CC BY
201
Ü
ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОБИОМА ПРИ ВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ КИШЕЧНИКА
Лоранская И. Д.1, Халиф И. Л.1 2, Болдырева М. Н.3, Купаева В. А.1
1 ФГБОУ ДПО Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования Минздрава России (Москва, Россия)
2 ФГБУ «Государственный научный центр колопроктологии им. А. Н. Рыжих» Минздрава России (Москва, Россия)
3 ФГБУ «ГНЦ Институт иммунологии» ФМБА России (Москва, Россия)
CHARACTERISTIC OF MICROBIOME IN INFLAMMATORY BOWEL DISEASE (review)
Loranskaya I. D.1, Khalif I. L1 2, Boldyreva M. N.3, Kupaeva V. A.1
1 Russian Medical Academy of Continuous Professional Education (Moscow, Russia)
2 State Scientific Centre of Coloproctology (Moscow, Russia)
3 NRC Institute of Immunology FMBA of Russia (Moscow, Russia)
Для цитирования: Лоранская И. Д., Халиф И. Л., Болдырева М. Н., Купаева В. А. Характеристика микробиома при воспалительных заболеваниях кишечника. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2018;153(5): 104-111.
For citation: Loranskaya I. D., Khalif I. L., Boldyreva M. N., Kupaeva V. A. Characteristic of microbiome in inflammatory bowel disease. Experimental and Clinical Gastroenterology. 2018;153(5): 104-111.
Лоранская Лоранская Ирина Дмитриевна — д.м.н., профессор, зав. кафедрой гастроэнтерологии
Ирина Дмитриевна . .. _ . .
Loranskaya Irina D Халиф Игорь Львович — д.м.н., профессор кафедры гастроэнтерологии; руководитель отдела по изучению
gastrormapo@yandex.ru воспалительных и функциональных заболеваний кишечника
Болдырева Маргарита Николаевна — д.м.н., ведущий научный сотрудник Купаева Виктория Александровна — ассистент кафедры гастроэнтерологии
Резюме
В обзоре рассмотрены современные представления о состоянии микробиома у здоровых людей и его изменение при воспалительных заболеваниях кишечника.
Ключевые слова: язвенный колит, болезнь Крона, микробиом
Summary
The review deals modern ideas about state of microbiome in healthy people and its change in inflammatory bowel disease. Keywords: ulcerative colitis, Crohn's disease, microbiome
Состояние микробиома желудочно-кишечного тракта у здоровых людей
Микробиом кишечника человека является одним из наиболее активно исследуемых микробных сообществ. Это связано с невероятной сложностью его состава и изобилием взаимодействий с организмом человека. Все чаще формулируются гипотезы
о вовлеченности кишечной микробиоты в патогенез различных заболеваний, чему с каждым годом появляется все больше подтверждений. Формирование микробиома кишечного тракта человека -многоэтапный процесс [3].
Рисунок 1.
Этапы формирования микробиома кишечника
Figure 1.
Stages of microbiome formation
Многочисленные работы как отечественных, так и зарубежных ученых свидетельствуют в пользу того, что внутриутробно развивающийся плод не является стерильным, а получает от матери какое-то количество индигенных микроорганизмов in utero. Массивная же колонизация кишечника здорового доношенного младенца начинается в момент рождения, имеет определенные закономерности и состоит из нескольких последовательных стадий (рис. 1). Первая стадия - «условно асептическая» -берет начало в интранатальном периоде. Вторая -стадия «нарастающей колонизации» - наступает через 10-20 ч после родов и не зависит от степени зрелости, перинатальных условий развития плода и вида вскармливания. В этот период колонизация осуществляется гетерогенными микроорганизмами, в первую очередь аэробными и условно аэробными бактериями, такими как кишечная палочка, стафилококки, клебсиеллы, энтерококки. С 3-5-го дня наступает третья стадия - «трансформация микрофлоры», в результате которой происходит вытеснение бифидофлорой других микроорганизмов. В этот период бифидобактерии становятся основной (резидентной) микрофлорой кишечника. Доминирующее положение бифидофлора начинает занимать к 5-20 дню жизни ребенка [12].
Филогенетическое разнообразие микробиоты кишечника увеличивается с ростом и развитием ребенка и в конечном итоге приводит к формированию сложного и относительно стабильного сообщества микроорганизмов в возрасте примерно 2-3 лет [46].
Кишечник взрослого человека населяют более 100 триллионов (1014) различных микроорганизмов, включая бактерии, вирусы, грибы и простейшие [14]. По данным молекулярных методов исследования, среди них присутствует более 600 родов бактерий. В преобладающем большинстве они являются облигатными анаэробными организмами типов Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria и Actinobacteria. Более 90% всех представителей микробиома составляют Firmicutes и Bacteroidetes [36].
