Ученые КФУ выяснили, как меняется микробиом кишечника при язвенном колите

Ученые Казанского федерального университета провели метагеномное исследование кишечного микробиома пациентов с язвенным колитом. В исследовании приняли участие 18 пациентов с язвенным колитом (10 женщин и 8 мужчин в возрасте от 29 до 65 лет) и 47 здоровых добровольцев. У пациентов выявлено снижение разнообразия микробиоты, повышение доли протеолитических бактерий и бактерий – продуцентов индола, полиаминов, ГАМК и муцин-деградирующих микроорганизмов, а также снижение доли сахаролитических бактерий и продуцентов бутирата.

Работа выполнена на базе КФУ при участии Казанского государственного медицинского университета и Академии наук Республики Татарстан. Выделение геномной ДНК проводили с помощью набора MP Fast DNA Spin Kit, амплификацию и секвенирование выполняли с использованием праймеров для V3-V4 регионов гена 16S рРНК на секвенаторе NextSeq 500 (Illumina, США). Биоинформатическую обработку проводили в программе QIIME2 с базой SILVA 138.

Среди пациентов с язвенным колитом у 11 было левостороннее поражение, у 7 – тотальное. Активность заболевания оценивали по индексу Мейо. Атака средней степени тяжести диагностирована у 8 человек, легкая – у 10. Длительность заболевания варьировалась от нескольких месяцев до 8 лет. На момент включения в исследование 12 пациентов принимали препараты 5-аминосалициловой кислоты, 6 – кортикостероиды.

Анализ метагенома показал, что у пациентов с язвенным колитом снижен индекс Шеннона – 4,7 единицы против 5,5 в контрольной группе. Это отражает снижение видового разнообразия и неравномерное распределение таксонов в кишечной популяции.

У пациентов с язвенным колитом повышена доля бактерий – продуцентов индола и индол-3-уксусной кислоты. Фенолы считаются наиболее цитотоксичными метаболитами триптофана, и их накопление в кишечнике может повышать риск прогрессирования заболевания.

Также выявлено статистически значимое повышение суммарной доли бактерий, метаболизирующих желчные кислоты. Изменение метаболизма желчных кислот может привести к нарушению регуляции местной иммунной системы слизистой оболочки, нарушению функционирования кишечного эпителиального барьера и поддержанию воспаления.

Отвечая на вопрос о том, что первично – дисбактериоз запускает болезнь или болезнь меняет среду в кишечнике, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Трансляционная онкология» Института фундаментальной медицины и биологии КФУ Аида Габдулхакова объяснила, что развитие язвенного колита зависит от множества факторов.

На фоне генетической предрасположенности и врожденных дефектов иммунной системы такие внешние факторы, как хронический стресс, курение, избыток белка и дефицит клетчатки в рационе, нарушают баланс микрофлоры и вызывают дисбиоз. В таком состоянии кишечник становится уязвим. Острая кишечная инфекция (особенно опасны Clostridioides difficile и цитомегаловирус) окончательно разрушает защитный барьер, запуская каскад аутоиммунного воспаления. Как только воспалительный процесс активируется, среда в кишечнике кардинально меняется. Из-за отека, изъязвления слизистой и изменения pH «полезные» бактерии теряют привычные условия для жизни. Возникает порочный круг: воспаление меняет среду, среда уничтожает защитную флору, выраженный дисбиоз еще сильнее разжигает воспаление, – пояснила ученый.

Кишечный микробиом – это сложнейшая экосистема, где бактерии кооперируются для расщепления пищевого субстрата и синтеза метаболитов.

Потеря даже одного вида бактерий из-за изменения среды может обернуться дефицитом целого класса полезных соединений (например, витаминов или жирных кислот) и избыточной продукцией токсинов (фенолов, полиаминов, сероводорода). Таким образом, дисбактериоз, спровоцированный генетикой, диетой и стрессом, часто выступает первичным пусковым механизмом болезни. Однако развившееся вслед за этим воспаление меняет среду, что делает дисбиоз глубоким, хроническим и вторично усугубляет течение язвенного колита, – добавила А. Габдулхакова.

