Роль микробиома кишечника при воспалительном заболевании кишечника: полное руководство для пациентов

Оглавление

• Ключевые моменты
• Введение: ВЗК и микробиом
• Понимание вашего микробиома кишечника
• Защитный слизистый барьер
• Как ученые изучают микробиом
• Дисбиоз кишечника у пациентов с ВЗК
• Микробиом как индикатор заболевания
• Терапия, направленная на микробиом
• Ограничения исследований и проблемы
• Рекомендации для пациентов
• Часто задаваемые вопросы
• Информация об источнике

Ключевые моменты

• ВЗК связано с аномальной иммунной реакцией, вызванной дисбалансом микробиома кишечника.
• Дисбиоз кишечника при ВЗК характеризуется снижением биоразнообразия и уменьшением количества полезных бактерий.
• Терапия, направленная на микробиом, включает пробиотики, трансплантацию фекальной микробиоты и диетические вмешательства.
• Неясно, вызывают ли изменения микробиома воспаление или являются его следствием.

Введение: ВЗК и микробиом

Воспалительное заболевание кишечника (ВЗК), включающее болезнь Крона и язвенный колит, является хроническим состоянием, вызывающим воспаление в вашем пищеварительном тракте. Хотя врачи еще не до конца понимают причины возникновения ВЗК, они полагают, что оно связано с аномальной иммунной реакцией, спровоцированной дисбалансом микробиома кишечника — сложного сообщества микроорганизмов, обитающих в ваших кишечнике.

Этот дисбаланс возникает, когда что-то нарушает нормальные отношения между бактериями кишечника и вашей иммунной системой. Исследователи считают, что у генетически предрасположенных людей это нарушение приводит к разрушению защитного слизистого барьера, позволяя антигенам проникать сквозь него и вызывать как острые, так и хронические воспалительные реакции, характерные для ВЗК.

Текущие методы лечения ВЗК направлены на контроль воспаления с помощью иммуносупрессивных препаратов, воздействующих на различные этапы воспалительного процесса. Однако эти терапии часто имеют ограниченную долгосрочную эффективность и могут вызывать серьезные побочные эффекты, что подчеркивает необходимость в лучших подходах к лечению, направленных на устранение коренных причин заболевания.

Понимание вашего микробиома кишечника

Ваш желудочно-кишечный микробиом — это невероятно сложная экосистема, которая включает не только бактерии, но также грибы, простейших, вирусы и бактериофаги (вирусы, инфицирующие бактерии). Термин «микробиота» относится ко всем этим микроорганизмам, живущим в вашем пищеварительном тракте от рта до ануса, тогда как «микробиом» охватывает как сами микроорганизмы, так и их гены, продукты генов и окружающую среду.

Ваш микробиом кишечника формируется в раннем возрасте и становится относительно стабильным к 2–3 годам. Несмотря на свою динамичность, он сохраняет функциональную стабильность для выполнения трех важнейших задач:

• Барьерная функция: предотвращение закрепления вредных бактерий за счет конкуренции за питательные вещества и выработки антимикробных пептидов
• Питание: метаболизм и синтез питательных веществ, необходимых вашему организму
• Взаимодействие с иммунной системой: помощь в развитии и созревании вашей иммунной системы

Концентрация и разнообразие микроорганизмов постепенно возрастают вдоль вашего пищеварительного тракта, достигая самых высоких показателей в толстой кишке, где концентрация бактерий может превышать 100 триллионов (10¹⁴) бактерий на грамм содержимого толстой кишки.

Помимо бактерий, другими важными компонентами являются:

• Микобиом: грибковое сообщество, доминирующее за счет типов Аскомицеты и Базидиомицеты, с распространенными видами, включая Candida, Malassezia и Saccharomyces
• Виром: вирусы, включая те, что инфицируют клетки человека, и бактериофаги, инфицирующие бактерии
• Археи: одноклеточные микроорганизмы, такие как Methanobrevibacter smithii, организм, вырабатывающий метан

Микробиом взаимодействует с вашим организмом через метаболиты — некоторые из которых получены из вашего рациона, а другие произведены самими микроорганизмами. Ключевые метаболические пути, участвующие в здоровье кишечника, включают выработку короткоцепочечной жирной кислоты (КЦЖК), метаболизм желчных кислот и метаболизм триптофана.

Защитный слизистый барьер

Ваша кишечная стенка защищена слизистым барьером, который создает защитный слой, покрывающий эпителиальную поверхность. Этот барьер служит одной из ваших первых линий защиты от внешних веществ, пищеварительных ферментов и микроорганизмов.