Общее количество и состав бактерий варьируют в разных сегментах желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) (рис. 2 на цветной вклейке в журнал). Ротовая полость представляет собой экологическую систему, в которой формируется аутохтонная (индигенная) микрофлора. Общее число бактерий в слюне вариабельно и в среднем составляет 108 МК/мл, причем анаэробов больше, чем аэробов.
В желудке создаются относительно неблагоприятные условия для микроорганизмов, обусловленные повышенной кислотностью, воздействием протеолитических ферментов, быстрой моторно-эвакуационной функцией и другими факторами, лимитирующими их рост и размножение. Здесь бактерии содержатся в количестве, не превышающем 102-104 в 1 мл содержимого.
Проксимальный отдел тонкой кишки в норме содержит небольшое количество грамположитель-ной флоры, состоящей из лактобацилл и стрептококков, их концентрация - 102-104 в 1 мл содержимого. По мере приближения к дистальным отделам тонкой кишки количество бактерий возрастает до 108 в 1 мл содержимого, анаэробы превалируют над аэробами (бактероиды, бифидобактерии, пеп-тококки). Количество микроорганизмов в толстой кишке составляет до 1012/г содержимого, 90% представлено строгими анаэробами [32,2].
При исследовании количественных и качественных показателей микробиоценоза разных отделов ЖКТ здоровых людей методом полиме-разной цепной реакции (ПЦР) в режиме реального времени выявлены представители основных четырех филотипов (Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria и Actinobacteria), но соотношение их различно. Так в ротовой полости преобладают BPP-группа (Bacteroides, Prevotella, Porphyromones), Streptococcus, Veillonella; в тонкой кишке - BPP-груп-па, Streptococcus, Ruminococcus, Eubacterium; в ободочной кишке - BPP-группа, Ruminococcus, Enterobacterium spp. Доминирующие группы микроорганизмов в прямой кишке аналогичны таковым в ободочной кишке.
Общая бактериальная масса разных ярусов ЖКТ представлена следующим образом: наибольшая бактериальная обсемененность выявлена в ротовой полости - 7,45-7,7 lg ГЭ/обр. (геном-эквивалентов в образце), наименьшая - в тонкой кишке - 3,9-4,0 lg ГЭ/обр.; в ободочной и прямой кишке - 5,2-6,0 lg ГЭ/обр.
Таким образом, в составе мукозной микробио-ты ротовой полости и кишечника преобладают представители филотипа Bacteroidetes. Вторую позицию занимают представители филотипа Firmicutes: Streptococcus в слизистой полости рта и тонкой кишки, Ruminococcus - в слизистой толстой кишки. На третьей позиции в слизистой полости рта и тонкой кишки также представители филотипа Firmicutes - соответственно Veillonella и Ruminococcus, в слизистой толстой
кишки представители филотипа Proteobacteria -Enterobacterium spp. Превалирующая микрофлора исследуемых отделов ЖКТ - облигатные анаэробы [1].
Изменения в составе микробиома могут влиять на гомеостаз кишечника. Микробиота толстой кишки ответственна за расщепление углеводов для производства короткоцепочечных жирных кислот, синтез витаминов (витамин К, витамин В12 и фолиевой кислоты) и аминокислот, регулирование жирового обмена [39]. Микробиом активно стимулирует и способствует формированию иммунной системы, которая необходима для защиты организма от патогенов. Разнообразие состава кишечной флоры меняется на фоне диеты, факторов окружающей среды, стресса, образа жизни, приема пробиотиков и антибиотиков [16].
Изменение микробиома желудочно-кишечного тракта при воспалительных заболеваниях кишечника
Значительное количество исследований показало, что нарушение состава микробных популяций в ЖКТ связано как с острыми инфекциями, так и хроническими заболеваниями, к которым относятся воспалительные заболевания кишечника (ВЗК), синдром раздраженного кишечника (СРК), метаболические заболевания и аутоиммунные расстройства. В настоящее время активно обсуждается взаимосвязь микробиоты кишки и иммунного ответа хозяина в патогенезе ВЗК, а также потенциальные терапевтические стратегии, связанные с влиянием на кишечную экосистему [9].
ВЗК - группа хронических рецидивирующих заболеваний ЖКТ, к которым относятся болезнь Крона (БК) и язвенный колит (ЯК) [44]. В Северной Америке и Европе в настоящее время зарегистрировано около 3,7 миллиона больных ВЗК [6]. Более того, за последние два десятилетия, в Китае, Индии, Южной Корее [45] и Саудовской Аравии [1] наблюдается увеличение показателей заболеваемости, что, вероятно, связано с быстрой индустриализацией данных регионов.
БК трансмурально поражает один или несколько отделов пищеварительного тракта, тогда как ЯК ограничивается вовлечением в воспалительный процесс только слизистой оболочки толстой кишки.
