Протоковая аденокарцинома поджелудочной железы (PDAC) – страшное онкологическое заболевание. Так как она обычно диагностируется поздно, при общей выживаемости в 9 % в течение 5 лет прогноз неутешителен. По-видимому, микробиота опухоли имеет значение для данной выживаемости, что подтверждают многочисленные результаты, опубликованные в журнале Cell группой исследователей из Америки.

Больше разнообразие – больший процент выживаемости

Чтобы изучить влияние микробиоты опухоли и иммунной системы на выживаемость, эти исследователи проанализировали состав микробиоты резецированных опухолей у 68 пациентов с PDAC, распределенных на две группы: 36 пациентов с более чем 5-летней выживаемостью (среднее значение: 10,1 года), и 32 пациента, умерших в течение 5 лет после операции (среднее значение: 1,6 года). Результаты, полученные этими исследователями, свидетельствуют о большем видовом разнообразии бактерий, присутствующих в опухолевой микробиоте пациентов с выживаемостью более 5 лет. Эти результаты были подтверждены исследователями во второй когорте.

Иммуномодуляция

Кроме того, авторы подчеркнули, что каждая из двух групп пациентов демонстрировала специфическую сигнатуру внутриопухолевой микробиоты: наличие и высокая численность 3 видов бактерий (Pseudoxanthomonas, Streptomyces, Saccharopolyspora) и Bacillus clausii позволяли прогнозировать выживаемость в 97,51–99,17 % случаев (по данным исследования когорты). Дополнительные иммуногистологические анализы позволяют предположить, что состав микробиоты опухоли может влиять на развитие онкологического заболевания, модулируя противоопухолевый иммунный ответ посредством рекрутирования и активации CD8 Т-клеток.

Связь кишечника и опухоли

Одновременное исследование кала, резецированных опухолевых тканей и окружающих здоровых тканей у трех типов пациентов показал, что микробиота кишечника составляет около 25 % опухолевой микробиоты, притом что она отсутствует в окружающих тканях: таким образом, микробиота опухоли может быть колонизирована микробиотой кишечника. В итоге, трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ) от трех типов пациентов (с долгосрочной выживаемостью, краткосрочной выживаемостью или из контрольной группы) была выполнена на мышах. В ходе этих работ подтвердилась способность кишечной микробиоты колонизировать опухоли поджелудочной железы. Они также позволили предположить ее способность модифицировать бактериальный состав опухоли и в свою очередь модулировать иммунную функцию, таким образом влияя на прогрессирование рака и выживаемость пациента. Помимо возможности прогнозирования на основе микробиоты опухоли, результаты ТФМ позволяют надеяться, что однажды мы сможем манипулировать этой микробиотой для повышения прогнозируемой продолжительности жизни пациентов с PDAC, для которых в настоящее время имеется очень мало терапевтических возможностей.

Для выявления бактерий, живущих в нашем кишечнике, чаще всего используется метод сбора образцов кала. Хотя этот метод имеет неоспоримое преимущество, заключающееся в простоте и неинвазивности, он также обладает очевидным ограничением: он обеспечивает лишь остаточное представление о микробиоте кишечника, но не дает описания всего разнообразия популяций, живущих на всей протяженности нашего желудочно-кишечного тракта.

Целевой отбор проб

Однако все может очень скоро измениться. В июле 2019 г. группа американских ученых объявила о разработке капсулы, распечатываемой на 3D-принтере, которая после приема внутрь могла бы собрать всю информацию о микробиоте кишечника или, точнее, о различных популяциях кишечных бактерий. После растворения защитного слоя в тонком кишечнике эта мини-лаборатория в капсуле собирает образцы бактерий, окружающих ее, на основе системы, которой не требуются аккумуляторы. Капсула проходит по тому же пути, что и пища, переносимая естественной перистальтикой кишечника, но с помощью магнита ее можно в точности поместить в конкретную изучаемую область. Чтобы не потерять это технологическое чудо «на выходе», его окрашивают специальным красителем, который флуоресцирует под УФ-излучением.

