Хотя применение пребиотиков или пробиотиков и трансплантации фекальной микробиоты (ТФМ) имеет ограничения у больных с ослабленным иммунитетом из-за повышенного инфекционного риска, оно может приносить значительную пользу больным, перенесшим ТГСК. Вместе с новыми методами анализа, характеристики и мониторинга микробиоты кишечника, применение этих подходов может положительно влиять на профилактику инфекций и снижать риск отторжения трансплантата.

В исследовании с участием 30 детей и подростков применение пробиотиков, особенно Lactobacillus plantarum, на этапе антибиотикопрофилактики или наблюдения после ТГСК позволило предупредить начало РТПХ в 70 % случаев, при этом без последующей бактериемии, ассоциированной с L. Plantarum¹³. Продолжаются и другие исследования по снижению частоты реакции отторжения трансплантата на фоне терапии L. rhamnosus GG. Что касается ТФМ, ее безопасность и положительный эффект против инфекции C. difficile были недавно доказаны на небольших группах пациентов, перенесших ТГСК¹³: в одном исследовании ТФМ привела к ремиссии в 3 из 4 случаев, а в другом исследовании – к ослаблению симптомов РТПХ после нескольких пересадок. Микробиота пациентов, получавших антибиотики, которым проводили трансплантацию аутологичной фекальной микробиоты, восстанавливалась по прошествии чуть более 100 дней с момента ТГСК¹⁶. В связи с этим некоторые ученые предлагают выполнять ТФМ перед ТГСК у пациентов-носителей резистентных штаммов C. Difficile.

ПИТАНИЕ И ПРОБИОТИКИ

Короткоцепочечные жирные кислоты, такие как бутират, показали положительный эффект в отношении РТПХ. Они служат источником энергии, а также препятствуют апоптозу энтероцитов и обладают противовоспалительным действием, способствуя синтезу регуляторных T-клеток. Наблюдалось благоприятное воздействие на слизистую оболочку кишечника других компонентов, метаболизируемых желудочно-кишечной микробиотой: производных индола, образующихся при ферментативном расщеплении крестоцветных (капуста, брокколи…), триптофана (молочные продукты, бананы¹⁷…), желчных кислот. Сочетание пищевых волокон, глютамина и олигосахаридов снизило уровень осложнений и смертности среди 44 пациентов после трансплантации. В настоящее время продолжаются испытания в отношении пользы резистентного крахмала, пребиотика, способствующего выработке бутирата¹².

ДРУГИЕ ИННОВАЦИИ НА СТАДИИ РАЗРАБОТКИ

Арсенал терапевтических средств может также расшириться за счет таких инноваций, как направленная антибиотикотерапия, целью которой является сдерживание разрушения пищеварительного барьера и появления бактерий с множественной лекарственной устойчивостью (в настоящее время ведутся испытания антибиотиков на основе патоген-специфических антител и синтетических бактерий, конкурирующими с патогенами). Благодаря новым технологиям мы можем воссоздавать в лабораторных условиях взаимодействия, которые происходят в желудочно-кишечной микробиоте в естественных условиях. Что касается инструментов составления бактериального профиля, они открывают путь к персонализированной медицине, адаптированной к микробиоте каждого пациента, для выбора наиболее подходящего протокола терапии¹².

NOD-подобные рецепторы клеток врожденного иммунитета активируются комменсальными бактериями микробиоты, в том числе Staphylococcus aureus и S. epidermidis в верхних дыхательных путях, а также Lactobacillus reuteri, L. crispatus, Enterococcus faecalis и Clostridium orbiscindens в желудочно-кишечном тракте. Это приводит к выработке ИЛ17A, вероятно, посредством активации клеток TH17 в кишечнике и лимфоцитов, естественных клеток-киллеров и альвеолярных макрофагов в дыхательных путях, что определяет устойчивость к легочным инфекциям за счет специфического механизма¹⁵.

ЗНАЧЕНИЕ ГМ-КСФ

Затем ИЛ-17A воздействует на легкие, активируя гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ), который в свою очередь активирует альвеолярные макрофаги посредством сигнального пути ERK (киназы, регулируемой внеклеточными сигналами), что позволяет нейтрализовать возбудителя за счет выработки активных форм кислорода (АФК). Причина, по которой задействуется этот специфический путь передачи сигнала ГМ-КСФ-ERK, остается неясной¹⁵.

