Сучасні клінічні уявлення про вплив кишкової мікробіоти на шлунково-кишковий тракт, метаболізм та здоров’я людини

Стаття у форматі PDF

Останнім часом багато вчених стверджують, що кишкову мікробіоту (КМ) можна розглядати як ще один орган травної системи. Вона складається з величезної кількості клітин і містить у 100 разів більше генів, ніж організм-господар. Існує геном, який успадковується, і геном, який можна змінити за допомогою дієти, хірургічного втручання або прийому антибіотиків. Якщо геном змінюється, порушень зазнають майже всі аспекти фізіології організму-господаря. Мікробіом людини є системою, на яку тривалий час не зважали, хоча вона відіграє значну роль у біології людини та її розвитку.

Протягом останнього десятиліття, зокрема, через відкритий доступ до досліджень, які ґрунтуються на спостереженні з використанням новітнього покоління технологій секвенування та метаболічного профілювання, КМ стали асоціювати як зі зміцненням здоров’я, так і з ініціюванням або хронічним перебігом різних захворювань шлунково-кишкового тракту (ШКТ) чи інших хвороб.

З початком постметагеномної ери ми повинні відійти від простих спостережень і визначити, що є лише кореляцією, а що має причинно-наслідкові зв’язки, зосередивши свої зусилля й ресурси на останніх. Пост­метагеномна ера забезпечує нові терапевтичні мішені на основі ліпшого розуміння механізмів взаємодії мікробіоти з фізіологією організму-господаря. Врешті-решт ми прагнемо інтегрувати дані про мікробіоту індивіда в ту чи іншу форму персоналізованої медицини, щоб призначати лікування більш ефективно й цілеспрямовано. Пізнання патофізіології захворювання дозволить точніше стратифікувати різні патологічні стани, а також ви­значити, чи дійсно КМ є потенційною терапевтичною мішенню, яку можна ­модулювати з метою усунення конкретних захворювань.

Нижче наведено оновлену інфор­мацію про взаємозв’язок КМ із захворюваннями ШКТ та порушеннями обміну речовин, що дозволить зрозу­міти, як він може вплинути на клінічну практику.

Сучасні уявлення про КМ

Упродовж останнього десятиліття реалізовано кілька масштабних проектів, наприклад, проект, присвячений мікробіому людини, в якому досліджували не тільки КМ, а й мікробіоту шкіри, порожнини рота, носа, піхви тощо. ШКТ – надзвичайно складне середовище для вивчення та опису. Зараз багато досліджень зосереджено на КМ, оскільки вона характеризується найбільшою щільністю й кількістю відкритих бактерій. Попри те що отримати свіжі зразки фекалій відносно легко, дані їх аналізу не відображають повної мікробіологічної картини кишечника. З нечисленних досліджень ­відомо про те, що тонкий кишечник також містить дуже велику кількість бактерій, склад яких змінюється більш ­динамічно порівняно з товстим кишечником, але дослідити їх значно складніше. Стан мікробіоти товстої кишки значною мірою зумовлений ефективною деградацією складних неперетравлених вуглеводів, натомість тонка кишка має здатність до швидкого імпорту й ­перетворення відносно невеликих вуглеводів, а також швидкої адаптації до загальної поживної доступності речовин.

Дослідження КМ проводяться переважно у країнах Північної Америки і Західної Європи, значно рідше – Азії, Африки чи Південної Америки, але їх кількість дедалі зростає. Підвищений інтерес до КМ ­зумовлений прогресом у застосуванні кількох нових «омік»-технологій­, таких як ­геноміка, ­метабіоміка, метагеноміка, метаболоміка та ін.

Що нам відомо про КМ?

ШКТ часто розглядають як систему двох основних філотипів (Firmicutes і Bacteroidetes), хоча представники ще щонайменше 10 різних філотипів відіграють важливу роль у його нормальному функціонуванні. Аналіз КМ відносно великих когорт індивідуумів (­наприклад, понад 100) показує, що в усіх досліджуваних співвідношення Firmicutes/Bacteroidetes є різним. Вивчення КМ переважно орієнтоване на бактерії; тільки в невеликій кількості відповідних досліджень вивчалися вірусний компонент (віром) і мікроеукаріоти (найпростіші і гриби).

Наразі ми до кінця не розуміємо основних закономірностей, наприклад, чому навіть значна зміна відносної чисельності груп організмів призводить лише до незначної зміни кількості бактерій. Однак є докази на користь того, що виснаження одного виду, наприклад Faecalibacterium рrausnitzii, що належить до типу Firmicutes phylum, пов’язане із запальними захворюваннями кишечника (ЗЗК). Водночас у науковій літературі можна знайти контраргументи щодо участі цих видів у розвитку ЗЗК. Ця невідповідність яскраво демонструє поточний стан розуміння порушеного питання. Відомо, що КМ має важливе значення для нормального функціонування й розвитку організму-господаря, але досі не з’ясовано, які саме види відіграють ключову роль і чи функції всієї КМ є більш важливими за будь-який окремий мікроорганізм індивідуума. А втім, це надто спрощений погляд. У деяких випадках відмінності видів можуть полягати в тому, чи є вони патогеном/патобіотом або пробіотиком: наприклад, одні штами Escherichia coli асоціюються із ЗЗК і колоректальним раком (КРР), а інші можуть бути використані як пробіотики.

