Что не является триггером повышенной кишечной проницаемости
Синдром «дырявой кишки» и бактериальная транслокация
Проницаемость кишечника, микробиом и тканевые бактерии при метаболических заболеваниях.
СОДЕРЖАНИЕ
Примечание редактора.
Селективная проницаемость опосредована через два главных пути:
Трансэпителиальная или трансклеточная проницаемость : состоит из специфического перехода растворенных веществ через клетки эпителия. Она регулируется деятельностью специализированных транспортеров, которые транслоцируют определенные электролиты, аминокислоты, сахара, короткоцепочечные жирные кислоты и другие молекулы в клетку или из нее.
Появление новых данных о взаимосвязи между микробиомом кишечника и метаболизмом хозяина привело к изменению парадигмы в изучении метаболических заболеваний, таких как ожирение и диабет 2 типа, что оказывает влияние как на основную патофизиологию, так и на потенциальное лечение. Нарастающие доклинические и клинические доказательства сдвигов кишечной микробиоты, повышенная проницаемость кишечника при метаболических заболеваниях и критическое расположение кишечного барьера на границе между окружающей средой и внутренней средой привели к возрождению концепции “дырявого кишечника”. Хотя повышенная циркуляция суррогатных маркеров и непосредственно измеряемая проницаемость кишечника были связаны с усилением системного воспаления при метаболических заболеваниях, механистические модели, лежащие в основе этого явления, недостаточно развиты. Учитывая неоднократные наблюдения микроорганизмов в нескольких тканях с конгруэнтными филогенетическими находками, мы рассматриваем современные данные об этих непредвиденных нишах, сосредоточивая особое внимание на взаимодействии между проницаемостью кишечника и кишечными, а также внекишечными бактериями и их совместном вкладе в системное воспаление и метаболизм. Мы далее рассматриваем ограничения текущих исследований и предлагаем стратегии, опирающиеся на стандартные методы измерения проницаемости, последние достижения в области независимых методов культивирования микроорганизмов и вычислительных методологий для надежной разработки этих концепций, которые могут иметь значительную ценность для разработки стратегий профилактики и лечения.
1. Вступление
В то время как перекрестные помехи между микробиомом кишечника и периферическими органами, такими как мозг, печень, жировая ткань, мышцы и поджелудочная железа, стали решающим фактором для гомеостатических систем, поиск каналов связи привел к возрождению концепции “дырявого кишечника”. Эта концепция основана на понятии транслокации целых бактерий, бактериальных продуктов, таких как метаболиты, и компонентов бактериальной стенки в кровообращение и отдаленные ткани, способствуя удаленному повреждению органов при метаболических заболеваниях. Хотя бактериальная транслокация является физиологическим процессом, имеющим решающее значение для иммунитета хозяина [8], «патологическая транслокация» неоднократно подтверждается, что лучше всего иллюстрируется в ее клиническом выражении как спонтанный бактериальный перитонит ( SBP ). В этом случае в брыжеечных лимфатических узлах и асците неизбежно обнаруживаются непатогенные кишечные бактерии, что приводит к наблюдаемому местному воспалению и клиническим результатам. Лечение включает обеззараживание с помощью пероральных антибиотиков, которые обычно эффективны только в кишечнике. Поэтому для того, чтобы лечить бактериально-индуцированное воспаление в брюшине, необходимо обязательно лечить кишечник.
Поскольку субклиническое воспаление проявляется при ожирении, приводящем к местной и системной инсулинорезистентности и развитию сердечно-сосудистых заболеваний, важно проследить сходные механизмы действия, наблюдаемые при SBP в метаболически активных органах, и понять роль отдаленного взаимодействия органов и бактерий в патогенезе неинфекционных заболеваний, что, в свою очередь, может открыть новые пути профилактики и терапии.
2. Изменения микробиома кишечника, диета и проницаемость кишечника при метаболических заболеваниях
Хотя исследования микробиомов выходят за рамки инфекционных заболеваний в течение нескольких десятилетий, их развитие за последние два десятилетия заметно увеличилось благодаря разработке последовательных методов обнаружения микробов, которые избегают традиционных культуральных подходов. Что еще более важно, были предприняты усилия по созданию систематических подходов к расшифровке структуры и функции кишечного микробиома в здоровье и болезнях с помощью проекта Human Microbiome Project (HMP) [9], а также европейского проекта MetaHit [5], что привело к появлению множества публикаций, связывающих кишечный микробиом с несколькими факторами, подробно описанными в превосходных обзорах по диете и модуляции микробиома здоровья и болезней [10,11,12,13], ожирению [14], воспалению [15], метаболическим заболеваниям [16,17] и сердечно-сосудистым заболеваниям [18], а также комплексным подходам к взаимосвязанным заболеваниям. [19]. В то время как состав микробиома сильно зависит от возраста, пола и этнической принадлежности [20], некоторые наблюдательные и экспериментальные исследования, обсуждаемые ниже, использовали дополнительные подходы, такие как вмешательство, направленное на микробиоту кишечника, и предполагают тесные связи между сдвигами микробиома при метаболических заболеваниях, а также возможные пути формирования этой взаимосвязи.