Вскоре должны быть проведены клинические испытания с участием людей

Конечно, капсула была тщательно изучена, сначала в лабораторных экспериментах (in vitro), а затем на свиньях и приматах (in vivo) для подтверждения ее способности идентифицировать различные популяции бактерий в различных отделах пищеварительной системы, а также их относительное содержание. Осталось только провести клинические испытания, чтобы определить, может ли капсула также использоваться в диагностических целях при работе с людьми.

Изучение распределения микробиоты

«Мы все больше узнаем о роли микробиоты кишечника для здоровья и в развитии заболеваний», – отметил Самир Сонкусале, профессор электроники и вычислительной техники в Университете Тафтса и соавтор исследования. «Тем не менее мы очень мало знаем о ее биогеографии», то есть о распределении по желудочно-кишечному тракту. «Эта капсула облегчит изучение роли пространственного распределения популяций бактерий в микробиоте кишечника в целях разработки новых терапевтических стратегий».

С учетом того, что от 50 до 75 % пациентов с болезнью Крона требуется хотя бы одна резекция кишечника в течение жизни, у 50 % из них через 5 лет после операции наблюдается рецидив. Эндоскопия является общепринятым стандартным методом диагностики рецидивов. Однако ее можно выполнять только через несколько месяцев после операции, что задерживает потенциально необходимое раннее терапевтическое воздействие. Таким образом, определение ранних прогностических факторов рецидива представляет исключительный интерес.

Стойкий дисбиоз

По данным многоцентрового исследования, опубликованного в журнале Gut и возглавляемого группой ученых под руководством проф. Гарри Сокола, микробиота подвздошной кишки вполне может быть одним из таких факторов. Такой вывод исследователи сделали, проанализировав состав микробиоты, полученной во время резекции кишечника (Tr), а затем во время последующей эндоскопии (Ts) у 201 пациента. Результат? Резекция кишечника вызвала значительное изменение микробиоты у всех пациентов и облегчение исходного дисбиоза, но ее влияние было менее выражено у перенесших рецидив. У последних между Tr и Ts произошло снижение альфа-разнообразия, более значительное увеличение численности некоторых видов из класса Alphaproteobacteria и менее значительное увеличение некоторых видов из семейства Firmicutes phylum, а также Lachnospiraceae и Ruminococcaceae, которые считаются маркерами здоровья кишечника.

Использование микробиоты для прогнозирования рецидива

В исследованиях на моделях (некоторые модели учитывают факторы, модулирующие риск рецидива: предшествующая резекция, табакокурение, принадлежность к мужскому полу являются ухудшающими факторами, в то время как использование ингибиторов ФНО* является защитным фактором) исследователи пошли дальше, выявив несколько таксонов, чрезмерно изобилующих при резекции, которые могут быть характерными маркерами рецидива, особенно бактерии класса Gammaproteobacteria, группы Ruminococcus gnavus и рода Corynebacterium. Несмотря на некоторые ограничения, это исследование предполагает, что по составу микробиоты во время резекции кишечника можно прогнозировать рецидив и определять терапевтический подход в послеоперационном периоде. Однако существуют препятствия для внедрения такого подхода, в особенности частое использование в предоперационный период антибиотиков, которые изменяют микробиоту и ставят под угрозу ее использование в качестве прогностического инструмента.

^{* Препараты против ФНО (фактор некроза опухоли) используются для контроля воспаления.}

Болезнью Паркинсона страдают более 1 % людей старше 60 лет. Это второе по частоте нейродегенеративное заболевание в мире. Предыдущие исследования установили связь между нарушением состава кишечной микробиоты (дисбиозом (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. ) ) и развитием этого заболевания через связь «кишечник-мозг», но не обеспечили однозначного вывода относительно конкретного состава бактериальной микрофлоры, связанного с заболеванием.

Дисбактериоз, наблюдаемый у пациентов с болезнью Паркинсона

В последних исследованиях, проведенных у 80 пациентов с болезнью Паркинсона в различных стадиях, их кишечная микробиота сравнивалась с таковой у 72 здоровых людей. Был выявлен дисбиоз: в кишечной флоре пациентов обнаружилось более высокое число видов бактерий, принадлежащих к семействам Lactobacillaceae, Enterobacteriaceae и Enterococcaceae, а также более низкая численность Lachnospiraceae. Чем тяжелее было заболевание, тем более очевидно было это различие в отношении Enterobacteriaceae и Lachnospiraceae и тем существеннее были двигательные расстройства. Вот почему исследователи полагали, что эти два семейства бактерий связаны с прогрессированием заболевания.

