и обострений. Изменения в микробиоте также могут быть связаны с недостаточным контролем бронхиальной астмы или воспалением дыхательных путей.

Иммунотерапия CAR T-клетками, которая является более эффективной и менее токсичной, чем химиотерапия, становится предметом все большего числа клинических исследований. В рамках этого вида лечения Т-клетки подвергаются генетической модификации, при которой они получают химерный антигенный рецептор (Chimeric Antigen Receptor, CAR), позволяющий им распознавать и уничтожать исключительно опухолевые клетки. Несмотря на впечатляющие результаты у некоторых пациентов, клинический ответ на терапию CAR Т-клетками остается достаточно вариабельным.

Гипотеза авторов

В данном обзоре авторы предположили, что манипуляции с кишечной микробиотой могут улучшить ответ на терапию CAR Т-клетками, однако опубликованные результаты, подтверждающие эту гипотезу, в настоящее время отсутствуют. В единственном доступном одноцентровом обсервационном исследовании с участием 25 пациентов, получавших терапию CAR Т-клетками, было показано, что у пациентов, ответивших на лечение, состав микробиоты отличался от такового у не ответивших на лечение, что позволяет предположить возможную связь между кишечной микробиотой и ответом на терапию CAR Т-клетками. Тем не менее, в основу своей гипотезы авторы закладывают ряд аспектов: нарастающий объем данных доклинических и клинических исследований, проясняющих механизмы ускользания опухоли от иммунного ответа у пациентов, не отвечающих на терапию CAR Т-клетками, клинические данные об улучшении ответа на терапию ингибиторами контрольных точек иммунного ответа (ИКТ*) при манипуляциях с кишечной микробиотой (ее разнообразием и составом), а также общие иммунологические характеристики CAR Т-клеток и ИКТ.

Каковы практические рекомендации?

В случае, если ответ на терапию CAR Т-клетками связан с микробиотой, применение антибиотиков широкого спектра во время иммунотерапии может привести к дисбактериозу, ухудшению ответа на лечение и снижению выживаемости. Что касается пробиотиков, несмотря на то, что определенные группы бактерий могут улучшать ответ на иммунотерапию, результаты клинических исследований не всегда в достаточной степени согласуются, чтобы четко разделить таксоны на «благоприятные» и «неблагоприятные». Таким образом, «коктейль» из живых бактерий, приготовленный на основе научных данных, все еще не доступен. На данном этапе исследовательская группа рекомендует отказаться от применения доступных на рынке пробиотиков во время лечения злокачественных новообразований, поскольку они могут ослабить естественную кишечную микрофлору и теоретически сделать ее менее разнообразной. Аналогичным образом, группа рекомендует отказаться от необоснованного применения антибиотиков широкого спектра во время иммунотерапии и терапии CAR Т-клетками.

^{* для восстановления функционирования иммунной системы контрольные точки иммунного ответа, которые опухолевые клетки используют для защиты от воздействия иммунной системы, можно заблокировать с помощью терапии ИКТ.}

Несколько исследований показали, что сон в значительной степени зависит от состояния микробиоты кишечника, которая постоянно оказывает влияние на работу мозга. В то время как истощение микрофлоры кишечника приводит к уменьшению продолжительности сна, хронические нарушения сна или изменения ритма сна-бодрствования, в свою очередь, приводят к нарушению баланса микробиоты (так называемому «дисбиозу»).

Бутират – средство, способствующее засыпанию?

Бутират – это вещество, вырабатываемое при ферментации пищевых волокон под влиянием микробиоты кишечника. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Scientific Reports, оно, по-видимому, играет важную роль в механизме засыпания и качестве сна…

Исследователи из Вашингтонского университета стремились выявить химические соединения, которые способствуют засыпанию. Основное внимание они уделяли бутирату, короткоцепочечной жирной кислоте, в основном содержащейся в молочных продуктах и растительной клетчатке (в спарже, овсяных хлопьях, артишоках, сыром чесноке, луке-порее, репчатом луке). После выработки бутирата некоторыми видами бактерий в кишечнике он попадает в воротную вену, большой кровеносный сосуд, который переносит его в печень, где имеется соответствующее депо. Согласно гипотезе, выдвинутой исследователями, он действует на сенсорные механизмы воротной вены, повышая тем самым качество сна.

Удлинение фазы глубокого сна

Действие бутирата исследовалось на грызунах, при этом данное соединение вводилось тремя разными способами. Подкожная инъекция, которая должна была воздействовать на весь организм, не дала эффекта. Напротив, пероральное введение увеличило продолжительность глубокого сна (sidenote: глубокого сна Фаза сна, обеспечивающая оптимальное восстановление организма. ) примерно на 50 %, привело к снижению температуры тела и уменьшению количества фаз парадоксального сна (sidenote: парадоксального сна Другое название – быстрый сон (с быстрым движением глаз); это последняя фаза полного цикла сна, характеризуется сновидениями. ) . Прямая инъекция в воротную вену привела к сходным, но более выраженным эффектам, подтверждая гипотезу об участии печени в этом процессе.

Питайтесь правильно, чтобы лучше спать!

Бутират, по-видимому, вызывает засыпание за счет связывания с рецепторами, расположенными в печени и/или воротной вене. Таким образом, забота о микробиоте кишечника путем потребления продуктов, содержащих бутират (например, молочные продукты, сливочное масло и сыр) или способствующих его, может улучшить сон. Вероятно, это более здоровое и естественное решение, чем прием снотворного!

Pекомендовано нашим сообществом

Механизмы иммунной защиты слизистой оболочки влияют на микробиоту эпителия человека, и ее микробный состав значительно изменяется в раннем возрасте в процессе формирования иммунной системы. Существует корреляция между их недостаточным созреванием и развитием определенных заболеваний, хотя механизмы формирования здоровой микробиоты на данном этапе недостаточно хорошо изучены. Система полости носа остается одной из наименее изученных областей локализации эпителия, хотя даже в ноздрях могут присутствовать патогены, ответственные за развитие серьезных системных респираторных инфекций (например Staphylococcus aureus или Moraxella catarrhalis). Это объясняет важность данного исследования микробиоты полости носа у 467 здоровых добровольцев в 3 разных возрастных группах: 155 детей (средний возраст 5 лет), 171 юношей (средний возраст 19 лет) и 141 пожилой человек (средний возраст 82 года), соответственно; они были выбраны для представления возрастных групп, в которых иммунитет еще не сформирован, является зрелым или снижается.

Микробиота, характерная для каждой возрастной группы

В ходе анализа шести основных типов микроорганизмов было обнаружено, что состав микробиоты полости носа человека значительно меняется с возрастом, и по мере взросления разнообразие микробов уменьшается. Несмотря на преобладание Moraxella у детей, этот вид почти отсутствовал в двух других возрастных группах. Численность стафилококков по мере взросления увеличилась в 4,4 раза, таким образом, они стали преобладающим видом у молодых людей. Число оппортунистических патогенных микроорганизмов вида Dolosigranulum pigrum, которые могут вызывать инфекции верхних дыхательных путей, нозокомиальную пневмонию и септицемию, за период между детством и юношеством уменьшилось в 2,4 раза. Наконец, у пожилых людей была отмечена обратная по сравнению с молодыми людьми тенденция, т.е. снижение числа Staphylococcus и увеличение числа Dolosigranulum.

Защитный эффект S. epidermidis

Основываясь на этих результатах, исследователи также выдвинули предположение о потенциальном механизме, при помощи которого один конкретный вид - Staphylococcus epidermidis - работая в тандеме с иммунной системой хозяина, может привести к элиминации назальных патогенов. S. epidermidis может стимулировать выработку кератиноцитами эпителия носовой полости антимикробных пептидов, уничтожающих патогенные бактерии, тогда как S. epidermidis, благодаря биопленке, устойчив к этим пептидам. Этот механизм симбиотического взаимодействия между бактериями микробиоты полости носа и системой врожденного иммунитета может способствовать элиминации патогенных микроорганизмов, стабилизации состава микробиоты и может помочь иммунной системе хозяина дифференцировать патогенные бактерии и комменсалы.

Роль кишечной микробиоты была продемонстрирована при многих заболеваниях (ожирение, сахарный диабет и пр.): метаболиты и другие сигнальные молекулы микроорганизмов могут влиять на уровни циркулирующих липидов, включая триглицериды и ЛПВП. В нескольких исследованиях была установлена взаимосвязь между кишечной микробиотой и несколькими аминокислотами, задействованными в патогенезе сахарного диабета и сердечно-сосудистых заболеваний. Основываясь на прогрессе в области метаболомики, группа ученых исследовала взаимосвязь между кишечной микробиотой и циркулирующими метаболитами. Для этого изучили характеристики метаболома (всех метаболитов) 2 309 человек из 2 проспективных когортных исследований (Rotterdam и LifeLines-DEEP). После коррекции по возрасту, полу, индексу массы тела (ИМТ) и применяемым препаратам (включая гиполипидемические препараты, ингибиторы протонного насоса и метформин) была установлена корреляция в общей сложности 32 групп бактерий с определенными циркулирующими метаболитами.

Микробиота и липопротеины

Среди 32 идентифицированных микробных таксонов для 18 установлена корреляция с частицами ЛПОНП (которые, в свою очередь, связаны с метаболическими и кардиологическими заболеваниями, а также с сахарным диабетом 2-го типа), а для 22 других - с частицами ЛПВП (хорошо известны своей защитной ролью); тем не менее, различия в размере частиц ЛПВП свидетельствуют о гетерогенности этого класса липопротеинов с точки зрения его метаболических функций и эффектов (защитных или вредных). Для 13 микробных таксонов, часть из которых хорошо известны своей связью с ИМТ (Christensenellaceae), другие - связью с метаболизмом желчных кислот (Clostridiaceae) и т.д. - была установлена корреляция как с частицами ЛПОНП, так и ЛПВП. Тем не менее, неясная связь между кишечной микробиотой и частицами ЛПНП и ЛППП* указывает на различия во взаимосвязи в зависимости от класса липопротеинов. Наконец, для 15 групп бактерий, включая группу Ruminococcus gnavus (признак менее разнообразной кишечной микробиоты, она чаще присутствует у пациентов с атеросклерозом), выявлена корреляция с сывороточными триглицеридами.

Кетоновые тела, аминокислоты и др.

Также была установлена взаимосвязь между микробиотой кишечника и следующими веществами:

• кетоновые тела, в частности, ацетаты короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК), вырабатываемые бактериями толстой кишки, которые могут способствовать развитию метаболического синдрома.

• аминокислоты, включая изолейцин, связанные с сахарным диабетом и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

• маркеры воспаления острой фазы, особенно гликопротеины, вовлеченные в патогенез воспалительных заболеваний и злокачественных опухолей, для которых также установлена взаимосвязь с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

По мнению авторов, потенциальные механизмы, посредством которых микробиота кишечника способна влиять на уровни циркулирующих липидов, могут быть связаны с секрецией желчных кислот и КЦЖК. Если эта гипотеза подтвердится, кишечная микробиота может стать потенциальной мишенью для лечебных и профилактических вмешательств.

^{* ЛППП = липопротеины промежуточной плотности}

В здоровом теле - здоровая микробиота: такой вывод можно сделать на основании китайского исследования, в котором изучали взаимосвязь между уровнем двигательной активности в спорте и составом кишечной флоры. Исследование основано на недавнем научном открытии, согласно которому физическая активность влияет на разнообразие и преобладающие виды кишечной микробиоты. Однако оставалось неясным, существует ли связь между уровнем спортивной активности и «качеством» микробов в кишечнике. Для этого исследователи изучили популяции кишечных бактерий у 28 практикующих ушу (традиционное китайское кунг-фу): 12 элитных спортсменов и 16 спортсменов более низкого ранга. Чтобы ограничить влияние различий в питании на результаты, все участники исследования были отобраны из одной профессиональной команды в Пекинском спортивном университете. Единственная разница между группами заключалась в значительно большем числе часов тренировок в неделю у элитных спортсменов.

Польза боевых искусств

Исследователи пришли к выводу, что чем выше уровень профессионализма у мастеров боевых искусств, тем выше разнообразие и преобладание полезных бактерий в микробиоте кишечника. Группы бактерий, обнаруживаемые у спортсменов высокого уровня, и молекулы, которые они вырабатывают (короткоцепочечные жирные кислоты), вносят важный вклад в метаболизм углеводов и аминокислот, улучшая эффективность работы мышц. У спортсменов более низкого уровня, наоборот, было больше «вредных» бактерий, которые участвуют в развитии некоторых хронических воспалительных заболеваний и другие болезней.

Бактерии, способствующие результативности тренировок

Другой причиной, по которой фанатики физических упражнений могут быть довольны, является наличие прямой связи между преобладанием определенных бактерий и объемом интенсивных физических нагрузок. Это еще одно доказательство (если оно, конечно, нужно), что тяжелые тренировки никогда не бывают напрасными. Тем не менее, прежде чем будут сделаны какие-либо выводы об изменениях кишечной флоры в результате тренировок, питания или пробиотиков, направленных на повышение результатов у обычных спортсменов, требуется более тщательно изучить динамику процессов.