2.1. Композиционные изменения микробиоты кишечника и признаки метаболического заболевания
Ранние указания на связь между микробиомом кишечника и ожирением были получены в результате исследований как на мышиных моделях, так и на людях [14,21,22,23,24]. Мыши без микробов, питающиеся на диете с высоким содержанием жиров/ сахара, устойчивы к увеличению веса по сравнению с обычными мышами, даже при потреблении большего количества калорий в целом. Это было связано с повышенным уровнем фосфорилированной АМФ-активированной протеинкиназы (англ. AMPK ) и ее последующими мишенями для окисления жирных кислот в скелетных мышцах и печени [22]. Кроме того, конвенционализация свободных от микробов мышей привела к значительному увеличению веса и жира, несмотря на неизменное потребление пищи и нормальное потребление энергии [21], что еще больше утвердило микробиом в качестве регулятора энергетического гомеостаза.
Исследование идентичных близнецов, которые были либо конкордантны, либо диссонансны по ожирению, показало, что развитие ожирения связано со сдвигами микробиома, отклоняющимися от “здорового основного микробиома”, отраженными снижением микробного разнообразия и измененной репрезентацией метаболических путей [14]. Перенос микробиома кишечника от особей с ожирением к мышам без микробов вызывал значительное увеличение массы тела у животных, которое не было воспроизводимо у тех, кто получал перенос микробиоты от худощавых особей [24]. Эти данные демонстрируют причинно-следственную связь между изменениями в микробиоме и развитием ожирения, причем лежащие в их основе механизмы сходны у разных видов. Кроме того, снижение микробного разнообразия кишечника было связано с резистентностью к инсулину, повышением циркулирующих маркеров воспаления и жировой дистрофией печени. Пациенты с уменьшенным разнообразием микробиома реже получали пользу от вмешательства по снижению веса в отношении улучшения маркеров системного воспаления, инсулинорезистентности и дислипидемии [25], подчеркивая важность базовой микробиомной сигнатуры в исходе заболевания и вмешательства.
Аналогично, бактериальная сигнатура отмечена и в СД2: в крупнейшем на сегодняшний день исследовании снижение разнообразия микробиома, а также значительное снижение продуцентов бутирата было продемонстрировано у 345 китайских пациентов с диабетом 2-го типа, в то время как количество условно-патогенных микроорганизмов увеличилось [26]. Сопоставимые результаты были продемонстрированы у 145 женщин с СД2 в Швеции [27], где микробиотальная сигнатура кишечника была более сильно коррелирована с СД2, чем с классическими параметрами риска СД2, такими как масса тела, индекс массы тела (ИМТ), окружность талии или отношение талии к бедрам. Кроме того, непрерывное прогрессирование СД2 характеризовалось возрастающей потерей микробного разнообразия кишечника и специфических таксономических групп, таких как Бифидобактерии (Bifidobacteria) и Веррукомикробии (Verrucomicrobiae) [28]. Представителем последнего филогенетического класса является Akkermansia muciniphila, которая была связана со снижением массы тела и улучшением чувствительности к инсулину у мышей [29] и людей [30], а также с улучшением метаболизма глюкозы у людей при инициации метформина [31].
Данные перекрестных исследований были подтверждены в интервенционных исследованиях: перенос кишечного микробиома от здоровых субъектов к пациентам с СД2 привел к значительному улучшению чувствительности к инсулину в течение шести недель [32,33]. С этой целью увеличение числа Verrucomicrobiae после переноса фекального микробиома (FMT) было связано с антидиабетогенным эффектом, в то время как увеличение протеобактерий было связано с инсулинорезистентностью. В соответствии с вмешательством по снижению веса улучшение чувствительности к инсулину было в значительной степени обусловлено исходным составом кишечной микробиоты [33].