Кишкову мікробіоту формують переважно п’ять філотипів бактерій, причому приблизно 160 видів бактерій співіснують у товстому кишечнику будь-якого індивідуума. Процеси, в яких беруть участь ці види бактерій, відбуваються в кишковому тракті кожної людини, на підставі чого можна припустити, що функція КМ є більш важливою, ніж ідентичність видів, які її забезпечують. Однак відмінності у складі КМ теж ­мають значення, оскільки можуть впливати на ефективність її функції. Наприклад, хоча кожна людина має здатність синтезувати коротколанцюгові жирні кислоти (КЛЖК), способи їх синтезу та ефективність є різними.

Дієтична модифікація КМ

Метаболічна активність КМ

Основна функція КМ – її метаболічна діяльність, а саме – вуглеводна ферментація, що забезпечує продукцію енергії та збереження вуглецю в товстому ­кишечнику. Головні й найбільш поширені види КМ, у тому числі продуценти КЛЖК, відіграють ключову роль у початковій деградації складних рослинних ­полісахаридів. Разом із видами, котрі спеціалізуються на олігосахаридній ферментації (наприклад, біфідобактеріями), вони беруть участь у вивільненні КЛЖК і газів, які також використовуються як джерело вуглецю та енергії іншими спеціалізованими бактеріями (наприклад, сульфат-відновлюючими бактеріями та метаногенами). Ефективне перетворення складних перетравлюваних вуглеводів на КЛЖК є важливим не лише для мікробних груп, а і для організму-­господаря, оскільки 10% наших потреб в енергії ­задовольняються за рахунок процесів ферментації, що відбуваються в товстій кишці. Такі КЛЖК, як бутират і пропіонат, беруть участь у регуляції фізіо­логії та імунних функцій кишечника, тоді як ацетат є субстратом для ліпогенезу і глюконеогенезу.

Нещодавно встановлено ключову роль цих метаболітів у регуляції: імунної функції на периферії, правильної імунної відповіді, оральної толерантності й редукції запального процесу; запального процесу в жировій тканині. Вуглеводна ферментація відбувається переважно у проксимальній частині товстої кишки, принаймні в тих людей, котрі дотримуються західного стилю харчування. Оскільки вуглеводи виснажуються в процесі просування їжі в дистальному напрямку, КМ переключається на інші субстрати, такі як протеїни та амінокислоти. У результаті ферментації амінокислот крім вивільнення корисних КЛЖК продукується широкий спектр потенційно шкідливих ­сполук, окремі з яких спричиняють розвиток кишкових захворювань, таких як рак ­товстої кишки або ЗЗК.

Досліди на тваринах та in vitro показують, що деякі сполуки, такі як аміак, феноли, р-крезол, певні аміни та гідрогенсульфіди (сірководень), відіграють важливу роль у розвитку синдрому «­дірявої кишки» (підвищеної кишкової проникності), можуть призвести до ­запа­лення, пошкодження ДНК або прогресування раку. Вживання харчових волокон або рослинних продуктів навпаки сприяє ­попередженню розвитку зазначених ­захворювань, що підкреслює важливість підтримування здорової КМ та вуглеводної ферментації. Визнання вуглеводної ферментації ­основною функцією КМ ­забезпечує ­наукове підґрунтя для раціонального використання функціональних продуктів, вживання яких поліпшує здоров’я кишечника, а також для здійснення впливу на мікробіоту, пов’язану із системною фізіологією організму-­господаря. Про це свідчать нещодавно встановлені осі зв’язків, такі як «кишеч­ник – печінка», «кишечник – мозок» і «кишечник – мозок – шкіра».

Три «П» для здоров’я кишечника: пробіотики, пребіотики та поліфеноли

Існує кілька найбільш визнаних дієтичних стратегій для моделювання ­метаболічної/імунологічної активності КМ людини, серед яких вживання пробіотиків, пребіотиків і поліфенолів. Отримано багато позитивних результатів застосування різних пробіотичних штамів проти низки хвороб у піддослідних тварин, однак дані, отримані під час дослідів у людей, є неоднозначними. Це пояснюється або неналежним проведенням досліджень, або невідповідним вибором штамів. Окрім цього, ми не можемо цілковито бути впевненими в­ ­самій природі пробіотиків, які не вважаються біоактивними речовинами та не підлягають традиційній оцінці ефективності, скажімо, метааналізу (якщо не обмежується одним штамом), оскільки всі вони – унікальні живі організми і їх ­лікувальні властивості є штамоспецифічними.

При виборі штамів пробіотиків для вивчення рідко враховувалися механізми їх дії, що призвело до суперечливості спостережень та скомпрометувало цей напрям досліджень. Але все ж таки є кілька винятків, серед яких варто згадати дослідження Jones і співавт., які виділили штам Lactobacillus reuteri для визначення його здатності знижувати рівень холестерину в пацієнтів з гіперхолестеринемією. У двох рандомізованих плацебо-контрольованих подвійних сліпих дослідженнях показано, що застосування цього штаму значно знижує рівень загального холестерину і ліпопротеїнів низької щільності (ЛПНЩ). Окрім цього, дослідники відкрили кардинально новий механізм зменшення вмісту та поглинання жирів у кишечнику – через ядерні фарнезоїдні Х-рецептори (FXR).