Клинические проявления ВЗК были четко определены много лет назад. Тем не менее, этиология и патогенез данных заболеваний до конца неизучены. Основополагающую роль в развитии ВЗК играет генетическая предрасположенность. Подчеркивается участие в патогенезе и других факторов: дефекты врожденного и приобретенного иммунитета, кишечная микробиота и различные факторы окружающей среды [8].
Микробиом значительно влияет на структуру и функции иммунной системы слизистой оболочки кишечника; иммунная система, в свою очередь, оказывает влияние на состав и свойства микробиома. Врожденный иммунитет играет ведущую роль в регулировании барьерной функции эпителия кишечника по отношению к микробиоте
и ее компонентам. Физиологическое состояние кишечника является результатом баланса между эффекторными (Thj, Th2, Th17) и регуляторными (Treg) клетками, определяющими иммунологическую толерантность по отношению к антигенам аутологичной микрофлоры. Исследования экспериментальных энтероколитов подтверждают иммунологическую гипотезу патогенеза ВЗК человека: связь их развития с дефектами врожденной и адаптивной иммунной системы.
Способность различать патогенные и непатогенные бактерии отчасти обусловлена двумя главными системами образ-распознающих рецепторов: семейство TLRs (toll-подобные рецепторы) и молекулы NOD/CARD (от англ. Nucleotide-binding oligomerization domain/caspase recruitment domain - нуклеотидсвязывающий домен олигоме-ризации/домен, привлекающий каспазы). TLRs (toll-подобные рецепторы) - трансмембранные рецепторы (рис. 3 на цветной вклейке). TLR2 в сочетании с TLR1 и TLR6 связывает пептидогликан, липопротеины, липотейхоевую кислоту и другие компоненты грамположительных бактерий, антигены микобактерий и грибы. TLR4 - главный рецептор для липополисахарида (ЛПС) стенки бактерий, а TLR5 - для белка (флагеллина) жгутиков бактерий. В эндосоме TLR3 взаимодействует с двунитевой вирусной РНК, TLR7 и TLR8 - с од-нонитевой вирусной РНК, TLR9 - с регионами CpG (цитозин-фосфат-гуанин) ДНК бактерий и вирусов. В цитоплазме клеток расположен рецептор NOD2, распознающий мурамилдипептид стенки грамположительных и грамотрицатель-ных бактерий. Патогенез ВЗК связан с изменением сигнальной функции данных рецепторов. Вследствие этого нарушаются трансмембранная и внутриклеточная рецепция бактериальных структур, процессинг антигенов и внутриклеточная бактерицидность. Это, в свою очередь, ведет к патологической активации врожденного и адаптивного иммунитета и развитию хронического воспаления.
Заболевание Источник материала Тип Семейство Виды Возможные механизмы
СНИЖЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ПОЛЕЗНЫХ БАКТЕРИЙ
ЯК и БК Тонкая кишка, фекалии Firmicutes Clostridiaceae Faecalibacterium prausnitzii Бутират^, противовоспалительный эффект^-(ИЛ-10^, ОТ-ИЛ-12Т, ИФ-уТ, ФНО-аТ, ИЛ-8Т, NF-kB активация)
ЯК Фекалии Firmicutes Lachnospiraceae Roseburia hominis Бутират^
БК Фекалии Firmicutes Veillonellaceae Dialister invisus Пропионат^, ацетат^-
БК Фекалии Firmicutes Ruminococcaceae Ruminococcus albus Деградация целлюлозы^, ацетат
Ruminococcus
БК Фекалии Firmicutes Ruminococcaceae callidus Ruminococcus bromii Деградация полисахаридов^ (крахмал, ксилан)
ЯК и БК Тонкая кишка, фекалии Firmicutes Ruminococcaceae Butyricicoccus spp. Бутират^
ЯК и БК Тонкая кишка, фекалии Firmicutes Lachnospiraceae Anaerostipes spp. Бутират^
ЯК и БК Тонкая кишка, фекалии Firmicutes Lachnospiraceae Dorea spp. Формиат^, ацетат^
ЯК и БК Тонкая кишка, фекалии Actinobacteria Coriobacteriaceae Coriobacteriaceae spp. Лактат^, формиат^, ацетат^
ЯК и БК Фекалии Actinobacteria Bifidobacteriaceae Bifidobacterium adolescentis spp. Фолат^,
БК Фекалии Bacteroidetes Bacteroidaceae Bacteroides fragilis Иммунная система (нарушение баланса 'ШУТ^), H.hepaticus-индуцирован-ный колитТ
БК Фекалии Bacteroidetes Bacteroidaceae Bacteroides vulgatus Ехо/г'-индуцированный колитТ
УВЕЛИЧЕНИЕ ЧИСЛА ПАТОБИОНТОВ
Провоспалительные ци-токиныТ (ИЛ-6, ИЛ-12, ИЛ-23, ИЛ-17, ФНО-a)