Аналогичные наблюдения были сделаны в отношении связи микробного разнообразия кишечника с неалкогольным стеатогепатитом (НАСГ) и неалкогольной жировой болезнью печени (НАЖБП) [34,35,36], хотя исследования, по-видимому, менее согласуются с конкретными виновниками. Вторичные результаты, полученные при изучении артериальной гипертензии, также продемонстрировали дополнительное участие сниженной способности кишечного микробиома к производству короткоцепочечных жирных кислот, особенно бутирата, в регуляции артериального давления [37,38,39]. Взаимосвязь между микробиомом кишечника и гипертензией, по-видимому, подлежит дальнейшему экологическому контролю, как показано в работе Wilck et al., который продемонстрировал, что гипертензия, реагирующая на соль, ассоциирована с истощением Лактобацилл (Lactobacilli) и что восполнение потерянных штаммов связано со снижением индукции Th17-клеток и снижением артериальной гипертензии [40].
2.2. Количественные сдвиги микробиома кишечника при метаболических заболеваниях: когда важны цифры
Количественные изменения микробиома также были описаны в литературе для нескольких метаболических заболеваний. Sabaté et al. сообщали о распространенности бактериального избыточного роста тонкой кишки (СИБР) в 17,1% случаев у пациентов с тяжелым и морбидным ожирением [41]. В этом конкретном исследовании СИБР, по-видимому, был связан с тяжелым стеатозом печени. Это было подчеркнуто в нескольких исследованиях, указывающих скорее на значительную ассоциацию между СИБР и неалкогольной жировой болезнью печени [42], в то время как связь между ожирением и риском СИБР была признана недостаточно доказанной в соответствии с метаанализами [43]. Доказательства наличия СИБР при сахарном диабете (СД1 и СД2) кажутся более обоснованными [44], причем распространенность СИБР колеблется где-то между 11,6% и 60% в зависимости от выполненного теста [42,45]. Эта ассоциация является столь же интуитивной, поскольку СИБР традиционно связывают, по крайней мере частично, со снижением перистальтики кишечника [45], кишечным транзитом и вегетативной нейропатией [46]. Хотя доказательства связи между СИБР и кишечной проницаемостью, измеренной с помощью теста двойного поглощения сахара, были установлены при НАЖБП [47], а также при иммунодефицитных заболеваниях [48], остается неясным, приводит ли СИБР к повышению проницаемости или оба состояния имеют свои корни в дополнительном общем знаменателе. В то время как количественные изменения в микробиоме тонкой кишки (на примере СИБР) могут быть связаны с изменением качественного состава микробиома толстой кишки и с повышением проницаемости кишечника, появляются новые доказательства важного вклада количества микробов в толстой кишке в здоровье человека. Vadeputte et al. сообщали, что количественная оценка бактериальных профилей далеко обходит анализы композиционности и показывает, что часто сообщаемый компромисс между Превотеллой (Prevotella) и Бактероидами (Bacteroides) является искусственным продуктом композиционности данных. Кроме того, авторы связывают возникновение энтеротипов с низким содержанием клеток с болезнью Крона, подчеркивая связь между бактериальной нагрузкой кишечника, составом микробиома и воспалением [49].
2.3. Диетические сигналы в перекрестных помехах между кишечным микробиомом и кишечной проницаемостью
В сочетании с доказательствами того, что факторы окружающей среды, такие как диета или другие промышленные пищевые добавки (например, соль [63,64]), а также провоспалительная среда кишечника могут привести к повышенной проницаемости кишечника [65] и восприимчивости к инвазивным патобионтам [66], и что воспаление само по себе может изменить микробный состав кишечника [67], в настоящее время неясно, происходит ли воспаление на дозирующем / принимающем или обоих концах сдвигов микробиома кишечника, кульминацией которых является повышенная бактериальная транслокация.
Помимо взаимодействия между общим составом микробиома, воспалительным тонусом кишечника и проницаемостью, стоит отметить, что некоторые бактерии, вероятно, транслоцируются более легко, чем другие, что связано с их способностью воздерживаться или ослаблять защитные механизмы хозяина. Было показано, что грамотрицательные бактерии, такие как E. coli и другие энтеробактерии и энтерококки, чаще транслоцируются, чем другие кишечные комменсалы [68,69]. Несмотря на это, можно предположить, что воспаление или метаболический стресс могут изменять скорость бактериальной транслокации либо путем повышения проницаемости для специфических таксонов, либо путем стимуляции активной бактериальной транслокации путем модуляции бактериальных механизмов патогенности [70].
3. Кишечный Цербер и дырявый кишечник
Хотя многие ассоциативные исследования показали связь между количественными и качественными изменениями микробиома кишечника и метаболическими заболеваниями, более пристальный взгляд на три основных защитных случая оправдан для выявления механизмов, участвующих в связи этих событий с метаболическими патологиями.
