Микробиота. Часть 1. Взаимодействие между микробиотой кишечника и легкими при распространенных заболеваниях легких.

Микробиота человека: биоценоз и дисбиоз. Семинар I

Статья «Взаимодействие между микробиотой кишечника и легкими при распространенных заболеваниях легких. ЧАСТЬ 1»

Dapeng Zhang,¹ Sha Li, ² Ning Wang, ² Hor-Yue Tan, ²

Zhimin Zhang, ¹ and Yibin Feng²

¹ First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University, Guangzhou, China

Первая Базовая Клиника Медицинского Университета Гуаньчжоу,

Гуаньчжоу, Китай

 

² School of Chinese Medicine, LKS Faculty of Medicine, The University of Hong

   Kong, Hong Kong, China

Школа Китайской Медицины, Медицинский Факультет ЛКС, Гонконгский

Университет, Гонконг, Китай

Аннотация.

Новейшие данные показывают, что существует жизненно важная перекрестная связь между микробиотой кишечника и легкими, которая известна как ось «кишечник-легкие». Нарушения кишечника при заболеваниях легких, включая аллергию, астму, хроническую обструктивную болезнь легких, муковисцидоз и рак легких, наблюдались в ходе обширных исследований. В последние годы большой интерес вызывает изучение того, как микробиота кишечника влияет на другие отдаленные органы. Хотя до конца не выяснено, является ли нарушение причиной или следствием заболеваний легких, изменения видов кишечных микробов и метаболитов были связаны с изменениями иммунных ответов и воспалением, а также с развитием заболевания в легких. В этой статье мы рассматриваем по отношению ко всему организму роль и механизмы, лежащие в основе изменений компонентов микробиоты кишечника и метаболитов при заболеваниях легких. В частности, подчеркивается роль оси кишечник – легкие в опосредовании иммунных ответов и структурном изменении воспаления. Кроме того, мы обсуждаем возможности стратегий управления микробиотой и метаболитами кишечника в качестве терапевтического подхода к заболеваниям легких.

Введение.

Микробы, которые обитают как в кишечнике, так и в легких, живут с хозяином мутуалистически. Они извлекают выгоду из стабильной, богатой питательными веществами микросреды, а также обнаруживают важные функции, такие как ферментация пищевых компонентов. Все больше данных указывает на решающую роль конститутивного восприятия микробов и их метаболитов в поддержании гомеостаза иммунной системы (Budden et al., 2017). В микробных сообществах кишечника преобладают Bacteroidetes и Firmicutes, тогда как в легких преобладают Bacteroidetes, Firmicutes и Proteobacteria. На уровне таксономической группы преобладающие микробные сообщества в кишечнике и легких похожи (Marsland et al., 2015). Однако, по видовому содержанию они существенно различаются. Поскольку это самое крупное и разнообразное сообщество микробиома млекопитающих, в кишечном тракте колонизируют около 10¹⁴ бактерий, которые изучены наиболее тщательно (Hillman et al., 2017). Новые данные показали, что дисбактериоз кишечной микробиоты связан с различными локальными и отдаленными хроническими заболеваниями. Сбалансированное микробное сообщество в кишечнике имеет большое значение для иммунной функции и здоровья (McAleer and Kolls, 2018). Было показано, что микробиота
кишечника влияет на легочный иммунитет посредством жизненно важного перекрестного взаимодействия между микробиотой кишечника и легких, которое называется ось кишечник – легкие (Keely et al., 2012). Эта ось обеспечивает прохождение эндотоксинов, микробных метаболитов, цитокинов и гормонов в кровоток, соединяющий нишу кишечника с нишей легкого. Примечательно, что ось кишечник – легкие является двунаправленной, как показано на рисунке 1. Когда воспаление происходит в легком, ось легкое – кишечник может вызывать изменения в микробиоте крови и кишечника (Dumas et al., 2018).

Развивающейся областью повышенного интереса является роль оси кишечник – легкое в патогенезе заболеваний легких (Budden et al., 2017). Все больше исследований показывает, что видовые изменения кишечных микробов и метаболитов были связаны с изменениями иммунных реакций и воспалением, а также с развитием заболеваний в легких. Например, риск развития аллергических заболеваний дыхательных путей увеличивается из-за вызванных антибиотиками изменений микробиоты кишечника в раннем возрасте, что облегчает наше понимание связи и влияния на микробиоту и аллергию дыхательных путей (Noverr et al., 2005; Russell et al. , 2012).

Механизмы, с помощью которых микробиота кишечника влияет на иммунные реакции и воспаление в легких, и наоборот, активно изучаются. Участие субпопуляций регуляторных Т-клеток (Ohnmacht, 2016; Lee and Kim, 2017; Luu et al., 2017) и толл-подобных рецепторов (TLR) (O’Dwyer et al., 2016; Wang et al., 2018), цитокинов и медиаторов воспаления (Scales et al., 2016), поверхностно-активного белка D (Du et al., 2019) и нескольких других факторов были предложены в качестве основных механизмов, но многие детали неизвестны. Тем не менее, новые терапевтические стратегии, направленные на манипулирование микробиомом кишечника с помощью антибиотиков, пробиотиков, пребиотиков, натуральных продуктов или диет, были опробованы при различных заболеваниях легких с помощью клинических и лабораторных исследований. В данной статье мы кратко излагаем возрастающую роль оси кишечник – легкие при различных распространенных заболеваниях легких, а также рассматриваем терапевтические стратегии, направленные на изменение микробиома кишечника. Мы стремимся обновить информацию и фактические данные в этой горячей области, подчеркивая пробелы в наших знаниях и возможности лечения заболеваний легких через ось кишечник – легкие.

Патогенная роль кишечной микробиоты при распространенных заболеваниях легких.

Астма

Астма — распространенное хроническое респираторное заболевание, которое поражает людей любого возраста, но обычно начинается в детстве. Это сложное заболевание, имеющее несколько фенотипов с разными патофизиологическими и клиническими состояниями(Gensollen et al., 2016; Bush, 2019). Поскольку было признано, что иммунитет играет жизненно важную роль в патогенезе астмы, такую ​​как участие регуляторных субпопуляций Т-клеток и TLR, была выдвинута гипотеза о связи между кишечными микробами и аллергией. Эта гипотеза была постепенно проверена путем обнаружения повышенного риска астмы из-за воздействия антибиотиков на первом году жизни (McKeever et al., 2002; Stiemsma and Turvey, 2017).

Иммунные изменения, вызванные микробами, указывают на то, что воздействие микробов может повлиять на риск возникновения астмы (Johnson and Ownby, 2017). В ходе исследования было обнаружено, что годовалые дети, рожденные от матерей-астматиков с незрелым микробным составом, имели более высокий риск астмы в возрасте 5 лет. Это открытие предполагает, что дефицит микробной стимуляции в начале жизни может вызывать наследственный риск возникновения астмы, и достаточное созревание микробиома кишечника в этот период может быть полезно для того, чтобы это предотвратить. (Stokholm et al., 2018). Низкое общее разнообразие микробиоты кишечника младенца в течение первого месяца жизни коррелировало с развитием астмы у детей в возрасте 7 лет (Abrahamsson et al., 2014).

Разнообразие микрофлоры кишечника в раннем возрасте вероятно предотвращает воспаления дыхательных путей при астме, поддерживая баланс Th1 / Th2 (Qian et al., 2017).Затем появляются новые данные, свидетельствующие о том, что зрелые паттерны кишечного микробиома влияют на риск появления астмы у детей. В ходе исследования выявлялась бактериальная ДНК, выделенная из образцов стула 92 детей с диагнозом астма и 88 здоровых детей. Было обнаружено, что Akkermansia muciniphila и Faecalibacterium prausnitzii были снижены в группе с астмой по сравнению со здоровой группой. Оба вида бактерий могут подавлять воспаление за счет модуляции секретируемых метаболитов, повышая уровень IL-10 и снижая уровень IL-12 (Demirci et al., 2019).

Уровни воспалительных факторов, включая C-реактивный белок (CRP), фактор некроза опухоли-альфа (TNF-α)(ФНО-альфа) и интерлейкин-6 (IL-6), в периферической сыворотке крови детей с астмой были значительно выше, чем в контрольной группе. В частности, CRP несомненно коррелировал с общей массой кишечных бактерий и показателями шкалы оценки выраженности симптомов со стороны ЖКТ (GSRS), что указывает на то, что с повышением уровня воспалительных факторов в периферической сыворотке вероятность дисбактериоза кишечника и несоразмерных желудочно-кишечных симптомов у детей с астмой будет повышаться (Zhang Y. et al., 2018).
Две колонки

Помимо изменений в составе кишечной микробиоты, также было отмечено изменение взаимосвязанных метаболитов. Наблюдалось значительное снижение общего содержания жирных кислот и абсолютных концентраций отдельных кислот, включая ацетат, бутират и пропионат, а также содержания ИЗО-кислот в кале пациентов с бронхиальной болезнью по сравнению со здоровой контрольной группой (Ивашкин и др. ., 2019). Также были изучены образцы микробиоты кишечника взрослых с диагностированной астмой. В пилотном исследовании наблюдалась выраженная взаимосвязь между составом микробиоты кишечника, сенсибилизацией к аэроаллергенам и функцией легких у взрослых, страдающих астмой и не астматиков (Begley et al., 2018).