Микробиом црева и фиброза органа Ⅱ

4. Фиброза бубрега

Хронична болест бубрега (ЦКД)је растући глобални здравствени проблем, који погађа најмање 10 процената светске популације, а овај проценат прогресивно расте са старењем [56]. Фиброза је коначна патолошка карактеристика ЦКД и добро је познато да доприноси прогресији готово свих обликаболест бубрега, понашајући се као независни предиктор одпогоршање бубрежне функције[57]. Код ЦКД, фиброза обично настаје збогхронична упалабубрежног паренхима [58]. Иако се ТГФ- 1 сматра главним фактором који доприноси патолошком фиброзном процесу код ЦКД, метаболички и урођени имуни одговори су сада препознати као важни фактори који доприносе овом процесу. Поред тога, докази сада показују да је активирани патолошки фибробласт доминантна ћелија у производњи цитокина и хемокина у ЦКД [59].

НОВА БИЉНА ФОРМУЛАЦИЈА ЗАХРОНИЧНА БОЛЕСТ БУБРЕГА (ЦКД)

У последњој деценији, све већи број података истиче микробиоту црева као главног играча у бубрежној фибрози, наиме, играјући релевантну улогу како у локалној тако и у системској упали [60]. Неколико студија је утврдило да се популација цревног микробиома код пацијената са ЦКД значајно разликује од оне која се налази код здравих субјеката. Већина извештаја је усредсређена на пацијенте са завршном стадијумом бубрежне болести (ЕСРД), а неколико се бави микробиотом црева у раним стадијумима ЦКД, али генерално, пацијенти са бубрежном болешћу представљају смањење разноликости микробиома црева са значајним повећањем патогених бактерија Ен Ентеробацтериацеае. породице и смањење корисних микроба из породица Бифидобацтериацеае и Лацтобацилацеае [61,62]. Такве промене у микробиоти црева код пацијената са ЦКД од симбиотске до патогеније микробиоте су у доброј корелацији са уремичним стањем и фиброзом бубрега, подржавајући постојање двосмерне и синергистичке размене између уремичког стања домаћина, упале и дисбиозе црева. [63].

Прогресивна бубрежна инсуфицијенција, у комбинацији са последичним променама у начину живота, исхрани и лековима, мења састав микробиоте и метаболизам који изазива дисбиозу – а производња уремичних токсина од стране дисбиотичке микробиоте додатно погоршава уремичко стање, оштећујући епителну баријеру, повећавајући цревну пермеабилност и подстицање упале и оксидативног стреса [64]. Неколико ин виво и ин витро студија је показало да уремично цревно окружење мења образац експресије протеина уске спојнице ка фенотипу повећане цревне пермеабилности [65–68], што олакшава транслокацију бактеријских токсина (као што су ендотоксини), микробних метаболита и чак и бактерије у циркулацију [69]. ДНК из популација цревних бактерија је откривена у крвиЦКД пре дијализеи пацијенти на хемодијализи и у корелацији са повећаним нивоима ц-реактивног протеина у плазми (ЦРП) и ИЛ-6 [70–72]; бактеријске компоненте црева пронађене су у мезентеричним лимфним чворовима уремичних пацова [73], а ендотоксемија је примећена код пацијената са ЦКД и повезана је са системском инфламацијом и кардиоваскуларним обољењима у овој популацији [74–76]. Бактеријска транслокација доводи до активације имуних ћелија кроз активацију путева протеин киназе активираних ТЛР4/НФ-κБ/митогеном, успостављајући хронично инфламаторно стање које промовише склерозу [76,77]. Утврђено је да је повећање нивоа циркулишућих бактеријских ендотоксина у свим стадијумима ЦКД, достижући максимум код пацијената на дијализи, у корелацији са системском инфламацијом, атеросклерозом и морталитетом код пацијената са ЦКД [75,76]. Користећи мишји модел третиран ЛПС-ом (пацовима је интраперитонеално убризгавано 10 мг/кг/недељно ЛПС-а током 4 недеље), Фересхтех Асгхарзадех и колеге [78] су показали да у клиничким стањима која представљају хронични ЛПС, може доћи до фиброзе срца и бубрега. чак и у одсуству претходне повреде ткива услед неравнотеже оксидативног стреса,што сугерише да дисбиоза црева може сама по себи имати улогу у покретању фиброзе органа.