3.1. Лимфатические узлы и иммунные клетки
Кишечно-ассоциированная лимфоидная ткань (GALT) является самым крупным иммунологическим органом человеческого организма. Врожденная иммунная система как первая линия обороны дает право на высоко консервативное распознавание ассоциированных с микробами молекулярных паттернов (MAMPs), активных на эпителиальных поверхностях, а также внутри эндосом через TLRs или цитоплазматический NLR (нуклеотид-связывающий домен, богатые лейцином повторяющиеся белки). Хотя эти комменсалы быстро убиваются макрофагами, кишечные дендритные клетки (iDCs) несут небольшое количество живых бактерий, которые затем могут индуцировать селективную продукцию иммуноглобулина А (IgA) в брыжеечных лимфатических узлах (MLNs). Было высказано предположение, что они находятся в центре бактериальной транслокации, поскольку они ограничивают iDCs в иммунном компартменте слизистой оболочки. При хирургическом удалении MLNs специфический комменсальный IgA-ответ отменяется и возможно системное проникновение бактерий, так как комменсалы могут быть получены из селезенки животных без MLNs [71].
Активированные B-клетки и T-клетки рекрутируются после бактериальной транслокации. В-клетки продуцируют комменсальный специфический IgA, который отменяет транслокацию за пределы слизистой оболочки кишечника [72]. Мыши, дефицитные по TLR-зависимому MyD88 на В-клетках, не способны индуцировать иммуноглобулиновый ответ, приводящий к системному распространению комменсальных бактерий [73]. Неясно, связано ли это с бактериальной транслокацией при ожирении и СД2, но есть все больше свидетельств дисфункции B-клеток при ожирении и СД2, поддерживающих провоспалительные T-клетки и профиль провоспалительных цитокинов [74]. Аналогичным образом, роль кишечных Т-клеток недостаточно четко определена в возникновении ожирения и СД2. Отсутствие кишечно-ассоциированных лимфоидных Т-клеток приводит к спонтанной транслокации комменсальных бактерий [75], а их подавление, как было показано, усиливает бактериальную транслокацию при алкогольных и ожоговых травмах [76]. Механизмы, лежащие в основе перемещения Т-клеток в GALT, брыжеечные лимфатические узлы и кишечник в ответ на кишечные антигены, вовлечены в возникновение хронического воспаления кишечника [77]. Более интересно, что у пациентов с ожирением и СД2 наблюдалось более высокое содержание цитотоксических Т-клеток, активированных Т-хелперов и нарушение функции нейтрофилов и Т-клеточного ответа на вызов, несмотря на повышенную экспрессию маркеров активации [78]. Это было предложено в качестве возможного механизма, ответственного за повышенную распространенность инфекции у пациентов с СД2 [79].
3.2. Секреторный компартмент, включающий слизь и IgA антитела
Бактерии вблизи кишечной поверхности кишечника контролируются и хранятся на расстоянии несколькими секреторными элементами, охватывающими антимикробные белки (AMPs), секретируемые в основном клетками Панета после восприятия целых бактерий или липополисахаридов (LPS) посредством TLR-зависимой активации MYD88 [80]. К ним относятся дефензины, обладающие разрушительными свойствами на микробных мембранах, лектины, а также бактерицидные белки, индуцирующие проницаемость, и резистиноподобные молекулы. Испытуемые с ожирением имеют более низкие AMPs, включая Альфа-дефензин, а также сниженный лизоцим с признаками повышенного стресса эндоплазматического ретикулума (ER) в панет-клетках и измененной функцией, потенциально способствующей ассоциированному с ожирением сдвигу в микробиоме [81]. Кроме того, слой слизи, изолирующий просвет от эпителиальных клеток, активно участвует в гомеостазе кишечника в состоянии здоровья и при заболеваниях, поскольку охватывает AMPs, продуцируемые в подлежащих клетках. Он также проявляет антибактериальную активность [82] и, как было показано, теряет густоту после диеты с высоким содержанием жиров (HFD) [29]. Помимо борьбы с бактериями, слизь может питать определенные типы бактерий, такие как Akkermansia muciniphila, которая, как было показано, устраняет метаболические расстройства, вызванные диетой с высоким содержанием жиров, включая резистентность к инсулину, и которая, как было показано, повышает тонус эндоканнабиноидов, контролируя воспаление [29]. Кроме того, дисбаланс желчных кислот, по-видимому, имеет отношение к метаболической регуляции, поскольку желчные кислоты модулируют синтез и секрецию глюкагоноподобного пептида 1 (GLP1), который модулирует прием пищи, моторику кишечника и секрецию инсулина и, таким образом, влияет на патогенез ожирения и СД2 [83], а также на целостность кишечника [84]. На самом деле уменьшение желчи облегчает бактериальную транслокацию и повышает восприимчивость к усиленной транслокации в ответ на эндотоксин [85] или хирургическую травму [86]. Еще одним компонентом секреторного кишечного иммунного элемента являются IgA-антитела, которые могут связываться с бактериями, предотвращая их прилипание к слизистой оболочке в рамках механизмов иммунного исключения [87]. HFD приводит к уменьшению секреторного IgA и у мышей с пониженной толерантностью к глюкозе, получающих диету с высоким содержанием жиров. [88].
