Бифидумбактерин при дисбактериозе: Дисбактериоз кишечника — Гастроцентр

Содержание

инструкция по применению, аналоги, состав, показания

Бифидумбактерин суппозитории представляет собой микробную массу живых бактерий антагонистически активного штамма Bifidobacterium bifidum 791, лиофилизированную в среде культивирования с добавлением защитной сахарозо-желатино-молочной среды, сформированную в медицинские суппозитории.
Один суппозиторий содержит не менее 107 КОЕ живых бифидобактерий (1 доза), вспомогательных веществ – жир кондитерский растительный – 0,9 г, парафин нефтяной твердый – 0,1 г, эмульгатор Т-2 – 0,1 г.
Суппозитории белого или разных оттенков бежевого цвета, конусообразной формы, допускается неоднородность цвета в виде вкраплений или «мраморности», а также окрашивание кончика суппозитория от бледно-желтого до светло-коричневого цвета, имеет специфический запах кондитерского жира.

Применение во время беременности и лактации, а также у лиц с нарушением функции печени и почек: бифидобактерии являются представителями нормальной микрофлоры человека. Поэтому, препараты, изготовленные на их основе, могут применяться при беременности и в период лактации, а также у лиц с нарушением функции печени и почек.

Применение в педиатрической и гериатрической практике: нет данных.

Особые указания: препарат не влияет на выполнение видов деятельности требующих особого внимания и быстрых реакций (управление транспортными средствами, машинным оборудованием и т.п.).

Препарат хранят в соответствии с СП 3.3.2.1248-03 при температуре от 2 до 10 °C. Хранить в недоступном для детей месте.

Условия транспортирования: препарат транспортируют в соответствии с СП 3.3.2.1248-03 при температуре от 2 до 10 °C.

Препарат не пригоден для применения:
— с истекшим сроком годности;
— без маркировки;

— целостность упаковки которого нарушена;
— с измененными физическими свойствами (изменение цвета, появление запаха прогорклого жира, деформация суппозитория).


Рекламации на препарат направлять в адрес производителя:
АО «ФИРМА «ВИТАФАРМА», Россия, 125040, г. Москва, ул. Ямского поля 1-я, д. 17, корп. 12, комн. 25 г. Тел.: (499)257-10-90.
Адрес места производства:
Ярославская область, г. Переславль-Залесский, ул. Магистральная, д. 38; д. 38, зд. 2; д. 38, зд. 3.

Бифидумбактерин форте® – Аван

Бифидумбактерин форте® – Аван

Первый сорбированный пробиотик.

Сорбированные бифидобактерии активизируют восстановительные процессы в слизистых оболочках, пристеночное пищеварение, синтез витаминов и аминокислот, усиливают иммунную защиту организма.

Применение препарата Бифидумбактерин форте

®

Противопоказания для применения

Врожденная недостаточность лактазы. Нарушение всасывания глюкозыгалактозы.

Условия хранения

Порошок: Хранить при температуре не выше 10С. Нижняя граница температуры не лимитируется. Хранить в недоступном для детей месте.

Капсулы: Хранить при температуре от 2 до 10 о С. Транспортировать при температуре от 2 до 10 оС. Допускается транспортирование препарата при температуре не выше 20 оС не более 10 суток. Нижняя граница температуры не лимитируется. Хранить в недоступном для детей месте.

Форма выпуска

Порошок и капсулы.

Регистрационный номер

Р N000361/01 (порошки)
ЛСР-007830/08 (капсулы)

Срок годности

Порошок: 2 года.

Препарат не пригоден для применения:

  • по истечении срока годности,
  • при изменении внешнего вида,
  • при отсутствии или нечеткой маркировке на первичной упаковке,
  • при нарушении герметичности первичной упаковки.

Капсулы: 1 год. Препарат не пригоден для применения по истечении срока годности, при изменении внешнего вида, при отсутствии или нечеткой маркировке на первичной упаковке, при нарушении герметичности первичной упаковки.

Отпускается без рецепта.

Полная инструкция (порошки)

Полная инструкция (капсулы)

Другие препараты

Производство и система менеджмента качества АО «Партнер» сертифицированы на соответствие требованиям стандарта ГОСТ Р ИСО 9001-2015 (ISO 9001:2015) и международного стандарта ISO 9001:2015.

2021 © ООО «АВАН». При полном или частичном использовании материалов, ссылка на сайт avan-bio.ru обязательна.

ИМЕЮТСЯ ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ К ПРИМЕНЕНИЮ ПРЕПАРАТОВ. ОЗНАКОМЬТЕСЬ С ИНСТРУКЦИЯМИ ИЛИ ПРОКОНСУЛЬТИРУЙТЕСЬ У СПЕЦИАЛИСТА.

Кефир улучшает микрофлору кишечника. Научное доказательство

Подпись к фото,

Доктор Майкл Мозли выяснил, что же на самом деле влияет на наши кишки

Может ли пища, которую мы употребляем, улучшить состояние нашего кишечника? Доктор Майкл Мозли решил разобраться, какие продукты и напитки эффективнее улучшают микрофлору.

Кишечный микробиом — то есть тот разнообразный набор бактерий, который населяет наши кишки, — стал в последнее время популярной научной темой.

Практически каждый день можно наткнуться на заголовок, утверждающий, что микробиом, оказывается, воздействует на наше здоровье каким-то новым, еще более удивительным образом — будь то похудение, настроение или же наша способность сопротивляться инфекциям.

Поэтому неудивительно, что супермаркеты и магазины здоровой пищи, учитывая этот возросший интерес к нашей внутренней экосистеме, стали продавать разнообразные пищевые продукты и биологически активные добавки, содержащие живые микрокультуры — пробиотики, которые якобы могут улучшить здоровье наших кишок. Но так ли это на самом деле?

Чтобы это выяснить программа «Верьте мне, я доктор!» («Trust me, I’m A Doctor») решила провести эксперимент в шотландском городе Инвернесс с помощью местного отделения Национальной службы здравоохранения (NHS Highland) и 30 добровольцев и ученых, собранных со всей страны.

Три группы

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Одна из важнейших молочнокислых бактерий — Lactobacillus casei, которую можно обнаружить как у нас во рту, так и в кишках

Мы разделили наших добровольцев на три группы и попросили каждую из них в отдельности испробовать на себе в течение четырех недель какой-нибудь один способ из тех, которые вроде бы должны улучшать наш микробиом.

Первая наша группа стала пить продающийся в продуктовых магазинах пробиотический напиток из разряда тех, которые, как правило, содержат одну или две бифидобактерии, способных пережить путешествие через кислотную среду в желудке и попасть непосредственно в кишки.

Вторая группа перешла на кефир, производящийся методом обычного брожения и содержащий набор бактерий и дрожжей.

Третья группа должна была есть еду, богатую инулином — природным полисахаридом, являющимся биологически активной добавкой, пребиотиком.

Пребиотики — это вещества, которые питают «хорошие» бактерии, уже живущие в нашем кишечнике, а инулин содержится в таких продуктах, как топинамбур (земляная груша), корень цикория, лук, чеснок и лук-порей.

Стакан кефира вместо?

Автор фото, iStock

Подпись к фото,

Земляная груша является полезным пребиотиком

В конце своего эксперимента мы обнаружили удивительную вещь.

У группы, которая пила пробиотический напиток, немного прибавилось бактерии, которая хорошо влияет на поддержание веса — Lachnospiraceae, хотя эти изменения были статистически незначимы.

Две другие группы продемонстрировали более заметные изменения.

Группа, употреблявшая пищу, богатую пребиотиком, серьезно нарастила присутствие в кишечнике того типа бактерии, которая хорошо влияет на состояние нашего кишечника, — этот же результат показывали исследования других ученых.

Однако самое большое изменение произошло у той группы, которая пила кефир.

У добровольцев из этой группы резко выросла колония лактобактерий, которые, как мы знаем, оказывают положительное воздействие на наш кишечник и помогают в таких случаях, как непереносимость лактозы и диарея туриста (понос, который может возникнуть у человека при смене климата, воды и еды — то есть при столкновении с непривычными микробами).

«Ферментированные [подвергнутые процессу брожения] продукты в своей основе довольно кислые, поэтому эти микробы должны были эволюционировать с тем, чтобы приспособиться к подобного рода обстановке и выдерживать кислотную среду, — поясняет доктор Пол Коттер из научно-исследовательского центра Teagasc в городе Корк, который помогал нам в наших изысканиях. — Именно поэтому они проходят сквозь желудок и могут повлиять на формирование среды в кишечнике».

Автор фото, iStock

Подпись к фото,

Да, в Британии продается кефир, хотя и не на каждом шагу

Где брать?

Мы решили продолжить изучение ферментированных продуктов и напитков, чтобы понять, на чем именно следует остановить свой выбор, если вы хотите улучшить свою кишечную среду.

С помощью доктора Коттера и ученых Роухэмптонского университета мы отобрали целый ряд приготовленных дома или купленных в магазине продуктов и напитков, подвергнутых процессу брожения, и отослали их в лабораторию.

Разница получилась колоссальная: тогда как многие продукты, изготовленные дома или же сделанные традиционным методом брожения, действительно содержали большое количество бактерий, некоторые промышленно произведенные продукты почти никаких полезных бактерий не содержали.

«Обычно коммерческие продукты должны проходить процесс пастеризации уже после приготовления, чтобы их обезопасить и продлить срок годности, а это убивает бактерии, но с приготовленными в домашних условиях этого не случается», — поясняет доктор Коттер.

Так что, если вы хотите улучшить работу кишечника и пополнить свой микробиом благотворными бактериями, то лучше всего покупать те продукты, которые приготовлены традиционным способом или же вовсе делать их самим.

Есть ли дисбактериоз на самом деле

Хочу Вам рассказать о дисбактериозе — заболевании, которого нет, а также о том, что думает гомеопатия по поводу зловредных бактерий, паразитов и прочих врагов рода человеческого. Мало кто догадывается, что такой распространенной нынче среди взрослых и детей болезни, как «дисбактериоз», нет вовсе. Мало кто знает, что этот самый дисбактериоз — «язва здешних мест», нигде в мире о таком и не слыхивали. И, наконец, мало кто понимает, что делать дорогостоящий «анализ на дисбактериоз» — довольно бессмысленное занятие. Но обо всем по порядку.

О черной кошке как причине беды

Под «дисбактериозом» кроется микробиологическое понятие и означает оно нарушение состава флоры толстой кишки. Становится мало тех бактерий, которых должно быть много, и наоборот, а также появляются такие микроорганизмы, которые не должны присутствовать. Судят об этом по единичным анализам небольшого кусочка кала. До этого момента все логично — анализ кала на содержание бактерий, как один из методов диагностики заболеваний. Но дальше начинаются сплошные чудеса. Судить ведь можно только, сравнивая с общепринятыми нормами. А происхождение этих норм, с которыми сравниваются результаты вашего анализа, как утверждают серьезные российские гастроэнтерологи, совершенно не научно. То есть никто не исследовал в течение многих лет на большом количестве людей разного пола и возраста, сколько, каких бактерий и при каких условиях должно быть в пределах нормы. Из этого следует, что популярный и дорогостоящий анализ мало о чем говорит.

Но это еще было бы полбеды. Беда в том, что нарушение в составе флоры кишечника объявляют причиной заболевания без всяких на то оснований. Тогда как оно — только следствие других нарушений, причем самых разных (об этом ниже). Точно так же повышение количества лейкоцитов в крови (лейкоцитоз) при самых разных заболеваниях можно было бы объявить их причиной и начать лечить. Никто не лечит лейкоцитоз, а вот дисбактериоз лечат долго, упорно и с охотой.

Неправильно установленные причинно-следственные отношения ведут к суевериям. Просыпавшаяся соль и перебежавшая дорогу черная кошка как источники несчастья — из этой серии. Дисбактериоз кишечника как причина болезни — тоже суеверие. Поверье в то, что именно нечисть, гнездящаяся в кишечнике (а почему бы не во рту? не на коже?) приносит беду. (О происхождении этого суеверия можно прочитать в статье известного московского гастроэнтеролога В.В. Василенко «Дисбактериоз — синдром раздраженного кишечника: эссе — анализ проблемы»).

Остается лишь добавить, что в Международной классификации болезней такое заболевание как «дисбактериоз» отсутствует. Потому и смотрят удивленно западные врачи на российских родителей, жалующихся на то, что у ребенка дисбактериоз. Здесь возникает повод поговорить о вещах еще более серьезных.

Человек в роли банки — склянки

С началом бактериологической эры человек стал потихоньку превращаться в некую нечистую посудину, заселенную непривлекательными микроорганизмами. И чем больше открывают последних, тем больше растет их значимость и могущество, тем сильнее умаляется человек. Вот он уже почти и оказался в роли банки-склянки, которую, если заведется в ней что непотребное — промывают и дезинфицируют. С банкой-то поступают правильно — она, бедная, не способна себя защитить. А человек? Образ Божий, венец творения? Неужели система защиты и внутренней саморегуляции его организма так уж немощна? По счастью, можно многое сказать в ее оправдание. Во-первых, наличие в мазке или анализе той или иной бактерии (пусть даже очень зловредной) не означает автоматически: а) что она вызвала данную конкретную болезнь у данного пациента, и б) что она вообще для этого пациента вредна. По аналогии: тот, кого обнаружили на месте преступления, совсем не обязательно и есть преступник.

Например, у грудных детей в течение первых нескольких месяцев происходит становление кишечной флоры, состав и численность бактерий постоянно меняются. И это нормально. В учебном пособии по неонатологии под ред. профессора Шабалова читаем о новорожденных: «Первичная бактериальная флора кишечника и кожи, слизистых оболочек представлена не только такими бактериями, как бифидобактерии, молочно-кислые стрептококки, сапрофитный стафилококк, но и условно-патогенными стафиллококками, кишечной палочкой с измененными ферментативными свойствами, различными штаммами протея, грибами… В работах многих отечественных педиатров показано, что во 2-й половине 1-й и на 2-й неделях жизни с кожи, слизистых носа, зева, из кала у 60-70% новорожденных можно выделить патогенные стафиллококки, у 30-60% — энтеробактерии со сниженными ферментативными свойствами, дрожжеподобные грибы рода Кандида, у 10-15% протей, гемолитические энтеробактерии. Из зева новорожденных при выписке из роддома в 20-40% посевов обнаруживают золотистый стафиллококк, клебсиелы, эшерихии». О чем все это говорит? О том, что здоровый малыш прекрасно справляется со всей этой могущественной армией.

Во-вторых, бактерии, как живые микроорганизмы, нуждаются для жизни в определенных условиях, а применительно к нашей ситуации эти условия зависят от организма человека, а не от них самих. Человека можно сравнить с большим и сложным государством. Так, если в государстве растет преступность и становится все меньше порядочных людей, то логично предположить, что в государстве что-то не так. Давайте представим, что для того, чтобы исправить ситуацию, в это государство привезли миллион порядочных людей. Если оно само останется прежним, то сколько из них и как долго продержатся? Здесь прямая аналогия с введением при «дисбактериозе» препаратов типа бифидумбактерина и других. Выводы напрашиваются сами собой.

Извечные вопросы: кто виноват и что делать?

Велик соблазн искать причины человеческих болезней вовне. Но всякая попытка истребить врагов народа неизменно оборачивается истреблением самого народа.

Причина только в самом человеке. Нарушения во внутренней среде организма (из-за которого в нем начинают обитать паразиты и даже собственные полноправные граждане — вроде кишечной палочки — начинают вести себя непристойно) могут иметь массу причин. Например, нарушение секреции пищеварительных соков — желудочного, желчи, секретов поджелудочной железы и тонкого кишечника. Или прием различных лекарственных препаратов, среди которых не только антибиотики. Или расстройства секреции гормонов: щитовидной железы, половых и других.

А еще… Любой опытный врач подтвердит, сколь часто эмоциональные переживания могут выливаться в физические недуги, сколь часто психические расстройства маскируются соматическими (то есть телесными) заболеваниями. И особенно заболеваниями желудочно-кишечного тракта. Прежде чем перейти ко второму извечному вопросу, вспомним один мудрый анекдот. «Встречаются двое. Один другому говорит: «Представляешь, у меня нашли хламидии!» «Ну, и у меня нашли». «Так чем ты их лечишь?» «Да они у меня не болеют…»

С точки зрения любого разумного врача, лечить можно только того, кто болеет. То есть человека. Не инфекцию и даже не болезнь (разве она существует отдельно от больного?). Величайшим заблуждением и откровенно порочной практикой будет лечить данные анализа (в том числе и на дисбактериоз), данные УЗИ, показания сфигмоманометра и результаты мазка. Не надо лечить дисбактериоз — займитесь лечением человека и порядок в кишечнике восстановится сам собой. Но отчего же сплошь и рядом поступают наоборот?

Известный американский кардиолог Бернард Лоун в своей замечательной книге «Утерянное искусство врачевания» пишет: «Мне кажется, что медицина утратила свой основной подход к пациенту, если не сказать, душу. Связь «врач-пациент», основанная на взаимной привязанности и доверии, выпестованная в течении трех тысячелетий, заменена совершенно другим типом отношений. Исцеление подменили лечением, уход — бесстрастным выполнением обязанностей, а умение слушать — технологическими процедурами. Врач больше не занимается личностью больного, а лишь «ремонтирует» отдельные, неправильно работающие части биологической системы. При этом душевное состояние пациента чаще всего не учитывается».

Гомеопатия против инфекций и паразитов

До сих пор я не говорила ни слова о гомеопатии, ибо все вышесказанное касается любого добросовестного и здравомыслящего врача. Гомеопату же легче всего избежать искушения лечить по анализу — просто потому, что это невозможно. По самой сути своей гомеопатия рассматривает больного человека как личность, требующую целостного подхода. Она не лечит отдельно печень, кишечник или нос и не может обходиться без учета эмоциональных переживаний пациента, его жизненной ситуации. Посмотрим, как это выглядит на практике.

К Машеньке, очаровательной большеглазой девочке, меня впервые позвали полтора года назад по поводу острого заболевания с высокой температурой. После того, как острые явления прошли, родители попросили помочь и давними проблемами девочки. Машеньке тогда только что исполнился год. С двух месяцев у нее сухая сыпь на сгибах суставов, с того же времени постоянно полужидкий зеленый стул, без обильных газов и колик. С трех месяцев ей постоянно давали «Примадофилус» без какого-либо эффекта. У Машенькиных папы и прабабушки по папиной линии хроническая экзема. Осматриваю девочку: худенькая, длинное тело, худые ручки и ножки. Сухая шелушащаяся сыпь на щеках и голенях. Сухая морщинистая кожа на шее, в подмышечных впадинах, на животе. Ручки тоже морщинистые, «как у прачки». На стопах кожа сухая, на больших пальцах трещины, пократые кровянистыми корочками. Ходит, растопырив ноги, как моряк по палубе. Согласно всем этим данным я предполагаю, что Маше нужен препарат Петролеум. Я спрашиваю об одном из ключевых симптомов этого лекарства: не хрустят ли у девочки суставы? Да, хрустят, почти с самого рождения.

При приеме Петролеума через 2 недели нормализовался стул, улучшилась переносимость продуктов и значительно уменьшилась сыпь. И перестали хрустеть суставы! Хронические кожные заболевания — сложная для лечения проблема и обострения сыпи на коже у Маши были еще не раз. Но былые проблемы со стулом не возвращались (кроме ситуаций острых заболеваний) и хруста в суставах тоже не было. Конечно, у Маши был «дисбактериоз». Но как однобоко было бы лечить только его, а не Машу «целиком»!

Второй случай имел место уже со взрослой пациенткой. Лене 28 лет, она журналист. Ее беспокоят вздутие живота, частые поносы. Анализ кала выявил «дисбактериоз». Спрашиваю, что еще ее беспокоит. Оказывается, тревожность. Она боится ответственных встреч, выступлений на публике — это вызывает понос, «медвежью болезнь». Боится высоты, толпы, замкнутых пространств. При волнении испытывает сильное сердцебиение и видимую дрожь. Лена худенькая, смуглая, быстрая. Ее раздражает медлительность других, ей трудно ждать. Обожает сладкое, но плохо его переносит: оно вызывает обильные газы и полужидкий стул. На основании этих симптомов после внимательного осмотра назначаю Аргентум нитрикум, который в течение нескольких месяцев значительно изменил к лучшему не только функцию кишечника, но и психическое состояние пациентки. Делать повторный анализ на дисбактериоз она не пошла: дорого, да и зачем?

Гомеопатические лекарства никогда не убивают ни бактерий, ни паразитов. И однако под действием подходящего по закону подобия лекарства инфекционные заболевания проходят, глисты покидают своего хозяина, а распоясавшаяся кишечная палочка начинает знать свое место. Просто срабатывают защитные силы выздоравливающего человека. Именно они имеют достаточный резерв для того, чтобы справиться и с хламидиями, и с вирусами, и с «дисбактериозом».