Релевантност циркулишућих метаболита добијених из црева у системском имуно-инфламаторном одговору код болести бубрега и исхода, наиме, у повезаном кардиоваскуларном ризику, сада је добро препозната [79]. Међу различитим метаболитима у цревима за које је утврђено да су различито изражени код пацијената са ЦКД, посебна пажња је посвећена дејству уремичних токсина и СЦФА [79]. Више концентрације уремичних токсина триметиламин Н-оксида (ТМАО) [80], п-крезил сулфата (ПЦС) и индоксил сулфата (ИС) [81], и ниже концентрације СЦФА [82] су доследно примећене у ЦКД и Пацијенти са ЕСРД [83,84]. Такви резултати су у сагласности са извештајем који показује значајно повећање броја бактерија које садрже ензиме који формирају уреазу, уреазу, индол и паракрезол и смањење броја бактерија са ензимима који формирају бутират код пацијената са ЕСРД [85–87] , даље подржавајући релевантан допринос микробиоте црева фибрози бубрега.

ТМАО је токсични метаболит добијен из црева који је резултат бактеријског метаболизма кватернарних амина из исхране (као што су холин, фосфатидилхолин и Л-карнитин) у триметиламин, који се затим претвара у ТМАО помоћу хепатичних флавин монооксигеназа (ФМО3) и ФМО [88]. Код ЦКД, високи нивои ТМАО били су повезани са оштећеном функцијом бубрега, хроничном инфламацијом (висок ИЛ-6 и ЦРП) и повећаним морталитетом (28- пута повећање ризика од смртности) [89]. Након трансплантације бубрега, концентрација ТМАО у плазми се смањује на нормалне нивое [90], али код пацијената на хемодијализи, упркос његовом ефикасном уклањању хемодијализом, нивои ТМАО у плазми остају значајно високи након дијализе, што сугерише релевантан допринос дисбиотичке микробиоте црева повећању производња ТМАО у ЕСРД [80,91]. Повећани нивои ТМАО су повезани са бубрежном тубулоинтерстицијском фиброзом и депозицијом колагена кроз активацију ТГФ- 1/п-Смад3 и ренин-ангиотензин-алдостерон путева [89,92]. Инхибиција производње ТМАО у мишјим моделима ЦКД значајно је успорила опадање бубрежне функције и смањила тубулоинтерстицијалну фиброзу [93,94], наглашавајући механизме производње ТМАО као мете за лечење фиброзе бубрега.

Утврђено је да су нивои ИС и пЦС повезани са прогресијом до ЕСРД и повећаним морталитетом код пацијената са ЦКД од благе до тешке бубрежне инсуфицијенције кроз појачан оксидативни стрес и инфламацију [81,83,95–97]. ИС је такође недавно био повезан са напредовањем ЦКД код деце [98]. Показало се да повећани нивои ИС промовишу тубулоинтерстицијалну фиброзу активирањем експресије НФ-κБ, инхибитора активатора плазминогена типа 1, ткивног инхибитора металопротеиназа и ТГФ- 1 путева [99]. Повећани нивои пЦС били су повезани са тешким оштећењем тубула преко појачаног оксидативног стреса и нивоа инфламаторних цитокина [100] и били су у корелацији са повећаним ризиком од смртности свих узрока и кардиоваскуларних болести код пацијената са хроничном бубрежном инсуфицијенцијом и благом до умереном ЦКД [83]. ,84]. Различите студије на животињама показале су да концентрација ИС и пЦС у плазми корелира са тубуларном фиброзом кроз активацију интрареналног ренин-ангиотензин система и ТГФ- 1/п-Смад3 путева [100,101]. Штавише, све већи број студија је такође утврдио релевантну улогу метаболита триптофана добијених из црева (наиме ИС, 3-ИС и индол-3 сирћетне киселине (ИАА)) у фибрози бубрега кроз активацију сигналних путева рецептора арил угљоводоника, посебно кроз активацију путева протеин киназе активираних арил угљоводоник рецептора/п38 митогеном активиране протеин киназе/НФ-κБ који регулишу ћелијску пролиферацију, диференцијацију и имунолошку функцију и индукују кардиоваскуларне болести код пацијената са ЕСРД [102]. Нивои ИАА су у корелацији са гломеруларном склерозом и интерстицијалном фиброзом индукцијом проинфламаторног ензима циклооксигеназе-2 и оксидативног стреса, а утврђено је да његова концентрација предвиђа смртност и кардиоваскуларне догађаје код пацијената са ЦКД [103].