Нейротоксическое воспаление

У испытуемых пациентов на состав микробиоты кишечника влияли несколько параметров, связанных с заболеванием (длительность, стадия развития, применение антипаркинсонических препаратов), хотя они не воздействуют на одно конкретное семейство бактерий. У пациентов также наблюдалась нарушенная активность нейротрансмиттеров, то есть веществ, участвующих в регуляции настроения (серотонин, дофамин и норэпинефрин); они также вырабатывали больше липополисахаридов, веществ, вызывающих воспаление, которое может повредить нейроны после прохождения кишечного барьера и гематоэнцефалического барьера (который защищает мозг от окружающей крови). Хотя этот научный прорыв неоспорим, он все еще нуждается в дальнейшем изучении (связь между дисбиозом и воспалением кишечника, роль нейротрансмиттеров в коммуникации между кишечником и мозгом...).

Опухолеобразование при колоректальном раке (КРР) – это длительный процесс, чем объясняется появление клинических признаков только на поздней стадии заболевания, хотя оно излечимо на ранних стадиях. На основании как геномных, так и метаболомических* данных предполагается, что микробиота кишечника участвует в этом процессе. Таким образом, более глубокое изучение ее роли важно с этиологической и диагностической точек зрения. Поэтому группа японских ученых провела метагеномный (N = 616) и метаболомический (N = 406) анализ образцов фекалий от пациентов, страдающих колоректальной неоплазией на различных стадиях и прошедших колоноскопию. Пациентов разделили на девять групп: от контрольной группы до стадии IV КРР с включением ранних стадий, таких как множественные аденоматозные полипы и внутрислизистая карцинома (стадия 0).

Изменения в микробиоте происходили с ранних стадий

Благодаря использованию передовой техники дробного секвенирования результаты показали изменения в микробиоте и метаболоме не только у пациентов с поражениями на последних, но и на ранних стадиях. В ходе развития КРР наблюдались два значительных изменения в составе микробиоты кишечника: с одной стороны, прогрессивное увеличение относительной численности некоторых видов бактерий (таких как Fusobacterium nucleatum spp., Solobacterium moorei…) в зависимости от стадии заболевания, с другой стороны, сосуществование и нарастание других видов (таких как Actinomyces odontolyticus) только у пациентов на ранней стадии. Более того, характеризовать прогрессирование КРР может увеличение численности других видов, таких как Parvimonas micra со стадии I и Bilophila wadsworthia на стадиях III/IV.

Подтверждена роль желчных кислот в кале

На уровне метаболома также наблюдались значительные различия между группами, которые можно было использовать для различения здоровых пациентов и пациентов с высоким риском развития КРР. У пациентов с внутрислизистой карциномой были обнаружены значительно более высокие уровни содержания аминокислот с разветвленными цепями (изолейцин, лейцин и валин), фенилаланина, тирозина и глицина. Содержание желчных кислот, включая дезоксихолевую кислоту, было значительно выше у всех пациентов на ранней стадии заболевания, что подтверждает уже отмеченную прямую зависимость между концентрацией вторичных дезоксихолевых желчных кислот в кале и повышенным риском возникновения КРР. Все эти результаты, полученные на большой группе пациентов, показывают, что изменения в микробиоте кишечника происходят при появлении предупредительных сигналов о развитии колоректального рака, что вызывает изменение уровней концентрации некоторых метаболитов в кале.

^{* Метаболомика – это исследование метаболитов, производимых организмом или окружающей средой, и оно в числе прочего берет начало в геномике (изучении всех генов)}

Влияние кишечной микробиоты на метаболизм некоторых лекарственных средств отмечалось и ранее: оно может вызвать активацию, дезактивацию или повышение токсичности некоторых препаратов*. Однако масштабы и механизмы этого воздействия остаются по большей части неизученными. Группа американских ученых положила начало исследованиям, изучив фармакокинетику 271 препарата, вводимого перорально (за исключением антибиотиков) и влияние на нее 76 видов или штаммов бактерий, являющихся преобладающими в микробиоте кишечника человека