БК Тонкая кишка Proteobacteria Enterobacteriaceae Escherichia coli
ЯК и БК Толстая кишка Proteobacteria Enterobacteriaceae pks+ Escherichia coli КолибактинТ, повреждение днкТ
БК Тонкая и толстая кишка Proteobacteria Pseudomonadaceae Pseudomonas spp. Повреждение эпителиальных клетокТ
ЯК и БК Фекалии Proteobacteria Enterobacteriaceae Salmonella spp. Нарушение иммунной системы (баланс Th1/Th2)
ЯК и БК Фекалии Proteobacteria Desulfovibrionaceae Bilophila wadsworthia, Desulfovibrio spp., Desulfuromonas spp. H2ST, токсические про- дуктыТ, бутират^, нарушение иммунной системы (Th1)
ЯК и БК Фекалии, толстая кишка Proteobacteria Campylobacteraceae Campylobacter concisus ИЛ-8Т, провоспалитель-ный эффектТ (ИЛ-бТ, ИЛ-12, ФНО-a, NF-kb)
ЯК и БК Фекалии Proteobacteria Campylobacteraceae Campylobacter jejuni ИЛ-8Т, провоспалитель-ный эффектТ (ИЛ-1ЬТ, ФНО-аТ)
ЯК и БК Фекалии Bacteroidetes Bacteroidaceae Bacteroides fragilis ТоксиныТ, нарушение функции эпителиальных клеток, провоспалитель-ные цитокины Т (ИЛ-8)
БК Фекалии Actinobacteria Coriobacteriaceae Atopobium parvulum H2ST, нарушение функции митохондрий
Clostridium scindensX,
ЯК и БК Фекалии Firmicutes Clostridiaceae Clostridium difficile первичные билиарные кислотыТ,
вторичные билиарные кислоты^
Таблица 1.
Изменения микробиома кишки при ВЗК Примечание:
ЯК - язвенный колит, БК - болезнь Крона
Table 1.
Changes in the intestinal microbiome in inflammatory bowel disease
Снижение количества полезных бактерий при воспалительных заболеваниях кишечника
Известно, что у пациентов с язвенным колитом и болезнью Крона достоверно снижено число полезных комменсальных бактерий, населяющих желудочно-кишечный тракт [15,20,30]. Несколько исследований, основанных на проведении метаге-номного анализа, доказали, что, прежде всего, это представители типа Firmicutes. Среди Firmicutes в кишечнике пациентов с ВЗК уменьшено количество Clostridium (кластеры XIVa и IV). Кластер Clostridium XIVa включает следующие виды: Clostridium, Ruminococcus, Lachnospira, Roseburia, Eubacterium, Coprococcus, Dorea и Butyrivibrio. Кластер Clostridium IV состоит из Clostridium, Ruminococcus, Eubacterium и Anaerofilum [38].
Faecalibacterium prausnitzii (F. prausnitzii) (тип Firmicutes, класс Clostridia), которая принадлежит к кластеру Clostridium IV, распространена в меньшем количестве в образцах фекалий и биопта-тах подвздошной кишки пациентов с болезнью Крона по сравнению со здоровой группой [27,23]. F.prausnitzii активно продуцирует бутират, мета-болизируя полисахариды, полученные из пищи. Бутират играет ключевую роль в энергетическом обеспечении колоноцитов, улучшает кишечный барьер, предотвращает транслокацию бактерий из просвета кишечника во внутреннюю среду организма и тормозит рост опухолевых клеток [22].
Sokol et al. показали, что дефицит F.prausnitzii играет важную роль в возникновении послеоперационного рецидива болезни Крона в форме иле-ита. Для оценки иммуномодулирующих свойств F.prausnitzii проанализировали ее противовоспалительные эффекты как in vitro (клеточные модели), так и in vivo (индуцирование колита у мышей с помощью 2,4,6-тринитробензолсульфокислоты (ТНБС)). Стимуляция мононуклеарных клеток периферической крови in vitro с применением F.prausnitzii привела к значительному снижению уровней продуцирования ИЛ-12 и ИФН-у и увеличению секреции ИЛ-10. Пероральное введение живого штамма F.prausnitzii, либо его надосадочной жидкости заметно уменьшало тяжесть ТНБС-ин-дуцированного колита и корректировало дисбиоз, что подтверждено с помощью количественного ПЦР в реальном времени. F.prausnitzii проявляет противовоспалительное действие частично из-за секретируемых метаболитов, способных блокировать активацию транскрипционного фактора NF-кВ и продукцию ИЛ-8. Эти результаты показывают, что поддержание равновесия микробиоты с использованием F.prausnitzii в качестве пробиотика является многообещающей стратегией в лечении БК и ЯК [37].