Вероника Маслова, врач-гомеопат

Увеличение доли Bifidobacterium и группы Lactobacillus и потеря бактерий, продуцирующих бутират, при воспалительном заболевании кишечника изменения численности организмов Bifidobacterium и Lactobacillus у пациентов с ВЗК. Целью этого исследования было сравнить состав ассоциированных со слизистой оболочкой и фекальных бактерий у пациентов с ВЗК и здоровых людей из контрольной группы (HCs).Образцы фекалий и биопсии от 21 HCs, 21 и 15 пациентов с болезнью Крона (CD) и 34 и 29 пациентов с язвенным колитом (UC), соответственно, были проанализированы с помощью количественной ПЦР в реальном времени, нацеленной на ген 16S рРНК. Количество бактерий было преобразовано в относительные проценты для статистического анализа. Пропорции бактерий были равномерно распределены по толстой кишке независимо от болезненного состояния. Bifidobacterium было значительно увеличено в биоптатах пациентов с активным ЯК по сравнению с таковыми в HCs (4.6% против 2,1%,

P = 0,001), а доля Bifidobacterium была значительно выше в образцах биопсии, чем в образцах кала у активных пациентов с БК (2,7% против 2,0%, P = 0,012). Группа Lactobacillus была значительно увеличена в образцах биопсии пациентов с активной БК по сравнению с таковыми в HCs (3,4% против 2,3%, P = 0,036). По сравнению с HCs уровень Faecalibacterium prausnitzii был резко снижен как в фекалиях, так и в образцах биопсии пациентов с активным CD (0.3% против 14,0%, P <0,0001 для образцов кала; 0,8% против 11,4%, P <0,0001 для образцов биопсии) и пациентов с активным ЯК (4,3% против 14,0%, P = 0,001 для образцов кала; 2,8% против 11,4%, P <0,0001 для образцов биопсии ). В заключение, количество Bifidobacterium и Lactobacillus увеличилось у пациентов с активной ВЗК, и их следует использовать более осторожно в качестве пробиотиков во время активной фазы ВЗК. Бактерии, продуцирующие бутират, могут иметь важное значение для гомеостаза кишечника.

ВВЕДЕНИЕ

Болезнь Крона (БК) и язвенный колит (ЯК) — две формы воспалительного заболевания кишечника (ВЗК), состояния, вызванного аномальным иммунным ответом на кишечную микробиоту у генетически восприимчивых хозяев (1-3). Дисбактериоз кишечной микробиоты часто встречается при ВЗК. Данные лечения антибиотиками ВЗК, отклонения потока кала при БК и экспериментальных моделей колита показали, что микробиоты играют важную роль в патогенезе ВЗК, а улучшение дисбактериоза кишечной микробиоты было предложено как новая стратегия лечения ВЗК. лечение (4).

Пробиотики — это живые микроорганизмы, полезные для здоровья хозяина при потреблении в достаточных количествах, и клинические исследования показывают, что количество организмов Bifidobacterium и Lactobacillus уменьшается в микробиотах кишечника пациентов с ВЗК (4). Несколько клинических испытаний продемонстрировали эффективность VSL # 3, смеси восьми различных пробиотиков, для лечения пациентов с ЯК (5, 6) и лечения пробиотиками одного вида, например, с Escherichia coli Nissle 1917, Bifidobacterium или Lactobacillus rhamnosus GG также демонстрирует эффективность в лечении пациентов с ЯК (7–9).Между тем, экспериментальные исследования на моделях колита на мышах продемонстрировали потенциальные защитные механизмы этих пробиотиков за счет усиления эпителиального барьера (10, 11), ингибирования секреции провоспалительных цитокинов (12, 13) и модуляции иммунных ответов (14, 13). 15). Несколько исследований оценивали эффективность пробиотиков у пациентов с БК. Одно исследование показало, что Faecalibacterium prausnitzii предотвращает колит, вызванный 2,4,6-тринитробензолсульфоновой кислотой (TNBS) (16).

Однако исследования показали, что разнообразие рода Bifidobacterium не уменьшается в кале пациентов с активной CD (17) и что количество организмов Bifidobacterium не уменьшается у пациентов с активной CD (18). Двойное исследование даже обнаружило повышенное количество Bifidobacterium и F. prausnitzii в образцах слизистой оболочки пациентов с БК толстой кишки, а также повышенное содержание организмов Lactobacillus в образцах слизистой оболочки пациентов с БК подвздошной кишки (19). Эти отчеты противоречат предыдущим данным.

Чтобы исследовать изменения, вызываемые обычными пробиотиками у пациентов с ВЗК, мы использовали ПЦР в реальном времени для количественного определения бактерий в образцах биопсии слизистой оболочки и образцах кала пациентов с ВЗК. Кроме того, мы также определили пропорциональные различия доминирующих комменсальных бактерий между парными образцами фекалий и слизистых оболочек.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Пациенты и образцы. Китайские пациенты ханьской национальности с ЯК и БК были последовательно набраны из амбулаторных и стационарных пациентов отделения гастроэнтерологии больницы Чжуннань Уханьского университета, Ухань, Китай.В исследование были включены пациенты с диагнозом ВЗК на основании данных клиник, радиологии, эндоскопии и гистологии. Протокол был одобрен этической комиссией больницы Чжуннань. Участников попросили заполнить анкету, касающуюся воздействия окружающей среды, диетических привычек, а также использования антибиотиков, пробиотиков и лекарств. Испытуемые должны были быть взрослыми с неограниченной диетой. Исключались пациенты с положительными культурами стула на патогены, которые принимали лечение антибиотиками или пробиотиками или продукты для очистки толстой кишки в течение 3 месяцев перед взятием образцов.Затем испытуемых пригласили принять участие в исследовании и дали информированное согласие. Их попросили удалить стул в стерильную чашку Петри непосредственно перед подготовкой кишечника, и свежий образец стула был собран на месте и сразу же был доставлен в лабораторию с контейнером для льда в течение 1 часа и сохранен при -80 ° C для дальнейшего анализа. . Впоследствии раствор сульфата магния и вода были использованы для подготовки кишечника, после колоноскопии была видеоэндоскопия, а образцы биопсии были взяты из разных участков кишечника.Процедура сбора образцов кала и биопсии была завершена в течение 24 часов.

Образцы фекалий и биопсии были собраны у 76 и 63 субъектов, соответственно (Таблица 1). Активный CD и активный UC были определены как индекс активности CD> 150 и индекс активности UC> 3 (20, 21), соответственно. Между тем, 21 здоровый контроль был сопоставлен для образцов кала и биопсийных тканей, а также было 8 пациентов с активной CD, 3 пациента с CD в ремиссии, 16 пациентов с активным UC и 4 пациента с UC в ремиссии.

ТАБЛИЦА 1

Количество образцов по группам пациентов, статусу заболевания и типу образца

Выделение ДНК из биопсийных и фекальных материалов. ДНК была извлечена из 200 мг фекалий. Вкратце, 200 мг стула добавляли в 2-миллилитровую микроцентрифужную пробирку, предварительно заполненную 300 мг 0,1-мм стеклянных шариков (Sigma, США), и инкубировали на льду до добавления 1,4 мл буфера для лизиса стула (ASL) из ДНК QIAamp. мини-набор табуретов (Qiagen, Германия). Образцы сразу подвергали битью (45 с; скорость 6).5 м / с) дважды на аппарате FastPrep-24 (MP Biomedicals, США) перед нагреванием и химическим лизисом при 95 ° C в течение 5 мин. Последующие этапы выделения ДНК выполнялись в соответствии с протоколом набора QIAamp для обнаружения патогенов. ДНК биоптата экстрагировали с помощью мини-набора QIAamp DNA (Qiagen, Германия) в соответствии с инструкциями производителя с дополнительным этапом взбивания шариков (45 с; скорость 6,5, выполняется дважды) с использованием FastPrep-24 в начале процедуры. протокол. Экстрагированную ДНК хранили при -80 ° C для дальнейшего анализа.

Амплификация с помощью стандартной ПЦР для проверки специфичности праймера. Для стандартной ПЦР для проверки специфичности праймера использовали аппарат для ПЦР Bio-Rad (Bio-Rad, США). Праймеры (таблица 2) были приобретены в ShengGong BioTech (ShengGong, Китай). ПЦР состояла из 35 циклов, с начальной стадией денатурации ДНК при 95 ° C (30 с), за которой следовали градиентный температурный отжиг (30 с) и элонгация при 72 ° C (45 с). Процедура была завершена этапом окончательного удлинения при 72 ° C (10 мин). Определение оптимальной температуры проводили с использованием градиентной ПЦР-машины MyCycler, настроенной для различных температурных диапазонов (Bio-Rad, США).

ТАБЛИЦА 2 Использовали

групповых и видоспецифичных праймеров 16S рРНК

ПЦР в реальном времени. Копии бактериального гена 16S рРНК количественно определяли в слизистой ткани и кале с использованием системы обнаружения ПЦР в реальном времени iCycler (Bio-Rad, США). Вкратце, стандартные кривые были построены с использованием серии 10-кратных разведений амплифицированных бактериальных генов 16S рРНК из контрольных штаммов. Чтобы определить влияние размеров биоптатов слизистой ткани, количество клеток человека было определено количественно с использованием праймеров, специфичных для гена β-глобина, для определения общего количества бактерий, связанных со слизистой оболочкой, в биоптатах.Чтобы уменьшить количественную ошибку обнаруженных бактерий и охарактеризовать изменения в бактериальных копиях, количество копий гена 16S рРНК рассчитывали по стандартным кривым, а конкретные бактериальные группы выражали в процентах от общего числа бактерий, определенных универсальными праймерами. Каждую реакцию проводили в двух экземплярах и повторяли трижды. Амплификации проводили в конечном реакционном объеме 20 мкл, содержащем 2 × SYBR mix (GeneCopoeia, США), 0,4 мкл каждого праймера в конечной концентрации 0.2 мкМ, 0,4 мкл эталонного красителя ROX (5-карбокси-X-родамин), 2 мкл бактериальной ДНК и сверхчистая вода до 20 мкл. Протокол амплификации состоял из одного цикла при 95 ° C в течение 10 мин, затем 40 циклов при 95 ° C в течение 10 с, температуры отжига в течение 30 с и элонгации при 72 ° C в течение 30 с. Флуоресцентные продукты обнаруживались на последнем этапе каждого цикла. Анализ кривой плавления выполняли от температур отжига до 95 ° C с увеличением на 0,5 ° C за 10 с после амплификации, чтобы контролировать специфичность и точность целевого продукта ПЦР.

Статистический анализ. Анализ данных проводился с использованием SPSS 17.0. Сравнения проводились с использованием критерия Стьюдента t или одностороннего дисперсионного анализа для переменных с нормальным распределением. Для ненормальных распределений U-критерий Манна-Уитни использовался для сравнения между группами, а метод Краскела-Уоллиса использовался для сравнения более двух групп. P Значения <0,05 считались статистически значимыми. Общее количество бактерий (КОЕ / г) каждой бактерии в образцах фекалий было преобразовано логарифмически (логарифм 10 КОЕ) для статистического анализа.Конкретное количество бактерий выражалось в процентах от общего количества бактерий в каждом образце.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Клинические характеристики. Демографические и клинические характеристики пациентов с ВЗК показаны в таблицах S1 и S2 дополнительных материалов.

Изменение количества бактерий в фекалиях в процентах. Средние количественные определения бактерий в фекалиях в каждой группе суммированы в таблице 3. Сравнение фекальных бактерий во всех группах показано на рис. 1a и b.Общее количество бактерий в образцах фекалий было одинаковым у здоровых пациентов (HC), пациентов с CD и UC, и никаких значительных различий не наблюдалось.

ТАБЛИЦА 3

Количественное определение бактерий в фекальной микробиоте

РИС. 1

(a) Количественное определение общего количества бактерий в кале; (б) количественное определение доминирующих бактерий в кале. HC, здоровый контроль; ACD, активная болезнь Крона; RCD — болезнь Крона в стадии ремиссии; AUC — активный язвенный колит; RUC, язвенный колит в стадии ремиссии.*, P <0,05; **, P <0,0001.

Интересно, что мы неожиданно наблюдали увеличение Bifidobacterium и группы Lactobacillus как у пациентов с активным CD (A-CD), так и у активных пациентов с UC (A-UC), но ни одна из этих популяций не отличалась существенно от таковой в HCs. Однако доля Bifidobacterium была выше у пациентов с A-UC, чем у пациентов с A-CD. Доли Bifidobacterium и группы Lactobacillus были уменьшены у пациентов с ВЗК в покое по сравнению с пациентами с активным ВЗК.

Мы также наблюдали тенденцию к увеличению количества бактерий Bacteroides у пациентов с A-CD и A-UC по сравнению со здоровым контролем, но никаких существенных различий не наблюдалось. Более того, доля Bacteroides была ниже у пациентов с ВЗК в покое, чем у пациентов с активной ВЗК. В группе Clostridium coccoides значительно снизилось содержание фекалий как у пациентов с A-CD ( P = 0,004), так и у пациентов с A-UC ( P = 0,015). Группа Clostridium leptum, другая основная группа филума Firmicutes, была уменьшена в A-CD ( P <0.0001) и A-UC ( P <0,0001) и снизилась у пациентов с R-CD ( P = 0,036) по сравнению с HCs. Мы обнаружили, что сниженная доля C. leptum была выше у пациентов с A-CD, чем у пациентов с A-UC ( P = 0,014). Хотя пропорции C. coccoides и C. leptum в фекалиях показали тенденцию к увеличению у пациентов с ВЗК в покое, не было существенной разницы между пациентами с ВЗК в покое и активными пациентами. F. prausnitzii, представитель бактерии C.leptum снизилась как у пациентов с A-CD ( P <0,0001), так и у пациентов с A-UC ( P = 0,001). Снижение доли F. prausnitzii у пациентов с A-CD было значительным по сравнению с таковым у пациентов с A-UC ( P = 0,01). F. prausnitzii был увеличен у пациентов с ВЗК в покое, но не наблюдалось значительных различий по сравнению с пациентами с активным ВЗК. E. coli, самая многочисленная бактерия среди гаммапротеобактерий, была увеличена как у пациентов с БК, так и у пациентов с ЯК.Доля E. coli увеличивалась у пациентов с активным CD ( P = 0,005) и покоящимся CD ( P = 0,026) по сравнению с таковой в HCs. Кроме того, доля E. coli увеличилась у пациентов с активным ЯК ( P = 0,001) по сравнению с HCs, и доля уменьшилась у пациентов с покоящимся ЯК ( P = 0,05) по сравнению с пациентами с активным ЯК. Более того, мы обнаружили, что повышенная доля E. coli была более заметной у пациентов с активным ЯК, чем у пациентов с активным ЦК ( P = 0.027).

Процентное изменение бактерий в разных участках кишечника. Чтобы определить, значительно ли различается процентное содержание комменсалов в разных участках кишечника, мы сравнили пропорции бактерий в трех местах биопсии (рис. 2). Общее количество бактерий, связанных со слизистой оболочкой, у здоровых контролей было одинаковым в разных местах биопсии. Процент обнаруженных бактерий был почти равномерно распределен по толстой кишке у здоровых контролей.Процент обнаруженных бактерий также был одинаковым в разных местах биопсии у пациентов с A-CD. Интересно, что такие же результаты наблюдались у пациентов с A-UC и UC в стадии ремиссии (R-UC), у которых бактерии были почти равномерно распределены по толстой кишке, независимо от того, была ли область воспалена.

FIG 2

Соотношение бактерий в различных частях кишечника и кале. На верхнем левом графике показано общее количество бактерий, связанных со слизистой оболочкой, в разных местах биопсии в разных группах.Остальные пять графиков показывают доминирующее соотношение пробиотиков в кале и в различных частях кишечника.

Процентное изменение бактерий в образцах биопсии слизистой оболочки. Средние количественные показатели бактерий в образцах биопсии в каждой группе суммированы в таблице 4. Результаты также сравнивались с результатами для HC. В настоящем исследовании мы наблюдали тенденцию к снижению общего количества бактерий, связанных со слизистой оболочкой, у пациентов с CD и UC по сравнению с HCs, но существенной разницы не наблюдалось.Поскольку размер биопсии у пациентов с CD в группе ремиссии (R-CD) был ограничен, мы не сравнивали его со здоровым контролем. Сравнение бактерий, обнаруженных в образцах биопсии из всех групп, показано на рис. 3a и b.

ТАБЛИЦА 4

Количественная оценка бактерий в микробиоте слизистой оболочки

Рис. 3

(a) Всего бактерий, связанных со слизистой оболочкой, в различных группах. (b) Количественная оценка доминирующих бактерий в образцах биопсии. *, P <0,05; **, P <0.0001.

Bifidobacterium было увеличено у пациентов с A-UC ( P = 0,001) по сравнению с HCs, а повышенная доля Bifidobacterium в образцах биопсии была выше у пациентов с A-UC, чем у пациентов с A-CD ( P = 0,032). Опять же, группа Lactobacillus неожиданно показала значительное увеличение у пациентов с A-CD ( P = 0,036) по сравнению с HCs, и хотя увеличенная доля группы Lactobacillus была выше у пациентов с A-CD, чем у A-UC. , существенной разницы не наблюдалось.Мы также наблюдали тенденцию к росту у пациентов с A-UC, но эта тенденция не была значительной. Напротив, процентное содержание Bifidobacterium и группы Lactobacillus показало тенденцию к снижению у пациентов с покоящимся ЯК, но никаких существенных различий не наблюдалось.

Мы наблюдали тенденцию к увеличению количества Bacteroides в образцах биопсии от пациентов с A-CD и A-UC по сравнению со здоровым контролем, но не наблюдали значительной разницы. Доля группы C. coccoides в образцах биопсии была снижена у пациентов с A-CD ( P <0.0001) по сравнению с HCs, тогда как у пациентов с A-UC не было обнаружено значительного снижения. Уменьшение доли группы C. coccoides было более заметным у пациентов с A-CD по сравнению с A-UC ( P = 0,003). Группа C. leptum была уменьшена у пациентов с A-CD ( P <0,0001) и A-UC ( P <0,0001) по сравнению с HCs, и уменьшенная доля была выше у пациентов с A-CD, чем у пациентов с A-UC. , хотя существенной разницы не наблюдалось. Мы наблюдали значительное снижение C.leptum у пациентов с R-UC ( P = 0,016) по сравнению с HCs. F. prausnitzii также было снижено у пациентов с A-CD ( P <0,0001) и A-UC ( P <0,0001) по сравнению с HCs, а уменьшенная доля F. prausnitzii была значительно выше у пациентов с A-CD, чем у пациентов с A-UC ( P = 0,006). Как группа C. coccoides, так и F. prausnitzii продемонстрировали тенденцию к росту у пациентов с покоящимся ЯК по сравнению с пациентами с активным ЯК, но не наблюдалось значительной разницы.Кроме того, у пациентов с ВЗК в биоптатах значительно увеличилось количество E. coli. Доля E. coli была на высоком уровне у пациентов с активной CD ( P = 0,018) по сравнению с HCs. Более того, E. coli также увеличивалась у активных пациентов с ЯК ( P = 0,016) по сравнению с HCs. Хотя доля E. coli была выше у пациентов с активным БК, чем у пациентов с активным ЯК, существенных различий не наблюдалось.

Сравнение соотношения между образцами кала и биопсией.Поскольку обнаруженные бактерии в образцах биопсии слизистой оболочки кишечника имели одинаковые пропорции независимо от места биопсии, мы определили, различалась ли пропорция между биопсийными и фекальными образцами (рис. 4). Доля E. coli была значительно выше в образцах биопсии ( P = 0,002), чем в образцах фекалий в 21 здоровом контроле, но в других сравнениях не наблюдалось значительных различий. В восьми парных случаях A-CD доля Bifidobacterium была увеличена в биоптатах пациентов с активным CD ( P = 0.012) по сравнению с образцами кала. Группа C. coccoides показала снижение количества биоптатов пациентов с A-CD ( P = 0,003) по сравнению с образцами кала, но этот результат не был обнаружен у пациентов с UC. Напротив, группа C. leptum и ее репрезентативная бактерия F. prausnitzii были уменьшены в образцах кала пациентов с A-CD по сравнению с образцами биопсии, но не наблюдалось значительной разницы. Этот вывод частично объясняется небольшим количеством парных случаев.Однако группа C. leptum показала уменьшение образцов кала пациентов с A-UC ( P = 0,001) по сравнению с образцами биопсии, но не у пациентов с R-UC.

Рис. 4

Сравнение соотношений в парных образцах кала и биопсии. *, P <0,05; **, P <0,0001.

ОБСУЖДЕНИЕ

В настоящем исследовании мы исследовали комменсальные бактерии, связанные со слизистой оболочкой, поскольку они строго прикрепляются к эпителию и могут обеспечивать доступ к микробиоте, связанной со слизистой оболочкой субъектов, которая может играть более важную роль, чем фекальные микробы в Патогенез ВЗК (22).В нашем исследовании мы обнаружили, что доли обнаруженных бактерий, ассоциированных со слизистой оболочкой, в здоровых желудочно-кишечных трактах были равномерно распределены по толстой кишке, что соответствовало результатам предыдущего исследования (23, 24). Общее количество бактерий и обнаруженных бактерий было одинаковым в разных частях кишечника в толстой кишке, независимо от состояния болезни, что соответствовало некоторым предыдущим данным (24, 25), хотя также были опубликованы отчеты с противоречивыми данными (26– 30).