3.3. Дисфункция слизистой оболочки и барьера кишечника
4. Разрушение барьеров: маркеры бактериальной транслокации
Помимо кишечного воспаления, нарушению барьерной функции в кишечнике часто предшествуют ожирение, резистентность к инсулину и последующие метаболические заболевания, которые, вероятно, усугубляются воспалением и дисфункцией в висцеральной жировой ткани, печени, мышцах, поджелудочной железе и мозге. Чтобы связать здоровье кишечника и микробиомные профили с метаболическим здоровьем, большинство исследований было сосредоточено на изучении суррогатных параметров для подтверждения изменений проницаемости кишечника вместо проведения функциональных тестов (Таблица 1).
Таблица 1. Маркеры кишечной проницаемости при неинфекционных заболеваниях.
Cani et al. был введен термин «метаболическая эндотоксемия», который описывает повышенное системное воздействие бактериальных липополисахаридов (LPS) при ожирении и инсулинорезистентности [89]. Связь между системным бактериальным воспалением и нарушением обмена веществ прослеживается с начала восьмидесятых годов, когда было показано, что сепсис связан с обратимым состоянием инсулинорезистентности [103].
До сих пор большинство исследований, посвященных изучению бактериальной транслокации и метаболических заболеваний, были сосредоточены на измерениях LPS, что привело к большому количеству доказательств. LPS являются компонентами внешней мембраны грамотрицательных бактерий и попадают в циркуляцию в основном после того, как бактерия была нейтрализована. Интересно, что потребление жиров было связано с повышением постпрандиальных LPS, распределенных в циркуляции через образовавшиеся хиломикроны [104], а прямое введение LPS индуцировало системное воспаление и инсулинорезистентность [105]. Мостик между избыточным питанием и системным воспалением был построен, когда было показано, что 8-недельное вмешательство с избыточным питанием приводит к повышенному уровню эндотоксина, сопровождающегося резистентностью к инсулину [106]. Несколько крупных когортных исследований с тех пор сообщили о повышении циркулирующих уровней LPS у пациентов с СД2 ожирением или/и метаболическими заболеваниями [107,108,109]. Измерение LPS-связывающего белка ( LBP ), который модулирует биологическую активность LPS, было использовано взаимозаменяемо для передачи аналогичного сообщения [110]. Последовательно проводимые вмешательства по снижению веса на примере бариатрической хирургии приводят к улучшению толерантности к глюкозе и общему метаболическому улучшению, а также к снижению веса наряду со значительным снижением уровней LPS и LBP [111,112], что еще больше поддерживает прямую связь между постулируемым бактериально-индуцированным воспалением и метаболическими нарушениями. Несмотря на широкое применение, существует ряд ограничений на использование LPS в качестве маркеров кишечной проницаемости. Они частично связаны с тем фактом, что измерение LPS в качестве суррогатного маркера для транслокации “живых” бактерий является ошибочным из-за необходимости бактериальной смерти/лизиса для высвобождения LPS. Несколько преданалитических проблем, включая отсутствие отбора проб в апирогенной посуде или необходимость предварительной обработки образцов для преодоления низкого восстановления LPS в наиболее широко используемом тесте на лизат Амебоцитов Limulus ( LAL ), способствовали появлению большого диапазона значений LPS, описанных в литературе [107,113]. Учитывая, что активность LPS активно модулируется связыванием и клиренсом белков, полученных от хозяина [114], становится сомнительным, что измерение LPS после предварительной обработки для преодоления низкого восстановления отражает условия in vivo. Это подтверждается тем фактом, что существует плохая согласованность между эндотоксемией и грамотрицательной бактериемией и что эндотоксемия выявляется менее чем у 50% пациентов с грамотрицательным сепсисом [115].
Бактериальные продукты не являются маркерами бактериальной транслокации как таковой, но их сдвиги неоднократно ассоциировались с концепцией «дырявой кишки» и повышенной проницаемости кишечника, поскольку они играют центральную роль в поддержании кишечного барьера [116] и функции [117]. Интересно, что физиологические количества короткоцепочечных жирных кислот, как было показано, немедленно поддерживают барьер толстой кишки, что было показано через камеры Ussing [118]. Было показано, что бутират, в частности, увеличивает экспрессию белков плотного соединения, таких как окклюдин, клаудин и zonula occludens [119], а также уменьшает бактериальную транслокацию, измеренную с помощью трансэпителиальной резистентности [120], и бактериальную интернализацию с помощью просвечивающей электронной микроскопии через 24 ч в доклинических моделях. Эти данные, сопровождающиеся снижением продуцентов бутирата при некоторых метаболических заболеваниях, как уже упоминалось выше, могут поддержать идею о бактериальных продуктах, отражающих состояние кишечного барьера. Тем не менее, эти измерения были сделаны только со здоровым контролем в качестве точки отсчета, что делает использование бактериальных продуктов для доказательства концепции дырявого кишечника вторичным значением.