Слизистый слой действует как диффузионный барьер, позволяя небольшим молекулам, таким как ионы, вода, питательные вещества и газы, достигать ваших кишечных клеток, одновременно блокируя более крупные вредные вещества. Он также является частью вашего врожденного слизистого кишечного барьера и служит вашей первой линией иммунологической защиты.

Муцины — как секретируемые, так и трансмембранные типы — являются основными компонентами этого слизистого барьера. Помимо защиты, трансмембранные муцины также участвуют во внутриклеточной сигнализации и играют важную роль в поддержании гомеостаза эпителиальных клеток, модулируя экспрессию белков межклеточных контактов.

Недавние исследования показали, что аномальный уровень экспрессии мРНК муцинов связан с проявлением и активностью ВЗК, что предполагает возможность их использования в качестве биомаркеров для мониторинга функции слизистого барьера у пациентов с ВЗК. Муцины также оказывают прямое иммунологическое действие, связываясь с иммунными клетками, и играют ключевую роль во взаимодействии с вашей микробиотой кишечника, обеспечивая питательные вещества и места прикрепления.

Как ученые изучают микробиом

На протяжении десятилетий исследования желудочно-кишечного микробиома были ограничены из-за технических ограничений, но новые технологии секвенирования недавно раскрыли невероятную сложность и разнообразие вашей кишечной экосистемы.

Исследователи используют два основных типа образцов при изучении микробиома:

• Образцы кала: Изучение содержимого просвета
• Биопсийные образцы: Оценка микроорганизмов, ассоциированных со слизистой оболочкой

Существуют важные различия в микробном составе между фекальными и мукозальными образцами. Большинство бактерий плотно прикреплены к слою слизи, и забор биоптатов слизистой оболочки у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника может давать разные результаты в зависимости от того, воспалена ткань или нет.

Традиционные методы, зависящие от культивирования, которые предполагают выращивание микроорганизмов в лаборатории, могли идентифицировать лишь часть микробных популяций из-за смещения в сторону бактерий, размножающихся в лабораторных условиях. Развитие молекулярных диагностических методов, главным образом технологий секвенирования нового поколения (NGS), представляет собой прорыв в понимании человеческого кишечного микробиома.

Сейчас ученые используют несколько подходов «омикс»:

• Метагеномика: Идентификация бактериального состава и разнообразия с использованием таких методов, как ампликонное секвенирование гена 16S рРНК или секвенирование всего генома (shotgun)
• Метатранскриптомика: Фокусируется на экспрессии генов путем анализа последовательностей РНК
• Метапротеомика: Изучает весь набор белков, экспрессируемых в данный момент времени
• Метаболомика: Исследует метаболом, состоящий из метаболитов, полученных как от хозяина, так и от микроорганизмов

Комбинируя данные метагеномики и метапротеомики, исследователи могут характеризовать сигнальные белки и пути, чтобы лучше понять функцию микробиома при здоровье и болезнях.

Дисбиоз кишечника у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника

У здоровых людей кишечный микробиом поддерживает взаимовыгодные отношения с толстым кишечником. Эти отношения имеют ключевое значение для поддержания здоровья за счет метаболизма компонентов пищи, производства важных компонентов, таких как витамин К и короткоцепочечные жирные кислоты, а также помощи в развитии и функционировании иммунной системы.

Частота воспалительного заболевания кишечника растет в новых индустриально развитых странах, что исследователи связывают с западным образом жизни, урбанизацией и индустриализацией. «Гигиеническая гипотеза» предполагает, что снижение воздействия микроорганизмов в индустриальных странах ограничивает развитие иммунной системы, что приводит к увеличению частоты аутоиммунных и аллергических заболеваний.

В здоровых популяциях существует баланс видов бактерий в кишечнике, при этом более 90% полезных бактерий принадлежат к четырем основным типам: Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria и Proteobacteria. Однако внутри этих основных групп наблюдается значительная межличностная микробная дивергенция (бета-разнообразие).

Потеря этого баланса приводит к дисбиозу кишечника, который исследователи считают одним из триггеров неадекватного иммунного ответа при развитии воспалительного заболевания кишечника. Исследования показывают четкие различия в обилии кишечных бактерий у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника по сравнению со здоровыми контрольными группами.