Наиболее многочисленными представителями микробиоты кишечника человека являются Ruminococcaceae и Lachnospiraceae (тип Firmicutes, класс Clostridia). Их численность также снижается при ВЗК. В образцах фекалий пациентов с ВЗК количество Ruminococcus albus (R.albus), Ruminococcus callidus (R.callidus) и Ruminococcus bromii (R.bromii) снижено в 5 раз по сравнению с контрольной группой [20]. R. albus путем разложения клетчатки
производит ацетат, используемый другими бактериями (F.prausnitzii и Roseburia spp.) для получения бутирата. В то время как R.callidus и R.bromii могут ферментировать сложные полисахариды, включая крахмал и ксилан, продукты деградации которых являются важными источниками энергии для микроорганизмов кишечника [13].
Анализ фекальной микробиоты пациентов с ВЗК показал уменьшение количества Bifidobacterium adolescentis (B.adolescentis) (тип Actinobacteria, класс Actinobacteria), продуцирующих фолаты. Существует мнение о наличии корреляции между уменьшением биодоступности фолата и увеличением риска развития колоректального рака при длительном течении язвенного колита.
Biasco G. et al изучили влияние фолата на пролиферацию эпителия слизистой оболочки прямой кишки у пациентов с длительным анамнезом язвенного колита. Выделено две группы больных, одна из которых получала фолиевую кислоту (15 мг/ сут), другая - плацебо. Пролиферацию клеток биоп-татов прямой кишки, инкубированных в культу-ральной среде, содержащей бромдезоксиуридин (синтетический нуклеозид, аналог тимидина, используемый для выявления пролиферирующих клеток в живых тканях), анализировали с помощью имму ногистохимических методов. Фрагменты биоптатов просматривались на момент включения в исследование и через три месяца после начала терапии. По сравнению с исходными значениями после трех месяцев лечения у пациентов, получавших фолиевую кислоту, наблюдалось значительное снижение частоты появления меченых клеток (0,1836 +/-0,0278 против 0,1023+/-0,0255; р<0,01). Напротив, значительных пролиферативных изменений в группе плацебо не было отмечено. Эти результаты свидетельствуют о том, что добавление фолата способствует регулированию пролиферации клеток слизистой оболочки прямой кишки у пациентов с длительным анамнезом язвенного колита. Это может быть использовано для профилактики развития колоректального рака у этих пациентов [7].
Представители филотипа Bacteroides составляют преобладающую часть микробиоты кишечника и играют важную роль в метаболических процессах. Bacteroidesfragilis (B.fragilis) (тип Bacteroides, класс Bacteroidia) оказывает благотворное влияние на иммунную систему хозяина. B.fragilis производит полисахарид A, который признан фактором симбиоза, оказывающим противовоспалительное действие, индуцируя секрецию ИЛ-10, который, в свою очередь, подавляет продукцию провоспалительных цитокинов, таких как ИЛ-17, ИЛ-23 и ФНО-а [43]. Mazmanian S. K. et al доказали, что B.fragilis защищает стерильных мышей в эксперименте от развития колита, вызванного Helicobacter hepaticus (комменсальная бактерия с патогенным потенциалом). У животных, которые имеют в кишечнике B.fragilis без продукции полисахарида А, усиливалось образование провоспалительных цитокинов и возникало воспаление
слизистой оболочки кишки [26]. Bacteroides vulgatus (B.vulgatus) устраняет у гнотобиотических мышей Escherichia coli (E.coli)-индуцированный колит [42].
Количество B.fragilis и B.vulgatus в образцах фекалий пациентов с болезнью Крона снижено по сравнению со здоровой группой [20].
Увеличение числа патобионтов при воспалительных заболеваниях кишечника
Имеются данные, подтверждающие увеличение количества ряда бактерий, которые имеют потенциально патогенные свойства и называются патобионтами, у пациентов с ВЗК [33]. К примеру, в нескольких исследованиях микробиома кишечника обнаружено расширение спектра типа Proteobacteria при ВЗК. Тип Proteobacteria состоит из 6 классов: Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Deltaproteobacteria, Epsilonproteobacteria и Zetaproteobacteria [28]. Количественное повышение Enterobacteriaceae у пациентов с БК представляет отдельный интерес вследствие того, что ряд родов этого семейства обладает значительными патогенными свойствами. Действительно, стоит отметить, что E.coli - наиболее изучаемый за последние 10-15 лет в контексте этиологии БК микроорганизм. При БК слизистая подвздошной кишки колонизирована E.coli в 36,7% случаев по сравнению с 6,2% у здоровых лиц [10]. Более того, повышенные уровни anti-E. coli OmpC антител наблюдаются у 55% пациентов с БК и лишь у 5% здоровых людей. При этом содержание anti-E.coli OmpC антител нередко коррелирует с тяжестью заболевания. Значимая часть E.coli, ассоциированных с БК, обладает способностями к адгезии к эпи-телиоцитам слизистой оболочки, внедрению в них, а также к активной репликации внутри макрофагов. Данный фенотип микроорганизма получил название адгезивно-инвазивные E.coli (АИЕС). Установлено, что несмотря на общие фенотипические характеристики, штаммы АИЕС, выделенные от больных БК, обладают определенной гетерогенностью. Наиболее изученным штаммом является LF82, и большинство патогенетических закономерностей ассоциации АИЕС с БК в литературе описано на его модели [25].