В качестве обычных пробиотиков значительное внимание привлекли бифидобактерии и лактобациллы. Неожиданно было обнаружено увеличение доли Bifidobacterium у пациентов с активной ВЗК. Эти данные частично совпадали с предыдущими данными (17), хотя были опубликованы и противоречивые данные (31). Для сравнения, доля Bifidobacterium была снижена у пациентов с БК и ЯК в покое. Однако результаты количественной ПЦР (кПЦР) хорошо согласуются только с 454 пиросеквенированием в образцах фекалий.Moran et al. (32) сообщили, что у мышей с отсутствием микробов интерлейкина-10 (IL-10 — / — ), которым вводили Bifidobacterium animalis, наблюдались выраженное дуоденальное и легкое воспаление толстой кишки и иммунные ответы. Более того, Medina et al. (33) показали, что B. longum отклоняет иммунные ответы на провоспалительный или регуляторный профиль, что приводит к различным эффектам. Напротив, другое исследование продемонстрировало, что пероральное введение Bifidobacterium предотвращает воспаление кишечника за счет индукции кишечных IL-10-продуцирующих клеток Tr1 и уменьшает колит у мышей с ослабленным иммунитетом (35).

В текущем исследовании праймеры для ПЦР группы Lactobacillus, используемые для амплификации бактерий, принадлежат к группам молочнокислых бактерий (LAB) Lactobacillus, Pediococcus, Leuconostoc и Weissella (25). Неожиданно мы заметили, что группа Lactobacillus показала заметное увеличение у пациентов с активным ВЗК, несмотря на отсутствие значительных различий у пациентов с активным ЯК. Однако у пациентов с ВЗК в покое доля группы Lactobacillus была аналогична доле HCs как в образцах фекалий, так и в образцах биопсии.Поскольку было сложно разработать родоспецифичные праймеры для окончательного различения организмов группы Lactobacillus, Pediococcus, Leuconostoc и Weissella, мы количественно оценили группу Lactobacillus с помощью праймера рода, а виды рода Lactobacillus филогенетически разнообразны, с более чем 100 задокументированными видами. на сегодняшний день (36). Этот результат может указывать на то, что другие виды рода Lactobacillus или бактерии, продуцирующие LAB, также были увеличены у пациентов с активной ВЗК. Предыдущее исследование показало, что Lactobacillus могут секретировать лактоцепин и оказывать противовоспалительное действие, избирательно разрушая провоспалительные хемокины (12).Mileti et al. (37) обнаружили, что Lactobacillus paracasei задерживает развитие колита и снижает тяжесть заболевания, но L. plantarum и L. rhamnosus GG усугубляют развитие колита, вызванного декстрансульфатом натрия (DSS). Напротив, Tsilingiri et al. (39) обнаружили, что L. plantarum вызывал воспалительную реакцию в здоровой ткани, культивированной ex vivo в конце инкубации, которая напоминала ответ, индуцированный сальмонеллой. Кроме того, L. paracasei, L.plantarum и L. rhamnosus GG оказывали вредное воздействие на воспаленную ткань, полученную от пациентов с ВЗК, культивированных ex vivo , тогда как супернатант из культуральной системы L. paracasei непосредственно действовал на ткань и подавлял провоспалительную активность существующих лейкоцитов (39 ). Остается определить, какие виды группы Lactobacillus увеличиваются у пациентов во время активной фазы ВЗК. Таким образом, эффекты Bifidobacterium и Lactobacillus в просвете кишечника активных пациентов с ВЗК имеют большое значение и должны быть определены.

Хотя бактерии типа Firmicutes демонстрировали различную степень снижения, уменьшение доли было больше у пациентов с A-CD, чем у пациентов с A-UC. Более того, мы обнаружили, что группа C. coccoides, которая включает кластер XIVa Clostridium, включая представителей других родов, таких как Coprococcus, Eubacterium, Lachnospira и Ruminococcus (38), была более дефицитной в образцах биопсии пациентов с A-CD. чем в образцах фекалий, и что уменьшенная доля была выше, чем у C.leptum в биоптатах. Напротив, в предыдущих исследованиях сообщалось, что у F. prausnitzii в группе C. leptum было поразительно мало микробиот, связанных со слизистой оболочкой (40, 41). Основываясь на этих результатах, интересно предположить, что группа C. coccoides была более эффективной в прилипании к поверхности слизистой оболочки и что уменьшение группы C. coccoides как в фекальных образцах, так и в образцах биопсии пациентов с активной БК, особенно с Поразительно уменьшенная доля в образцах биопсии была специфичной для CD у генетически предрасположенных лиц.

В нашем исследовании мы обнаружили, что репрезентативная бактерия группы C. leptum, F. prausnitzii, почти исчезла как в разных частях кишечника, так и с фекалиями, но увеличилась у пациентов с неподвижной ВЗК. Предыдущие сообщения показали, что F. prausnitzii продуцирует формиат и бутират и что его ферментированный продукт d-лактат обеспечивает энергией эпителиальные клетки толстой кишки и играет важную роль в целостности эпителиального барьера и иммунной модуляции (41, 42). Кроме того, Sokol et al. (16) показали, что F.prausnitzii проявляет бутират-независимый противовоспалительный эффект на моделях ВЗК. Интересно, однако, что Hansen et al. (43) обнаружили, что F. prausnitzii увеличивался у детей с БК в начале заболевания, но не у пациентов с ЯК, что свидетельствует о более динамичной роли этого организма в развитии ВЗК. Более того, Willing et al. (19) сообщили об увеличении F. prausnitzii при БК толстой кишки у близнецов с воспалительным заболеванием кишечника, но снижении F. prausnitzii при БК подвздошной кишки. Образцы биопсии в исследовании Hansen et al.были взяты из одного участка: из дистального отдела толстой кишки в контроле или из наиболее дистального участка воспаления при ВЗК. Самая большая разница в их данных заключалась в включении субъектов независимо от того, принимали ли они традиционное лечение ВЗК. Следовательно, фармакологическое лечение может быть потенциальным препятствием в микробном исследовании ВЗК. Предыдущие данные показали, что численность F. prausnitzii резко снизилась у пациентов с БК подвздошной кишки (28, 40), а Sokol et al. (16) также обнаружили, что F.prausnitzii продемонстрировал уменьшение резецированной слизистой оболочки подвздошной кишки и был связан с эндоскопическим рецидивом через 6 месяцев. Однако наши данные показывают, что F. prausnitzii был устойчивым в разных частях кишечника у пациентов с CD. Это может быть вызвано различным образом жизни и диетическими привычками. Наше исследование было сосредоточено на населении центрального Китая, большинство из которых предпочитают диету с высоким содержанием клетчатки, согласно результатам нашего опроса. Кроме того, F. prausnitzii представляла более высокую среднюю долю (11.4%) в образцах биопсии HCs, и организмы с такими высокими пропорциями могут проявлять различные функции в разных участках слизистой оболочки. Это остается интересным предметом для дальнейших исследований.

Этот дизайн исследования был основан на анализе бактериальных генов 16S рРНК и отражал количество копий гена, а не истинное количество клеток. Кроме того, анализ гена рРНК не отразил функциональные изменения микробов желудочно-кишечного тракта, такие как повышенная вирулентность, прилипание к слизистой оболочке и инвазия, которые не влияют на относительные пропорции видов в микробиоте.Поэтому необходимо провести дальнейшие исследования функций комменсальных бактерий.

Мы определили специфические комменсальные бактерии, которые были значительно увеличены или уменьшены у людей с CD и UC. Было обнаружено, что бактерии, продуцирующие бутират, из кластеров Clostridium IV и XIVa уменьшены; в частности, у пациентов с ВЗК снизилось содержание F. prausnitzii. Однако количество Bifidobacterium и Lactobacillus увеличивалось у пациентов с активной ВЗК. Таким образом, больше внимания следует уделять бактериям, продуцирующим бутират, и затем с большей осторожностью можно использовать Bifidobacterium и Lactobacillus в качестве пробиотиков у пациентов в острой фазе ВЗК.

БЛАГОДАРНОСТИ

Мы благодарим всех субъектов, которые добровольно приняли участие в этом исследовании.

Это исследование было поддержано Бюро науки и технологий провинции Хубэй (грант № 303131796), Фондами фундаментальных исследований Центрального университета Министерства образования Китая (гранты № 2012303020201 и 201130302020004) и Национальным проектом поддержки Министерства. науки и технологий Китая (грант № 2012BAI06B03).

Мы не заявляем об отсутствии конфликта интересов.

  • Авторские права © 2014, Американское общество микробиологии. Все права защищены.

Дисбактериоз — обзор | Темы ScienceDirect

36.5.2 Дисбиоз

Дисбиоз часто определяют как «дисбаланс» микробного сообщества кишечника, связанный с заболеванием. Этот дисбаланс может быть вызван приростом или потерей членов сообщества или изменениями в относительной численности микробов. Эта теория в первую очередь фокусируется на изменениях в таксономическом составе микробного сообщества и функциях, связанных с отдельными членами или подмножествами членов сообщества. 126 Характеристика дисбиоза традиционно основывалась на таксономических каталогах кишечных микробов, созданных у разных людей в единичные моменты времени с использованием секвенирования 16S или 18S рРНК. 127 Более недавние попытки были попытаться каталогизировать не виды микробов, а скорее микробные гены в кишечнике, используя метагеномику дробовика. 128,129 Таксономическая характеристика или генетический состав сообщества затем используется для вывода его функций на основе литературных данных исследований с использованием эталонных штаммов микробов.Обычно эти модельные микробы изучаются как отдельные организмы и часто in vitro, чтобы получить эти функциональные данные.

Огромное количество исследований выявило значительные различия в таксономическом составе кишечных микробных сообществ между пациентами с ВЗК и здоровыми людьми из контрольной группы. 130 Эти различия были идентифицированы в бактериальном, грибковом и вирусном компонентах сообщества. 131,132 Однако конкретные таксономические различия микробов широко варьируются в зависимости от исследований, и окончательная структура сообщества, связанного с заболеванием, не установлена.Это может быть связано с большими различиями в составе микробного сообщества кишечника среди людей и / или техническими различиями между исследованиями. Поэтому пока неясно, как определить дисбактериоз и диагностировать «дисбиотическое сообщество». Также неясно, является ли дисбактериоз причиной, следствием или одновременно причиной и следствием заболевания, поскольку воспаление само по себе может приводить к изменениям в составе микробного сообщества в кишечнике. 133

Дисбактериоз может вызывать или способствовать ВЗК несколькими способами.Это может привести к появлению одного или нескольких микробов с функциями, вредными для хозяина, или потере одного или нескольких микробов с функциями, полезными для хозяина. Поскольку многие микробы в кишечном сообществе имеют важные функциональные отношения друг с другом, изменения небольшого числа микробов и / или их функций могут иметь широкое влияние на сообщество. Конкретные функции, которые могут представлять интерес, включают изменения доступности ниш или характеристик, которые влияют на принятие или устойчивость к колонизации, изменения в микробных продуктах или физических характеристиках, которые изменяют взаимодействия между бактериями или с хозяином, и изменения в сообществе, которые активируют механизмы вирулентности в в противном случае комменсальные микробы.Наиболее устойчивой характеристикой микробных сообществ больных пациентов является потеря таксономического разнообразия. 134 Однако снова неясно, является ли потеря биоразнообразия в кишечнике причиной или следствием заболевания. Также в настоящее время неясно, как такая потеря разнообразия сама по себе может привести к болезни, тем более что животные-гнотобиоты, колонизированные одним или небольшим количеством микробов, не проявляют болезни, связанной с колонизацией только ограниченным сообществом. Это говорит о том, что конкретные микробы в сообществе и их функции имеют первостепенное значение.

Состав и поведение микробного сообщества чрезвычайно чувствительны к окружающей среде. 9 Окружающая среда кишечного микробного сообщества состоит как из компонентов, полученных из организма хозяина, так и из проглоченных веществ. Каждый из этих факторов может иметь огромное влияние на состав и поведение кишечного микробного сообщества. Компоненты, производные от хозяина, определяются генетикой хозяина и, возможно, воздействием диеты или других проглоченных веществ непосредственно на хозяина. Наиболее хорошо охарактеризованными детерминантами состава и поведения микробного сообщества-хозяина являются системы противомикробной защиты хозяина.Когда эти системы нарушаются из-за генетического нокаута отдельных компонентов у модельных животных, возникает дисбиоз. 135 Проглоченное содержимое просвета кишечника в основном происходит с пищей. Вклад диеты в микробный дисбиоз представляет особый интерес для многих исследователей, поскольку ВЗК распространяется вместе с распространением западного образа жизни по всему миру, а западная диета сильно отличается от традиционных диет в незападных обществах. 136 Пищевые компоненты состоят из макроэлементов, таких как жиры и сахара, микроэлементов, таких как витамины и минералы, и непитательных компонентов, таких как диетические эмульгаторы.Западная диета, как правило, сильно переработана и содержит большое количество насыщенных жиров и простых сахаров. Было показано, что этот тип диеты способствует выработке метаболитов, вредных для тканей хозяина. 137 И наоборот, диета с низким содержанием субстратов, необходимых микробам для выработки метаболитов, способствующих здоровью тканей хозяина, также может способствовать развитию болезней. Например, неперевариваемые пищевые волокна используются микробами для производства короткоцепочечных жирных кислот, а пищевой триптофан используется для производства лигандов арилуглеводородных рецепторов, которые способствуют здоровью кишечника. 95,138 Наконец, диетические эмульгаторы часто добавляют в обработанные пищевые продукты для улучшения их текстуры или стабильности. In vitro эти соединения активируют образование фибр в E. coli , что приводит к прилипанию и повреждению тканей этими обычно комменсальными бактериями. 139 Было показано, что потребление диетических эмульгаторов in vivo вызывает дисбактериоз и обострение колита у мышей IL-10 — / — . 140 Другие типы экологического стресса, такие как введение антибиотиков, также могут привести к изменениям в микробном сообществе посредством прямого уничтожения микробов или горизонтального переноса генов. 141,142 Экологический стресс также может определять, ведут ли бактериофаги лизогенный или литический образ жизни. 143 Фаг-индуцированный лизис не только убивает бактерии, но и потенциально приводит к инфицированию новых бактериальных мишеней с изменением поведения этих бактерий.

Открытым вопросом в области дисбактериоза является важность того, когда происходят дисбиотические изменения в микробном сообществе. Кесарево сечение приводит к изменениям в ранних стадиях колонизации, а раннее введение антибиотиков может значительно нарушить развивающиеся сообщества. 144 Оба эти фактора были связаны с рядом иммуноопосредованных заболеваний в более позднем возрасте, но окончательных доказательств причинной связи или понимания механизмов все еще нет. 145 Кроме того, у многих пациентов развивается ВЗК без событий в раннем возрасте, которые могли бы вызвать дисбактериоз. Таким образом, дополнительные неизвестные события могут способствовать раннему, давнему дисбактериозу на момент постановки диагноза ВЗК, или более острые дисбиотические события также могут способствовать развитию ВЗК. Также ожидается, что тип дисбиотического события будет ключевым фактором в том, как дисбактериоз способствует развитию ВЗК.Остается определить, являются ли это широкими изменениями в сообществе или небольшими кардинальными изменениями в конкретных микробах. Эта неопределенность, по крайней мере частично, связана с техническими проблемами, которые могут переоценить значимость очень распространенных микробов и недооценить функциональную важность менее многочисленных членов сообщества. Технические ограничения доступных в настоящее время методов и данных также могут переоценить важность известных микробов с установленными функциональными данными по сравнению с неизвестными микробами, которые могут быть столь же важны для болезни.Наконец, до сих пор неизвестно, как дисбактериоз вызывает или способствует развитию ВЗК. Есть некоторые свидетельства того, что определенные дисбиотические микробные сообщества могут вызывать заболевание у нормальных хозяев. 146 Однако есть гораздо более убедительные доказательства того, что дисбактериоз работает в сочетании с дополнительными факторами, такими как лежащая в основе генетическая предрасположенность или повреждение кишечника, вызывая заболевание. Например, перенос микробных сообществ от пациентов с ВЗК стерильным мышам не вызывает спонтанного колита. 69,70,146 Однако он, по-видимому, способствует развитию болезни на моделях мышей, предрасположенных к заболеванию, таких как мыши IL-10 — / — или с химической индукцией колита. 69,70,146 Кроме того, дисбактериоз, связанный с диетами западного типа, по-видимому, допускает колонизацию организмами, ассоциированными с ВЗК. Свободные от зародышей мыши, колонизированные микробами от мышей, получавших диету с высоким содержанием жиров и сахара, имеют повышенную восприимчивость к колонизации AIEC. 147 Следовательно, дисбактериоз может по-разному влиять на разных хозяев в зависимости от природы дисбиотического сообщества и лежащих в основе генетических предрасположенностей к заболеванию в хозяине.Независимо от того, возникает ли дисбактериоз первым и вызывает заболевание или он является результатом болезни, однажды возникнув, он почти наверняка способствует сохранению болезни.

Дисбиоз и депрессия микробиома кишечника: всесторонний обзор

  • 1.

    • Франк Д.Н., Пейс Н.Р. Желудочно-кишечная микробиология вступает в эру метагеномики. Курр Опин Гастроэнтерол. 2008; 24 (1): 4–10 Это отличный общий обзор микробиологии желудочно-кишечного тракта .

    CAS PubMed Google Scholar

  • 2.

    • Шервин Э., Сандху К.В., Динан Т.Г., Крайан Дж.Ф. Да пребудет с вами сила: светлая и темная стороны оси микробиота – кишечник – мозг в нейропсихиатрии. Препараты ЦНС. 2016; 30 (11): 1019–41 Это отличный общий обзор желудочно-кишечной микробиоты и нейропсихиатрии .

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 3.

    • Келли Дж. Р., Кеннеди П. Дж., Крайан Дж. Ф., Динан Т. Г., Кларк Дж., Хайленд Н. П.. Разрушение барьеров: микробиом кишечника, кишечная проницаемость и психические расстройства, связанные со стрессом.Front Cell Neurosci. 2015; 9: 392 Это отличная рукопись о микробиоме кишечника и психических расстройствах .

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 4.

    •• Сампсон Т.Р., Мазманян СК. Контроль развития, функций и поведения мозга с помощью микробиома. Клеточный микроб-хозяин. 2015; 17 (5): 565–76 Это отличный обзор желудочно-кишечного микробиома, развития и функции мозга .

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 5.

    Форсайт П., Кунце, Вашингтон. Голоса изнутри: кишечные микробы и ЦНС. Cell Mol Life Sci. 2013. 70 (1): 55–69.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 6.

    Адамс Дж. Б., Йохансен Л. Дж., Пауэлл Л. Д., Куиг Д., Рубин Р. А.. Желудочно-кишечная флора и состояние желудочно-кишечного тракта у детей с аутизмом — сравнение с типичными детьми и корреляция с тяжестью аутизма. BMC Gastroenterol. 2011; 11 (1): 22.

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 7.

    Li C, Cui L, Yang Y, Miao J, Zhao X, Zhang J и др. Микробиота кишечника различается у пациентов с болезнью Паркинсона и здоровых людей в Северо-Восточном Китае. Front Mol Neurosci. 2019; 12: 171.

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 8.

    Айзава Э., Цудзи Х., Асахара Т., Такахаши Т., Тераиси Т., Йошида С. и др. Возможная ассоциация Bifidobacterium и Lactobacillus в микробиоте кишечника пациентов с большим депрессивным расстройством.J влияет на Disord. 2016; 202: 254–7.

    PubMed Google Scholar

  • 9.

    Xu R, Wu B, Liang J, He F, Gu W, Li K, Luo Y, Chen J, Gao Y, Wu Z, Wang Y, Zhou W, Wang M. Изменение микробиоты кишечника и слизистой оболочки иммунитет у больных шизофренией. Иммунное поведение мозга. 2020; 85: 120–7. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2019.06.039.

  • 10.

    •• Феррари А.Дж., Чарлсон Ф.Дж., Норман Р.Э., Паттен С.Б., Фридман Дж., Мюррей К.Дж. и др. Бремя депрессивных расстройств по странам, полу, возрасту и годам: результаты исследования Global Burden of Disease Study 2010.Хэй П.Дж., редактор. PLoS Med. 2013; 10 (11): e1001547 Это отличный обзор эпидемиологии депрессивных расстройств .

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 11.

    Американская психиатрическая ассоциация. Диагностическое и статистическое руководство по психическим расстройствам [Интернет]. Пятый Editio. Американская психиатрическая ассоциация; 2013.

  • 12.

    Бозе Дж., Хедден С.Л., Липари Р.Н., Парк-Ли Э. Ключевые показатели употребления психоактивных веществ и психического здоровья в США: результаты Национального исследования употребления наркотиков и здоровья, 2017 г.

  • 13.