Такие маркеры, как эндотоксиновые основные антитела (EndoCAb), также были использованы и показали, что они превосходят эндотоксин в одной исследуемой когорте, хотя только IgM-антитела были достоверно различны между худыми субъектами, пациентами с ожирением и СД2 [126]. Принимая во внимание, что не хватает абсолютного порогового значения для этого конкретного метода, а также что кинетика IgM и IgG не совсем понятна, кажется преждевременным рекомендовать его как часть стандартного тестирования.
Другие широко используемые суррогатные маркеры, такие как зонулин, который повышает проницаемость кишечника за счет демонтажа межклеточных кишечных плотных соединений [127], в основном испорчены тем фактом, что коммерчески доступные иммуноферментные анализы ELISA не являются ни чувствительными, ни специфичными для самого зонулина [99].
В нескольких исследованиях было проведено функциональное тестирование проницаемости кишечника с использованием двойных тестов на поглощение сахара. Существуют надежные данные, подтверждающие использование таких тестов [128]. Тест на лактулозу / маннит является наиболее широко используемым тестом и имеет несколько клинических применений в контексте ВЗК или синдрома раздраженного кишечника (СРК). Тест основан на измерении двух неметаболизируемых сахаров, которые выводятся с мочой после приема внутрь. Водорастворимый моносахарид маннит проходит через слизистую оболочку кишечника преимущественно через трансклеточное поглощение, в то время как более крупный дисахарид лактулоза диффундирует парацеллюлярно и обычно сдерживается плотными соединениями. Таким образом, индекс лактулозы/маннитола сильно повышается при кишечном воспалении и сценариях повышенной проницаемости кишечника с рецидивом заболевания, такого как болезнь Крона [129].
Таким образом, грань между повышенной проницаемостью кишечника и бактериальной транслокацией, по-видимому, является туманной, где иногда не наблюдается ни повышенной проницаемости кишечника, ни фактического увеличения бактериальной транслокации под удобным названием «протекающей кишки» или «дырявого кишечника»в области метаболического нарушения, вызванного проницаемостью.
5. Бактериальная транслокация и «зловещий октет» СД2
Бактериальные сигналы могут влиять на системный воспалительный тонус, усиливая местное воспаление в кишечнике, что приводит к широкому распространению воспалительной реакции, достигающей нескольких органов, или потенциально могут изменять местные сигналы в периферических органах, приводя к чрезмерному воспалению и увеличению резистентности к инсулину. В настоящее время признано, что некоторые ткани играют важную роль в возникновении инсулинорезистентности и связанных с ней последствий. В частности, жировая ткань, печень, мышцы, желудочно-кишечный тракт, поджелудочная железа (β- и α-клетки), почки и мозг в совокупности составляют зловещий октет DeFronzo и способствуют развитию непереносимости глюкозы и резистентности к инсулину при СД2 [138]. Учитывая важные терапевтические последствия, нацеленные на каждого игрока, представляется примечательным рассмотреть влияние бактериальной транслокации на конкретные органы.
5.1. Жировая ткань
5.2. Печень
Лептин, адипокин, секретируемый преимущественно жировой тканью, усиливает выработку TNF-a в LPS-стимулированных клетках Купфера, и его введение вызывает повышенную LPS-индуцированную печеночную продукцию TNF-a у крыс дикого типа. С другой стороны, TNF-a в печени лептин-дефицитных крыс Цукера не изменялся после стимуляции LPS [149], что еще больше усиливало предполагаемую перекрестную связь жировой ткани с печенью при индуцированном эндотоксемией воспалении и нарушении метаболизма.
5.3. Поджелудочная железа
Транслокация бактериальных и эндотоксических бактериальных компонентов в поджелудочную железу также была связана с изменением функции этой высоко метаболически активной ткани. В моделях острого панкреатита наблюдалось нарушение слизистой оболочки тонкой кишки, проявляющееся повышением проницаемости слизистой оболочки для флуоресцентных латексных микросфер и повреждением апикальных ворсинок. Интересно, что меченые бактерии из кишечника были прослежены от кишечника к брыжеечным лимфатическим узлам и к поджелудочной железе, что в дальнейшем указывало на воспалительную ось кишечник-поджелудочная железа [150].