Обсуждается роль Klebsiella spp., Pseudomonas spp. и Salmonella spp. (тип Proteobacteria, класс Gammaproteobacteria) в развитии ВЗК. Действительно, индуцирование мышей Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae) вызывает у них развитие колита [17].
Молекулярный анализ биоптатов слизистой подвздошной кишки пациентов с БК, выполненный с помощью ПЦР, выявил присутствие Pseudomonas spp. в 58% образцов, тогда как в здоровой группе - лишь у 33% [41].
Сальмонеллезная инфекция является одной из главных проблем в мире. Нарушая баланс в соотношении Th1/Th2, бактерия способствует развитию воспаления в кишечной стенке [35]. Интересно, сальмонелла не может индуцировать колит у NOD1
и NOD2-дефицитных мышей, что говорит о чувствительности бактерии данным белкам [18].
Класс Deltaproteobacteria (тип Proteobacteria) включает сульфат-редуцирующие бактерии, количество которых увеличивается у пациентов с ВЗК. Данные бактерии ухудшают течение заболеваний ЖКТ путем продуцирования сульфата водорода (H2S) и других токсичных продуктов жизнедеятельности, а также путем снижения доступности полезных метаболитов, таких как бутират [29].
Devkota et al. показали, что употребление диеты с избыточным содержанием насыщенных жиров приводит к увеличению количества сульфат-редуцирую-щей комменсальной бактерии Bilophila wadsworthia (B.wadsworthia). Колонизация B.wadsworthia генетически восприимчивых ИЛ-10-/- мышей приводила к ^1-опосредованному воспалению толстой кишки [25]. Другие сульфат-редуцирующие бактерии, такие как Desulfovibrio spp. и Desulfuromonas spp., распространены у пациентов с ВЗК в большей степени по сравнению со здоровыми людьми. Это установлено в исследовании Rowan F. et al при исследовании биоптатов слизистой оболочки толстой кишки здоровых добровольцев (n=19), а также пациентов с острым (n=10) и хроническим ЯК (n=10) [34].
Семейство Campylobacteraceae (тип Proteobacteria, класс Epsilonproteobacteria) участвует в патогенезе ВЗК. Недавние исследования показывают, что представительство Campylobacter concisus (C.concisus) и Campylobacter jejuni (C.jejuni) в биоптатах или образцах фекалий пациентов с ВЗК больше, чем у группы сравнения. Прикрепление к эпителиальным клеткам кишки C.concisus и C.jejuni вызывает продукцию про-воспалительных цитокинов, таких как ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-12 и ФНО-а [24].
Инфекция Clostridium difficile (C.difficile) является серьезным осложнением у пациентов с ВЗК, ухудшая течение заболевания. Накопленные данные свидетельствуют о том, что индуцированный антибактериальными препаратами дисбиоз, может вызвать расцвет C. difficile при наличии ВЗК. Воздействие антибиотиков ингибирует превращение первичных желчных кислот во вторичные, опосредованное ком-менсальными бактериями. Поскольку вторичные желчные кислоты, такие как дезоксихолевая кислота, могут препятствовать росту C.difficile, их нарушенное образование ослабляет устойчивость комменсальной микробиоты к колонизации C.difficile [40].
Заключение
Роль микробиоты в развитии воспаления кишечной стенки при ВЗК до сих пор однозначно не выяснена. Дискутабельным остается вопрос: может ли дисбиоз быть одной из причин заболеваний, или все-таки является их следствием. С появлением
новых молекулярно-генетических методов исследования появляется возможность более детально изучить микробиом, определить фенотип заболевания и прогнозировать ответ на терапию в будущем.
Литература | Reference
1. Atlas. Vospalitel'nye zabolevaniya kishechnika: diag- 21. nostika i lechenie / pod red. prof. Halifa I. L., chlen-korr. RAN Shelygina YU.A. SPb: Gippokrat.- 2017.- 116 S.
2. Loranskaya I.D., Boldyreva M. N., Lavrent'eva O. A. Sos- 22. tav mukoznoj mikroflory zheludochno-kishechnogo trakta pri sindrome razdrazhennogo kishechnika. Ek-sperimental'naya i klinicheskaya gastroehnterologiya.-2013.- № 3.- S. 15-22.