    Greenberg PE, Fournier A-A, Sisitsky T., Pike CT, Kessler RC. Экономическое бремя взрослых с большим депрессивным расстройством в США (2005 и 2010 гг.). J Clin Psychiatry. 2015. 76 (02): 155–62.

    PubMed Google Scholar

  • 14.

    • Jakobsson HE, Jernberg C, Andersson AF, Sjölund-Karlsson M, Jansson JK, Engstrand L. Кратковременное лечение антибиотиками оказывает различное долгосрочное воздействие на микробиом горла и кишечника человека.Ратнер А.Дж., редактор. PLoS One. 2010; 5 (3): e9836 Это отличный обзор краткосрочных и долгосрочных различных эффектов человеческого горла и биома кишечника .

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 15.

    Йернберг К., Лёфмарк С., Эдлунд С., Янссон Дж. К.. Долгосрочное экологическое влияние приема антибиотиков на микробиоту кишечника человека. ISME J. 2007; 1 (1): 56–66.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 16.

    Adamsson I, Nord CE, Lundquist P, Sjöstedt S, Edlund C. Сравнительные эффекты омепразола, амоксициллина плюс метронидазола по сравнению с омепразолом, кларитромицином и метронидазолом на микрофлору полости рта, желудка и кишечника у пациентов, инфицированных Helicobacter pylori. J Antimicrob Chemother. 1999. 44 (5): 629–40.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 17.

    Детлефсен Л., Хусе С., Согин М.Л., Рельман Д.А. Всестороннее воздействие антибиотика на микробиоту кишечника человека, что выявлено глубоким секвенированием 16S рРНК.Эйзен Дж.А., редактор. PLoS Biol. 2008; 6 (11): e280.

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 18.

    Тернбо П.Дж., Ридаура В.К., Фейт Дж. Дж., Рей Ф. Е., Найт Р., Гордон Дж. Влияние диеты на микробиом кишечника человека: метагеномный анализ на гуманизированных гнотобиотических мышах. Sci Transl Med. 2009; 1 (6): 6ра14.

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 19.

    Bisanz JE, Upadhyay V, Turnbaugh JA, Ly K, Turnbaugh PJ.Мета-анализ показывает воспроизводимые изменения микробиома кишечника в ответ на диету с высоким содержанием жиров. Клеточный микроб-хозяин. 2019; 26 (2): 265–272.e4.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 20.

    Ju M, Liu Y, Li M, Cheng M, Zhang Y, Deng G и др. Байкалин улучшает микроэкологию кишечника и улучшает метаболизм, вызванный диетой с высоким содержанием жиров. Eur J Pharmacol. 2019; 857: 172457.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 21.

    • Лей Р. Э., Бэкхед Ф., Тернбо П., Лозупоне, Калифорния, Найт Р. Д., Гордон Д. И.. Ожирение изменяет микробную экологию кишечника. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2005; 102 (31): 11070–5 Это отличный обзор об ожирении и биоме кишечника .

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 22.

    Родригес Дж. М., Мерфи К., Стэнтон С., Росс Р. П., Кобер О. И., Юге Н. и др. Состав микробиоты кишечника на протяжении всей жизни с акцентом на молодость.Microb Ecol Heal Dis. 2015; 26 (0): 26050.

    Google Scholar

  • 23.

    Cong X, Xu W., Romisher R, Poveda S, Forte S, Starkweather A, et al. Микробиом кишечника и здоровье младенцев: ось мозг-кишечник-микробиота и генетические факторы хозяина. Yale J Biol Med. 2016. 89 (3): 299–308.

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 24.

    Вербнер М., Баршешет Ю., Вербнер Н., Зигдон М., Авербух I, Зив О, Брант Б., Эллиотт Э., Гелберг С., Тительбаум М., Корен О., Авни О.Микробиота, чувствительная к социальному стрессу, вызывает стимуляцию аутореактивных эффекторных Т-хелперных клеток. mSystems. 2019; 4 (4): e00292-18. https://doi.org/10.1128/mSystems.00292-18.

  • 25.

    Циаусси Дж., Антониу М.Н., Колиаракис И., Меснаж Р., Вардавас С.И., Изотов Б.Н. и др. Влияние однократного и комбинированного токсического воздействия на микробиом кишечника: текущие знания и направления на будущее. Toxicol Lett. 2019; 312: 72–97.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 26.

    Келли Дж. Р., Борре И., О’Брайен С., Паттерсон Е., Эль-Эйди С., Дин Дж. И др. Передача хандры: кишечная микробиота, связанная с депрессией, вызывает у крыс нейроповеденческие изменения. J Psychiatr Res. 2016; 82: 109–18.

    PubMed Google Scholar

  • 27.

    Хобан А.Е., Молони Р.Д., Голубева А.В., Маквей Нойфельд К.А., О’Салливан О., Паттерсон Э. и др. Поведенческие и нейрохимические последствия хронического истощения кишечной микробиоты во взрослом возрасте у крыс.Неврология. 2016; 339: 463–77.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 28.

    Provensi G, Schmidt SD, Boehme M, Bastiaanssen TFS, Rani B, Costa A, et al. Предотвращение когнитивных и микробиомных изменений у подростков, вызванных стрессом, с помощью диеты. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2019; 116 (19): 9644–51.

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 29.

    Jiang H, Ling Z, Zhang Y, Mao H, Ma Z, Yin Y, et al.Измененный состав фекальной микробиоты у пациентов с большим депрессивным расстройством. Иммунное поведение мозга. 2015; 48: 186–94.

    Google Scholar

  • 30.

    Морган XC, Tickle TL, Sokol H, Gevers D, Devaney KL, Ward DV, et al. Дисфункция кишечного микробиома при воспалительном заболевании кишечника и лечении. Genome Biol. 2012; 13 (9): R79.

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 31.

    Десбонне Л., Кларк Г., Траплин А., О’Салливан О., Криспи Ф., Молони Р.Д. и др. Истощение кишечной микробиоты с раннего подросткового возраста у мышей: последствия для мозга и поведения. Иммунное поведение мозга. 2015; 48: 165–73.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 32.

    Burke HM, Davis MC, Otte C, Mohr DC. Депрессия и реакции кортизола на психологический стресс: метаанализ. Психонейроэндокринология. 2005. 30 (9): 846–56.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 33.

    Моррисон Дж. Х., Бакстер МГ. Старение кортикальных синапсов: признаки и последствия снижения когнитивных функций. Nat Rev Neurosci. 2012; 13 (4): 240–50.

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 34.

    Ян И, Цуй И, Санг К., Донг И, Ни З, Ма С. и др. Кетамин блокирует разрыв боковой габенулы, быстро снимая депрессию. Природа. 2018; 554 (7692): 317–22.

    CAS Google Scholar

  • 35.

    Эрни Д., Грабе де Ангелис А.Л., Яитин Д., Вигхофер П., Сташевский О., Давид Е. и др. Микробиота хозяина постоянно контролирует созревание и функцию микроглии в ЦНС. Nat Neurosci. 2015; 18 (7): 965–77.

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 36.

    Реус Г.З., Фрис Г.Р., Стертц Л., Бадави М., Пассос И.С., Баричелло Т. и др. Роль воспаления и активации микроглии в патофизиологии психических расстройств.Неврология. 2015; 300: 141–54.

    PubMed Google Scholar

  • 37.

    Блэк CN, Bot M, Scheffer PG, Cuijpers P, Penninx BWJH. Связана ли депрессия с повышенным окислительным стрессом? Систематический обзор и метаанализ. Психонейроэндокринология. 2015; 51: 164–75.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 38.

    Fan W, Huo G, Li X, Yang L, Duan C. Влияние диеты на формирование микробиоты кишечника, выявленное в сравнительном исследовании у младенцев в течение первых шести месяцев жизни.J Microbiol Biotechnol. 2014; 24 (2): 133–43.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 39.

    Skonieczna-ydecka K, Grochans E, Maciejewska D, Szkup M, Schneider-Matyka D, Jurczak A, oniewsk I, Kaczmarczyk M, Marlicz W, Czerwińska-Pecła, Jurcłowska, Czerwińska-Deckła, Jurcławska Стаховская. Профиль фекальных короткоцепочечных жирных кислот изменен у польских женщин с депрессией. Питательные вещества. 2018; 10 (12): 1939. https://doi.org/10.3390/nu10121939.

  • 40.

    Jesulola E, Micalos P, Baguley IJ. Понимание патофизиологии депрессии: от моноаминов до модели гипотезы нейрогенеза — мы еще там? Behav Brain Res. 2018; 341: 79–90 Elsevier B.V.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 41.

    Каземи А., Норбала А.А., Азам К., Эскандари М.Х., Джафариан К. Эффект пробиотика и пребиотика по сравнению с плацебо на психологические исходы у пациентов с большим депрессивным расстройством: рандомизированное клиническое исследование.Clin Nutr. 2019; 38 (2): 522–8.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 42.

    Стинберген Л., Селларо Р., ван Хемерт С., Бош Я.А., Кользато Л.С. Рандомизированное контролируемое испытание для проверки влияния многовидовых пробиотиков на когнитивную реакцию на грустное настроение. Иммунное поведение мозга. 2015; 48: 258–64.

    PubMed Google Scholar

  • 43.

    Киколт-Глейзер Дж. К., Уилсон С. Дж., Бейли М. Л., Эндридж Р., Пенг Дж., Яремка Л. М. и др.Семейное неблагополучие, депрессия и негерметичный кишечник: транслокация бактериального эндотоксина как путь к воспалению. Психонейроэндокринология. 2018; 98: 52–60.

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 44.

    Rudzki L, Ostrowska L, Pawlak D, Małus A, Pawlak K, Waszkiewicz N, et al. Пробиотик Lactobacillus Plantarum 299v снижает концентрацию кинуренина и улучшает когнитивные функции у пациентов с большой депрессией: двойное слепое рандомизированное плацебо-контролируемое исследование.Психонейроэндокринология. 2019; 100: 213–22.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 45.

    Lew LC, Hor YY, Yusoff NAA, Choi SB, Yusoff MSB, Roslan NS, et al. Пробиотик Lactobacillus plantarum P8 снимал стресс и тревогу, улучшая память и познавательные способности у взрослых в стрессовом состоянии: рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование. Clin Nutr. 2019; 38 (5): 2053–64.

    CAS PubMed Google Scholar

  • 46.

    Сликерман Р.Ф., Худ Ф, Викенс К., Томпсон Дж.М.Д., Бартоу С., Мерфи Р. и др. Влияние Lactobacillus rhamnosus HN001 при беременности на послеродовые симптомы депрессии и тревоги: рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование. EBioMedicine. 2017; 24: 159–65.

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 47.

    Akkasheh G, Kashani-Poor Z, Tajabadi-Ebrahimi M, Jafari P, Akbari H, Taghizadeh M, et al. Клинический и метаболический ответ на введение пробиотиков у пациентов с большим депрессивным расстройством: рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование.Питание. 2016; 32 (3): 315–20.

    CAS PubMed Google Scholar

    Abstract

    Необходим вариант лечения запора, улучшающий качество жизни, поскольку доступные слабительные средства не могут эффективно улучшить качество жизни пациентов с запором.Признана значительная связь между дисбактериозом кишечника и запором, что позволяет предположить, что пробиотики могут быть важным вариантом лечения запора. Основной механизм, с помощью которого пробиотики уменьшают запор, остается неясным. В этом исследовании мы стремились оценить эффекты пробиотика Bifidobacterium bifidum G9-1 (BBG9-1) на вызванный лоперамидом запор замедленного транзита толстой кишки и выяснить механизм его действия. Сначала эффект BBG9-1 оценивали на крысиной модели запора, вызванного подкожным введением лоперамида.BBG9-1 улучшил параметры запора (количество фекалий, содержание воды в фекалиях и жесткость фекалий) у страдающих запором крыс. Затем была исследована связь органических кислот и нейромедиаторов с микробиотой кишечника. BBG9-1 улучшил дисбактериоз и предотвратил снижение концентрации масляной кислоты в кишечнике, повышение сывороточного серотонина и подавил повышение дофамина и снижение ацетилхолина в сыворотке. Кроме того, наблюдалось повышение уровня экспрессии триптофангидроксилазы 1, фермента, синтезирующего 5-HT.Эти результаты показывают, что BBG9-1 улучшает дисбактериоз, что приводит к увеличению содержания органических кислот и улучшению нейротрансмиссии. Эти действия могут увеличить подвижность кишечника, что в конечном итоге приведет к облегчению запора. Следовательно, пробиотик BBG9-1 может быть потенциальным вариантом лечения запора.

    Образец цитирования: Makizaki Y, Uemoto T, Yokota H, Yamamoto M, Tanaka Y, Ohno H (2021) Улучшение медленного транзитного запора, вызванного лоперамидом, с помощью Bifidobacterium bifidum G9-1 опосредуется коррекцией продукции бутирата и профиль нейротрансмиттеров за счет улучшения дисбактериоза.PLoS ONE 16 (3): e0248584. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0248584

    Редактор: Венке Фэн, Медицинский факультет Университета Луисвилля, СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ

    Поступило: 17 ноября 2020 г .; Принят в печать: 1 марта 2021 г .; Опубликован: 22 марта 2021 г.

    Авторские права: © 2021 Makizaki et al. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

    Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в рукописи и ее файлах с вспомогательной информацией.

    Финансирование: Биофермин Фармасьютикал Ко., Лтд. Оказала поддержку этому исследованию в виде заработной платы для YM, TU, HY, MY, YT и HO. Конкретные роли этих авторов сформулированы в разделе «Авторский вклад». Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

    Конкурирующие интересы: Авторы ознакомились с политикой журнала, и у авторов этой рукописи есть следующие конкурирующие интересы: YM, TU, HY, MY, YT, HO — оплачиваемые сотрудники Biofermin Pharmaceutical Co., Ltd. нет патентов, продуктов в разработке или маркетинговых продуктов, которые можно было бы объявлять. Это не влияет на нашу приверженность политике PLOS ONE в отношении обмена данными и материалами.

    Введение

    Хронический запор — распространенное функциональное желудочно-кишечное расстройство, которым страдает примерно 16% населения, хотя его распространенность варьируется в зависимости от страны и возраста [1, 2].Это заболевание классифицируется как запор с замедленным транзитом (STC), запор с нормальным транзитом или дисфункция тазового дна / нарушение дефекации [3]. STC, определяемый как значительно увеличенное время прохождения через толстую кишку из-за снижения ее подвижности, приводит к снижению частоты и количества стула. Заболевание чаще всего встречается у пожилых людей, у которых более вероятно нарушение функции кишечника. У пациентов с запорами качество жизни (КЖ) значительно ниже, чем у здоровых людей [4].Даже при приеме доступных в настоящее время слабительных средств качество жизни у пациентов с запорами остается низким из-за неудовлетворительных результатов терапевтического эффекта и побочных эффектов [5]. Таким образом, необходим вариант лечения для улучшения качества жизни пациентов с запорами.

    Сообщается о дисбактериозе кишечника у пациентов с хроническим запором [6], что указывает на значительную связь между дисбактериозом кишечника и запором. Пробиотики могут уравновесить микробиоту кишечника [7] и облегчить запор за счет сокращения времени прохождения через толстую кишку и увеличения содержания воды в кале и других параметров кала [8–10].Кроме того, пробиотики могут улучшить качество жизни пациентов с запорами [11]. Учитывая эти данные, пробиотики могут быть эффективным средством лечения запора. Однако механизм, лежащий в основе вызванных пробиотиками изменений микробиоты кишечника, которые облегчают состояние, остается неясным.

    Вегетативная нервная система регулирует перистальтику кишечника. Когда парасимпатическая нервная система возбуждена, ацетилхолин (Ach) высвобождается для активации моторики желудочно-кишечного тракта. Среди нейромедиаторов серотонин (5-гидрокситриптамин, 5-HT) и дофамин (DA) играют роль в высвобождении Ach: когда рецепторы 5-HT стимулируются, степень высвобождения Ach увеличивается.С другой стороны, когда рецепторы DA стимулируются, степень высвобождения Ach уменьшается, что приводит к снижению моторики желудочно-кишечного тракта. Было продемонстрировано, что уровни 5-HT в толстой кишке снижены у пациентов с запорами [12] и что существует тесная взаимосвязь между 5-HT и кишечной микробиотой [13]. Таким образом, мы считаем, что микробиота кишечника может в значительной степени участвовать в вегетативной регуляции перистальтики кишечника.

    В этом исследовании мы стремились подтвердить эффект пробиотика Bifidobacterium bifidum G9-1 (BBG9-1) на запор на крысиной модели STC, вызванной лоперамидом, и понять механизм его действия.

    Материалы и методы

    Бактериальный штамм и условия культивирования

    Бактериальный штамм BBG9-1 был получен от Biofermin Pharmaceutical Co., Ltd. (Кобе, Япония). BBG9-1 культивировали в анаэробных условиях в течение 18 часов при 37 ° C в бульоне GAM (Nissui Pharmaceutical Co., Ltd., Токио, Япония) с добавлением 0,7% глюкозы и 0,1% Твина-80. Бактерии дважды промывали фосфатно-солевым буфером, и осадки, полученные после низкоскоростного центрифугирования, хранили при -80 ° C до использования.

    Животные

    Шестьдесят семинедельных самцов крыс Sprague Dawley были приобретены в Japan SLC (Хамамацу, Япония) и акклиматизированы к лабораторным условиям в течение одной недели перед использованием в исследовании. Размер выборки был рассчитан по результатам предварительного исследования. Количество животных, использованных в каждом исследовании, указано в легенде соответствующих фигур. Животных содержали индивидуально в пятиъярусных клетках из нержавеющей стали (CL-02036, Ш 755 × Г 210 × В 170 мм; CLEA Japan, Inc., Токио, Япония) в определенных условиях, свободных от патогенов, при комнатной температуре (22 ° C ± 3 ° C) и влажности 55% ± 15%, с 12-часовым циклом свет / темнота (07: 00–19: 00). ). Кроме того, порошковая диета CE-2 (CLEA Japan) была предоставлена ​​ ad libitum в качестве стандартной диеты, а водопроводная вода была бесплатно доступна из бутылки с водой. Эксперименты проводились в соответствии с инструкциями по проведению фармацевтических экспериментов на животных Биофермин после утверждения Комитетом по фармацевтическим экспериментам на животных Биофермин (номер разрешения: 133–006).

    Вызвание запора и дизайн исследования

    Самцов крыс Sprague Dawley случайным образом распределили в одну из трех групп: нормальные группы с запором, вызванным лоперамидом, и группы с запором, вызванным BBG9-1 (далее называемые нормальной группой, группой Lop и группой BBG9-1. , соответственно). Крысам в группах Lop и BBG9-1 подкожно вводили 5,0 мг гидрохлорида лоперамида (Sigma, Сент-Луис, Миссури, США) два раза в день в течение 4 дней подряд, чтобы вызвать запор.Крысам в нормальной группе вводили подкожно физиологический раствор. Крысы в ​​группе BBG9-1 также получали BBG9-1 через желудочный зонд в дозе 1,0 × 10 10 КОЕ три раза в день (9:00, 13:00, 17:00) в течение 4 дней подряд; крысы в ​​группах Normal и Lop получали PBS через желудочный зонд вместо BBG9-1. На следующий день после завершения лечения лоперамидом и BBG9-1 цельную кровь (7 мл) собирали под изофлурановой анестезией. Содержимое слепой кишки и фекалий в толстой кишке удаляли, быстро замораживали и хранили при -80 ° C до анализа.

    Измерение количества и веса кала

    Количество и вес фекалий определяли для всех фекалий, выделяемых с 9:00 утра каждый день до 9:00 утра следующего дня в период лечения с 0 дня по 4 день.

    Измерение содержания воды в кале

    Свежие фекалии собирали осторожным сжатием брюшной полости, немедленно взвешивали и сушили при 90 ° C в течение 24 часов. Содержание воды в фекалиях определяли как разницу в весе фекалий до и после сушки.

    Измерение жесткости кала

    Свежие фекалии собирали, осторожно надавливая на брюшную полость, и твердость фекалий измеряли с помощью прибора для определения твердости пищевых продуктов (DSV-50N-M4, Imada, Япония).

    Измерение остаточного количества кала в толстой кишке

    После взятия цельной крови сегмент кишечника от слепой кишки до заднего прохода удаляли и подсчитывали количество фекальных гранул, оставшихся в толстой кишке.

    Время прохождения через желудочно-кишечный тракт (GITT)

    Крысам через желудочный зонд вводили 1 мл кармина (Fujifilm Wako, Япония), приготовленного путем суспендирования 3 г в 50 мл 0.5% карбоксиметилцеллюлоза в последний день введения лоперамида (день 3). GITT измеряли как время от орального желудочного зондирования до появления окрашенных красителями фекалий.

    Измерение нейромедиаторов в сыворотке

    Лапаротомия была выполнена под изофлурановой анестезией для сбора крови из брюшной аорты. Собранной крови давали возможность свернуться в течение ночи при комнатной температуре, а затем центрифугировали при 2000 g в течение 15 минут для отделения сыворотки.