Хотя вовлечение поджелудочной железы в СД2 считается строго эндокринной функциональной потерей органа, экзокринная активность поджелудочной железы имеет первостепенное значение для нормальной пищеварительной функции и накопления жира. Продуцируемый энтероцитами Ангиопоэтин-подобный 4 белок ( Angptl4 ) является мощным ингибитором активности кишечной люминальной и панкреатической липопротеиновой липазы ( LPL ) [151] и ингибируется кишечной микробиотой. Мыши без микробов демонстрируют более высокие уровни Angptl4 и более низкую активность LPL поджелудочной железы, что выражается в снижении накопления жира в жировой ткани. Интересно, что HFD с одновременным введением пробиотических штаммов лактобацилл приводили к снижению жировых отложений наряду с повышением циркулирующих уровней Angptl4, что свидетельствует о значительном вкладе специфической микробной популяции в экспрессию Angptl4 [21]. Эндокринная активность поджелудочной железы также может быть подвержена влиянию микробиотических сигналов. Важным наблюдением при сахарном диабете 1-го типа (СД1) является то, что воспаление β-клеток предшествовало сероконверсии на положительность аутоантител [152]. Небезызвестные диабетические мыши ( NOD ) были более склонны к раннему началу и увеличению частоты развития диабета, когда их держали в условиях, свободных от микробов [153]. Это сопровождалось повышением уровня цитокинов, способствующих развитию воспалительного состояния [154].
5.4. Кишка
Хотя агонисты рецептора GLP-1 демонстрируют многообещающие эффекты для здоровья при СД2, у некоторых пациентов была выявлена специфическая недостаточность ответа, что свидетельствует о резистентности к GLP-1 неясного происхождения. Grasset et al. идентифицировали набор бактерий в подвздошной кишке (Clostridiales, Bacteroidales, Burkholderiales и TM7), которые нарушали активированную GLP-1 кишечно-мозговую ось, влияя на опорожнение желудка и секрецию инсулина [164]. Более того, лечение субъектов с инсулинорезистентностью и НАСГ с помощью IgG-обогащенной фракции молозива ETEC улучшало секрецию инсулина во время орального теста на толерантность к глюкозе ( OGTT ) зависимым от GLP-1 образом и снижало уровни гликированного гемоглобина HbA1c и липидные профили при одновременном повышении уровней адипонектина [148 ].
5.5. Мышцы
5.6. Мозг и нервная система
6. Бактериальное присутствие в отдаленных тканях
Хотя в отношении микробиома кишечника было выдвинуто самое большое количество доказательств, многие ткани содержат адаптированные микробные консорциумы, которые в конечном итоге становятся доступными с помощью культурально-независимых методов. В то время как некоторые исследования были сосредоточены на суррогатных параметрах или доказательствах наличия бактериальных компонентов в циркуляции, чтобы связать проницаемость кишечника с метаболическим заболеванием, существует мало исследований, изучающих присутствие бактериальных компонентов или бактерий в метаболически активных тканях, их предполагаемый вклад в изменения микроокружения и их связь с дисфункцией тканей и местным воспалением. Кроме того, мало что известно о тканевой селективности бактерий, их источнике происхождения, о том, живы ли они и занимают ли соответствующую экологическую нишу, а также о том, существуют ли специфические для болезни внекишечные бактериальные сигнатуры (табл.2).
Таблица 2. Исследования, подтверждающие наличие бактерий в удаленных органах и нарушение обмена веществ.
80%), актинобактерии, фирмикуты, бакероидеты
В связи с этим в ограниченном числе исследований было изучено наличие и состав бактериальной ДНК в связи с ее связью с метаболическим риском или заболеванием в нескольких тканях. В то время как доказательства присутствия бактерий в крови даже здоровых людей накапливаются [198,199], доказательства присутствия бактерий в других тканях, таких как печень, мышцы или жировые депо, были спорными.
Отсутствие репрезентативного негативного контроля в этих конкретных исследованиях является ахиллесовой пятой всех исследований, направленных на поиск компартмент-специфических бактериальных сигнатур в тканях человека, где ожидается незначительное или очень малое количество бактериальной ДНК.