Дисбиоз кишечника при воспалительном заболевании кишечника характеризуется:

• Увеличением числа бактерий, ассоциированных со слизистой оболочкой
• Снижение общего биоразнообразия
• Уменьшение количества полезных бактерий (особенно типа Firmicutes, включая Faecalibacterium prausnitzii)
• Увеличение количества потенциально вредных бактерий (семейство Enterobacteriaceae, включая Escherichia coli)
• Изменения видов Bacteroides, особенно у пациентов с болезнью Крона

Хотя большинство исследований было сосредоточено на бактериях, недавние исследования показывают, что другие микроорганизмы также играют роль в патогенезе воспалительного заболевания кишечника. Исследования популяций грибов дают противоречивые результаты; одна из гипотез предполагает, что кишечное воспаление нарушает защитный слизистый барьер, позволяя условно-патогенным грибам размножаться и вмешиваться в работу иммунной системы хозяина.

По сравнению со здоровыми людьми у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника наблюдается увеличенная доля Candida albicans. Однако некоторые данные не подтверждают патогенную роль грибов. Эти изменения обилия затрагивают не только фекальный микробиом, но и воспаленную слизистую оболочку.

Дисбиоз кишечника также влияет на состав вирусов. Недавнее исследование изучало вириом слизистой оболочки подвздошной кишки у здоровых взрослых и пациентов с болезнью Крона, обнаружив существенное обеднение разнообразия бактериофагов при одновременном увеличении разнообразия эукариотических вирусов, что предполагает, что эти типы вирусов могут играть различную роль в патогенезе заболевания.

Метаболические пути микробиома кишечника также изменяются при воспалительном заболевании кишечника. Исследователи полагают, что снижение уровня короткоцепочечных жирных кислот — в частности, уменьшение количества бактерий, продуцирующих бутират, и концентрации самого бутирата — может быть вовлечено в развитие и поддержание хронического воспаления кишечника при воспалительном заболевании кишечника.

Метаболомные исследования выявили нарушения метаболизма желчных кислот у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника, включая увеличение первичных желчных кислот и снижение вторичных желчных кислот. Что касается метаболизма триптофана, то наблюдается снижение выработки лигандов арил-углеводородного рецептора (AhR) микробиотой у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника, а также может снижаться экспрессия AhR в тканях кишечника.

Затруднительно определить, вызывают ли изменения микробиома воспаление или являются его следствием. Однако различия в составе кишечной микробиоты наблюдаются у членов семьи и даже между близнецами, что предполагает, что дисбиоз кишечника при воспалительном заболевании кишечника больше связан с состоянием заболевания, чем с генетическими или средовыми факторами. Хроническое воспаление может усугублять дисбиоз за счет метаболических и окислительных изменений кишечной среды.

Существуют также внутрииндивидуальные изменения микробиоты, указывающие на активность заболевания. Изменения в составе фекального микробиома наиболее выражены во время активной фазы заболевания, особенно при болезни Крона.

Микробиом как индикатор заболевания

Термин «биомаркер» относится к измеримым характеристикам, которые указывают на нормальные биологические процессы, патологические процессы или реакции на терапевтическое вмешательство. Микробиом кишечника демонстрирует потенциал в качестве биомаркера для воспалительного заболевания кишечника из-за его участия в патогенезе заболевания и измеримых изменений, происходящих у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника.

Исследования показывают, что специфические микробные паттерны или сигнатуры могут помочь в:

• Диагностике воспалительного заболевания кишечника и дифференциации между болезнью Крона и язвенным колитом
• Прогнозировании течения заболевания и осложнений
• Мониторинге ответа на лечение
• Выявлении пациентов, находящихся в группе риска обострений

Состав микробиома, ассоциированного со слизистой оболочкой, кажется особенно релевантным в качестве биомаркера, поскольку он более непосредственно взаимодействует с иммунной системой хозяина в месте воспаления. Однако стандартизация методов отбора проб и аналитических подходов остается проблемой для внедрения биомаркеров на основе микробиома в клиническую практику.

Терапия, направленная на микробиом

Исследователи разработали несколько инновационных подходов к лечению, нацеленных на различные компоненты микробиома кишечника для модуляции аномального иммунного ответа у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника. К ним относятся:

Пробиотики: Живые микроорганизмы, которые при введении в достаточном количестве оказывают положительное влияние на здоровье. Определенные штаммы могут помочь восстановить микробный баланс, хотя результаты клинических испытаний были неоднозначными.