В ходе исследования было обнаружено, что у пациентов с язвенным колитом снижена доля бактерий, производящих бутират.

Не у всех пациентов бутират-продуцирующие бактерии могут закрепиться или прижиться в кишечнике, поэтому назначение полезного метаболита может служить заменой бактериям. Несмотря на то, что бутират не входит в официальные клинические рекомендации в качестве обязательного или стандартного компонента лечения язвенного колита, он активно применяется практикующими гастроэнтерологами. Многими исследованиями подтверждено, что бутират натрия является безопасной и эффективной поддерживающей стратегией. Он не заменяет базовые терапевтические препараты, но значительно усиливает их действие, ускоряет заживление слизистой и помогает продлить ремиссию, – пояснила она.

Приживление или закрепление бактерий в кишечнике – это фундаментальный вопрос, и ответ на него еще не получен.

У одних людей полезные штаммы «приживаются» в кишечнике, у других – при приеме полезных бактерий они транзитом выделяют метаболиты и уходят. Известно, что эффективность колонизации кишечника полезными бактериями зависит от генетической предрасположенности и иммунного ответа хозяина и от того, «позволит» ли кишечный микробиом принять нового члена сообщества, свободна ли ниша для него, есть ли субстратная база, то есть зависит и от диеты человека, – рассказала старший научный сотрудник.

На вопрос о том, можно ли на основе данных исследования предложить конкретные рекомендации для врачей, А. Габдулхакова подчеркнула, что общих рекомендаций нет, так как кишечный микробиом каждого человека уникален.

Прежде чем назначить пробиотики или диетические добавки, необходимо обследовать кишечный микробиом конкретного пациента. Даже у людей с одним и тем же заболеванием кишечный микробиом может отличаться. В каждом конкретном случае необходима консультация с лечащим врачом или нутрициологом, – подчеркнула она.

Кроме того, работа показывает, что у пациентов с язвенным колитом повышена доля протеолитических бактерий, которые расщепляют белки.

Белок критически необходим организму для регенерации поврежденных тканей кишечника. В отсутствие пищевого белка в рационе протеолитические бактерии переключаются на разрушение собственных белков и муцинового слоя слизистой оболочки толстой кишки, что лишь усугубит воспаление и тяжесть заболевания. Как правило, пациентам рекомендуют исключить избыточное потребление мяса, особенно ультраобработанного красного мяса, и заменить его на легкодоступный белок высокого качества (яйца, рыба, птица, аминокислотные смеси), который максимально всасывается в верхних отделах желудочно-кишечного тракта и практически не доходит до толстой кишки, лишая протеолитические бактерии избыточного корма, – сообщила исследователь.

Отвечая на вопрос о дальнейших планах, ученый отметила, что в будущем было бы интересно исследовать не только бактериальный состав кишечника, но и проанализировать метаболиты и выявить корреляцию между кишечными бактериями, их сообществами и теми метаболитами, которые они продуцируют.

В настоящее время стоит актуальная проблема поиска новых противомикробных соединений из-за возникновения устойчивости к антибиотикам, а также в связи с их токсичностью не только для бактерий, но и человека. Очень интересными кандидатами являются бактериальные метаболиты-бактериоцины (природные антибиотики). Сформировавшийся зрелый микробиом взрослого человека – это крайне стабильная и ревностно охраняемая система. Домашние штаммы выработали механизмы защиты от чужаков, даже полезных. Они забирают все доступные питательные вещества, захватывают рецепторы эпителия и могут выделять бактериоцины, уничтожающие пришлые пробиотические бактерии, – заключила Аида Габдулхакова.

Работа опубликована в «Российском журнале гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии» (Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology)

Фото: КФУ

Источник: Минобрнауки России