Избирательные бактерии

Первичные испытания проводились in vitro путем инкубации лекарственных средств и бактерий в течение 12 часов. Две трети медицинских препаратов были метаболизированы более чем на 20 % и по крайней мере одним бактериальным штаммом (каждый штамм метаболизирует от 11 до 95 лекарственных средств). Омепразол, сульфасалазин, рисперидон или даже ловастатин были одними из препаратов, подверженных наибольшему воздействию, что подтверждает результаты предыдущих исследований. Кроме того, некоторые химические компоненты, по-видимому, являются предпочтительными целями этого бактериального метаболизма: например, сложноэфирные или амидные группы лекарственных препаратов являются излюбленной мишенью для Bacteroidetes. В конкретном случае с дексаметазоном (глюкокортикостероидом) попытка связать бактериальный вид с лекарственным средством не была главной целью: требовалось идентифицировать гены, непосредственно связанные с ферментативным превращением. По мнению авторов, эксперимент предполагает проведение аналогичных исследований для прочих глюкокортикостероидов (преднизолон, преднизон и т. д.).

Комбинированные биотрансформации

Следующий этап был проведен in vivo и заключался в определении генетических маркеров наблюдавшихся бактериальных биотрансформаций. Данный метод был впервые валидирован с использованием бактерии Bacteroides thetaiotaomicron. Были определены 16 других ферментов этой бактерии, которые метаболизируют 18 лекарственных препаратов в 41 метаболит. Применение данного метода к 76 бактериям, отобранным в этом исследовании, показало, что трансформация лекарственного средства может потребовать комбинированного действия ферментов от нескольких видов бактерий; например, тинидазол метаболизируется тремя различными видами. Всего группа определила 30 ферментов, вырабатываемых кишечной микробиотой, которые вместе преобразуют 20 лекарственных препаратов в 59 различных метаболитов. Таким образом, подтверждается связь фармакокинетики с кишечными бактериями. Это очередной шаг к индивидуальному терапевтическому подходу с возможностью прогнозирования реакции человека на то или иное лечение на основе его/ее микробиотического профиля.

^{* в том числе активация сульфасалазина, дезактивация дигоксина и повышенная токсичность иринотекана}

Staphylococcus aureus – это бактерия, которая в норме присутствует в полости носа и на коже здоровых людей, но в большем избытке встречается у детей с экземой, особенно при тяжелой ее форме. Это кожное заболевание также является фактором риска возникновения пищевой аллергии. Таким образом, можно легко предположить, что связь между Staphylococcus aureus и пищевой аллергией у людей с экземой соотносится с тяжестью этого заболевания.

Многоэтапное исследование

Эта гипотеза была проверена группой исследователей с использованием данных, собранных в ходе исследования LEAP (sidenote: LEAP Learning Early About Peanut Allergy – заблаговременное определение аллергии на арахис ) , в рамках которого наблюдались 640 детей с установленным высоким риском возникновения аллергии на арахис (на основании существующей аллергии на яйца или тяжелой экземы либо обоих расстройств) с раннего возраста до 5 лет. Результаты, опубликованные в 2015 году, показали, что профилактика аллергии на арахис может быть обеспечена, как это ни парадоксально, путем введения арахиса в питание детей, подверженных высокому риску развития данного вида аллергии.

S. aureus, виновник обнаружен?

В этой новой части исследования LEAP анализ микробиоты полости носа и кожи детей, участвовавших в исследовании, показал, что чем значительнее было образование колоний Staphylococcus aureus, тем тяжелее протекала экзема и тем сильнее она прогрессировла со временем. Сочетание этих двух заболеваний (инфекция Staphylococcus aureus + экзема) независимо от степени тяжести часто связано с увеличением выработки определенных веществ (sidenote: IgE: иммуноглобулин Е – вещество, выделяемое организмом во время аллергической реакции )  как части аллергической реакции на арахис, белок куриных яиц и молоко. Хотя с возрастом она обычно уменьшается, аллергия на яйца сохраняется примерно у 40 % испытуемых детей; аллергия на арахис появляется даже у детей, которые подвергались профилактическому воздействию с самого раннего возраста. Таким образом, наличие золотистого стафилококка в полости носа или на коже может привести к аллергической реакции на некоторые заболевания.