3. Pristenochnayamikroflorakishechnika//1.D. Loranska- 23. ya i dr.- M.: Prima Print, 2015.- 100 S.
4. Chaplin A.V., Rebrikov D. V., Boldyreva M. N. Mikrobi-om cheloveka // VESTNIK RGMU.- 2017.- № 2.- S. 5-13.
5. Al-Mofarreh M.A., Al-Mofleh I. A. Emerging inflammatory bowel disease in Saudi outpatients: a report of 693 24. cases // Saudi J Gastroenterol.- 2013.- № 19.- Р.16-22.
6. Ananthakrishnan A. N. Epidemiology and risk factors for IBD // Nat Rev Gastroenterol Hepatol.- 2015.- № 12.-Р. 205-17.
7. Biasco G., Zannoni U., Paganelli G. M. et al. Folic acid 25 supplementation and cell kinetics of rectal mucosa in patients with ulcerative colitis // Cancer Epidemiol. Bio-markers Prev.- 1997.- № 6.- Р.469-471.
8. Cho J.H., Brant S. R. Recent insights into the genetics of 26 inflammatory bowel disease // Gastroenterology.- 2011.-
№ 140.- Р.1704-12.
9. Clemente J.C., Ursell L. K., Parfrey L. W. et al. The impact 27 of the gut microbiota on human health: an integrative
view // Cell.- 2012.- № 148.- Р. 1258-70.
10. Darfeuille-Michaud A., Boudeau J., Bulois P. et al. High 28 prevalence of adherent-invasive Escherichia coli associated with ileal mucosa in Crohn's disease // Gastroenterology.- 2004.- № 127.- Р.412-421. 29.
11. Devkota S., Wang Y., Musch M. W. et al. Dietary-fat-induced taurocholic acid promotes pathobiont expansion and colitis in Il 10-/- mice // Nature. - 2012. - 30 № 487(7405).- Р.104-8.
12. Fanaro S., Chierici R., Guerrini P. et al. Intestinal microflora in early infancy: composition and development // 31. Acta pediat.- 2003.- V. 91(441).- P. 48-55.
13. Flint H.J., Bayer E. A., Rincon M. T. et al. Polysaccharide utilization by gut bacteria: potential for new insights 32 from genomic analysis // Nat. Rev. Microbiol.- 2008.-
№ 6.- Р.121-131.
14. Floch M. H. Intestinal microecology in health and well- 33. ness // J Clin Gastroenterol.- 2011.- № 45.- Р.108-10.
15. Frank D.N., Amand A. L. St, Feldman R. A. et al. Mo-lecular-phylogenetic characterization of microbial community imbalances in human inflammatory bowel 34. diseases // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.- 2007.- № 104.-
P. 13780-13785.
16. Frick J.S., Autenrieth I.B. Thegutmicrofloraanditsva- 35 riety of roles in health and disease // Curr Top Microbiol Immunol.- 2013.- № 358.- Р.273-89.
17. Garrett W.S., Gallini C. A., Yatsunenko T. et al. Entero- 36 bacteriaceae act in concert with the gut microbiota to induce spontaneous and maternally transmitted colitis //
Cell Host Microbe.- 2010.- № 8.- Р.292-300. 37.
18. Geddes K., Rubino S., Streutker C., et al. Nod1 and Nod2 regulation of inflammation in the Salmonella colitis model // Infect. Immun.- 2010.- № 78.- Р.5107-5115.
19. Hugot J.P., Chamaillard M., Zouali H. et al. Association
of NOD2 leucine-rich repeat variants with susceptibility 38 to Crohn's disease // Nature.- 2001.- № 411.- Р.599-603.
20. Kang S., Denman S. E., Morrison M. et al. Dysbiosis of
fecal microbiota in Crohn's disease patients as revealed 39. by a custom phylogenetic microarray // Inflamm. Bowel Dis.- 2010.- № 16.- P. 2034-2042.
Khor B., Gardet A., Xavier R. J. Genetics and pathogenesis of inflammatory bowel disease // Nature.- 2011.-№ 474.- P. 307-17.
Lopez-Siles M., Khan T. M., Duncan S. H. et al. Cultured representatives of two major phylogroups of human colonic Faecalibacterium prausnitzii can utilize pectin, uronic acids, and host-derived substrates for growth // Appl. Environ. Microbiol.- 2012.- № 78.- P.420-428. Machiels K., Joossens M., Sabino J. et al. A decrease of the butyrate-producing species Roseburia hominis and Faecalibacterium prausnitzii defines dysbiosis in patients with ulcerative colitis // Gut.- 2014.- № 63.-P.1275-1283.