Пребиотики: Неперевариваемые компоненты пищи, которые избирательно стимулируют рост и/или активность полезных микроорганизмов в толстом кишечнике. Обычно они включают определенные виды клетчатки, питающей полезные бактерии кишечника.

Синбиотики: Комбинации пробиотиков и пребиотиков, разработанные для синергетического действия с целью улучшения выживаемости и колонизации микроорганизмов.

Трансплантация фекальной микробиоты (FMT): Перенос обработанных каловых масс от здорового донора реципиенту с целью восстановления здоровой микробной популяции. Хотя этот метод эффективен при рецидивирующей инфекции, вызванной C. difficile, результаты его применения при воспалительном заболевании кишечника были более вариабельными.

Диетические вмешательства: Специальные диеты, предназначенные для модуляции микробиома, такие как исключительно энтеральное питание при болезни Крона или персонализированные диеты на основе индивидуальных микробных профилей.

Фаговая терапия: Использование бактериофагов (вирусов, инфицирующих определенные бактерии) для таргетного воздействия и снижения численности проблемных видов бактерий при сохранении полезных микроорганизмов.

Терапия микробными метаболитами: Прямое введение полезных микробных метаболитов, таких как бутират или другие короткоцепочечные жирные кислоты.

Эти инновационные подходы показывают перспективы для будущего лечения воспалительного заболевания кишечника, однако вопросы безопасности остаются серьезным ограничением, поскольку их долгосрочные эффекты у людей еще не полностью изучены.

Ограничения и проблемы исследования

Несмотря на значительный прогресс в исследованиях микробиома, остаются важные ограничения:

Причинность против корреляции: Трудно определить, вызывают ли изменения микробиома воспаление или являются его следствием. Взаимосвязь кажется двунаправленной: воспаление изменяет микробную среду, а изменения микробиома влияют на воспаление.

Техническая вариабельность: Различные методы отбора проб (кал против слизистой оболочки), техники секвенирования и биоинформатические подходы могут давать разные результаты, что затрудняет сравнение между исследованиями.

Индивидуальная вариабельность: Здоровый микробиом демонстрирует значительные межличностные различия, что затрудняет установление универсальных стандартов того, что считается «здоровым» микробиомом.

Влияние лекарств: Многие препараты для лечения воспалительного заболевания кишечника, включая антибиотики, иммуносупрессоры и биологические средства, сами по себе могут изменять микробиом, что усложняет интерпретацию результатов исследований.

Ограниченное понимание небактериальных компонентов: Большинство исследований было сосредоточено на бактериях, в то время как вирусы, грибы и другие компоненты остаются менее изученными, несмотря на их потенциальную важность.

Лонгитюдные данные: Большинство исследований предоставляют моментальные снимки, а не долгосрочное отслеживание изменений микробиома во времени в связи с активностью заболевания и лечением.

Несмотря на эти проблемы, текущие исследования продолжают прояснять сложные взаимосвязи между микробиомом кишечника и воспалительным заболеванием кишечника, давая надежду на новые диагностические и терапевтические подходы.

Рекомендации для пациентов

Основываясь на текущем понимании роли микробиома в воспалительном заболевании кишечника, пациенты могут рассмотреть следующее:

1. Обсудите с вашим гастроэнтерологом методы лечения, направленные на микробиом, включая потенциальные преимущества и ограничения применения пробиотиков, пребиотиков или диетических подходов
2. Делайте акцент на разнообразии рациона, включая различные продукты, богатые клетчаткой, для поддержания разнообразия микробиома, если только нет медицинских показаний к соблюдению специфических диетических ограничений
3. Рассмотрите возможность включения ферментированных продуктов, таких как йогурт, кефир и квашеная капуста, которые естественным образом содержат полезные микроорганизмы
4. Будьте осторожны с антибиотиками — используйте их только при необходимости, так как они могут существенно нарушить ваш микробиом
5. Управляйте уровнем стресса с помощью таких методов, как медитация, физические упражнения или консультирование у специалиста, поскольку стресс может влиять на здоровье кишечника и состав микробиома
6. Участвуйте в клинических испытаниях, если они доступны, чтобы помочь продвинуть наше понимание терапий, направленных на микробиом, при ВЗК
7. Поддерживайте открытое общение с вашей медицинской командой относительно любых дополнительных методов лечения, которые вы рассматриваете наряду с традиционной терапией

Помните, что, хотя исследования микробиома многообещающи, многие приложения все еще находятся в стадии разработки. Всегда консультируйтесь со своим лечащим врачом перед внесением значительных изменений в подход к лечению или образ жизни.