Антибиотикопрофилактика перед трансплантацией аллогенных гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) является обычной практикой в онкогематологии. Ее целью является предупреждение бактериальных инфекций, связанных с лучевой и химиотерапией, которые серьезно вредят эпителию кишечника. Тем не менее эта практика, как полагают, повышает уровень осложнений и смертности в связи с реакцией «трансплантат против хозяина» (РТПХ), при которой Т-клетки донора оборачиваются против эпителиальных клеток реципиента – главным образом клеток кожи, печени и желудочно-кишечного тракта. Убивая комменсальные бактерии, антибиотики снижают устойчивость кишечника реципиента к колонизации. Кроме того, считается, что они способствуют появлению антибиотикорезистентных бактерий^12,13.

НЕГАТИВНОЕ ВЛИЯНИЕ СОКРАЩЕНИЯ РАЗНООБРАЗИЯ БАКТЕРИЙ

Применение антибиотиков также приводит к дисбиозу кишечника с сокращением бактериального разнообразия, характеризующегося в некоторых случаях пролиферацией одного таксона, например Enterococcus в ущерб другим бактериям, включая Faecalibacterium spp. и Ruminococcus spp. (оба вида принадлежат к отряду Clostridiales)¹³. Это оказывает негативное влияние, поскольку данные виды производят бутират, соединение, способное вызывать размножение и дифференцировку регуляторных T-клеток, которые могут уменьшать воспаление, обусловленное Т-клетками донора. Как следствие, сокращение численности этих видов может провоцировать воспаление. Точно так же присутствие Blautia (Clostridiales), как представляется, ассоциируется с более низкой смертностью от РТПХ. В сочетании с иммунодепрессантами и цитотоксическими лекарственными препаратами антибиотики могут повышать риск бактериальной транслокации и, следовательно, распространения патогенов в различные органы, подверженные РТПХ1¹³.

ДВИЖЕНИЕ К ПЕРСОНАЛИЗИРОВАННОЙ МИКРОБИОТИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ?

Составление микробного профиля в реальном времени позволит снизить потенциальное пагубное влияние антибиотикопрофилактики. Возможность определения снижения количества бактерий Clostridiales или сокращения разнообразия микробиоты кишечника реципиента поможет выявлять пациентов с высоким риском и адаптировать лечение (применять антибиотики более узкого спектра, про- или пребиотики или даже непосредственно добавки КЦЖК, трансплантацию фекальной микробиоты и т. п.). Составление бактериального профиля также может оказаться полезным на этапе последующего наблюдения с точки зрения профилактики риска обострения, особенно это относится к анализу на наличие Enterobacteriaceae в стуле (Escherichia coli, Klebsiella spp., Enterobacter spp.) для предупреждения бактериемии, вызванной Enterobacter. Необходимо также учитывать состояние микробиоты кишечника донора, поскольку при низком содержании Bacteroides и Parabacteroides, как правило, бывает низкая концентрация КЦЖК. Все это – перспективные направления, которые могут помочь улучшить прогноз для пациентов при аллогенной ТГСК¹².

В настоящее время доказано, что дисбиоз и ХВЗК идут рука об руку. Более тонкая или поврежденная слизистая оболочка кишечника благоприятствует проникновению патогенных бактерий в эпителий, мобилизации клеток врожденного иммунитета (макрофагов и моноцитов) и выработке ФНО-α, что вызывает хроническое воспалительное состояние. Толерантность к комменсальным бактериям нарушается, что приводит к поддержанию или даже усугублению дисбиоза и, как следствие, к устойчивости воспалительных процессов. Доказательством служит тот факт, что у безбактериальных животных моделей ХВЗК не развивается спонтанно

НЕКОТОРЫЕ ВОЗМОЖНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ

Базовые взаимодействия между иммунитетом и кишечной микробиотой описаны на мышиных моделях: присутствие бактерий из семейства Lachnospiraceae, очевидно, способствует инфильтрации эпителия провоспалительными моноцитами и макрофагами, а введение ванкомицина улучшает ситуацию. Кроме того, бактерии в толстой кишке, продуцирующие перекись водорода, могут вызывать окислительный стресс, негативно влияющий на слизистую оболочку кишечника. У мышиной модели язвенного колита заселение кишечника микробиотой человека с низким содержанием Firmicutes привело к выработке провоспалительных клеток Th17. Аналогичные результаты были получены при болезни Крона: у мышей, которым подселили микробиоту больного, наблюдалась активация провоспалительных ответов в отличие от мышей, которым подселили микробиоту от других здоровых мышей/ доноров. Наконец, у испытуемых с ХВЗК численность Faecalibacterium prausnitzii сокращается5. Этот многочисленный вид фекальной микробиоты у здоровых людей (от 5 до 20 %) продуцирует бутират, обладает противовоспалительными свойствами благодаря части своей микробной противовоспалительной молекулы (МПМ) и необходим для хорошего функционирования клеток кишечника¹⁰.

ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИКИ

Варианты генетической предрасположенности, включая дисфункцию врожденного иммунного ответа, также описаны. Например, мутации генов, связанных с аутофагией или идентификацией грибов дендритными клетками, очевидно, создают предрасположенность к болезни Крона. При этой патологии мутация гена, кодирующего белок NOD2, открывает еще одно направление для исследований: этот внутриклеточный рецептор кишечных клеток врожденного иммунитета способен связывать многие бактериальные компоненты (пептидогликан, флагеллин...) и активировать воспалительный иммунный каскад. Однако дезактивации только лишь гена NOD2 недостаточно для спонтанного начала заболевания у грызунов. Это говорит о том, что комменсальные бактерии играют совместную роль. Влияние этой мутации в животных моделях отличается: в модели химически индуцированного колита мутация белка NOD2 играет защитную роль. Итак, остается неизменный вопрос: является ли воспаление причиной или следствием дисбиоза? Исследователи пока не пришли к однозначному выводу.

Хотя давно известно, что разрушение бета-клеток поджелудочной железы связано с аутоиммунными реакциями, участие кишечной микробиоты в этом процессе выявили лишь недавно. Это может стать поворотным моментом в плане применения инсулиновой терапии, которая в настоящее время является стандартом лечения сахарного диабета 1-го типа.

Исследования на людях пока не дали нам четкого понимания причинно-следственной связи между микробиотой и иммунной системой. Тем не менее некоторые исследования показали, что по разнообразию и составу микробиота кишечника отличается у здоровых людей и у больных сахарным диабетом 1-го типа (СД1) или находящихся в группе риска. Согласно одной из выдвинутых гипотез, усиливается проницаемость кишечника, и в результате в крови повышается содержание макромолекул, поступающих из пищи, и ЛПС (липополисахаридов, фрагментов клеточных стенок грамотрицательных бактерий). Из-за нарушения слизистого барьера эти бактериальные фрагменты, очевидно, приводят к высвобождению провоспалительных цитокинов и разрушению бета-клеток поджелудочной железы⁵.

ВЛИЯНИЕ ГОРМОНОВ

Гормоны и микробиота кишечника могут быть связаны с аутоиммунными заболеваниями и влиять на иммунный ответ. Микробиота кишечника также может быть источником защитного эффекта тестостерона, который наблюдается у самцов NOD-мышей⁷ (самки NOD-мышей заболевают диабетом чаще, чем самцы). В результате у молодых самок NOD-мышей после трансплантации микробиоты от взрослого самца снижается риск развития СД1. Половые гормоны и некоторые штаммы бактерий могут действовать сообща посредством цитокинов (ИФН-γ и ИЛ-1β), которые оказывают регулирующее действие на иммунитет, сдерживая тем самым гибель бета-клеток поджелудочной железы⁸ .

ВЛИЯНИЕ ПИТАНИЯ

Некоторые корреляции между питанием и СД1 также могут быть обусловлены микробиотой8. Например, лишение мышей глютена приводит среди прочего к повышению уровня Treg и бактерий Akkermansia, которые обычно полезны для метаболизма. Возможно, безглютеновая диета играет определенную роль в опосредовании функций бета-клеток поджелудочной железы за счет изменения состава кишечной микробиоты: это может влиять на заболеваемость СД1. Кроме того, потребление микроэлементов также может играть роль в этом процессе: ретиноевая кислота, производная витамина А, по-видимому, оказывает защитное действие в отношении данного заболевания. Ингибируя дифференцировку провоспалительных Th17 под влиянием ИЛ-6 и стимулируя дифференцировку противовоспалительных регуляторных T-клеток, она может помочь снизить риск заболевания. Как и при сахарном диабете 2-го типа, у мышей, получающих корм с высоким содержанием жиров, наблюдается провоспалительное состояние⁹.