Свидетельства в этой области не обошлись без споров. Недавно Schierwagen et al. опубликовал ответное письмо, в котором отмечаются важные проблемы, которые необходимо решать при работе с образцами низкомикробной биомассы [216]. Помимо тех, которые указаны в письме, включая низкое количество бактериальной ДНК, бактериальное загрязнение окружающей среды и используемого материала, а также высокое количество ингибиторов ПЦР в образцах человека, мы считаем, что исследования должны выходить за рамки экспериментального бактериального сокращения и контроля, чтобы включать строгие биоинформационные шаги для обработки загрязняющих оперативных таксономических единиц и таксонов в последующих анализах. Несмотря на то, что жюри покажет, как лучше всего решить эту проблему, некоторые предложения сообщества включали, среди прочего, полное исключение таксонов, наблюдаемых в отрицательном контроле (на уровне оперативных таксономических единиц (OTU)), что привело к значительному снижению таксонов, возможно, биологически [217], но новые более изящные методы, предполагающие распределение таксонов в отрицательном контроле по частоте или распространенности, стали жизнеспособными, более умеренными альтернативами [218]. В целом важность сокращения загрязнения и борьбы с ним трудно переоценить. Соответствующий вычислительный подход к биоинформационному контролю загрязнения сильно зависит от взятой пробы окружающей среды. Растущая потребность в оценке вычислительных подходов перед тестированием может быть осуществлена с использованием макетных микробных сообществ в серии разбавления. Действительно, существует все больше свидетельств необходимости такого рода контроля загрязнения [216,217,219,220].
7. Выводы
Несколько публикаций со сходящимися линиями доказательств подтверждают увеличение кишечной проницаемости и бактериальной транслокации как виновников в развитии метаболического заболевания. Эти данные связывают ожирение и СД2 с измененными качественными и количественными состояниями микробиома кишечника, повышенной проницаемостью и последующим локальным воспалением в метаболически активных удаленных органах, а также системным воспалением, объясняющим повышенную системную резистентность к инсулину. Однако в ближайшем будущем эта область исследований должна выйти за рамки ассоциативных исследований в сторону функциональных подходов, чтобы понять возможные направления и задействованные механизмы. Кроме того, существует необходимость разработки гипотез в доклинических и клинических условиях, включая интервенционные исследования, которые активно модулируют кишечный микробиом и кишечный барьер, чтобы установить значимость кишечной проницаемости для метаболизма человека. Причиной этого является то, что изменения в микробиоме кишечника, а также кишечная проницаемость могут привести к воспалению, которое само по себе может модулировать эти две соседние оси, что делает установление четкой последовательности событий почти неуправляемым.
Кроме того, существует необходимость в определении «бактериальной транслокации»: в то время как некоторые авторы приравнивают повышенную проницаемость кишечника к бактериальной транслокации, другие используют ненадежные суррогатные параметры, которые отражают повышенную проницаемость для бактериальных продуктов, таких как LPS или маркеры хозяина, обусловливающие возможную реакцию на бактериальные продукты. Все они в значительной степени зависят от здоровых людей в качестве ориентира, что делает невозможной передачу абсолютных значений и состояний здоровья и болезней, что препятствует стандартизации определения «дырявой кишки» или бактериальной транслокации.
В этом смысле присутствие бактерий в циркуляции и в метаболически активных органах должны быть наиболее прямым доказательством бактериальной транслокации. Несмотря на то, что объем работ в этой области исследований неуклонно растет, а некоторые работы рисуют целостную картину, она не обошлась без критики, особенно в свете полемики вокруг наличия микробиома плаценты [219]. Эта критика основана на нескольких недостатках во многих исследованиях, которые включают отсутствие аналитического контроля для преодоления загрязнения и нарративного подхода, что мало способствует выяснению роли тканевой микробиоты в метаболических заболеваниях и разработке механистических гипотез и экспериментальных работ для проверки основных путей. С этой целью мы рекомендуем тщательные подходы, включая экспериментальные проекты, учитывающие загрязнение, технические погрешности и ошибки, а также стандартизацию аналитических подходов, включающих вычислительную оценку и контроль загрязняющих веществ [217]. Это включает в себя контроль за загрязнением предварительного уровня, а также за загрязнением, возникающим в результате дальнейшей последующей экспериментальной работы [217].
Последние разработки, включая мультитехнологические подходы [224] и более поздние подходы, основанные на контаминантах [214,217] для доказательства существования внекишечных бактерий и их связи с метаболизмом, указывают на тот факт, что нельзя просто отрицать существование тканеспецифичных бактерий.
В этой связи потенциал, присущий этой области, поддерживает скоординированные усилия по пересмотру многих концепций, представленных в рамках настоящего обзора. Цель состояла бы в том, чтобы инициировать четкие, всеобъемлющие и детализированные подходы, отражающие наше время и огромное развитие, достигнутое в этой области исследований, с тем чтобы установить клиническое значение этих концепций и использовать их терапевтический и профилактический потенциал.
См. также.:
К разделам: Дисбактериоз ( доп. инфо ) и Микробиом ( допинфо )
Литература:
Будьте здоровы!
ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