Часто задаваемые вопросы

Что такое дисбиоз кишечника и как он связан с ВЗК?

Дисбиоз кишечника относится к дисбалансу микробного сообщества в кишечнике. У пациентов с ВЗК этот дисбаланс характеризуется снижением общего биоразнообразия, уменьшением количества полезных бактерий, таких как Firmicutes, и увеличением количества потенциально вредных бактерий, таких как Enterobacteriaceae. Исследователи считают дисбиоз триггером неадекватного иммунного ответа, наблюдаемого при развитии ВЗК.

Может ли изменение диеты улучшить состояние микробиома кишечника и симптомы ВЗК?

Диетические вмешательства являются одним из нескольких методов лечения, направленных на микробиом, которые изучаются при ВЗК. Специфические диеты, такие как исключительно энтеральное питание при болезни Крона или персонализированные диеты на основе индивидуальных микробных профилей, направлены на модуляцию микробиома. Однако в статье отмечается, что результаты были неоднозначными, а долгосрочные эффекты до конца не изучены.

Почему ВЗК возвращается после лечения?

Текущие методы лечения ВЗК направлены на контроль воспаления, но часто имеют ограниченную долгосрочную эффективность. В статье объясняется, что эти терапии не устраняют коренные причины заболевания, такие как дисбаланс микробиома кишечника. Кроме того, хроническое воспаление может усугублять дисбиоз, создавая цикл, который может привести к рецидиву.

Какие основные типы микроорганизмов присутствуют в микробиоме кишечника?

Микробиом кишечника включает бактерии, грибы, простейшие, вирусы и бактериофаги. Грибковое сообщество называется микобиомом, а вирусное сообщество — виомом. Также присутствуют археи, такие как Methanobrevibacter smithii. Бактерии являются наиболее изученными; в здоровом кишечнике доминируют Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria и Proteobacteria.

Как ученые изучают микробиом кишечника?

Ученые изучают микробиом с помощью образцов стула и биопсии. Они используют секвенирование нового поколения и подходы «омики»: метагеномика для состава, метатранскриптомика для экспрессии генов, метапротеомика для белков и метаболомика для метаболитов. Эти методы выявляют разнообразие и функцию кишечных микроорганизмов.

Что такое дисбиоз кишечника?

Дисбиоз кишечника представляет собой нарушение баланса микробного сообщества кишечника. При воспалительном заболевании кишечника он характеризуется увеличением количества бактерий, ассоциированных со слизистой оболочкой, снижением биоразнообразия, уменьшением числа полезных бактерий, таких как Faecalibacterium prausnitzii, и увеличением числа потенциально вредных бактерий, таких как Escherichia coli. Считается, что этот дисбаланс запускает неадекватный иммунный ответ.

Можно ли использовать микробиом кишечника в качестве биомаркера для воспалительного заболевания кишечника?

Да, микробиом кишечника демонстрирует потенциал в качестве биомаркера. Определенные микробные паттерны могут помочь в диагностике воспалительного заболевания кишечника, различении болезни Крона и язвенного колита, прогнозировании течения заболевания, мониторинге ответа на лечение и выявлении пациентов с риском обострений. Однако необходима стандартизация методов отбора проб и анализа.

Стоит ли мне получить второе мнение по плану лечения моего воспалительного заболевания кишечника?

Второе мнение может быть ценным для пациентов с воспалительным заболеванием кишечника, поскольку текущие методы лечения часто имеют ограниченную долгосрочную эффективность и могут вызывать серьезные побочные эффекты. Терапии, нацеленные на микробиом, такие как пробиотики, трансплантация фекальной микробиоты и диетические вмешательства, являются перспективными, но еще не до конца изучены. Второе мнение поможет вам рассмотреть эти варианты и подтвердить диагноз, поскольку изменения микробиома могут служить биомаркерами. Diagnostic Detectives Network предоставляет независимые экспертные вторые мнения.

Информация об источнике

Original Article Title: The Microbiome in Inflammatory Bowel Disease

Authors: Aranzazu Jauregui-Amezaga and Annemieke Smet

Affiliation: University Hospital Antwerp and University of Antwerp, Belgium

Publication: Journal of Clinical Medicine 2024, 13(16), 4622

Эта статья для пациентов основана на рецензируемых научных исследованиях и сохраняет научную целостность оригинальной публикации, делая материал доступным для образованных пациентов.