    Уровни 5-HT в сыворотке определяли с использованием набора Serotonin Research ELISA (BA E-5900; ImmuSmol SAS, Pessac, France), а уровни DA в сыворотке определяли с помощью набора Dopamine Research ELISA (BS E-5300; ImmuSmol SAS, Pessac , Франция).Оба нейротрансмиттера были извлечены из образцов сыворотки, ацилированы и проанализированы в соответствии с инструкциями производителя.

    Ach анализировали в отфильтрованных образцах сыворотки с использованием набора для анализа ацетилхолина (STA-603; Cell Biolabs, Inc. USA) в соответствии с инструкциями производителя.

    Измерение концентрации органических кислот в содержимом слепой кишки

    Концентрации органических кислот (янтарная кислота, молочная кислота, уксусная кислота, пропионовая кислота, н-масляная кислота и н-валериановая кислота) в содержимом слепой кишки определяли с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии.Вкратце, соответствующее содержимое слепой кишки точно взвешивали в пробирке, суспендировали в воде MilliQ и подвергали термообработке (85 ° C, 20 мин). После гомогенизации с шариками (диаметром 0,1 мм) образец центрифугировали (14000 g, 10 мин). Супернатант фильтровали через мембранные фильтры 0,45 мкм и использовали для анализа.

    Высокоэффективную жидкостную хроматографию выполняли с использованием колонки Shim-pack SCR-102 (H) (300 мм × 8 мм ID, Шимадзу, Киото, Япония), детектора электропроводности (CDD-10A, Симадзу, Киото, Япония) и аналитическая система органических кислот (Симадзу, Киото, Япония).Элюент, содержащий 5 ммоль / л п-толуолсульфоновой кислоты, подавали со скоростью 0,8 мл / мин при 50 ° C.

    Количественная ПЦР в реальном времени триптофангидроксилазы-1 (Tph-1) в ткани толстой кишки

    Взвешивали от 50 до 100 мг ткани толстой кишки и экстрагировали РНК с помощью реагента Trizol ® (Ambion, Life Technologies Japan Ltd, Токио, Япония). Экстрагированную РНК подвергали обратной транскрипции в кДНК с использованием PrimeScript ® RT Master Mix (Takara Bio Inc., Shiga, Japan). Количественную ПЦР в реальном времени проводили с кДНК с использованием системы ПЦР в реальном времени Quant Studio ™ 3 (Applied Biosystems ™, Thermo Fisher Scientific K K., Токио, Япония) и PowerUp ™ SYBR ™ Green Master Mix (Applied Biosystems ™, Thermo Fisher Scientific K., Токио, Япония). ПЦР проводилась в быстром режиме с использованием протокола для PowerUp ™ SYBR ™ Green Master Mix: этап выдержки при 50 ° C в течение 2 минут и при 95 ° C в течение 2 минут с последующей термической денатурацией и удлинением при 95 ° C в течение 1 с и 60 ° C в течение 30 с на 40 циклов. Последовательности праймеров для гена Tph-1 были получены с веб-сайта PrimerBank (http://pga.mgh.harvard.edu/primerbank/) как ID209862984c3: Tph-1-forward: 5′-CCATCTTCCGAGAGCTAAACAAA-3 ‘и Tph-1 -reverse: 5’-TCTTCCCGATAGCCACAGTATT-3 ‘.В качестве эндогенного контроля использовали следующие праймеры: GAPDH-forward: 5’-TGCACCACCAACTGCTTAG-3 ’и GAPDH-reverse: 5’-GATGCAGGGATGATGTTC-3’ [14]. Уровни экспрессии Tph-1 в ткани толстой кишки были количественно определены методом ΔΔCt и выражены относительно экспрессии в тканях нормальной группы.

    Микробиологические анализы кала

    Мы использовали секвенирование гена 16S рРНК для комплексного анализа микробиоты кишечника. ДНК выделяли из фекалий методом «шарик-фенол» [15]. Область V3-V4 гена 16S рРНК секвенировали на платформе Miseq с помощью набора реагентов Miseq версии 2 (500 циклов, Illumina) по методу Fadrosh et al [16].Необработанные данные чтения, полученные с платформы Miseq, обрабатывались на конвейере QIIME [17] следующим образом: чтения были объединены с помощью программы Fastq-join и отфильтрованы по качеству (QV ≥ 25) с использованием программного обеспечения USEARCH версии 6.1. Химерные последовательности были удалены из данных, прошедших качественную фильтрацию, чтобы получить надежные данные для анализа микробиоты. В общей сложности 5000 считываний на образец были случайным образом извлечены и сгруппированы в рабочие таксономические единицы с использованием алгоритма USEARCH с порогом сходства 97%.Репрезентативная последовательность каждой оперативной таксономической единицы была отнесена к таксономии путем исследования гомологии с использованием инструмента UCLUST, так что каждое прочтение было идентифицировано на уровне рода. Индексы несходства (расстояния Брея – Кертиса) были рассчитаны для состава кишечной микробиоты в каждом образце с помощью функции vegdist (веганский пакет) статистического программного обеспечения R и использованы для анализа основных координат (PCoA).

    Статистический анализ

    Экспериментальные результаты выражены как среднее значение ± стандартная ошибка.Однородность дисперсии оценивалась с помощью теста Бартлетта, а значимость различий проверялась с помощью теста Стила-Двасса для неравных дисперсий и теста Тьюки-Крамера для равных дисперсий. Корреляцию между содержанием воды в фекалиях и жесткостью оценивали с помощью коэффициента корреляции Пирсона.

    Результаты

    Влияние BBG9-1 на параметры кала

    Количество и вес фекальных гранул, содержание воды в фекалиях и жесткость фекалий были значительно уменьшены в первый день и после этого в группе Lop по сравнению с такими же параметрами в нормальной группе (Рис. 1A – 1C).По сравнению с группой Lop, группа BBG9-1 имела значительно большее количество фекалий на 1–4 дни (рис. 1A) и значительно более высокое содержание воды в фекалиях на 3 и 4 дни (рис. 1B) и значительно сниженную жесткость кала на 3 день ( Рис 1C). Была обнаружена отрицательная корреляция между содержанием воды в фекалиях и жесткостью (коэффициент корреляции Пирсона -0,7184; рис. 1D), что указывает на то, что жесткость фекалий снижается с увеличением содержания воды в фекалиях.

    Рис. 1. Изменение фекальных свойств у крыс с запорами, вызванными лоперамидом.

    (A) Количество фекалий, (B) Содержание воды в фекалиях и (C) Жесткость фекалий измеряли каждый день эксперимента. (D) Корреляция между содержанием воды в фекалиях и жесткостью была оценена на 4-й день. Значения представляют собой средние значения ± стандартная ошибка (SE) для 16 животных. **, p <0,01 по сравнению с нормой; # и ##, p <0,05 и 0,01 по сравнению с Lop.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0248584.g001

    Влияние BBG9-1 на остаточное количество кала в толстой кишке

    Количество фекальных гранул в толстой кишке было значительно выше у животных в группе Lop, чем в нормальной группе.В группе BBG9-1 количество остаточных фекалий было ниже, чем в группе Lop (рис. 2).

    Рис. 2. Влияние BBG9-1 на содержимое толстой кишки.

    Крыс, индуцированных лоперамидом, вскрывали на 4 день и (А) подсчитывали количество фекалий в толстой кишке. (B) Типичные примеры толстой кишки животных в каждой группе. Значения представляют собой средние значения ± стандартная ошибка 16 животных. **, p <0,01 по сравнению с нормой.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0248584.g002

    Влияние BBG9-1 на GITT

    Группа

    Lop показала значительно более длительный GITT по сравнению с нормальной группой.Группа BBG9-1 также показала значительно более продолжительный GITT по сравнению с группой Normal, но GITT был значительно короче, чем в группе Lop (рис. 3).

    Рис. 3. Влияние BBG9-1 на GITT.

    GITT оценивали как время, в течение которого карминовый краситель выделялся с калом. Значения представляют собой средние значения ± стандартная ошибка 10 животных. **, p <0,01 по сравнению с нормой; #, p <0,05 по сравнению с Lop.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0248584.g003

    Влияние BBG9-1 на изменения фекальной микробиоты, вызванные лоперамидом

    График PCoA, основанный на матрице расстояний Брея-Кертиса, выявил различные профили фекальной микробиоты между группами Lop и Normal, что указывает на дисбактериоз у животных с запором, вызванным лоперамидом.Профиль фекальной микробиоты группы BBG9-1 был расположен между нормальной и Lop-группой на графике PCoA (рис. 4A). Расстояния Брея-Кертиса между образцами из нормальных групп и групп Lop и между образцами из нормальных групп и групп BBG9-1 были значительно увеличены по сравнению с расстояниями между образцами в нормальной группе. Расстояния Брея-Кертиса между образцами из нормальных групп и групп BBG9-1 были значительно меньше, чем расстояния между образцами из нормальных групп и групп Lop (рис. 4В). При сравнении на уровне родов Blautia и Marvinbryantia были значительно более многочисленными в группах Lop и BBG9-1, чем в нормальной группе.Напротив, Acetivibrio был значительно менее распространен в группах Lop и BBG9-1 (рис. 4C).

    Рис. 4. Влияние BBG9-1 на структуру фекальной микробиоты у крыс с запорами, вызванными лоперамидом.

    (A) PCoA показал кластерные сообщества фекальной микробиоты на основе несходства Брея-Кертиса между образцами. (B) Расчетное расстояние для групп Normal, Lop и BBG9-1 в анализе расстояния Брея-Кертиса. (C) Относительная численность каждого рода бактерий была проанализирована с использованием 5000 считываний секвенирования следующего поколения бактериальной 16S рДНК.Значения представляют собой средние значения ± стандартная ошибка 15 или 16 животных. * и **, p <0,05 и 0,01 по сравнению с нормой; #, p <0,05 по сравнению с Lop.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0248584.g004

    Влияние BBG9-1 на органические кислоты в содержимом слепой кишки

    Значительное увеличение содержания уксусной кислоты и пропионовой кислоты наблюдалось в группах Lop и BBG9-1. Напротив, масляная кислота была значительно снижена в группе Lop, но не в группе животных BBG9-1, по сравнению с нормальной группой (таблица 1).

    Влияние BBG9-1 на сывороточные 5-HT, DA и Ach у крыс с запором, вызванным лоперамидом

    Уровни 5-HT в сыворотке не изменились после лечения лоперамидом, но были значительно увеличены в группе BBG9-1 по сравнению с группами нормального и Lop (рис. 5A). Уровни DA в сыворотке были значительно увеличены в группе Lop по сравнению с уровнями в нормальной группе. Никаких существенных различий между группами BBG9-1 и нормальных не наблюдалось (рис. 5B). Уровни Ach в сыворотке были значительно ниже как в группах Lop, так и в группе BBG9-1, чем в группе Normal, но значительно выше у животных из группы BBG9-1 по сравнению с крысами в группе Lop (рис. 5C).

    Рис. 5. Эффект BBG9-1 на нейромедиатор сыворотки у крыс с запором, вызванным лоперамидом.

    Сывороточные уровни (A) 5-HT и (B) DA анализировали с помощью ELISA. Уровни (C) ацетилхолина в сыворотке определяли с использованием набора для анализа ацетилхолина. Значения представляют собой средние значения ± стандартная ошибка для 9 или 10 животных. **, p <0,01 по сравнению с нормой; # и ##, p <0,05 и 0,01 по сравнению с Lop.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0248584.g005

    Влияние BBG9-1 на экспрессию Tph-1 в ткани толстой кишки крыс с запором, вызванным лоперамидом

    Уровень экспрессии Tph-1 в ткани толстой кишки не отличался в группах Lop и нормальных животных, но был значительно повышен в группе BBG9-1 по сравнению с животными из нормальных и Lop групп (фиг. 6).

    Рис. 6. Относительная экспрессия Tph-1 в дистальном отделе толстой кишки крыс с запором, вызванным лоперамидом.

    Данные были рассчитаны с использованием количественного метода ΔΔCt ПЦР в реальном времени, а экспрессия транскриптов была нормализована с использованием гена домашнего хозяйства GAPDH. В ходе анализа был рассчитан относительный уровень экспрессии гена относительно нормальной группы. Значения представляют собой средние значения ± стандартная ошибка для 9 или 10 животных. **, p <0,01 по сравнению с нормой; ##, p <0,01 по сравнению с Lop.

    https://doi.org/10.1371 / journal.pone.0248584.g006

    Обсуждение

    В этом исследовании мы стремились подтвердить, что пробиотик BBG9-1 может уменьшить запор, и выяснить механизм его действия. Лоперамид вызывает STC-подобные запоры, подавляя перистальтику кишечника и продлевая время прохождения через кишечник [18, 19]. Во-первых, мы исследовали влияние BBG9-1 на запор на крысиной модели запора, вызванного лоперамидом. Мы и наши коллеги ранее сообщали, что BBG9-1 уменьшает запор, о чем свидетельствуют повышенные уровни бутирата в содержимом слепой кишки и частота дефекации на крысиной модели запора, вызванного диетой с низким содержанием клетчатки [20].Как и ожидалось, BBG9-1 улучшил параметры кала у этих животных. BBG9-1 также улучшил микробиоту кишечника, предотвратил снижение концентрации масляной кислоты в кишечнике, увеличил экспрессию Tph-1, способствовал выработке 5-HT, подавил продукцию DA и увеличил высвобождение Ach.

    Масляная кислота, метаболит кишечной микробиоты, способствует выработке 5-HT за счет увеличения экспрессии фермента, продуцирующего 5-HT, Tph-1 [13, 21–23]. На тесную взаимосвязь между 5-HT и микробиотой кишечника указывает значительное снижение уровней 5-HT в сыворотке и толстой кишке мышей GF по сравнению с мышами SPF [13], снижение уровней 5-HT у пациентов с запорами [12] и появление признаки запора с пониженным уровнем 5-HT у мышей, которым пересажены фекалии от пациентов с запором [12].5-HT стимулирует перистальтику желудочно-кишечного тракта, высвобождая ацетилхолин через связывание со специфическими рецепторами в периферических нервах. Эти данные свидетельствуют о том, что тенденция к увеличению содержания масляной кислоты в группе BBG9-1 может способствовать значительному увеличению уровней Ach в сыворотке за счет усиления экспрессии Tph-1 и 5-HT в сыворотке. Эти эффекты затем приводят к усилению перистальтики кишечника, сокращению ЖКТ и меньшему накоплению фекалий в кишечнике. DA ингибирует высвобождение Ach, связываясь с его рецепторами, что приводит к снижению моторики желудочно-кишечного тракта.Дисбактериоз кишечника тесно связан с производством DA [24]. Кроме того, в этом исследовании дисбактериоз и значительное увеличение DA наблюдались в группе Lop, что подтверждает гипотезу о том, что дисбактериоз, вызванный лоперамидом, способствует выработке DA. Следовательно, дисбактериоз, улучшенный с помощью BBG9-1, может вызывать снижение выработки DA, что приводит к усилению перистальтики кишечника. Введение DA значительно увеличивает абсорбцию воды в толстой кишке в модели петли толстой кишки [24]. В дополнение к сокращению времени прохождения через кишечник снижение водопоглощения из-за подавления выработки DA может способствовать увеличению содержания воды в фекалиях и снижению жесткости, наблюдаемых при введении BBG9-1, наблюдаемых в настоящем исследовании.

    Одно исследование на людях показало, что Bifidobacteria не были уменьшены в микробиомах кишечника больных запором, но родов, продуцирующих бутират, было низким [25]. Бутират может быть одним из основных факторов лечения запора. Введение BBG9-1 ранее показывало увеличение уровня бутирата в содержимом слепой кишки крыс за счет улучшения микробиоты кишечника [20], хотя BBG9-1 непосредственно не продуцировал бутират. BBG9-1 производит молочную и уксусную кислоты; однако в этом исследовании концентрации этих кислот не были значительно увеличены.Более того, масляная кислота была незначительно увеличена в группе BBG9-1 по сравнению с животными в группе Lop. Одно из объяснений может заключаться в том, что BBG9-1 изменил микробиоту кишечника таким образом, что бактерии, вырабатывающие масляную кислоту из молочной и уксусной кислот, стали более многочисленными. Бактерии, продуцирующие бутират, производят бутират, потребляя молочную и уксусную кислоты [26, 27]. Таким образом, наблюдаемое увеличение содержания бутирата кишечника можно объяснить тем фактом, что молочная кислота и уксусная кислота, продуцируемые BBG9-1, могут потребляться бактериями, продуцирующими бутират, что приводит к увеличению содержания масляной кислоты.Необходимы дальнейшие исследования, чтобы продемонстрировать, что введение бактерий, продуцирующих масляную кислоту, уменьшает запор, чтобы подтвердить, что бутират является ключевым фактором. Однако в этом исследовании было сложно идентифицировать бактерии, ответственные за продукцию бутирата, что может привести к коррекции профиля нейромедиаторов, поскольку таксономический анализ на уровне рода не выявил бактерии, которые значительно изменились после лечения. Мы планируем провести более подробный анализ таксономии на уровне вида или штамма, такой как дробовик или долгосрочное метагеномное секвенирование, чтобы определить ключевые бактерии, ответственные за изменения в продукции бутирата и профилирование нейротрансмиттеров, а затем проверить, что введение идентифицированных бактерии, продуцирующие бутират, уменьшают запор.

    Acetivibrio продуцирует газ H 2 [28], который увеличивает подвижность кишечника [29]. Снижение Acetivibrio в микробиоте кишечника может способствовать развитию запора. Marvinbryantia из семейства Lachnospiraceae может продуцировать ацетат [30]. Повышенный уровень Marvinbryantia мог способствовать наблюдаемому увеличению уровня уксусной кислоты в группе Lop. Acetivibrio были увеличены в группе BBG9-1 по сравнению с группой Lop, хотя разница не была значимой (расчетная статистика теста = -2.19782 и критическое значение на уровне значимости 0,05 = 2,343705). Следовательно, BBG9-1 может увеличивать долю Acetivibrio в микробиоте кишечника, что приводит к уменьшению запора.

    В этом исследовании мы попытались выяснить механизм действия BBG9-1 для уменьшения запора на модели крыс. Однако кишечная микробиота крыс и людей различается. Например, видов Lactobacillus относятся к числу наиболее распространенных бактерий у крыс, но являются второстепенным компонентом микробиоты кишечника человека.Влияние таких различий между хозяевами на действие BBG9-1 остается неизвестным. Прямая экстраполяция результатов этого исследования на людей затруднена. Следовательно, необходимо создать животную модель запора с использованием стерильных мышей, которым пересажены фекалии от людей, страдающих запором, для дальнейшего понимания механизма действия BBG9-1 на человека.

    Результаты этого исследования показывают, что общий эффект BBG9-1 на вызванный лоперамидом запор у крыс может быть связан с улучшением дисбактериоза кишечной микробиоты и повышением перистальтики кишечника, опосредованной нейротрансмиттерами масляной кислоты (рис. 7).Таким образом, пероральное введение пробиотика BBG9-1 является потенциально эффективной стратегией лечения запора.

    Рис. 7. Схема влияния BBG9-1 на вызванных лоперамидом запоров у крыс.