На пути к новому перспективному терапевтическому направлению

По мнению исследователей, S. aureus может помешать развитию естественной толерантности к яйцам и арахису, из-за чего может возникнуть аллергия. Таким образом, они предположили, что устранение S. aureus у детей с экземой может предотвратить возникновение пищевой аллергии, также они утверждают, что необходимо провести дальнейшую работу для выяснения роли этой бактерии в развитии данных двух заболеваний.

Хотя злоупотребление алкоголем и вредит здоровью, все еще продолжается дискуссия о влиянии умеренного потребления, как и о негативном воздействии алкоголя на микрофлору полости рта, описанном в недавних исследованиях*. В новом исследовании мексиканские ученые проверили влияние пива (содержащего и не содержащего алкоголь) на микробиоту кишечника.

От семи бед – пиво на обед?

В течение месяца около тридцати добровольцам предлагали выпивать 335 мл безалкогольного пива (0,5º) во время обеда, не меняя прочих пищевых привычек. Пять месяцев спустя им предложили следовать тому же протоколу, но с обычным пивом (4,9º). В дни 1, 15 и 30 эксперимента у испытуемых проводили исследование крови и кала и серию измерений показателей организма (окружность бедер, индекс массы тела, артериальное давление и т. д.).

Безалкогольное пиво дает больше преимуществ

Плохие новости для любителей хмеля, но, возможно, есть и хорошие... Обе разновидности пива привели к значительному увеличению доли Bacteroidetes и уменьшению количества видов типа Firmicutes; такое соотношение встречается у здоровых людей. Тем не менее, сравнение безалкогольного и традиционного пива получилось в пользу первого: отсутствие увеличения веса, увеличения окружности бедер или талии, отсутствие изменений в показателях ферментов печени и липидов крови и даже снижение уровня сахара в крови в сочетании с улучшением резистентности к инсулину. Но справедливости ради стоит отметить, что все эти параметры оставались в пределах нормы и у любителей «настоящего» пива.

Новый суперпродукт?

На кишечном уровне безалкогольное пиво также имеет превосходство: бактериальная флора демонстрирует большее разнообразие с более высоким содержанием полезных бактерий, таких как лактобациллы (препятствующие ожирению и обеспечивающие резистентность к инсулину у мышей), стрептококк (способствующий регуляции реакций иммунной системы) и другие виды бактерий, связанные со снижением веса у человека. Через месяц после начала эксперимента безалкогольное пиво также утроило количество бактерий, способных продуцировать полифенолы, – уже присутствующие в пиве (с алкоголем или без) – и фенольные кислоты, такие как ресвератрол, которые являются потенциально полезными веществами, препятствующими развитию рака, диабета и даже нейродегенеративных заболеваний (заболеваний нервной системы, сопровождающихся гибелью нервных клеток). Это убедительный аргумент в пользу счастливой трезвости.

Kакие основные нарушения со стороны ЖКТ, затрагивающие микробиоту, встречаются у детей?

Я насчитал пять. Первые два – это инфекционные (или постинфекционные) заболевания, связанные с инвазией патогенных организмов, и воспалительные заболевания кишечника, которые возникают из-за конфликта иммунной системы и комменсальных бактерий. Но кишечная микробиота также участвует в формировании пищевой аллергии, функциональных расстройств (синдрома раздраженного кишечника, запора), а также ожирения. Является ли кишечный дисбиоз причиной или следствием заболеваний – еще предстоит установить. Любое изменение микробиоты вероятно приводит к функциональным или даже органическим изменениям, и наоборот. Проще говоря, мы считаем, что инфекции могут вызывать дисбиоз и хронические воспалительные заболевания кишечника, а также могут быть вызваны дисбиозом. Механизмы, участвующие в аллергиях, не до конца ясны, но они могут развиться даже до созревания иммунной системы, тогда как последующие или продолжительные изменения могут приводить к функциональным нарушениям ЖКТ и ожирению...

Данная проблема особенно распространена во Франции?