Пребіотики – це певний вид клітковини, що після ферментації стає посередником у помірних змінах КМ. Зазвичай характерним є збільшення відносного рівня бактерій, наприклад, збільшення біфідобактерій або деяких продуцентів бутирату, що розглядається як позитивні зміни. Так само, як і у випадку з пробіотиками, незважаючи на переконливі ­результати дослідів на тваринах, котрі засвідчили їх ефективність у профілактиці та лікуванні багатьох хвороб, таких як ЗЗК, рак товстої кишки, ожиріння, діабет 2-го типу і серцево-судинні захворювання, дані, отримані в дослідженнях за участю людей, є неоднозначними. Вивченню пребіотиків присвячено менше добре спроектованих клінічних ­досліджень порівняно з пробіотиками, окрім цього, є проблеми, пов’язані з дозами пребіотиків. Пребіотики, ефективність яких показана в дослідженнях на ­тваринах, ­включали, як правило, 10% масової частки дієти, що для ­ор­ганізму людини становить близько 50 г на добу. Однак у міру накопичення ­наших знань про екологію КМ стає зрозуміло, що саме концепція пребіотиків перебуває в основі розуміння КМ як переважно сахаролітичних і ферментативних спільнот мікробів, призначених ­разом із травною системою видобувати енергію та вуглець зі складних полісахаридів рослин, які інакше були б ­втрачені з фекаліями.

Поліфеноли – це клас різноманітних вторинних метаболітів рослин, які часто асоціюються з кольором, смаком і захисними механізмами фруктів та овочів. Вони вже давно вивчені як клас сполук, наявних в усіх рослинних продуктах та здатних впливати на фізіологічні ­процеси, запобігаючи асоційованим з харчуванням хронічним захворюванням. КМ відіграє важливу роль у перетворенні харчових поліфенолів на абсорбуючі біологічно активні види, оскільки діє на 95% харчових поліфенолів, які досягли товстого кишечника. Результати останніх досліджень показують, що ­додавання в їжу поліфенольних екстрактів, особливо безалкогольного по­лі­фенольного екстракту червоного вина та флаванолів какао, модулює КМ людини до кращого профілю щодо «зміцнення здоров’я» шляхом збільшення відносного вмісту ­біфідо- та лактобактерій. Отримані дані ще раз підкреслюють ­важливе значення деяких функціональних харчових продуктів, складові яких задіяні в основних екологічних процесах, у регулюванні структури і функції КМ, сприяючи здоров’ю організму-­господаря.

Захворювання, пов’язані з ожирінням, і КМ

Починаючи приблизно з 2004 р. пробні дослідження Gordon і співавт. продемонстрували потенційний зв’язок між КМ і розвитком фенотипу ожиріння. У мишей з ожирінням встановлено збіль­шення відносної чисельності Firmicutes і пропорційне зменшення Bacteroidetes. Це підтвердили результати дієтичних досліджень у людей, згідно з якими змен­шен­ня маси тіла в осіб з ожирінням (індекс маси тіла – ІМТ – >30) супро­воджувалося збільшенням відносного вмісту Bacteroidetes. Проте, як випливає з результатів більшості ­досліджень за участі людей, твердження про зв’язок розвитку ожиріння із зменшенням співвідношення Bacteroidetes до Firmicutes (B/F), є суперечливим. Це, ймовірно, зумовлено неоднорідністю генотипу і способу життя різних людей. У ході недавно проведених досліджень виявилося, що дієта, особ­ливо пов’язана зі споживанням жирів, є потужним модулятором мікро­флори, ­зокрема, у споріднених і стандартизованих за віком ­лабораторних тварин. З’явля­ється дедалі більше доказів, що високе споживання жирів більше, ніж ожиріння як таке, безпосередньо впливає на мікрофлору і пов’язані з нею ­клінічні параметри. Однак в огрядних і худих ­людей, показники маси тіла яких виходять за межі нормальних значень ІМТ, мікробіом ­зазнає впливу принципово різних «екологічних» факторів, у тому числі гормональних та дієти. На додачу до цього етіо­логія ожиріння і спричинених ним мета­болічних порушень (низький рівень запалення, гіперліпідемія, ­гіпер­тен­зія, непереносимість глюкози і діабет) свідчить про складні взаємодії багатьох генетичних, поведінкових та екологічних факторів. Зрештою, точність ІМТ як індикатора ожиріння є обмеженою: 25% людей з ожирінням насправді можна вважати метаболічно здоровими (з нормальним метаболізмом ліпідів і глюкози). Тому встановлення зв’язку мікробного складу кишечника безпосередньо і винятково з ожирінням у людей залишатиметься складним ­питанням через різні супутні фактори в межах неоднорідної популяції.

Ця складність зумовила перехід від лікування ожиріння як єдиного фенотипу до спроб корекції мікробного складу для впливу на різні функції, пов’язані з метаболічними синдромами, такими як цукровий діабет 2-го типу. Нещодавно проведено два метагеномні асоційовані дослідження за участю 345 представників ­азіатської та 145 жінок європеоїдної рас. В обох дослідженнях заново згенеровані групи метагеномних видових генів були використані як розпізнавальні маркери, які за допомогою математичного моделювання могли б краще диференціюватися між пацієнтами та контролем з вищою специфічністю, ніж аналогічний аналіз, заснований на будь-якій варіації геному людини або інших відомих факторах ­ризику, таких як високий ІМТ і збільшена окружність талії. На функціональному рівні кількість мембранних транспортерів і генів, пов’язаних з окислювальним стресом, у КМ пацієнтів було збільшено, тоді як біосинтез бутирату знизився. Хоча в обох дослідженнях відзначено високу подібність мікробних функцій закодованих генів, найбільш відмінні групи метагеномних видових генів між когортами відрізнялися (Akkermansia не впливали на показники в європейській групі, а Lactobacillus – в азійській). Це свідчить про те, що діагностичні біомаркери ­можуть бути специфічними для досліджуваної популяції.

В іншому метагеномному дослідженні вивчено бімодальний розподіл ­чисельності мікробних генів в осіб з ожирінням. Його учасників розподілили на осіб з високою генетичною кількістю (ВГК) та з низькою генетич­ною ­кількістю (НГК). Особи з ВГК ­характеризувалися вищою поширеністю імовірних протизапальних видів, таких як F. prausnitzii, і збільшенням виробничого потенціалу органічних кислот (у тому числі бутирату). На відміну від них, в осіб з НГК відзначено високу відносну ­чисельність потенційно прозапальних Bacteroides spp. і генів, що беруть участь у відповіді на окисний стрес. Примітно, що лише біохімічні змінні, пов’язані з ожирінням, такі як резистентність до інсуліну, були значно взаємопов’язані з групою генів, а власне маса тіла та ІМТ – ні, що підкреслює неадекватність ІМТ як індикатора ожиріння та пов’язаних з ним метаболічних розладів (ОПМР). У супровідному документі зазначено, що внаслідок ваги зниження маси тіла, зумовленого дієтою, значно збільшилася чисельність генів в осіб із ВГР, що було пов’язано з поліпшенням обміну речовин. Хоча чисельність генів ­повністю не відновилася, ці дані підтверджують встановлений зв’язок між довгостроковими дієтичними звичками і структурою КМ. Також у згаданому ­документі є припущення, що постійного регулювання КМ можна досягти за допомогою дієти.

Більшість досліджень, присвячених вивченню КМ, були виключно корелятивними, але нещодавно виявлено причинно-наслідковий зв’язок між гомео­стазом глюкози в організмі-господарі та мікробним складом кишечника. Трансплантація фекальної мікробіоти (ТФМ) від худих донорів особам з метаболічними синдромами істотно збільшила чутливість до інсуліну. ТФМ сприяла збільшенню концентрації фекального бутирату, мікробній різноманітності й відносному поширенню пов’язаних з продукцією бутирату бактерій, таких як Roseburia intestinalis.

Результати всіх цих досліджень ­на­дають достовірні докази того, що мікробіом відіграє істотну роль у гомео­стазі енергії в організмі-господарі, у виникненні та розвитку ОПМР, хоча точні механізми досі не з’ясовані. Отримані в попередніх дослідженнях суперечливі результати можна пояснити використанням різних підходів, а також неод­норідністю в генотипі, способі життя й раціоні харчування людей в поєд­нанні з комплексною етіологією ОПМР. Однак складається більш чітка картина. Вважається, що кишечник людей з ОПМР включає мікробіом, асоційований із запаленням, із більш низьким потенціалом для продукції ­бутирату і зменшеною різноманітністю бактерій і/або кількістю генів. Хоча ­основною причиною розвитку ОПМР є переважання кількості спожитих ­калорій над кількістю витрачених, відмінність мікробної екології кишечника може бути важливим посередником і новою терапевтичною мішенню або біомаркером для прогнозування метаболічної дисфункції / ожиріння у більш пізньому віці.

Захворювання печінки і КМ

Сімдесят відсотків крові постачається в печінку з кишечника через систему ­ворітної вени, таким чином, вона постійно зазнає дії отриманих з кишечника факторів, у тому числі бактеріальних компонентів, ендотоксинів (ліпополісахаридів, ліпотейхоєвої кислоти та ін.) і пептидогліканів. Численні клітини печінки – клітини Купфера, синусоїдальні клітини, жовчні епітеліальні клітини та гепатоцити – мають рецептори вродженого імунітету, відомі як патогенні рецептори ­розпізнавання, які реагують на постійне надходження з кишечника цих мікробних продуктів. Визнано, що КМ і хронічні ­захворювання печінки тісно пов’язані. Враховуючи природу кишкового дисбактеріозу, цілісність кишкового бар’єра й механізмів печінкової імунної відповіді на фактори, що надходять з кишечника, доцільно розвивати нові методи лікування пацієнтів з хронічними захворюваннями печінки.

Неалкогольна жирова хвороба печінки (НАЖХП)

Етіологія НАЖХП є мультифакторною, зі значним впливом факторів ­зовнішнього середовища й генетичних факторів. Нещо­давно проведені дослідження показали, що дисбактеріоз КМ може спричинити розвиток НАЖХП, асоційованої з ожирінням. Окрім цього, встановлено, що в пацієнтів з НАЖХП спостерігається низький рівень заселення ­кишечника мікробіотою і ви­со­ка проникність ­стінки кишечника. У ­1980-х рр. розвиток неалкогольного ­стеатогепатиту (НАСГ) і низький рівень заселення кишечника мікроорганіз­мами були характерними для пацієнтів після шунтування тонкої кишки, а також ­регресування захворювання після ліку­­ван­ня метро­нідазолом. На підставі цього можна зробити припущення про можливу роль бактерій кишечника в розвитку НАЖХП. У ході дослідів на мишах вияв­лено, що ураження інфламасом, асоційоване зі зростанням кількості Bacteroidetes i зменшенням числа Firmicutes, призводить до стеатозу печінки й запалення. Аналіз фекальної мікробіоти ­пацієнтів із НАЖХП і НАСГ показав ­різні результати, які варіювали залежно від демографічного статусу, ­ступеня тяжкості захворювання печінки і методу ­дослідження. Порівняно зі ­здоровими людьми, у пацієнтів із НАСГ був визначений низький рівень Ruminococcaceae. Дослідження, в якому здійснювали ­порівняльний аналіз КМ у дітей із НАСГ та ожирінням і у здорових дітей, показало, що в пацієнтів із НАСГ рівень Escherichia вищий, ніж в інших групах. Пацієнти з НАЖХП також мають високу проникність кишечника, що дає підстави припустити можливість потрапляння ­мікроорганізмів і продуктів їх життєдіяльності в системний кровообіг.

Алкогольна хвороба печінки

Оскільки не в усіх алкозалежних спостерігається ураження печінки, імовірно, що хронічне зловживання алкоголем є важливим, але недостатнім для розвитку дисфункції печінки фактором. Численні спостереження за тваринами й людьми продемонстрували, що продукти життєдіяльності кишкових бактерій, такі як ендотоксини, можуть спричиняти запалення і діяти як кофактори в розвитку асоційованих з алкоголем уражень ­печінки. Рівень сироваткового ендотоксину в ­людей та гризунів з алкогольною хворобою печінки підвищений, і функція їх ­моноцитів спрямована на виділення цитокінів після дії ендотоксину. Алкоголь спричиняє ріст кишкових ­бактерій у людей: ­кількість бактерій була значно ­вищою в аспіраті порожнистої кишки в пацієнтів, які хронічно зловживають алкоголем, порівняно з контрольною групою. Така ж картина спостерігалась у ­пацієнтів з алкогольним цирозом. Рівень зростання кількості бактерій ­корелював з тяжкістю ­цирозу. Миші ­моделі Tsukamoto-French отри­мували ­перорально алкоголь протягом 3 тижнів, що призвело до віднос­ного зростання кількості Bacteroidetes i Akkermansia spp. і зниження кількості Lactobaccilus, Lactococcus i Pediococcus, водночас у контрольній групі показано відносне переважання Firmicutes. Пацієнти з алкогольною хворобою печінки також мають ­підвищену проникність кишечника, що полегшує транслокацію бактерій і продуктів їх життєдіяльності до печінки.

Аутоімунні захворювання печінки

До них належать первинний склерозуючий холангіт (ПСХ), первинний біліарний цироз (ПБЦ) та аутоімунний гепатит. Вони становлять щонайменше 5% всіх хронічних захворювань печінки. Хоча вважається, що це захворювання має ­аутоімунну етіологію, існує припущення, що важливу роль в їх патогенезі відіграє КМ, враховуючи те, що, по-перше, ПСХ тісно пов’язаний із ЗЗК, і, по-друге, печінка передає сигнали через жовчну кислоту.

У пацієнтів з ПСХ розвиваються різні форми ЗЗК. Таким чином, зв’язок між ПСХ і ЗЗК має важливе значення для ­розуміння патогенезу ПСХ, який досі­ ­залишається нез’ясованим. Однак цілком можливо, що в генетично схильних індивідуумів бактерії кишечника можуть ­викликати патологічну імунну відповідь, яка врешті-решт призводить до пошкодження печінки та розвитку фіброзу. Нещодавно було продемонстровано, що пацієнти з ПСХ мають відмінний від здорових людей склад КМ. Проведений аналіз показав, що в пацієнтів з ПСХ і ЗЗК знижена кількість Prеvotella i Roseburia (продуцентів бутирату) порівняно з контрольною групою. У пацієнтів з ПСХ і ЗЗК майже повністю відсутні Bacteroides порівняно з пацієнтами з ЗЗК і контрольною групою і значно збільшена кількість Escherichia, Lachnospiraceae, Megasphaera. Рандомізовані контрольовані дослідження, в яких для лікування ПСХ використовувались антибіотики, показали їх вищу ефективність у поліпшенні біологічних сурогатних маркерів і гістологічних показників активності хвороби порівняно з лікуванням тільки урсодезоксихолевою кислотою. Існують дані, що в низці випадків у педіатричній практиці пероральний прийом ванкоміцину нормалізував або істотно поліпшив функціональні тести печінки. Існують докази того, що в пацієнтів з ПСХ порушена цілісність слизової оболонки, це підтверджує традиційну гіпотезу проникності – переміщення продуктів життєдіяльності мікроорганізмів до печінки і жовчовивідної системи, яке спричиняє запальну ­реакцію. Також було виявлено, що в пацієнтів з ПСХ порушені складні зв’язки між гепатоцитами, а також те, що інфузії ­непатогенних E. сoli в портальний кровообіг спричиняють портальний фіброз у моделей тварин. Усі ці відкриття дозволяють припустити, що бактеріальні антигени переміщуються через пори і, ймовірно, руйнують стінку до портальної та біліарної системи, індукують патологічну імунну відповідь і беруть участь у патогенезі ПСХ.

ПБЦ – це хронічне холестатичне захворювання пе­чінки невстановленої етіології. Загальноприйнятою є теорія ауто­імунного генезу, згідно з якою його розвиток спричиняють фактори зовнішнього ­середовища в пацієнтів з генетичною схильністю. Поки що немає досліджень, предметом вивчення яких був би аналіз КМ у пацієнтів з ПБЦ, але феномен молекулярної мімікрії дозволяє припустити можливість механізму аутоімунної відповіді в пацієнтів з ПБЦ, коли антитіла в сироватці крові пацієнтів перехресно реагують зі збереженим компонентом ­піруватдегідрогеназного комплексу бактерій (Е 2 – PDCE2) E. сoli, Mycobacterium, Lactobacillus, Novosphingobium. Отже, ­існує припущення, що ці бактерії (імовірно – із ШКТ) можуть ініціювати ­молекулярну мімікрію і сприяти розвитку ПБЦ у генетично схильних осіб.

Використання мікробіоти як метод лікування при хворобах печінки

Пробіотики виявились перспективними у зменшенні ураження печінки: вони знижують транслокацію бактерій і зменшують прояви запалення печінки. У нещодавно проведеному метааналізі зроблено висновок про те, що пробіотики знижують рівень печінкових амінотрансфераз, загального холестерину, фактора некрозу пухлин і покращують інсулінорезистентність у пацієнтів із НАЖХП. Недавні дослідження за участю пацієнтів з цирозом і асцитом показали, що пробіотик VSL#3 значно знижує портальну гіпертензію. У подальших дослідженнях оцінювалася ефективність ТФМ у корекції захворювань печінки шляхом передавання фенотипу НАЖХП від мишей зі стеатозом печінки до стерильних тварин. Однак існує необхідність у детальному та оперативному дослідженні, орієнтованому на вивчення механізму взаємозв’язків дисбактеріозу кишечника із запаленням, метаболічними та ауто­імунними захворюваннями печінки і жовчовивідних шляхів.

Запальні захворювання кишечника і КМ

Попередні дослідження ролі бактерій у патогенезі ЗЗК концентрувалися на виявленні потенційного винуватця, який ініціює каскадну запальну реакцію, типову для ЗЗК. Розглядалися багато видів бактерій: Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis, різноманітні протеобактерії, у тому числі ентерогепатичний Helicobacter, Campylobacter, інвазивні та неінвазивні штами E. сoli. Зараз у центрі уваги – припущення, що КМ повністю змінюється при ЗЗК. Концепція зміни мікробіоти, або дисбактеріозу, є, напевно, найбільш значущим досягненням у дослідженні ЗЗК за останні 10 років. Встановлення характерної зміни нормальної мікробіоти ­разом з розірванням зв’язку «господар – бактерії» є чи не най­важливішою подією в дослідженні ЗЗК.

Зміни КМ неодноразово спостерігали в пацієнтів із ЗЗК, з деякими особливостями, пов’язаними з неспецифічним виразковим колітом (НВК) і хворобою Крона (ХК), при цьому найбільш важливим є зниження кількості Firmicutes. Це підтверджує гіпотезу про збільшення рівня Bacteroides, хоча також є повідомлення і про його зниження. Існує припущення про можливу просторову реорганізацію видів Bacteroides у пацієнтів із ЗЗК зі зростанням кількості Bacteroides fragilis, які становлять найбільшу частку бактеріальної маси в пацієнтів із ЗЗК на відміну від контрольної групи.

Зниження рівня різновидів Firmicutes F. prausnitzii зареєстровано в пацієнтів із ХК, особливо клубового відділу, хоча підвищення рівня F. prausnitzii спостерігалося в дітей із ХК. На підставі цього можна зробити припущення про неоднозначну роль цих видів, що потребує подальших досліджень. Інші дослідження також продемонстрували зниження рівня різновидів Firmicutes з меншою кількістю видів у пацієнтів із ЗЗК порівняно з контрольною групою. Зміни рівнів двох найбільших видів – Firmicutes i Bacteroidetes – пов’язані зі значним збільшенням кількості Proteobacteria phylum, що відіграє ключову роль у розвитку ЗЗК. У дослідженнях було продемонстровано зсув мікробіологічного балансу в бік зазначених типів, на підставі чого було зроблено припущення про їх агресивну роль в ініціюванні хронічного запалення в пацієнтів із ЗЗК. Збільшення кількості патогенних варіантів E. coli зареєстровано в пацієнтів із ХК клубового відділу ШКТ. Метагеном ЗЗК містить на 25% менше генів, ніж при здоровому ШКТ; дослідження метапротеому показало кореляційне зниження рівня білків і функціональних провідних шляхів. Як виявилося, ХК клубового ­відділу пов’язана зі зміною метаболізму бактеріальних вуглеводів і зв’язку «господар – бактерії», а також ферментів, які секретує господар. Це дослідження показало збільшення мікробних шляхів, які запобігають оксидативному стресу та імунній інвазії, що супроводжувалося зниженням біосинтезу КЛЖК і типовим метаболізмом вуглеводів та амінокислот. Цікавим є те, що схожі зміни метаболізму характерні також для інших запальних станів, таких як цукровий діабет 2-го типу, що може свідчити про універсальність мікробної відповіді на хронічне ­запалення та імунну активацію. Окрім цього, результати останніх досліджень свідчать про можливу участь у патогенезі ЗЗК вірусів, зокрема бактеріофагів Caudovirales.

Модуляція мікробіоти як метод лікування ЗЗК

Деякі клінічні випробування вже вивчали метод модуляції мікробіоти в пацієнтів із ЗЗК, багато з них передували ері генної інженерії. Такі дослідження доводять важливу роль КМ у розвитку ЗЗК, однак і зараз складно співвіднести ­індивідуальний підхід зі складною мультифакторною природою ЗЗК. Особливо це ­стосується різних фено- і генотипів і стадій захворювання, у тому числі і під час профілактики, у разі підтримання ремісії чи при лікуванні рецидивів ­хвороби.

Неспецифічний виразковий коліт

Одним з найбільш масштабних клінічних досліджень, присвячених ролі пробіо­тиків у лікуванні пацієнтів із ЗЗК, було використання E. сoli (Nissle 1917) для підтримання ремісії при НВК. У подвійному сліпому дослідженні взяли участь 327 пацієнтів: вони отримували або пробіотик, або месалазин. Обидва види лікування були однаково ефективними. E. coli Nissle тепер вважається альтернативою 5-аміносаліцилату для підтримання ремісії при НВК. Опуб­ліковано ­результати двох клінічних випробувань багатофункціонального пробіотика VSL#3, який регулює рецидиви при НВК. Обидва випробування продемонстрували, що високі дози пробіотика VSL#3 поліпшують перебіг захворювання, однак питання про те, чи є ці поліпшення клінічно значущими для паці­єнтів, особливо порівняно з іншими методами лікування, досі залишається нез’ясованим. Альтернативним методом є ТФМ від здорового донора. Недавня доповідь і метааналіз показали, що, за даними 9 досліджень (8 когортних і 1 рандомізованого контрольованого ­дослідження), загалом у 45% пацієнтів вдалося досягти клінічної ремісії. У результаті аналізу когортних досліджень з’ясувалося, що тільки 36% пацієнтів досягли клінічної ремісії. При проведенні іншого метааналізу 2 рандомізованих контрольованих дослідження показали суперечливий результат. В одному дослідженні, учасникам якого 2 дози фекального трансплантата були введені через верхні відділи ШКТ, не встановлено відмінностей у клінічній та ендоскопічній картині між групою, пацієнтам якої проводили ТФМ, і контрольною групою (учасникам якої вводили аутогенний кал). У другому рандомізованому контро­льованому дослідженні, в якому пацієнтам з НВК щотижня робили фекальні клізми від здорових донорів або клізми-плацебо протягом 6 тижнів, у більшості пацієнтів, яким проводили ТФМ, спостерігалася ремісія, на відміну від учасників контрольної групи (клізми з водою). Нез’ясованими є ­питання ­стосовно способу та швидкості введення, а також оптимальних характеристик донора і реципієнта.

Хвороба Крона

Антибіотики дають хороший ефект в окремих групах пацієнтів з ХК, але деякі антибіотики можуть бути шкідливими та ускладнювати взаємодію «господар – мікробіота». У випадках використання метронідазолу й орнідазолу як профілактичних методів лікування в пацієнтів із ХК, яким проводили резекцію, спостерігався низький рівень рецидивів (клінічно й ендоскопічно). У кількох дослідженнях відзначено унікальну роль антибак­теріальної терапії в лікуванні ХК, але загалом результати невтішні. Не існує клінічної доказової бази для використання пробіотиків і пребіотиків у лікуванні цього захворювання, хоча результати ­відкритого дослідження ефективності фруктоолігосахаридів при ХК були обнадійливими.

Колоректальний рак і КМ

Багато досліджень мікробіоти спрямовані на вивчення асоційованого з колітом раку або моделей раку мишей. Незважаючи на це, зростає кількість ­доказів того, що мікробіота товстого ­кишечника відіграє важливу роль в етіології спорадичного КРР. Тимчасо­ва ­знижена стабільність і збільшення різноманітності КМ були виявлені в пацієнтів з діагностованим КРР, а метагеномні та метатранскриптомні дослідження ­визначили індивідуальний онкогенний мікробіом і наявність особливих видів бактерій, які вибірково поселяються на пухлинних і непухлинних ділянках.

З’явилося кілька суперечливих теорій, які пояснюють результати цих спосте­режень. Згідно з гіпотезами keystone-pathogen i alfa-bug, деякі види мікробіоти (такі як ентеротоксичні B. fragilis) характеризуються особливим видом вірулентності, який є протоонкогенним і змінює мікробіом, а бактерії, у свою чергу, викликають імунну відповідь слизової оболонки і зміни в епітеліальних клітинах товстого кишечника. Tjalsma і співавт. запропонували модель «водій – пасажир» для КРР: спочатку вроджені ШКТ-бактерії («водії») пошкоджують ДНК, що призводить до ініціювання КРР. Потім канцерогенез індукує зміни кишкової ніші, які сприяють проліферації опортуністичних бактерій («пасажирів»). Наприклад, у пацієнтів з КРР спостерігається більша різноманітність опортуністичних патогенів і грамнегативних ана­еробних бактерій, але поки що не зрозуміло, є ці опортуністичні патогени ­результатом впливу мікросередовища в пацієнтів із КРР чи прогресування ­захворювання. Проте в пацієнтів з поліпами товстого кишечника виявлено більшу кількість бактерій і їх різноманітність порівняно з контрольною групою пацієнтів, в яких більша кількість Proteobacteria слизової оболонки і менша кількість Bacteroidetes. Це частково пояснюється тим, що захисна функція слизової оболонки спрямована на контроль мікробіоти. Наприклад, рівні альфа-дефензинів (захисних компонентів) значно підвищені при аденомах, що спричиняє підвищену антибактеріальну активність порівняно з нормальною слизовою оболонкою.

Сучасні дослідження включають невелику кількість пацієнтів з неоднорідністю вибірки, обмеженим пухлинним ­фенотипом і онкогенними даними. Незважаючи на це, на слизовій оболонці при КРР відзначається підвищення ­кількості деяких специфічних штамів (Streptococcus gallolyticus, Enterococcus faecalis, B. fragilis, E. сoli), які експресують гени з властивостями, характерними для онкогенної трансформації, вклю­чаючи транслокацію М-клітин, ангіогенез, ­генотоксичність. При аденомі також було виявлено збагачення Fusobacterium nucleatum порівняно з нормальною тканиною, їх кількість є більшою в калі пацієнтів із КРР і аденомою, ніж у здорових. Фрагмент А F. nucleatum – спеціальний адгезин, який дозволяє бактерії приєднуватись і проникати в епітеліальні клітини, що викликає запальну відповідь і стимулює проліферацію клітин. Сьогодні також вивчаються нові механізми впливу білків, які виділяють незв’язані раніше бактерії, на проліферацію стовбурових клітин. Наприклад, Avr А – патогенний продукт Salmonella – активує сигнали бета-катеніну і збільшує онкогенез товстої кишки.

Діяльність дослідників також спрямована на метаболічні функції КМ та зв’язок харчування з етіологією КРР. Цілком імовірно, що метаболізм клітковини має вирішальне значення для цього. Метагеномні дослідження виявили зниження рівня продуцентів бутирату в пацієнтів із КРР, що у подальшому було ­підтверджено дослідами на тваринах. Мікробіом також ­відіграє важливу роль у метаболізмі сульфату через його асиміляційне зниження, що призводить до продукції цистеїну і метіоніну, і дисиміляційне зниження сульфату, що зумовлює продукцію гідрогенсульфату (H₂S). Ймовірно, H₂S сприяє розвитку КРР, оскільки кишкова дезінтоксикація H₂S також знижена в пацієнтів із КРР. Існують докази, що відмінності в генотипі господаря, які стосуються вуглеводів дистального відділу ШКТ, пов’язані з особливостями харчування. Отже, зміни складу і функцій постійної мікробіоти залежать від особливостей харчування. Тому, можливо, у пацієнтів з генетичною схильністю до КРР є метаболічно активні бактерії, наявність яких визначається генетичним матеріалом, сімейним оточенням і звичним раціоном. Існують також інші докази важливої ролі мікробіоти в розвитку раку. В афроамериканців у товстому кишечнику переважають Bacteroidetes; водночас в африканців більша кількість Prеvotella. В афроамериканців високий ризик розвитку КРР, можливо, асоційований з мікробіотою, яка сформувалася завдяки особливостям ­харчування та впливу екології. Експресія Кі67 слизової оболонки (біомаркера ризику розвитку раку) може знижуватись і підвищуватись протягом 2 тижнів після збільшення кількості клітковини (більше 50 г на день) у харчуванні афроамери­канців або споживання великої кількості жирів, білків, недостатньої кількості волокон у харчуванні африканців. Ці короткочасні ­втручання призводять до взаємних змін структури мікробіому, що змінює ­міжіндивідуальні відмінності в експре­сії генів. Дієта з переважанням продук­тів ­тваринного походження збільшує ­кількість­ жовчотолерантних мікроорганізмів (Alistipes, Bilophila, Вacteroides) і знижує рівень Firmicutes, які метаболізують рослинні полісахариди (Roseburia, Eubac­terium rectale, Ruminococcus bromii).

Висновки