    Запор, вызванный лоперамидом, был связан с дисбактериозом. Коррекция дисбактериоза BBG9-1 улучшает факторы, связанные с перистальтикой кишечника. В результате улучшилась перистальтика и уменьшились симптомы запора.

    https://doi.org/10.1371 / journal.pone.0248584.g007

    Ссылки

    1. 1. Peppas G, Alexiou VG, Mourtzoukou E, Falagas ME. Эпидемиология запоров в Европе и Океании: систематический обзор. BMC Gastroenterology. 2008; 8 (5). pmid: 18269746
    2. 2. Фороотан М., Багери Н., Дарвиши М. Хронический запор: обзор литературы. Медицина. 2018; 97 (20): e10631. pmid: 29768326
    3. 3. Бхаруча А.Е., Пембертон Дж. Х., Локк Г. Р. 3-й. Технический обзор запора Американской гастроэнтерологической ассоциации.Гастроэнтерология. 2013; 144 (1), 218–238. pmid: 23261065
    4. 4. Wald A, Scarpignato C, Kamm MA, Mueller-Lissner S, Helfrich I, Schuijt C и др. Бремя запора на качество жизни: результаты международного исследования. Aloment Pharmacol Ther. 2007; 26 (2): 227–236. pmid: 17593068
    5. 5. Йохансон JF, Kralstein J, Хронический запор: обзор точки зрения пациента. Алимент Pharmacol Ther. 2007; 25 (5): 599–608. pmid: 17305761
    6. 6.Zhu L, Liu W., Alkhouri R, Baker RD, Bard JE, Quigley EM, et al. Структурные изменения микробиома кишечника больных запором. Physiol Genomics. 2014; 46 (18): 679–686. pmid: 25073603
    7. 7. Ван Дж, Тан Х, Чжан Ц., Чжао Ю., Дерриэн М., Роше Э. и др. Модуляция кишечной микробиоты во время опосредованного пробиотиками ослабления метаболического синдрома у мышей, получавших диету с высоким содержанием жиров. ISME J. 2015; 9: 1–15. pmid: 24936764
    8. 8. Ван Л., Ху Л., Сюй Цюй, Инь Б., Фанг Д., Ван Г. и др.Bifidobacterium adolescentis оказывает штамм-специфическое действие на запор, вызванный лоперамидом у мышей BALB / c. Int J Mol Sci. 2017; 18 (2): 318. pmid: 28230723
    9. 9. Уоллер PA, Gopal PK, Leyer GJ, Ouwehand AC, Reifer C, Stewart ME, et al. Дозозависимый эффект Bifidobacterium lactis HN019 на время прохождения через весь кишечник и функциональные желудочно-кишечные симптомы у взрослых. Сканд Дж Гастроэнтерол 2011; 46 (9): 1057–1064. pmid: 21663486
    10. 10. Koebnick C, Wagner I, Leitzmann P, Stern U, Zunft HJ.Напиток с пробиотиками, содержащий Lactobacillus casei Shirota, улучшает желудочно-кишечные симптомы у пациентов с хроническими запорами. Кан Дж Гастроэнтерол 2003; 17 (11): 655–659. pmid: 14631461
    11. 11. Kommers MJ, Сильва Родригес Р.А., Миядзима Ф., Завала А.А., Ultramari VRLM, Fett WCR и др. Влияние использования пробиотиков на качество жизни и физическую активность у студенток университетов с запором: рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование. J Altern Complement Med. 2019; 25 (12): 1163–1171.pmid: 31657615
    12. 12. Цао Х, Лю Х, Ан И, Чжоу Г, Лю И и др. Дисбиоз способствует развитию хронического запора за счет регуляции переносчика серотонина в кишечнике. Научный представитель 2017; 7 (1): 10322. pmid: 28871143
    13. 13. Яно Дж. М., Ю К., Дональдсон Г. П., Шастри Г. Г., Энн П., Ма Л. и др. Аборигенные бактерии из кишечной микробиоты регулируют биосинтез серотонина хозяина. Клетка. 2015; 161 (2): 264–276. pmid: 25860609
    14. 14. Fang L, Hong Z, Xianrong Z, Ruokun Y, Jianfei M, Xin Z и др. Lactobacillus plantarum CQPC05, выделенный из маринованных овощей, подавляет запор у мышей. Appl Sci. 2019; 9 (1): 159.
    15. 15. Мацуки Т. Методика выделения ДНК из образца кала для анализа микрофлоры кишечника. J Microbiol. 2006; 20 (3): 259–262.
    16. 16. Фадрош Д.В., Ма Б., Гаджер П., Сенгамалай Н., Отт С., Бротман Р.М. и др. Улучшенный подход двойной индексации для мультиплексного секвенирования гена 16S рРНК на платформе Illumina MiSeq.Микробиом. 2014; 2 (1): 1–7. pmid: 24468033
    17. 17. Caporaso JG, Kuczynski J, Stombaugh J, Bittinger K, Bushman FD, Costello EK, et al. QIIME позволяет анализировать данные секвенирования сообщества с высокой пропускной способностью. Нат методы. 2010; 7 (5): 335–336. pmid: 20383131
    18. 18. Sohji Y, Kawashima K, Shimizu M. Фармакологические исследования лоперамида, противодиарейного средства. II. Влияние на перистальтику тонкой и толстой кишки у морских свинок. Folia Pharmacol Jpn. 1978; 74 (1): 155–163.
    19. 19. Hao W, Yuxia G, Youran L, Minmin X, Yunfei G. Влияние атрактиленолида III на интерстициальные клетки Cajal и путь C-kit / SCF у крыс с запорами медленного транзита, вызванными лоперамидом. Trop J Pharm Res. 2019; 18 (6): 1197–1204.
    20. 20. Макизаки Ю., Маэда А., Оикава Ю., Тамура С., Танака Ю. и др. Облегчение запоров, вызванных диетой с низким содержанием клетчатки, с помощью пробиотика Bifidobacterium bifidum G9-1 основано на коррекции дисбактериоза кишечной микробиоты.Здоровье пищевых продуктов Biosci Microbiota. 2019; 38: 49–53. pmid: 31106107
    21. 21. Фукумото С., Татеваки М., Ямада Т., Фудзимия М., Мантих С., Восс М. и др. Короткоцепочечные жирные кислоты стимулируют транзит через толстую кишку через высвобождение 5-HT в просвете у крыс. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2003; 284 (5): R1269 – R1276. pmid: 12676748
    22. 22. Reigstad CS, Salmonson CE, Rainey JFIII, Szurszewski JH, Linden DR, Sonnenburg JL, et al. Микробы кишечника способствуют выработке серотонина в толстой кишке за счет воздействия короткоцепочечных жирных кислот на энтерохромаффинные клетки.FASEB J. 2015; 29 (4): 1395–1403. pmid: 25550456
    23. 23. Агус А., Планше Дж., Сокол Х. Регуляция метаболизма триптофана кишечной микробиотой при здоровье и болезни. Клеточный микроб-хозяин. 2018; 23 (6): 716–724. pmid: 297
    24. 24. Асано Ю., Хирамото Т., Нишино Р., Айба Ю., Кимура Т., Йошихара К. и др. Решающая роль микробиоты кишечника в производстве биологически активных свободных катехоламинов в просвете кишечника мышей. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2012; 303 (11): G1288 – G1295.pmid: 23064760
    25. 25. Яруллина Д.Р., Шафигуллин М.Ю., Сакулин К.А., Арзамасцева А.А., Шайдуллов И.Ф. и др. Характеристика сократимости кишечника и микробиоты у пациентов с тяжелыми хроническими запорами. PLoS ONE. 2020; 15 (7): e0235985. pmid: 32678865
    26. 26. Барсенилла А, Барсенилла А, Прайд С.Е., Мартин Дж. К., Дункан С. Х. и др. Филогенетические отношения бактерий, продуцирующих бутират, из кишечника человека. Appl Environ Microbiol. 2000; 66: 1654–1661. pmid: 10742256
    27. 27.Дункан Ш., Луи П. и Флинт Х. Дж. Бактерии, использующие лактат, выделенные из фекалий человека, производящие бутират в качестве основного продукта ферментации. Прил. Environ. Microbiol. 2004; 70: 5810–5817. pmid: 15466518
    28. 28. Патель Хан, Агнью и Колвин. Acetivibrio. Руководство Берджи по систематике архей и бактерий. Чичестер: Джон Уайли и сыновья. 2015; https://doi.org/10.1002/9781118960608.gbm00671
    29. 29. Jahng J, Jung IS, Choi EJ, Concklin JL, Park H.Влияние газов метана и водорода, продуцируемых кишечными бактериями, на перистальтику подвздошной кишки и время прохождения через толстую кишку. Нейрогастроэнтерол Мотил 2012; 24: 185–190, e92. pmid: 22097886
    30. 30. Лоусон PA. Marvinbryantia. Руководство Берджи по систематике архей и бактерий. Чичестер: Джон Уайли и сыновья. 2020; 1–8. https://doi.org/10.1002/9781118960608.gbm01644

    New Frontiers for Treatment of Metabolic Diseases

    Поддержание здорового метаболизма человека зависит от симбиотического консорциума бактерий, архей, вирусов, грибов и эукариотических клеток-хозяев во всем желудочно-кишечном тракте человека.Сообщества микробов обеспечивают ферментативный механизм и метаболические пути, которые способствуют перевариванию пищи, метаболизму ксенобиотиков и производству различных биоактивных молекул. К ним относятся витамины, аминокислоты, короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA) и метаболиты, которые необходимы для взаимосвязанных путей гликолиза, цикла трикарбоновых кислот / Кребса, окислительного фосфорилирования (OXPHOS) и метаболизма аминокислот и жирных кислот. Недавние исследования показали, как питательные вещества, питающие метаболические процессы, влияют на то, как иммунные клетки, в частности, макрофаги, реагируют на различные стимулы в физиологических и патологических условиях, активируются и приобретают особую функцию.Два основных воспалительных фенотипа макрофагов контролируются за счет различного потребления глюкозы, глутамина и кислорода. Фенотип M1 запускается сигналом поляризации от бактериального липополисахарида (LPS) и провоспалительных цитокинов Th2, таких как интерферон- γ , TNF- α и IL-1 β или оба, тогда как фенотип M2 запускается цитокинами Th3 такие как интерлейкин-4 и интерлейкин-13, а также противовоспалительные цитокины, IL-10 и TGF β или глюкокортикоиды.Утилизация глюкозы и производство химических медиаторов, включая АТФ, активные формы кислорода (АФК), оксид азота (NO) и НАДФН, поддерживают эффекторную активность макрофагов M1. Дисбиоз — это дисбаланс комменсальных и патогенных бактерий, а также выработка микробных антигенов и метаболитов. Теперь известно, что продукты, полученные из кишечной микробиоты, вызывают низкую воспалительную активацию тканевых макрофагов и способствуют метаболическим и дегенеративным заболеваниям, включая диабет, ожирение, метаболический синдром и рак.Здесь мы обновляем потенциальное взаимодействие дисбактериоза микробиома кишечника хозяина и метаболических заболеваний. Мы также обобщаем достижения в области фекальной терапии, пробиотиков, пребиотиков, симбиотиков, а также питательных веществ и низкомолекулярных ингибиторов ферментов метаболического пути в качестве профилактических и терапевтических средств при метаболических заболеваниях.

    1. Введение

    Микробиомы человека относятся к коллективным геномам бактерий, архей, вирусов, простейших и грибов, которые совместно обитают в нескольких экосистемах человеческого тела (Bäckhed et al.[1], Белизарио и Наполитано [2]). Взрослый мужчина весом 70 кг может содержать до 3,8 × 10 13 бактерий, что равно количеству клеток в организме взрослого человека (Sender et al. [3]). Бактерии классифицируются морфологически и биохимически на основе различных свойств, включая тип стенки, форму, потребность в кислороде (анаэробный или аэробный), продукцию эндоспор, подвижность и их метаболизм. Бактерии также классифицируются по филогенетическому разнообразию вариабельных нуклеотидных последовательностей малых субъединичных оперонов рибосомной РНК или генов 16S и 18S рРНК [1, 2].

    В рамках проекта «Микробиом человека» (HMP) были определены критерии высококачественного и всестороннего метагеномного анализа генетического материала, извлеченного непосредственно из различных участков человеческого тела, для определения относительной численности микробов множества штаммов и видов разных типов в физиологических условиях. [4–6]. Достижения в области вычислительной техники позволили изучить общедоступные человеческие метагеномы на основе филогенетической кластеризации и сборки бактериальных геномов в таксономический домен, царство, тип, класс, порядок, семейство, род и виды [4–8].Анализ различных наборов данных микробиома человека выявил огромное разнообразие как популяций, так и отдельных людей на протяжении эволюции и жизни [7–9]. Микробиота кишечника здоровых людей состоит из постоянных и преходящих микробных видов и подвидов более 17 кандидатных бактериальных типов, принадлежащих Firmicutes (> 70%), Bacteroidetes (> 30%), Proteobacteria (<5%), Actinobacteria (<2%). ), Fusobacteria и Verrucomicrobia (<1%) и другие типы. Новая сборка бактериального генома и таксономическое профилирование на основе 1550 геномов, собранных из метагенома (MAG), выявили около 70 000 геномов бактерий и архей, а также новые виды, которые находятся в стадии глубокого исследования [6–8].Обычный набор преобладающих видов микробов, обнаруженных в нормальном стуле человека, включает видов Clostridiales , таких как Coprococcus , Ruminococcus , Eubacterium , Bacteroides dorei и fragilis 90goldis [7, 8]. Полностью широкое таксономическое распределение, микробная эволюция и метаболизм видов бактерий в отношении калорийной нагрузки и усвоения питательных веществ послужили объединению филотипов на уровне видов в основные энтеротипы человека [9–12].Преобладающий тип 1 энтеротипа человека характеризуется высокими уровнями Bacteroides , а тип 2 — небольшим количеством Bacteroides , но высокими уровнями Prevotella . Они, соответственно, связаны с людьми, потребляющими либо большое количество животного белка (тип 1), либо углеводов (тип 2).

    Желудочно-кишечный тракт обладает собственной нервной системой, известной как кишечная нервная система. Эта система взаимодействует с центральной нервной системой через нервы, такие как блуждающий нерв, нейромодуляторы и нейротрансмиттеры симпатических и парасимпатических ветвей вегетативной нервной системы [1].Бактериальное богатство и разнообразие микробиоты ЖКТ играют центральную роль в нормальных метаболических и иммунологических функциях тканей и органов [1, 2]. Здесь мы расскажем о различных исследованиях, изучающих роль микробиомов, питательных веществ и метаболитов в функции иммунных клеток, этиологии воспалительных и метаболических заболеваний, включая широкий спектр их механизмов. Мы также описываем, почему и как новые диетические и фармакологические стратегии, включая трансплантацию фекалий, пробиотики, пребиотики и малые молекулы, могут помочь лечить и модулировать типы типов на уровне видов и способствовать восстановлению микробиомов, вызывающих метаболические синдромы.

    2. Микробиота кишечника контролирует метаболические физиологические состояния хозяина

    Микроорганизмы в кишечнике выполняют свои функции в основном через ферментные пути, чтобы переваривать сложные пищевые углеводы и белки [13, 14]. Микробиота кишечника обеспечивает аминокислоты с разветвленной цепью лейцин, изолейцин и валин, и особенно глицин, который необходим для синтеза глутатиона — основного внутриклеточного антиоксиданта и детоксифицирующего агента, необходимого для многих биологических функций организма-хозяина.Бактерии кишечника синтезируют большое количество сигнальных молекул с низким молекулярным весом, включая метан, сероводород и неосновные метаболиты [13, 14]. Эти продукты могут включать или выключать как гены хозяина, так и гены вирулентности и метаболизма микробов. Микроорганизмы также воспринимают различные сигналы окружающей среды, включая гормоны хозяина и питательные вещества, и реагируют на них посредством дифференциальной регуляции генов и адаптации к нише [13, 14].

    Поддержание стабильной ферментативной микробиоты кишечника требует диеты, богатой цельными растительными продуктами, особенно богатыми клетчаткой [13, 14].Эти субстраты обрабатываются ферментами кишечной микробиоты, такими как гликозидгидролазы и полисахаридные лиазы, с образованием полиаминов, полифенолов и витаминов B и K. В анаэробных условиях виды, принадлежащие к роду Bacteroides и к Clostridiaceae и Семейства Lactobacillaceae , в частности штаммы Citrobacter и Serratia , продуцируют короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), которые представляют собой летучие жирные кислоты, способные преодолевать гематоэнцефалический барьер через переносчики монокарбоксилатов.SCFAs, продуцируемые кишечными бактериями, представляют собой ацетат (2 атома углерода), пропионат (3 атома углерода) и бутират (4 атома углерода), и их молярные отношения варьируются от 3: 1: 1 до 10: 2: 1 соответственно. Большинство SCFAs метаболизируются до CO 2 . Бутират действует на колоноциты, бокаловидные клетки и клетки Панета и обеспечивает энергию для клеточного метаболизма и регулирует апоптоз, клеточную дифференцировку и химическую модификацию ядерных белков и нуклеиновой кислоты. Ацетат и пропионат попадают в кровоток и поглощаются печенью и периферическими органами, где они могут действовать как субстраты для глюконеогенеза и липогенеза [14, 15].Рецепторы, связанные с G-белком (GPR), GPR41 и GPR43, также называемые рецепторами свободных жирных кислот 2 и 3 (FFARs 2/3), присутствующие во многих тканях, включая жировую ткань, энтероэндокринные клетки кишечника и воспалительные клетки, действуют как основные рецепторы SCFAs [14, 15]. В определенных физиологических условиях SCFAs могут индуцировать секрецию глюкагоноподобных пептидов (GLP-1 и GLP-2) и пептида YY (PYY). GLP1 стимулирует выработку инсулина β клеток поджелудочной железы, тогда как PYY ингибирует всасывание питательных веществ в просвете кишечника, а также контролирует аппетит.Микробиота кишечника способствует отложению жира посредством регуляции ядерного фарнезоидного X-рецептора (FXR), рецептора желчных кислот, который отвечает за регуляцию синтеза желчных кислот и накопление триглицеридов в печени [16]. Желчные кислоты, например дезоксихолевая кислота, обладают противомикробным действием на микробы кишечника, а также индуцируют синтез антимикробных пептидов эпителиальной тканью кишечника [17]. Более того, микробиота превращает карнитин и холин в триметиламин и, таким образом, напрямую регулирует биодоступность холина и косвенно накопление триглицеридов в печени.Микробиота кишечника также способствует усвоению кальция, магния и железа. Высокая или низкая продукция SCFAs, метаболитов триптофана, ГАМК, норадреналина, дофамина, ацетилхолина и 5-гидрокситриптамина (серотонина) связана с различными воспалительными и метаболическими заболеваниями и нервно-психическими расстройствами [18]. Некоторые из этих факторов действуют как основные нейротрансмиттеры и модуляторы оси мозг-кишечник, а серотонин играет центральную роль в сексуальности, наркозависимости, аппетите, эмоциях и реакции на стресс [18].

    Тысячи производных микробиоты метаболитов с известными и неизвестными функциями были идентифицированы как компоненты метаболома человека [19–21]. Микробиота ЖКТ производит большое количество эпигенетически активных метаболитов, таких как фолиевая кислота и витамины A и B (включая рибофлавин (B 2 ), ниацин (B 3 ), пантотеновую кислоту (B 5 ), пиридоксин (B 6). ), фолиевой кислоты (B 9 ) и кобаламина (B 12 )), которые регулируют активность ферментов, модулирующих хроматин, и генетические ответы на сигналы окружающей среды [22].Ацетил-КоА, продуцируемый рядом метаболических процессов, является донором ацетила для модификации гистонов (ацетилирование и деацетилирование), катализируемой ацетилтрансферазами гистонов. Глицин, серин и метионин являются субстратами для ферментов метилирования и деметилирования ДНК. Следовательно, изменения микробиоты кишечника могут приводить к эпигеномным изменениям не только непосредственно в соседних клетках кишечника, но и в отдаленных клеточных клонах, таких как гепатоциты и адипоциты [22]. Наконец, бактерии могут подавлять рост своих конкурентов с помощью микробной коммуникации на большие расстояния посредством высвобождения метаболитов и пептидов, чувствительных к кворуму, что считается биологической стратегией для поддержания плотности комменсальных видов и устранения патогенных бактерий [23, 24].

    3. Микробиота кишечника стимулирует иммунологические функции хозяина

    Коллекция из 100-400 × 10 12 бактерий обитает и живет в мутуалистических отношениях в желудочно-кишечном тракте человека [3]. Двойной слизистый слой GI образован сильно O-гликозилированными белками муцина, кодируемыми геном MUC2 из семейства белков муцина. Большинство бактерий толстой кишки плотно прикреплены к внешнему слою слизи, а внутренний слой образует физический барьер, ограничивающий контакт бактерий с эпителием.Большинство видов микробов в желудочно-кишечном тракте передаются младенцам в раннем возрасте через материнское молоко, которое содержит преимущественно видов Bifidobacteria и Lactobacillus [25, 26]. По мере перехода от младенчества к взрослой жизни увеличение источников пищи стимулирует сложность и разнообразие бактериальных сообществ родов Bacteroides , Parabacteroides (Bacteroidetes) и Clostridium (Firmicutes) [1, 2, 25, 26 ]. Плотность бактерий в тонкой / подвздошной кишке (<10 5 ) и в толстой кишке прогрессивно увеличивается по сравнению с желудком и двенадцатиперстной кишкой, а самые высокие таксоны и плотность клеток присутствуют в толстой кишке, которая содержит 10 9 -10 12 колониеобразующих единиц на мл (99% от общей популяции GI).Это анаэробы, такие как Bacteroides , Porphyromonas , Bifidobacterium , Lactobacillus и Clostridium . Анаэробные бактерии и чувствительные к кислороду микробы способны продуцировать короткоцепочечные жирные кислоты в 1000 раз по сравнению с факультативными аэробными бактериями, такими как E. coli . Нарушение динамической взаимосвязи между хозяином и микробными сообществами вызывает дисбиоз, что представляет собой бактериальный дисбаланс между соотношениями аэробных и факультативно-анаэробных бактерий [1, 2].Гипоксия предотвращает рост патогенных факультативных анаэробов, таких как E. coli и Salmonella . Разрыв кишечного барьера, спровоцированный дисбактериозом, приводит к локальному и системному воспалению [1, 2, 27]. Исследование Byndloss et al. однозначно продемонстрировано, что дисбактериоз может быть вызван высоким уровнем кислорода и нитратов, которые являются соединениями, которые способствуют росту Escherichia и видов Salmonella [28]. Многие заболевания, включая воспалительные заболевания кишечника (ВЗК), синдром раздраженного кишечника (СРК), диабет, ожирение и рак, связаны со специфическим бактериальным дисбиозом [29–31].Возможные временные сдвиги видов микробиоты, например, за счет уменьшения количества противовоспалительных видов, таких как Faecalibacterium prausnitzii и Akkermansia muciniphila , которые преобладают у здоровых людей, или за счет размножения потенциально провоспалительных бактерий, таких как Bacteroides и Ruminococcus gnavus , могут способствовать прогрессированию и хронизации заболевания [29–32]. Сравнительные исследования на моделях худых и страдающих ожирением животных показали, что низкое соотношение Bacteroidetes / Firmicutes является признаком ожирения [33].Firmicutes в значительной степени зависят от пищевых углеводов, тогда как Proteobacteria полагаются на белки как на источник углерода. Например, Akkermansia muciniphila — это бактерия, разлагающая муцин, в типе Verrucomicrobia , которая присутствует в большом количестве у здоровых людей, но присутствует в меньшем количестве у пациентов с воспалительными и желудочно-кишечными заболеваниями, ожирением и диабетом 2 типа. (T2D) [34]. Фактически, различные микробные сообщества и механизмы могут определять восприимчивость хозяина к заболеваниям и влиять на клинические исходы [35].