Эти наблюдения не подлежат сомнению, но они относятся не только к Франции. Встречаемость вышеупомянутых заболеваний выросла за последние 20 лет, и, как мне кажется, это можно назвать «эпидемией». Что изменилось? Количество кесаревых сечений, назначений антибиотиков и антацидов. Также играют роль наши пищевые привычки и состав пищи, которую мы едим, особенно консерванты. Все эти факторы участвуют в повреждении кишечной микробиоты. Не стоит делать слишком простых выводов, но нужно иметь в виду, есть много исследований и аргументов, связывающих эти изменения со значительным ростом числа определенных заболеваний детского возраста. Эта проблема еще более важна для педиатрии, поскольку то, что происходит во время рождения и в раннем детстве имеет длительное влияние на состав микробиоты и отдаленные последствия для здоровья человека.

Как мы можем исправить эту ситуацию и улучшить лечение пациентов?

Врачи считают, что необходимо найти более простые и дешевые методы для метагеномного анализа кишечной микрофлоры. Таким методом может быть количественное сравнение состава микробиоты у одного и того же человека в разное время. Определение различий между «базовой микробиотой» и наблюдаемой в разные периоды течения заболевания может помочь установить патофизиологические механизмы и разработать индивидуальную или целевую терапию. Учитывая это, применение пробиотиков, по-видимому, эффективно при определенных кишечных расстройствах и заслуживает более глубокого изучения. Некоторые страны начинают интересоваться этой темой, но и Франция не должна оставаться в стороне, особенно в составе Европейского союза. Более того, нам нужно с поддержкой от органов государственной власти принять истинную «культуру профилактики», которая включает в себя защиту микробиоты кишечника. Это будет способствовать ограничению действия факторов риска, которые могут вызывать дисбиозы (кесарево сечение, антибиотики, антациды, нерациональное питание и т. д.), и уменьшит количество определенных заболеваний детского возраста.

ЯВЛЯЕТСЯ ЛИ УПОРНАЯ ДИАРЕЯ ИНФЕКЦИОННЫМ ЗАБОЛЕВАНИЕМ...

Упорная диарея – это особая форма заболевания, которая определяется, если эпизод длится более 14 дней (при продолжительности более 30 дней она называется «хроническая диарея»). Определен коэффициент смертности по причине упорной диареи (54 % всех смертей от диареи), но ее патогенез до сих пор недостаточно изучен: является ли она прогрессированием острой диареи или самостоятельным заболеванием? Литературный обзор²⁰ показал, что большинство авторов считают упорную диарею инфекционным заболеванием, вызванным заселением кишечника патогенными бактериями, за которым следует острый или иной эпизод. Такому заселению может способствовать недостаточное питание и другие факторы (в особенности воздействие антибиотиков), которые могут вызывать дисбиоз кишечника.

...ИЛИ ОНА ВОЗНИКАЕТ ИЗ-ЗА МИКРОБНОГО ДИСБИОЗА?

Среди других этиологических гипотез набирает силу гипотеза бактериальной вспышки. Она возникла благодаря наблюдению, что в присутствии повышенного количества комменсальных бактерий, особенно кишечной палочки, нарушается абсорбция лактозы. Связь дисбиоза кишечника, количества E. coli и персистирующей диареи может дать некоторые ответы, проясняющие патогенез. Например, некоторые пробиотики оказались эффективными в снижении продолжительности острой диареи и упорной диареи²¹ у детей.²²

УСТАНОВЛЕННЫЕ ФАКТОРЫ РИСКА

Анализ научной литературы дает схематическую модель патогенеза заболевания. Первая группа факторов риска включает очень юный возраст (до 1 г., риск x 3), недостаточное питание (риск x 2) и малый вес при рождении (риск х 1,8). Вторая группа включает инфекции в предыдущем месяце (риск x 2) и упорную диарею в анамнезе (риск х 3–6). Третья группа включает особенности питания (рацион, заменители грудного молока...), которые могут увеличить риск в 4 раза. Были выявлены и другие факторы, в том числе прием антибиотиков. Потенциальные этиологические факторы и подтвержденные факторы риска подчеркивают важность тесного взаимодействия между педиатрами, гастроэнтерологами, диетологами и биологами. Междисциплинарные связи могут помочь лучше узнать связь между инфекцией, пищевыми привычками и патогенными и комменсальными микроорганизмами.