Man S.M., Kaakoush N. O., Leach S. T. et al. Host attachment, invasion, and stimulation of proinflammatory cytokines by Campylobacter concisus and other non-Campylobacter jejuni Campylobacter species // J. Infect. Dis.- 2010.- № 202.- P.1855-1865. Martinez-Medina M., Garcia-Gil L. J. Escherichia coli in chronic inflammatory bowel diseases: An update on adherent invasive Escherichia coli pathogenicity // World J Gastrointest Pathophysiol.- 2014.- № 5(3).- P.213-27. Mazmanian S. K., Round J. L., Kasper D. L. A microbial symbiosis factor prevents intestinal inflammatory disease // Nature.- 2008.- № 453.- P.620-625. Morgan X.C., Tickle T. L., Sokol H. et al. Dysfunction of the intestinal microbiome in inflammatory bowel disease and treatment // Genome Biol.- 2012.- № 13.- R79. Mukhopadhya I., Hansen R., El-Omar E.M. et al. IBD-what role do Proteobacteria play? // Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol.- 2012.- № 9.- P.219-230. Muyzer G., Stams A.J. The ecology and biotechnology of sulphate-reducing bacteria // Nat. Rev. Microbiol.-2008.- № 6.- P.441-454.
Nagao-Kitamoto H., Kamada N. Host-microbial Crosstalk in Inflammatory Bowel Disease // Immune Netw.-2017.- № 17(1).- P.1-12.
Ogura Y., Bonen D. K., Inohara N. et al. A frameshift mutation in NOD2 associated with susceptibility to Crohn's disease // Nature.- 2001.- № 411.- P. 603-6. Qin J.J., Li R. Q., Raes J. et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing // Nature.- 2010.- № 464.- P.59-65. Rehman A., Lepage P., Nolte A. et al. Transcriptional activity of the dominant gut mucosal microbiota in chronic inflammatory bowel disease patients // J. Med. Microbiol.- 2010. -№59.- P.1114-1122. Rowan F., Docherty N. G., Murphy M. et al. Desulfovib-rio bacterial species are increased in ulcerative colitis // Dis. Colon Rectum.- 2010.- № 53.- P.1530-1536. Ruby T., McLaughlin L., Gopinath S. et al. Salmonella's long-term relationship with its host // FEMS Microbiol. Rev.- 2012.- № 36.- P.600-615. Sender R., Fuchs S., Milo R. Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body // PLoS Biol. -2016. - 14: e1002533.
Sokol H., Pigneur B., Watterlot L. et al. O. Faecalibac-terium prausnitzii is an anti-inflammatory commensal bacterium identified by gut microbiota analysis of Crohn disease patients // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.- 2008.-№ 105.- P.16731-16736.
Sokol H., Seksik P., Rigottier-Gois L. et al. Specificities of the fecal microbiota in inflammatory bowel disease // Inflamm. Bowel Dis.- 2006.- № 12.- P.106-111. Sonnenburg J.L., Backhed F. Diet-microbiota interactions as moderators of human metabolism // Nature.-2016. -№535.- P.56-64.
40. Theriot C.M., Koenigsknecht M.J., Carlson P.E. et al. Antibiotic-induced shifts in the mouse gut microbiome and metabolome increase susceptibility to Clostridium difficile infection // Nat. Commun.- 2014.- № 5.- P.3114.
41. Wagner J., Short K., Catto-Smith A.G. et al. Identification and characterisation of Pseudomonas 16S ribosomal DNA from ileal biopsies of children with Crohn's disease // PLoS One.- 2008.- 3: e3578.
42. Waidmann M., Bechtold O., Frick J. S. et al. Bacteroides vulgatus protects against Escherichia coliinduced colitis in gnotobiotic interleukin-2-deficient mice // Gastroenterology. - 2003. - № 125.- P.162-177.
43. Wexler H. M. Bacteroides: the good, the bad, and the nitty-gritty // Clin. Microbiol. Rev.- 2007.- № 20.- P.593-621.
44. Wilson J.C., Furlano R. I., Jick S. S. et al. Inflammatory bowel disease and the risk of autoimmune diseases // J Crohns Colitis.- 2016.- № 10.- P.186-93.
45. Wong S.H., Ng S. C. What can we learn from inflammatory bowel disease in developing countries? // Curr Gastroenterol Rep.- 2013.- № 15.- P.313.
46. Yatsunenko T., Rey F. E., Manary M. J. et al. Human gut microbiome viewed across age and geography // Nature.-2012. -№486.- P.222-7.
К статье
Характеристика микробиома при воспалительных заболеваниях кишечника (стр. 104-111) To article
Characteristic of microbiome in inflammatory bowel disease (p. 104-111)
Рисунок 2.
Микробная колонизация и концентрация в разных отделах желудочно-кишечного тракта
Figure 2.
Microbial colonization and concentration in different parts of the gastrointestinal tract
Рисунок 3.
Рецепторы патоген-ассоциированных молекулярных структур (Караулов А. В. с соавт., 2012)
Figure 3.
Receptors of pathogen-associated molecular structures (Karaulov A. V. et al., 2012)