    Микробиота кишечника играет решающую роль в иммунной системе, контролируя развитие и функциональность лимфоидных тканей, ассоциированных с кишечником (GALT), включая пейеровы бляшки, изолированные лимфоидные фолликулы и мезентериальные лимфатические узлы [30, 31, 36, 37] . Микробы и их продукты необходимы иммунной системе, чтобы отличать себя от чужого (захватчиков) на раннем этапе жизни, а также для активации и поддержания врожденных гемолимфоидных клеток (ILC1, 2 и 3), естественных киллеров (NK), цитотоксических и нецитотоксических и лимфоидные клетки-помощники [36–39].NK-клетки и ILC1 продуцируют большие количества IFN-γ , антимикробные пептиды (AMP), гранулизин, дефенсины, лизоцим и Reg III γ , которые вместе играют критически важные функции в регуляции микробной экологии и иммунного надзора [24, 31, 39, 40]. Например, полисахарид A, α -галактозилцерамид и метаболиты триптофана, продуцируемые микробными сообществами, стимулируют иммунные клетки к выработке интерлейкина-22, Reg3 γ , IgA и интерлейкина-17 [37].IgA — один из важных компонентов врожденного ответа, предотвращающего вторжение микроорганизмов в кровообращение [30]. Т-хелперные (Th) 17-клетки и регуляторные Т-клетки (Treg) представляют собой антиген-специфические популяции, которые реагируют на трансформирующий фактор роста- β и ретиноевую кислоту и контролируют иммунную толерантность [38, 39]. Этот контроль иммунной системы всего организма кишечными бактериями, по-видимому, является сложной структурой, поскольку потеря определенного вида может привести к чрезмерной реакции или подавлению врожденного иммунного ответа [27, 35, 36].

    Множество мембранных и внутриклеточных рецепторов, называемых «рецепторами распознавания образов» или PRR, экспрессируемых на эпителиальных и иммунных клетках, действуют как сенсоры бактериальных и клеточных продуктов, которые называются патоген-ассоциированными молекулярными структурами (PAMP) и связанными с повреждениями молекулярными структурами. паттерны (DAMPs) [41, 42]. PAMP и DAMP, такие как липополисахариды (LPS), липид A, пептидогликаны, флагеллин, микробная РНК / ДНК, а также компоненты клетки-хозяина, такие как мочевая кислота, HMGB1 (белок группы 1 с высокой подвижностью), двухцепочечная ДНК, и митохондриальные, распознаются членами семейства Toll-подобных рецепторов (TLR) и ядерными доменами олигомеризации рецепторов семейства NOD / NLR [41, 42].Внеклеточные и внутриклеточные комплексы, образованные DAMP, PAMP и рецепторами NOD / NLR, составляют инфламмасомы [43]. Эти цитозольные комплексы связываются с адаптерным белком ASC (ассоциированный с апоптозом пятнистый белок) и провоспалительными протеазами семейства каспаз: каспаза 1, каспаза 11, каспаза 4 и каспаза 5 [43]. После активации инфламмасом происходит выработка интерлейкинов IL-1 β и IL-18. Эти цитокины увеличивают синтез других цитокинов, таких как TNF- α , IL-6, IL-17, IL-22 и IL-23, а также некоторых активных химических медиаторов воспаления [43].

    Различные исследования с использованием генно-дефицитных моделей мышей определили прямое и сложное взаимодействие бактериального дисбиоза, генетических факторов и факторов окружающей среды [35, 36, 44]. Многие воспалительные заболевания вызваны мутациями или утратой некоторых генов врожденного ответа в лимфоидных тканях и более мелких пейеровских бляшках и мезентериальных лимфатических узлах [38, 39]. Компоненты инфламмасом, такие как MyD88, TLR, NOD, NLrp3 / 6, ASC, а также каспаза 1 и каспаза 11, как известно, контролируют дисбактериоз кишечника [29, 38, 39, 45, 46].Например, трансгенные мыши NOD1 / и NOD2 / обладают повышенной восприимчивостью не только к воспалительному заболеванию кишечника, но также к диабету 1 типа и раку [38, 39, 45, 46]. Условия содержания животных и состав микробиоты, обусловленный диетой, являются некоторыми примерами, которые могут быть ответственны за фенотипические различия штаммов у трансгенных животных [47, 48]. У мышей без зародышей (GF) наблюдаются недоразвитые лимфоидные ткани, нарушение функции Т- и В-клеток и снижение выработки Т-клеток CD4 + и антител.Их клетки Th27 и Treg менее эффективны в борьбе с инфекцией. Колонизация мышей GF с ограниченным числом видов бактерий (модели мышей-гнотобиотов) может восстановить иммунологические функции [47, 48]. Фенотипы, наблюдаемые на этих моделях мышей, не всегда наблюдаются в исследованиях на людях. Важно отметить, что 85% видов микробиома мышей не были обнаружены в микробиомах человека [49, 50]. Более того, гуманизация мышиных моделей клетками человека или человеческой микробиотой не может адекватно отображать весь спектр соответствующих фенотипов болезней человека [47, 48].

    На рисунке 1 показаны основные классы молекул, метаболитов и питательных веществ, продуцируемых видами бактерий, иммунными клетками, тканями и органами, которые регулируют динамическое взаимодействие между клетками-хозяевами и микробиомом кишечника, а также терапевтические стратегии для контроля дисбактериоза и заболеваний.


    4. Иммунометаболизм и пути перепрограммирования митохондрий

    Митохондрии служат локомотивом клетки, производя и высвобождая критические сигналы в окружающую среду и синтезируя АТФ, энергию тела, необходимую для метаболических процессов [51].Биоэнергетические пути гликолиза, цикл трикарбоновой кислоты (TCA) (также известный как цикл Кребса и цикл лимонной кислоты), метаболизм жирных кислот и аминокислот являются центральными метаболическими процессами для полного окисления всех питательных веществ в митохондриях [51, 52 ]. Клетки используют аэробный гликолиз для производства пирувата, производного от глюкозы, который превращается в ацетилкофермент А (ацетил-КоА). Молекулы ацетил-КоА, полученные из метаболизма глюкозы, глутамина или жирных кислот, входят в цикл TCA и превращаются в CO 2 , NADH и FADH 2 во время окислительного фосфорилирования (OXPHOS). молекулы-носители, называемые цепью переноса электронов, с помощью переносчиков электронов, таких как NAD (P) H и FADH 2 , которые служат субстратом для генерации аденозинтрифосфата (АТФ) в митохондриальном матриксе [51, 52].Электроны передаются от НАДН к О 2 через три белковых комплекса: НАДН-дегидрогеназа, цитохромредуктаза и цитохромоксидаза. Электронный транспорт между комплексами происходит через другие мобильные переносчики электронов, убихинон и цитохром c. Вновь синтезированный АТФ переносится в цитозоль транслоказой аденин-нуклеотида в обмен на АДФ. Ацетил-КоА является предшественником синтеза холестерина и жирных кислот, которые включены в клеточные плазматические мембраны.

    Иммунометаболизм включает в себя центр биохимической активности иммунных клеток для модуляции профиля экспрессии генов и переключения метаболических путей и их ключевых ферментов [53]. После стимулирующего сигнала различные иммунные клетки, в частности макрофаги, DC и Т-клетки, демонстрируют различные метаболические пути перепрограммирования, способствующие их активации, выживанию и образованию клонов [53]. Это перепрограммирование метаболических путей лучше всего охарактеризовано в макрофагах и показано на рисунке 2.Основополагающее исследование Newsholme et al. привело к открытию, что скорость потребления глюкозы, глутамина и жирных кислот и ферментативная активность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, 6-фосфоглюконатдегидрогеназы, цитратсинтазы, оксоглутаратдегидрогеназы и глутаминазы различаются в покоящихся и вызванных (воспалительных) макрофагах [54]. Их исследование показало, что вся глюкоза, используемая воспалительными макрофагами, превращалась в лактат и очень мало ее окислялось [54, 55]. С тех пор переход от окислительного фосфорилирования (OXPHOS) к гликолизу и глутаминолизу рассматривается как путь метаболического репрограммирования воспалительных клеток.Примечательно, что макрофаги, Т-клетки и среди других иммунных клеток используют гликолиз для быстрого производства радикальных форм кислорода (АФК), используемых для ограничения инфекции. Гликолиз также обеспечивает быстрое производство АТФ и промежуточных продуктов метаболизма для синтеза рибозы для нуклеотидов и аминокислот для биосинтеза РНК и ДНК белков макрофагами. Гликолиз является предпочтительным путем активации дендритных клеток, CD4 + T-хелперов 1 (Th2), Th3 и Th27 клеток, NK-клеток и цитотоксических клеток CD8 + [51, 52].Интересно, что эта метаболическая адаптация к аэробному гликолизу (в присутствии кислорода) была впервые описана как отличительный признак опухолевых клеток Warburg et al. в основополагающем отчете, опубликованном 60 лет назад [56].


    Нестимулированные макрофаги, демонстрирующие фенотип M0 и проявляющие маркеры поверхности дифференцировки CD68 + / CD80 / низкий / CD206 высокий приобретают и демонстрируют фенотип M1 (CD68 + / CD80 / низкий низкий ) или фенотип M2 (CD68 + / CD80 высокий / CD206 / низкий ) после переключения их метаболизма и функции в ответ на стимулы или сигналы поляризации, которые инициируют про- или противовоспалительный ответ [57].Клетки M1 проявляют Th2-ориентированные провоспалительные эффекторные свойства и способствуют повреждению тканей и противомикробной и противоопухолевой устойчивости, тогда как клетки M2 проявляют функции ремоделирования и восстановления тканей, способствуют заживлению ран, ангиогенезу и устойчивости к паразитам, а также способствуют росту опухолей. Перепрограммирующие метаболические пути в макрофагах M1 / ​​M2 изменяют их функции, включая продукцию цитокинов, фагоцитоз и презентацию антигена [58–60]. Классический путь активации или путь репрограммирования в макрофагах M1 способствует накоплению цитрата и высокой продукции NO, ROS, цитокинов и простагландинов [60, 61].Макрофаги M1 высвобождают АФК и NO в фагосомах, где они способствуют уничтожению патогенов. Цитокины Th3, такие как IL-4 и IL-13, регулируют альтернативный путь макрофагов или путь репрограммирования M2. Основная особенность путей репрограммирования M2 состоит в том, что цикл TCA связан с окислительным фосфорилированием, β -окислением жирных кислот и митохондриальным биогенезом. Кроме того, макрофаги M2 не производят NO. Важно учитывать, что макрофаги M2 проявляют различные различные формы (M2a, b и c) в зависимости от местной тканевой среды и воздействия раздражителей [57].

    Образование промежуточных продуктов UDP-GlcNAc способствует гликозилированию M2-ассоциированных рецепторов, таких как рецептор маннозы [60]. Таким образом, фенотипы макрофагов M1 и M2 могут контролироваться либо кислородом и питательными веществами, либо цитокинами и сигналами, опосредованными повреждениями и патогенами молекулярных паттернов (DAMP- и PAMP-) [60]. Эти события контролируются сигнальными и транскрипционными путями, индуцируемыми каноническими регуляторами клеточного метаболизма, такими как фактор транскрипции C-myc, коактиваторные белки, такие как PPAR γ и PGC-1 β (рецептор, активируемый пролиферацией пероксисом γ ). , коактиватор 1 β ) и сигнальные пути, управляемые AMPK (5-аденозинмонофосфат-активируемая протеинкиназа), mTORC1 / 2 (мишень рапамициновых комплексов млекопитающих) и STAT6 (преобразователь сигналов и активатор транскрипции) [51, 52 ].Подробный обзор метаболических путей макрофагов, фенотипических и функциональных исходов описан в другом месте [62].

    В 2013 году Tannahil et al. сообщили, что экспрессия мРНК IL-1 β в макрофагах M1, стимулированных LPS, приводит к активации фактора транскрипции, индуцированного гипоксией, фактора 1 α (HIF1 α ) зависимым от гликолиза образом [63]. HIF1 α взаимодействует с изоферментом M2 пируваткиназы (PKM2) и способствует экспрессии индуцированных HIF1 α генов, необходимых для гликолиза [64].Активация эффекта Варбурга (гликолиза) в LPS-стимулированных макрофагах вызывает накопление промежуточных продуктов цикла TCA, в частности, сукцината, малата и фумарата, из-за отклонения потока или «точки разрыва» пути цикла Кребса ( см. рисунок 2). Сукцинат выполняет множество иммунологических функций [52, 53, 63]. Окисление сукцината ферментом сукцинатдегидрогеназой (SHD), который превращает сукцинат в фумарат, стимулирует производство ROS из комплекса II в митохондриях, процесс, называемый обратным переносом электронов (RET).Макрофаги отвечают на активацию HIF-1 α через АФК и повышают экспрессию IL-1 β [58]. Ингибирование SDH диметилмалонатом подавляет экспрессию IL-1 β , одновременно увеличивая продукцию иммуносупрессивного цитокина IL-10 [52, 63].

    Итаконат — один важный метаболит, образующийся при втором отклонении потока или «точке разрыва» пути цикла Кребса во время перехода макрофагов из неактивного в провоспалительное состояние [65]. Итаконат представляет собой ненасыщенную дикарбоновую кислоту, продуцируемую экстрамитохондриальным ферментом цис-аконитат-декарбоксилазой, кодируемым иммунно-чувствительным геном 1 ( Irg1 ).Этот фермент превращает цис-аконитат (полученный из цитрата) в итаконовую кислоту. Одним из замечательных эффектов, наблюдаемых после лечения итаконатом, является снижение экспрессии цитокинов IL-1 β , IL-6 и iNOS [65]. Исследования с использованием макрофагов, полученных из костного мозга мышей (BMDM) и клеток RAW-264.7, стимулированных LPS и цитокинами, показали, что отсутствие (нокдаун) гена Irg приводит к нарушению субстратного фосфорилирования (SLP) митохондрий [66 ]. SLP — это метаболическая реакция, которая приводит к образованию ATP или GTP путем прямого переноса фосфатной группы на ADP или GDP от другого фосфорилированного соединения.Введение итаконата (0,5–2 мМ) полностью меняет эту реакцию [66]. Исследования с использованием трансгенных мышей и иммунных клеток, дефицитных по гену Irg 1, продемонстрировали, что итаконат действует как эндогенный ингибитор сукцинатдегидрогеназы и что такое ингибирование вызывает накопление сукцината [67]. В совокупности эти исследования подтвердили, что итаконат регулирует уровни сукцината, митохондриальное дыхание и выработку воспалительных цитокинов и, следовательно, действует как важный регулятор активации макрофагов.Кроме того, итаконовая кислота обладает антимикробной активностью и убивает непосредственно внутриклеточные Salmonella typhimurium , Legionella pneumophila и Mycobacterium tuberculosis ; таким образом, он защищает от заражения. Цитотоксический эффект связан с ингибированием фермента изоцитратлиазы [68]. Изоцитратлиаза регулирует специфический для бактерий метаболический путь, известный как глиоксилатный шунт, в котором ацетил-КоА превращается в сукцинат для синтеза углеводов.По этому пути изоцитрат расщепляется ферментом ICL (кодируемым aceA) с образованием глиоксилата и сукцината, которые повторно входят в цикл TCA после стадий окислительного декарбоксилирования. Таким образом, глиоксилатный шунт действует как путь выживания микробов [66–68].

    5. Дисбиоз кишечника, связанный с метаболическими заболеваниями

    Исследования взаимосвязи между кишечными микробами, ожирением, инсулинорезистентностью и метаболическим синдромом показали сложное взаимодействие между диетой хозяина, генетикой и динамикой состава микробиома [49, 69, 70] .Серия экспериментов показала, что хронический воспалительный процесс, связанный с перемещением ЛПС кишечных бактерий в кровоток, вызывает «тихую» метаболическую эндотоксемию и, в конечном итоге, расстройства, связанные с ожирением [71–73]. Признаки клинических проявлений метаболического синдрома включают центральное ожирение, высокое кровяное давление и высокий уровень сахара в крови и триглицеридов сыворотки, которые являются наиболее значительными факторами развития инсулинорезистентности, диабета 2 типа, гипертонии и жировой болезни печени.Лица, активно колонизированные бактериями и архей родами Faecalibacterium , Bifidobacterium , Lactobacillus , Coprococcus и Methanobrevibacter , имеют значительно меньшую тенденцию к развитию метаболических и воспалительных заболеваний, а также к диабету 2 типа. сердечно-сосудистые нарушения [49, 73]. Эти виды являются более высокими продуцентами SCFAs и перекиси водорода, которые, как известно, ингибируют образование биопленок патогенными видами, включая Staphylococcus aureus и E.coli [73].

    Ожирение связано с поведенческими факторами и факторами окружающей среды, такими как чрезмерное потребление высококалорийной пищи и малоподвижный образ жизни [49, 73–75]. Первые ключи к разгадке роли микроорганизмов в энергетическом гомеостазе и ожирении появились в исследованиях на стерильных животных [76]. Еще остаются ответы на несколько важных вопросов о сложном взаимодействии между хозяином и микробами в патофизиологии ожирения [49, 74, 75]. Исследования на генетических и индуцированных диетой моделях ожирения на мышах подтвердили, что соотношение Firmicutes и Bacteroidetes увеличивается у тучных животных по сравнению с контрольными животными, не страдающими ожирением [33, 49, 77].Более высокое соотношение Firmicutes и Bacteroidetes также было обнаружено в клинических исследованиях, в которых оценивали здоровых добровольцев с избыточной массой тела и ожирением [33], при этом было обнаружено высокое общее количество SCFAs в кале [78]. Мышиные и человеческие модели продемонстрировали обратную взаимосвязь между колонизацией A. muciniphila и воспалительными состояниями. Фактически А . muciniphila присутствует в небольших количествах у людей, страдающих ожирением, диабетом и кардиометаболическими заболеваниями, что подтверждает их роль в качестве штамма против ожирения [79].

    Вклад оси GI гипоталам-гипофиз-надпочечники в предрасположенность к ожирению до сих пор не полностью изучен [18, 70]. Недавно в одном исследовании описывалась взаимосвязь диеты с высоким содержанием жиров и уровней ацетата, продуцируемого кишечной микробиотой, на модели крыс [80]. Авторы пришли к выводу, что хронический обмен ацетата активирует парасимпатическую нервную систему, которая координирует секрецию стимулированного глюкозой инсулина, грелина и гиперфагии. Они пришли к выводу, что вместе эти факторы способствуют развитию ожирения [80].Ожирение, вызванное диетой с высоким содержанием жиров, также приводит к хроническому воспалению гипоталамуса низкой степени и активации как микроглии, так и астроцитов [81]. Исследование на мышиной модели предполагает, что ацетат накапливается в гипоталамусе. Это соединение играет центральную роль в предотвращении набора веса за счет аноректического эффекта [82]. Нейро-иммуно-эндокринный путь имеет решающее значение для гомеостаза глюкозы и контроля ожирения у людей с ожирением, восстанавливающихся после бариатрической хирургии [80]. После бариатрической хирургии с помощью методов обходного желудочного анастомоза по Ру (RYGB) модели людей и животных меняют пищевые предпочтения [83, 84].Обычно производное жирной кислоты под названием олеоилэтаноламид (OEA) образуется после приема жирной пищи. OEA может напрямую активировать рецепторы PPAR- α , которые отвечают за обеспечение насыщения через блуждающий нерв и высвобождение дофамина в головном мозге [84]. Животные с ожирением с подавлением дофамина демонстрируют низкий уровень OEA в головном мозге. После операции RYGB у этих животных повышается уровень экспрессии OEA и рецептора дофамина 1 (D1R), что способствует сдвигу в передаче сигналов по оси GI-мозг. Это приводит к резкому изменению пищевого поведения животных, в том числе к предпочтению нежирной пищи [84].Известно также, что RYGB глубоко влияет на секрецию многих желудочно-кишечных гормонов, включая грелин и GLP-1 [83]. Введение экзогенного GLP-1 или аналога GLP-1 способствует снижению веса и регуляции глюкозы у пациентов с СД2. Примечательно, что метформин, лекарство, используемое для лечения СД2, может увеличивать количество бактерий, продуцирующих бутират, и тем самым способствовать восстановлению здорового микробиома [85]. Вместе эти открытия открыли новые перспективы для будущих методов лечения, направленных на улучшение здоровья за счет воздействия на основные клетки-хозяева, микробы и метаболиты, полученные из микробиома.