Врожденные лимфоидные клетки (ВЛК) представляют собой тип специализированных врожденных иммунных клеток. Они относятся к группе лимфоцитов, не имеющих антигенспецифических рецепторов6, и были недавно выделены и распределены на три группы в зависимости от типа секретируемых цитокинов: ВЛК1, которые продуцируют гамма-интерферон (ИФН-γ) и являются аналогами T-хелперов 1 (Th1); ВЛК2, являющиеся аналогами Th2 (ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-13); и ВЛК3 – аналоги Th17 (ИЛ-17, ИЛ-22). Активно проводящиеся в настоящее время исследования микробиоты и ВЛК также показывают, что микробиота, очевидно, необходима для формирования и функционирования ВЛК, особенно 3-й группы ВЛК. ВЛК 3-й группы являются основным кишечным источником ИЛ-22, цитокина, который играет ключевую роль в выработке противомикробных белков⁶

АДАПТИВНЫЙ ИММУНИТЕТ

Микробиота кишечника также является основой для активации адаптивного ответа. На уровне Т-клеток она индуцирует созревание наивных Т-клеток и их преобразование в клетки, продуцирующие ИЛ17 (Th17), которые стимулируют выработку противомикробных пептидов эпителием кишечника. Также она способствует синтезу некоторых CD4+ регуляторных Т-клеток (Treg), которые оказывают противовоспалительное действие Наконец, она способствует формированию вторичных лимфоидных тканей в кишечнике, где находится «депо» Т-клеток. Что касается B-клеток, микробиота кишечника посредством ИЛ-17 обеспечивает проникновение продуцируемого B-клетками секреторного иммуноглобулина A через слизистую оболочку кишечника в его просвет для нейтрализации вредных токсинов и бактерий.Сочетание мощного ответа иммуноглобулина A с провоспалительным (Th17) и противовоспалительным (Treg) ответом T-клеток создает состояние физиологического воспаления, регулируемого микробиотой кишечника^3,5.

Эпителиальный барьер – это место контакта между иммунной системой и кишечной микробиотой и ключевой участок, где происходит подлинный диалог между иммунитетом хозяина и бактериями.

Содержащая 10¹⁴ микроорганизмов кишечная микробиота могла бы быстро захватить организм хозяина, если бы в процессе эволюции человека не было установлено мирное сосуществование. Кишечный барьер является основным компонентом, обеспечивающим это сосуществование: эпителиальные клетки кишечника выделяют густую слизь, из которой бактерии в просвете кишечника получают питательные ресурсы, не имея возможности пересечь этот барьер в условиях отсутствия патологии.

МНОГОФАКТОРНЫЙ БАЛАНС

Постоянный обмен между хозяином и микробиотой представляется ключевым фактором физиологического баланса кишечного иммунитета. В ворсинках и криптах тонкой кишки связывание бактерий с некоторыми рецепторами (NOD2¹ ) клеток Панета² приводит к выработке противомикробных пептидов, таких как лизоцим. Активация бактериями Toll-подобных рецепторов (TLR) на уровне мембран эпителиальных и лимфоидных клеток запускает привлечение фагоцитов, лимфоцитов и дендритных клеток (клетки врожденного иммунитета), находящихся в субэпителиальном слое. Эта активация происходит по сигнальному пути ядерного фактора «каппа-би» (NF-kB), который регулируется короткоцепочечными жирными кислотами (КЦЖК), производимыми некоторыми бактериальными штаммами, и выработкой хемокинов и цитокинов³ . Таким образом, достигается баланс между целостностью слизистой оболочки кишечника, бактериальной активацией иммунной защиты и регуляцией ответов самой микробиоты. Повреждение хотя бы одного из этих звеньев цепи приводит к хроническим воспалительным процессам.

СПОСОБ РОДОРАЗРЕШЕНИЯ И КОРМЛЕНИЕ РЕБЕНКА – ДВА КЛЮЧЕВЫХ ФАКТОРА

У детей, появившихся на свет с помощью кесарева сечения, содержание В-лимфоцитов выше, чем у тех, кто родился через родовые пути, что является признаком более активного иммунитета уже в неонатальный период⁴ . Материнское молоко также способствует формированию естественной защиты и созреванию кишечника благодаря своему составу и является источником лизоцима, иммуноглобулинов A (антител на поверхности слизистой оболочки кишечника), каппа-казеина (продукты распада которого могут конкурировать с патогенами за рецепторы эпителиальных клеток кишечника у детей, находящихся на грудном вскармливании), лактоферрина, продукт распада которого, лактоферрицин, является противомикробным пептидом, обладающим бактериостатическим и бактерицидным действием. Кроме того, оно содержит около 10⁹ бактерий/л, а также фруктан – пребиотик, способствующий развитию лакто- и бифидобактерий. Что касается детских смесей, они способствуют более активному размножению энтерококков и энтеробактерий⁵.

Экологический ущерб от пластиковых отходов, загрязняющих наши моря как на поверхности, так и на больших глубинах, неуклонно накапливается по мере того, как исследуется этот "седьмой континент". Австралийские исследователи только что добавили еще один пункт в этот неутешительный список ущерба: пластиковые фильтраты, то есть жидкие загрязнители, образующиеся из пластиковых отходов под воздействием среди прочего дождевой воды, переносят в морскую воду растворители, металлы, красители, УФ-фильтры или антипирены.

Коктейль из бактерий и пластмасс

Чтобы оценить воздействие этого «сока из отходов» на водные организмы, исследователи сосредоточили внимание на вторых легких нашей планеты - прохлорококках (Prochlorococcus) - наиболее многочисленных и играющих ключевую роль бактериях океанического мира: именно они производят большую часть кислорода, которым мы дышим. Прохлорококки культивировали в водной среде в течение 72 часов в присутствии двух типов обычных пластиков: ПЭВП (полиэтилен высокой плотности), из которого производят пластиковые пакеты для продуктов, и ПВХ (поливинилхлорид), часто используемый в упаковках и строительстве.

ПВХ наносит больший ущерб, чем ПЭВП

Результат: продукты выщелачивания пластика не только вызвали снижение роста бактерий, но и нарушили их способность вырабатывать кислород из воды и света (фотосинтез) всего через 24 часа. Действие ПВХ оказалось более разрушительным. Он оказывает вредное воздействие в значительно более низких дозах, чем ПЭВП. Это может быть объяснено количеством (почти вдвое большим) веществ, выделяемых ПВХ (более 10 000 против почти 6000 для ПЭВП). Среди них есть такие металлы, как цинк, которые используются для придания огнестойкости ПВХ, а также другие «органические компоненты» (произведенные из углерода), которые могут быть вредны для прохлорококка. Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы оценить ущерб, вызванный скоплением пластикового мусора в океанах, которое продолжает разрастаться: в грядущем десятилетии ожидается десятикратное увеличение массы наших пластиковых отходов.

Можем ли мы надеяться, что когда-нибудь метаболические расстройства будут лечиться кишечной микробиотой?

В 21 веке был открыт новый орган – кишечная микробиота. Поэтому мы надеемся, что нам помогут в этом пробиотики, влияющие на нашу флору. Впрочем, сейчас пока еще рано говорить о том, чтобы использовать пробиотики в качестве терапевтического средства. Скорее их можно применять для частичной коррекции метаболических расстройств. Но сначала необходимо разделить группы пациентов с заданными характеристиками (биологическими и социоэкономическими). Затем должен быть определен состав бактерий в виде диагностического биомаркера. И, в конечном счете, должны быть проведены широкие клинические испытания с конкретно поставленными целями (например, снижение уровня гликемии). Рассматриваются некоторые бактерии, однако на сегодняшний день ни одна из них не оказалась достаточно эффективной; в частности, ни одна бактерия не была эффективной в снижении веса. Впрочем, учитывая нынешнее состояние исследований, можно предположить, что лет через десять или около того пробиотики поступят на рынок в качестве средства для профилактики диабета.

Какие препятствия необходимо преодолеть, чтобы микробиота поставлялась по принципу «что пожелаете»?

Технологические барьеры были устранены благодаря действительным достижениям, таким как эффективные алгоритмы, способные анализировать большой объем данных. Ограничения встречаются в других областях: с одной стороны, это спобность культивировать и производить идентичную репродукцию бактериального штамма (живой объект, а значит скоропортящийся), который показал свою эффективность; с другой стороны – нормативно-правовые аспекты, связанные с работой с живыми организмами и возможностью их распространения и развития эпидемии. Если некоторые бактерии в долгосрочном периоде оказывают негативное действие, то в настоящее время обнаружены бактерии, представляющие определенный интерес. В любом случае индивидуальная вариабельность не является неизбежным ограничением: излечение даже 1 % больных ожирением будет представлять собой феноменальный успех.

Какие еще вопросы воздействия на микробиоту могут быть изучены?

Пробиотики как вспомогательные терапевтические средства. В 2017 году в исследовании на мышах наша исследовательская группа показала, что микробиота увеличивает активность ГПП-1, кишечного гормона, применяющегося для терапии диабета 2 типа, к которому некоторые больные нечувствительны. Иные перспективы открываются с использованием пищевых волокон и полифенолов (содержащихся в винограде и гранате) – двух веществ, позволяющих улучшить микробиоту, а также их комбинации с минералами и другими агентами, активными в так называемых «кобиотиках». Последнее направление: получение синергетического эффекта совместно с синбиотиками (сочетание пробиотиков с пребиотиками).Все это представляет собой интересные стратегии для улучшения переносимости и эффективности лечения.