Са друге тачке гледишта, СЦФА су главни производи ферментације резистентног скроба аеробним бактеријама у цревима [104]. Показало се да њихова повећана концентрација има корисне функције у одржавању епителне баријере и системској регулацији имунолошког одговора домаћина повећањем антиинфламаторних фактора, смањењем фактора везаних за аутоимуност и развојем регулаторних Т (Трег) ћелија преко Г- рецептори везани за протеине (ГПЦР) (нпр. ГПР41, ГПР43 и ГПР109А) [105–108]. СЦФА су општи инхибитори хистон деацетилазе који могу инхибирати ТГФ- 1 сигнализацију, спречавајући диференцијацију перицита у миофибробласте [109,110]. Ацетат, пропионат и бутират су три најчешћа СЦФА и представљају примарни извор енергије за епителне ћелије, обезбеђујући приближно 10% дневних потреба за калоријама код људи [104]. Код болести бубрега, комбиновани ефекат ограничења у исхрани (наиме, препоручени мањи унос хране богате калијумом као што су воће, поврће и храна са високим садржајем влакана) и дисбиозе цревног микробиома доводи до смањења бактерија које производе СЦФА и у смањењу концентрације СЦФА [111]. Ова смањена концентрација СЦФА доприноси погоршању инфламаторних процеса и фиброзе бубрега [112]. Све већи број доказа показује да је суплементација СЦФА средством за лечење бубрежних и срчаних болести побољшањем бубрежне дисфункције и смањењем локалне и системске упале, оксидативног стреса и апоптозе ћелија [82,113].

Сада је јасно утврђено да дисбиоза цревног микробиома има значајну улогу у фибрози бубрега и исходима болести бубрега, са неколико актера и метаболичких путева који су укључени у процес [114,115]. Ипак, тачан допринос губитка функције бубрега и ограничења у исхрани овој дисбиози остаје предмет контроверзе. Неке студије сугеришу да исхрана има главну улогу у промени цревног микробног метаболизма уоченог код ЦКД [85], док друге сугеришу да је значајна дисбиоза црева примећена код пацијената са ЦКД повезана са повећаном биосинтезом уремичних токсина са последичним утицајем на смањење функције бубрега [116].

Направљено је више студија које се састоје од пребиотика, пробиотика и симбиотика (о којима се даље говори у Поглављу 8) са циљем да се обнови здрава цревна микробиота и, на тај начин, да се управља уремијом и обузда напредовање болести бубрега (које карактерише повећање фиброзе ткива, без обзира на етиологију болести) [117]. Упркос неким обећавајућим резултатима, веома лични одговор нечијег микробиома црева на вишеструке стимулусе и висок степен варијабилности између спроведених студија до сада су ометали постизање формулације једне величине за све. Персонализована медицина, односно прилагођени приступи који се баве индивидуалним потребама, имају велики потенцијал за управљање фиброзом бубрега, која је и даље у великој мери недовољно истражена.

5. Плућна фиброза

Плућна фиброза је патолошки процес који лежи у основи веома хетерогене групе плућних болести са више узрока, клиничких манифестација и патолошких карактеристика [118]. Углавном се карактерише запаљењем и прекомерним таложењем ЕЦМ-а у плућима, што изазива архитектонске промене у плућном паренхима, као што су задебљање и укрућење зидова плућа што на крају може довести до акутног респираторног опадања и отказивања органа [119,120]. Како већина патолошких промена преовлађује у плућном интерстицијуму, поремећаји се обично називају интерстицијалним плућним болестима (ИЛД). Оштећење плућа од ИЛД је често прогресивно и неповратно и представља важан извор морбидитета и смрти [121].

Постоји више од 200 узрока ИЛД-а. Главни познати покретачи болести укључују старост и личну генетску подложност (нпр. генетска стања као што су неурофиброматоза и Гауцхерова болест), изложеност животне средине специфичним опасностима (нпр. азбест, силицијум диоксид, угљена прашина, берилијум, неки тврди метали, третмани зрачењем, лекови за хемотерапију, антибиотици, антиинфламаторни и срчани лекови, животињски протеини, плесни или микроби) и постојање основне болести као што је болест гастроинтестиналног флукса и аутоимуне болести (нпр. лупус, реуматоидни артритис, саркоидоза и склеродерма) [122 –125]. За потребе лечења, ИЛД се могу класификовати с обзиром на њихове познате основне болести (нпр. плућна фиброза повезана са реуматоидним артритисом), на основу њихових изазивача (нпр. пнеумокониоза), или се могу назвати идиопатском плућном фиброзом [126,127]. ИЛД имају укупну преваленцију од ~70–80 случајева на 100,000 људи у Европи и Сједињеним Државама. Саркоидоза, ИЛД повезане са болешћу везивног ткива и идиопатска плућна фиброза су најчешће фиброзне ИЛД, са процењеном преваленцијом од 30, 12 и 8 случајева на 100,000 људи, респективно [128].

Последњих година, неколико епидемиолошких и експерименталних студија је истакло постојање двосмерне осе црева-плућа са релевантним импликацијама у патофизиологији великог броја плућних болести, као што су астма, хронична опструктивна плућна болест, цистична фиброза, респираторне инфекције, карцином плућа и такође ИЛД [129,130]. Више студија је утврдило интринзичну и међусобну везу између респираторних болести и болести гастроинтестиналног тракта [131–141]. Пошто респираторни и гастроинтестинални тракт имају исто ембриолошко порекло и сличну структуру [142], преклапање између болести плућа и црева није изненађујуће. Два ткива обухватају еп епителну површину прекривену субмукозом лабавог везивног ткива и лимфоидног ткива повезаног са слузокожом који пружају физичке баријере против спољашњих микроба, регулишу узорковање антигена, транспорт лимфоцита и одбрану слузокоже, стога функционишу као примарни урођени и адаптивни имуни одговори против патогени [142]. Штавише, оба ткива су високо васкуларизована и колонизована микробиотом која се развија заједно са њима током раног живота [143].

Иако већина доказа у вези са улогом микробиома у оси плућа-црева остаје углавном асоцијативна, неки механички увиди подржавају директну имунолошку међусобну комуникацију између црева и плућа, што подразумева размену микроорганизама [144–147], имунолошких функција [17,144,186, –151] и метаболити [129,151] кроз крвоток и лимфни систем.

Што се тиче значаја метаболита црева у хомеостази плућа, већина студија показује релевантну улогу СЦФА у плућним болестима кроз инхибицију хистон деацетилазе и ГПЦР-а, који су укључени у болести плућа [152]. Показали су бутират, пропионат и ацетатантиинфламаторноиимуномодулаторне функцијена хомеостазу плућа и имунитет [104,153].

Све у свему, снажни докази подржавају значај микробиома црева и његових метаболита у хомеостази плућа. Узимајући у обзир чињеницу да ИЛД карактерише појачано инфламаторно стање које је у својим актерима слично већини плућних болести, подаци указују на улогу цревног микробиома у плућној фибрози која је и даље веома недовољно истражена. Неке студије наводе директну везу између микробиома црева и фиброзе плућа. Студија попречног пресека која је испитивала преваленцију цревне дисбиозе код системске склерозе (системска болест везивног ткива коју карактерише дифузна фиброза и васкуларне абнормалности на кожи, зглобовима и унутрашњим органима) показала је да 76% ових пацијената има дисбиозу црева и да скор тежине дисбиозе био је лошији код пацијената са другим коморбидитетом, односно ИЛД, што је корелирало са повишеним серумским инфламаторним маркерима (нпр. ЦРП и брзина седиментације еритроцита) [154].

У студији Зхоуа ет ал. [155], компаративна анализа микробног састава цревних узорака фекалних узорака од 18 пацијената са прогресивном плућном фиброзом изазваном силицијумом и 21 здравог субјекта, коришћењем технологије секвенцирања гена 16С рРНА, показала је да пацијенти са силикозом имају посебан профил цревне микробиоте, показују ниже нивое бактерија из пхила Фирмицутес и Ацтинобацтериа, рода Девосиа, реда Цлостридиалес, рода Аллопревотелла и групе црева Рикенеллацеае РЦ9 и повећање таксона који припадају породици Лацхноспирацеае и роду Лацхноцлостридиум, што је у корелацији са болешћу напредовање.

Користећи животињске моделе, Гонг ет ал. [124] анализирали су микробиом црева и метаболите у моделима плућне фиброзе силицијум диоксида и блеомицина, а комбинаторички резултати секвенцирања 16С рДНК и метаболомике подржавају специфичну корелацију између цревне микробиоте и плућне фиброзе. Добијени резултати су показали специфичну промену независну од модела у 412 родова цревне микробиоте и 28 врста метаболита у оба модела. Седам репрезентативних диференцијалних цревних микроорганизама (из родова Аллопре Ботелла, Дубосиелла, Хелицобацтер, ОИсенелла, Парасуттерелла, Рикенелла и Рикенллацеае РЦ9 групе) и девет метаболита (тригонелин, бетаин, цитозин, тимидин, глицерофходиндезолат, деоксин, глицерофодинхоколат, били су у високој корелацији са фибротичним индикаторима. Штавише, крива оперативне карактеристике пријемника (која се користи за процену репрезентативне диференцијалне цревне микробиоте и метаболита за дијагностиковање фиброзног стања у два експериментална модела) је показала да је могуће разликовати доказани плућни фибротични статус од нормалне контроле кроз анализу цревне микробиоте и сродни метаболити у моделима мишева [124].

Недавно је нови мишји модел склеродерме повезан са имунитетом против топоизомеразе-И сугерисао да промене у микробној заједници црева у раном животу могу да обликују фиброзне одговоре пацијената током њиховог живота [156]. Из другачије перспективе, Ванд и колеге [157] су открили да су животињски модели изазвани дисбиозом црева и плућа резултирали животињама са дијабетес мелитусом и плућном фиброзом повезаном са НФ-кБ сигналним путем. Ефекти фикоцијанина (протеина који сакупља светлост из фотосинтезе алги који може да ферментише цревна микробиота) на мишје моделе плућне фиброзе изазване блеомицином и зрачењем, показали су да је интервенција фикоцијанина ослабила плућну фиброзу и значајно смањила производњу фиброзе у плућној фибрози у фибрози у медијуму. истовремено повећавајући разноврсност и богатство цревних бактерија [158,159]. У фибротичном моделу изазваном блеомицином, фикоцијанин је инхибирао синтезу ИЛ-1, фактора туморске некрозе- (ТНФ-) и ЛПС-а, док је значајно смањивао бактерије повезане са упалом и повећавао бактерије и пробиотике које производе СЦФА [159 ]. Код плућне фиброзе изазване зрачењем, и пре-давање и терапијска примена фикоцијанина смањила је оштећење упале и таложење колагених влакана и значајно смањила нивое ТНФ-, ЛПС-а и ИЛ-6 у плућима, цревима и крви [ 158].

Ин витро, анализа утицаја СЦФА на ТГФ- 1-индуковану диференцијацију МРЦ5 хуманих феталних плућних фибробласта је показала да бутират (Ц4), СЦФА који је резултат метаболизма цревног микробиома, инхибира експресију маркера фиброзе и побољшава функцију митохондрија, чиме се спречава ТГФ- 1-индукована алвеоларна диференцијација миофибробласта, кључни фактор у плућној фибрози [160]. Све у свему, и директни и индиректни докази имплицирају микробиом црева у регулацији имунолошких одговора и упалног стања ствари, са последицама релевантним за лечење плућне фиброзе.