    6. ​​Нацеленность на дисбактериоз кишечной микробиоты и метаболические пути
    6.1. Пробиотики и пребиотики

    Иммунолог Эли Мечников был первым, кто заявил, что употребление ферментированного молока (т.е. йогурта), приготовленного из Bacillus bulgaricus , улучшает здоровье и продлевает продолжительность жизни. Он предвидел рациональное использование пробиотиков из живых микроорганизмов с пользой для здоровья за счет изменения микробиома кишечника [86]. Lactobacillus plantaram и Bifidobacterium — это пробиотические бактерии, способные модулировать негативные эффекты диеты с высоким содержанием жиров и даже управлять иммунологическими реакциями, опосредованными воспалительными заболеваниями [25, 38, 45]. Bifidobacterium и Lactobacillus являются продуцентами фолиевой кислоты в кишечнике. Lactobacillus rhamnosus в сочетании с Lactobacillus gasseri и Bifidobacterium lactis может снизить прибавку в весе, в частности ожирение жировой ткани, у людей [87]. Исследования эффектов A. muciniphila , живого или пастеризованного, на мышах, получавших диету с высоким содержанием жиров, показали, что небольшой белок Amuc_1100 (30 кДа) активирует TLR2, что способствует развитию иммунного ответа на здоровье кишечника [79].

    Известно, что диетические пребиотики обеспечивают иммунную и метаболическую пользу хозяину [14, 86]. Плохо усваиваемые углеводы, такие как некрахмальные полисахариды, резистентный крахмал, неперевариваемые олигосахариды (NDO) и полифенолы, являются источником различных сахаров, включая глюкозу, галактозу, рамнозу и рутинозу. Ферменты микробиоты толстой кишки, гидролизующие углеводы, способствуют ферментации пребиотиков, которые производят водород, метан, диоксид углерода и SCFA. Когда они связаны, пробиотик и пребиотик могут избирательно стимулировать рост и активность полезных для здоровья бактерий [14, 86].Таким образом, пробиотики и пребиотики могут модулировать метаболические процессы, связанные с СД2 и расстройствами, связанными с ожирением [14, 86]. Прием инулина или олигофруктозы улучшает метаболические нарушения, связанные с ожирением, включая инсулинорезистентность и метаболическую эндотоксемию [34, 71, 79]. Эти эффекты могут быть связаны с восстановлением целостности кишечного барьера и снижением высвобождения ЛПС грамотрицательными бактериями [25, 88].

    6.2. Фекальный микробный трансплантат (FMT)

    Использование антибиотиков постоянно изменяет микробное сообщество кишечника [89].Высокие дозы и частота приема антибиотиков, особенно против анаэробов, таких как ванкомицин, могут нарушить и дестабилизировать нормальный микробиом кишечника. Антибиотик расширенного спектра действия вызывает чрезмерный рост Clostridium difficile и хронический рецидивирующий колит [89]. Фекальная бактериотерапия — это клиническая процедура, при которой жидкая суспензия стула от человека-донора (члена семьи или здорового донора) инокулируется пациентам кишечника для восстановления микробиоты кишечника в рефрактерных случаях колоректальной инфекции Clostridium difficile после антибактериальная терапия [90, 91].Эти фекальные препараты могут содержать от 3,0% до 10% жизнеспособных мертвых бактерий и клеток толстой кишки и других компонентов, которые влияют на результаты трансплантации, усиливая или подавляя иммунную функцию врожденных лимфоидных клеток (ВЛК) [92]. Сегодня проводится более 150 клинических испытаний с участием FMT, в основном в США, для лечения большого количества метаболических, инфекционных и иммунологических заболеваний и осложнений, включая пациентов с трансплантированными почками и печенью, особенно с бактериальной колонизацией, устойчивой к антибиотикам или инфекция (ClinicalTrials.gov).

    Исследования показали, что около 90% пациентов, получавших FMT от инфекции Clostridium difficile , были излечены, по сравнению с 31% пациентов, получавших только ванкомицин (van Nood et al. [93]). Известно, что Lactobacillus , Enterococcus , Bifidobacterium и Bacteroides обладают ингибирующей активностью против роста C. difficile . Например, вместе с FMT переносятся различные вирусы, археи, грибы, паразитические виды и метаболиты [92].Таким образом, необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить их способность потенциально способствовать развитию кишечного иммунитета хозяина при оптимизации разнообразия микробиома.

    Серия исследований на животных моделях показала, что микробиом кишечника играет решающую роль в увеличении веса и ожирении [49, 50, 70]. Исследования на мышах и крысах с худым и генетическим ожирением (ob / ob) выявили большие различия в их кишечной абсорбции и составе микробиома, которые связаны с 50% сокращением Bacteroidetes и пропорциональным увеличением видов Firmicutes и Archaea [74, 75].Перенос микробиоты от толстых мышей к свободным от микробов мышам-хозяевам вызывает больший набор веса, чем у тех, кто получает микробиоту от тощих доноров [49, 50]. Потребление большого количества жиров увеличивает проницаемость кишечника и распространение ЛПС, связанное с ожирением. Напротив, введение Bifidobaterium infantis мышам снижает продукцию провоспалительных цитокинов, одновременно способствуя приросту белой жировой ткани [68, 71]. Результаты лечения FMT людей с различными метаболическими нарушениями неубедительны.Перенос кишечной микробиоты от худых доноров слегка повысил чувствительность к инсулину у пациентов с метаболическим синдромом [94]. Кратковременное воздействие антибиотиков может улучшить периферическую чувствительность к инсулину у небольшого числа лиц с ожирением [94]. Кроме того, в исследовании с 75 добровольцами с ожирением и предиабетом, которые прошли 8-дневную терапию антибиотиками (амоксициллин и ванкомицин), дисбактериоз, вызванный антибиотиками, не повлиял на проницаемость кишечника, что подтверждается изменением уровней ЛПС и экспрессии липидных метаболических ферментов [ 95].Такая неоднородность может отражать сложные взаимодействия между генетическими факторами, образом жизни и факторами окружающей среды, полученными из различных модельных систем.

    6.3. Small Molecules

    Ацетат, пропионат и бутират являются наиболее важными SCFAs, которые в конечном итоге вводятся в виде пероральных пищевых добавок. SCFAs, действующие как сигнальные молекулы, вызывают у человека различные физиологические эффекты [96]. Они связываются с рецепторами GPR41 и GPR43 (рецепторы свободных жирных кислот 2 и 3, FFARs 2/3) в L-клетках кишечника, сигнализируя о высвобождении GLP-1 и пептида YY [78].Примечательно, что инъекция пептидов GLP-1 стимулирует передачу сигналов инсулина в белых жировых тканях, тем самым уменьшая ожирение. SCFAs также увеличивают секрецию лептина и адипогенез, ингибируя липолиз жировой ткани. В печени пропионат действует как глюконеогенный фактор, а ацетат и бутират действуют как липогенные факторы [96]. SCFAs, в частности пропионовая и масляная кислоты, могут напрямую предотвращать низкую воспалительную реакцию при ожирении, контролируя микробиоту кишечника [88]. Бутират, действующий на человеческие моноциты, ДК костного мозга и макрофаги, подавляет продукцию IL-12, снижает экспрессию костимулирующих молекул и блокирует транслокацию NF- κ B [37].Добавка бутирата, структурного аналога и кетонового тела β -гидроксибутирата (также известного как 3-гидроксибутират) может подавлять активность гистондеацетилаз (HDAC). HDACS способствует специфическим модификациям гистонов для регулирования транскрипции, репликации и репарации ДНК. Он также проявляет противовоспалительную активность, подавляя активацию NF- κ B и STAT1 [22–95]. Сукцинат является хорошо известным ингибитором гистоновых деметилаз (DNMTs) и одиннадцати транслокационных (TET) метилцитозиндиоксигеназ, которые окисляют 5-метилцитозины, способствуя деметилированию ДНК [22].

    Несколько низкомолекулярных ингибиторов метаболических путей, таких как 2-дезоксиглюкоза, дихроацетат, BPTES (бис-2- (5-фенилацетамидо-1,3,4-тиадиазол-2-ил) этилсульфид), диметилмалонат (DMM) , ротенон и метформин считаются многообещающими терапевтическими средствами [51, 52, 60]. Метформин — препарат первой линии для лечения СД2, который значительно улучшает метаболические параметры, такие как масса тела, уровень инсулина, глюкозы, лептина и С-реактивного белка в плазме [96]. Ингибируя комплекс I в дыхательной цепи митохондрий, метформин повышает уровень лактата в плазме.Лактоацидоз — актуальная проблема в клинической практике. Метформин вызывает переключение с OXPHOS на аэробный гликолиз [97]. Таким образом, у лиц, принимающих метформин, выше риск развития метформин-ассоциированного лактоацидоза. Лечение метформином значительно увеличивает относительное количество A. muciniphila в фекальной микробиоте мышей с ожирением [34]. А . muciniphila является продуцентом ацетата и пропионата посредством деградации муцина, а у пациентов с СД2, получавших метформин, увеличивается количество бактерий, продуцирующих бутират и пропионат, что, в свою очередь, может способствовать положительному эффекту метформина [85].Интересно спросить, связаны ли эффекты метформина также с путями метаболического репрограммирования макрофагов M1 / ​​M2.

    Сукцинат — сильный провоспалительный медиатор [51, 63]. DMM подавляет выработку митохондриальных АФК за счет ингибирования сукцинатдегидрогеназы (SDA), которая превращает сукцинат в фумарат. Это метаболическое изменение ограничивает продукцию IL-1 β , одновременно увеличивая синтез иммунодепрессивного IL-10 [67]. TEPP-46 и DASA-58, два низкомолекулярных ингибитора PKM2 (изофермент пируваткиназы 2), ингибируют LPS-индуцированный HIF-1 α и IL-1 β , тем самым способствуя репрограммированию макрофагов M1 в M2 [63 , 98].Таким образом, необходимы дальнейшие исследования для подтверждения этих фармакологических целей и подходов к контролю метаболических нарушений.

    7. Выводы и перспективы

    За последнее десятилетие секвенирование и анализ большого количества человеческих микробиомов и сборка их метаболических путей расширили наше понимание того, как бактериальные метаболиты участвуют во взаимодействиях микробов и хозяев при здоровье и болезнях. . Функциональные вариации микробиомов кишечника у разных людей показали, что анаболические и катаболические пути имеют важное значение для поддержания основных структур сообщества для гомеостаза всего тела.Появляющиеся новые биомаркеры обещают специфическое различение типов и видов, чтобы подтвердить доказательства прямого участия микробов в диабете II типа, ожирении, метаболических нарушениях, воспалительных заболеваниях кишечника и даже некоторых видах рака.

    Нет сомнений в том, что дисбактериоз, изменяя метаболизм микробиома и, следовательно, метаболизм хозяина, не только влияет на воспалительные реакции и адаптивный иммунитет, но также способствует метаболическим нарушениям. Использование инновационных фармацевтических и нутрицевтических продуктов для управления микробной колонизацией и развития здорового кишечного микробного сообщества в раннем детстве и во взрослом возрасте может предотвратить возникновение распространенных воспалительных и метаболических патологий.Наконец, открытие и разработка лекарств, которые нацелены на ферменты метаболических путей, а также вызывают про- и противовоспалительные реакции иммунных клеток, в ближайшем будущем обеспечат новую передовую медицину для метаболической терапии.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Вклад авторов

    JEB, JF и MGM провели процесс обзора литературы и отобрали статьи, написали рукопись и подготовили рисунки.Авторы прочитали и утвердили окончательную рукопись.

    Благодарности

    Мы благодарим коллег из Университета Сан-Паулу и Клинической больницы Медицинской школы за идеи и продуктивные обсуждения. Финансовая поддержка со стороны Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (2011 / 188-37), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (308794 / 2014-1 и 312206 / 2016-0) и Fundação de Ampaaro Estado de São Paulo (2007 / 04513-1 и 2015 / 18647-6) признателен.

    Роль пробиотиков в лечении дисбактериоза кишечника

    Стратегии коррекции дисбактериоза включают введение пребиотиков и пробиотиков. Пребиотики включают углеводы и ферментируемые волокна. После приема внутрь они ферментируются кишечными бактериями с образованием SCFA, что приводит к многочисленным положительным результатам, как описано выше. Пробиотики определяются как живые микроорганизмы, которые при введении в достаточном количестве приносят пользу здоровью хозяина.Пробиотики не регулируются как лекарственные препараты в Соединенных Штатах и, таким образом, проходят минимальную нормативную проверку.

    Объективные оценки показали, что не все пробиотики созданы равными. В одном исследовании ни один из оцениваемых продуктов питания не содержал всех штаммов бактерий, перечисленных на этикетке, а 26% протестированных продуктов не содержали живых бактерий. 9 Кроме того, до двух третей пробиотиков, предназначенных для использования на животных, не прошли проверку качества. 10 Таким образом, мы рекомендуем назначать только те пробиотики, которые проходят регулярную оценку содержания и жизнеспособности их производителями.Другие важные соображения включают количество видов и колониеобразующих единиц ( КОЕ, ) бактерий, присутствие пребиотиков (такие комбинированные продукты называются синбиотиками) и использование ароматизаторов. Идеальное количество бактериальных штаммов КОЕ и , вероятно, зависит от показаний, но в настоящее время для коррекции активного заболевания используются более высокие дозы. 11 Продукты с ароматизаторами, вероятно, следует избегать при ведении пациентов с пищевым заболеванием или воспалительным заболеванием кишечника (ВЗК).

    Пробиотики использовались у собак и кошек для коррекции дисбактериоза, связанного с острыми и хроническими энтеропатиями. В плацебо-контролируемых исследованиях введение пробиотиков значительно сокращало диарею, вторичную по отношению к острому гастроэнтериту, у собак. 12-13 Было также показано, что введение пробиотиков значительно сокращает продолжительность диареи у кошек в приюте. 14 В одном открытом исследовании кошек с идиопатической хронической энтеропатией владельцы сообщили, что у их кошек значительно улучшились показатели кала после введения синбиотика (Proviable®- DC ). 15

    В одном рандомизированном контролируемом исследовании оценивалась скорость клинического и гистологического ответа у собак с ВЗК от умеренной до тяжелой, получавших либо пробиотики (11-22 миллиардов КОЕ, / кг / день), либо комбинированный преднизон (1 мг / кг / день). и терапия метронидазолом (20 мг / кг каждые 12 часов). 11 Хотя среднее время ремиссии у собак, получавших пробиотики, было примерно на 6 дней больше, в обеих группах были одинаковые показатели ремиссии и гистологического улучшения. Примечательно, что усиление функции Т-регуляторных клеток и нормализация дисбактериоза через 30 дней после прекращения лечения были обнаружены только у собак, получавших пробиотики.

    Миноциклин и его влияние на микробный дисбактериоз кожи и желудочно-кишечного тракта у пациентов с акне — Университет Джона Хопкинса

    TY — JOUR

    T1 — Миноциклин и его влияние на микробный дисбактериоз кожи и желудочно-кишечного тракта у пациентов с акне

    AU Томпсон, Кэтрин Г.

    AU — Райнер, Барбара М.

    AU — Антонеску, Корина

    AU — Флореа, Лилиана

    AU — Монгодин, Эммануэль Ф.

    AU — Канг, Севон

    AU — Чиен, Анна Л.

    N1 — Информация о финансировании: Эта работа была частично поддержана грантом Американского общества акне и розацеа. Авторские права издателя: Авторские права © Корейская дерматологическая ассоциация и Корейское общество исследовательской дерматологии

    PY — 2020

    Y1 — 2020

    N2 — Общие сведения: Связь между угрями и сопутствующими заболеваниями желудочно-кишечного тракта позволяет предположить, что микробный дисбактериоз и кишечная проницаемость могут способствовать воспалительным акне, часто заболеванию. управляется пероральными антибиотиками.Цель: мы провели исследование «случай-контроль» для изучения микробиоты кожи и кишечника у 8 пациентов с акне до и после перорального приема миноциклина по сравнению с контрольной группой, соответствующей возрасту ± 5 лет, полу и расе. Методы: ДНК выделяли из образцов стула и мазков с кожи лица. Секвенирование области V3V4 бактериального гена 16S рРНК было выполнено с использованием Illumina MiSeq и проанализировано с использованием программного обеспечения QIIME / MetaStats 2.0. Результаты. Среди пациентов с угрями было 7 женщин и 1 мужчина в возрасте от 20 до 32 лет. Различия по Шеннону для разных типов кожи существенно не различались (p = 0.153) или кишечной (p <0,999) микробиоты пациентов с угревой сыпью до и после приема антибиотиков. Микробиота кишечника у пациентов с акне до приема антибиотиков по сравнению с контрольной группой без прыщей была обеднена пробиотиками Lactobacillus iners (p = 0,001), Lactobacillus zeae (p = 0,001) и Bifidobacterium animalis (p = 0,026). После приема антибиотиков микробиота кишечника пациентов с угревой сыпью была обеднена Lactobacillus salivarius (p = 0,001), Bifidobacterium adolescentis (p = 0,002), Bifidobacterium pseudolongum (p = 0,010) и Bifidobacterium breve (p = 0.042), тогда как микробиота кожи была обогащена пробиотиками Bifidobacterium longum (p = 0,028) и Leuconostoc mesenteroides (p = 0,029) и обеднена Staphylococcus epidermidis (p = 0,009) и Prevotella nigrescens (p = 0,028). На уровне филума значительное обогащение Bacteroidetes в стуле пациентов с угревой сыпью после лечения антибиотиками (p = 0,033) привело к снижению соотношения Firmicutes к Bacteroidetes. Заключение: миноциклин вызывает значительные нарушения в микробиоте кожи и кишечника, включая многие виды пробиотиков, что подчеркивает потенциал для более целенаправленных противомикробных методов лечения акне.

    AB — Общие сведения: Связь между акне и сопутствующими заболеваниями желудочно-кишечного тракта позволяет предположить, что микробный дисбактериоз и кишечная проницаемость могут способствовать воспалительным акне, заболеванию, которое часто лечится пероральными антибиотиками. Цель: мы провели исследование «случай-контроль» для изучения микробиоты кожи и кишечника у 8 пациентов с акне до и после перорального приема миноциклина по сравнению с контрольной группой, соответствующей возрасту ± 5 лет, полу и расе. Методы: ДНК выделяли из образцов стула и мазков с кожи лица.Секвенирование области V3V4 бактериального гена 16S рРНК было выполнено с использованием Illumina MiSeq и проанализировано с использованием программного обеспечения QIIME / MetaStats 2.0. Результаты. Среди пациентов с акне было 7 женщин и 1 мужчина в возрасте от 20 до 32 лет. Различия по Шеннону существенно не различались между микробиотой кожи (p = 0,153) или кишечника (p <0,999) пациентов с акне до и после приема антибиотиков. Микробиота кишечника у пациентов с угревой сыпью до приема антибиотиков по сравнению с контрольной группой без прыщей была обеднена пробиотиками Lactobacillus iners (p = 0.001), Lactobacillus zeae (p = 0,001) и Bifidobacterium animalis (p = 0,026). После приема антибиотиков микробиота кишечника пациентов с угревой сыпью была обеднена Lactobacillus salivarius (p = 0,001), Bifidobacterium adolescentis (p = 0,002), Bifidobacterium pseudolongum (p = 0,010) и Bifidobacterium breve (p = 0,042), тогда как микробиота кожи была уменьшена. обогащены пробиотиками Bifidobacterium longum (p = 0,028) и Leuconostoc mesenteroides (p = 0,029) и обеднены Staphylococcus epidermidis (p = 0,009) и Prevotella nigrescens (p = 0.028). На уровне филума значительное обогащение Bacteroidetes в стуле пациентов с угревой сыпью после лечения антибиотиками (p = 0,033) привело к снижению соотношения Firmicutes к Bacteroidetes. Заключение: миноциклин вызывает значительные нарушения в микробиоте кожи и кишечника, включая многие виды пробиотиков, что подчеркивает потенциал для более целенаправленных противомикробных методов лечения акне.

    кВт — Acne vulgaris

    кВт — Bacteroidetes

    кВт — Firmicutes

    кВт — Microbiome

    кВт — миноциклин

    кВт — Propionibacterium

    UR — http: // www.scopus.com/inward/record.url?scp=85078871209&partnerID=8YFLogxK

    UR — http://www.scopus.com/inward/citedby.url?scp=85078871209&partnerID=8YFLogxK

    14 U220. 1.21

    DO — 10.5021 / ad.2020.32.1.21

    M3 — Артикул

    AN — ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: 85078871209

    VL — 32

    SP — 21

    EP — 30

    JO — Annals of Dermatology

    JF — Анналы дерматологии

    СН — 1013-9087

    ИС — 1

    ER —

    .
  • Написать ответ

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *