Что такое выраженный дисбиоз: Дисбактериоз влагалища: причины, профилактика и лечение

Содержание

Дисбактериоз влагалища: причины, профилактика и лечение

Дисбиоз (дисбактериоз) влагалища — это нарушение нормальной микрофлоры влагалища. Этим заболеванием в той или иной степени страдает большая часть женщин.

При нарушении микрофлоры изменяется равновесие между бактериями-нормальными обитателями влагалища. При этом снижается количество лакто- и бифидобактерий и увеличивается количество какого-то другого возбудителя. Этим другим возбудителем может быть одна из ключевых клеток (тогда развиваются гарднереллез, кандидоз и т.д.), может быть одна из половых инфекций (трихомониаз, хламидиоз), или же может быть любой сапрофитный возбудитель (кишечная палочка, протей, стрептококки, стафилококки и т.д.).

Дисбиоз влагалища и половые инфекции

Половые инфекции всегда связаны с нарушением микрофлоры влагалища. С одной стороны, нормальная микрофлора не допустит развития половой инфекции у женщины, и если обнаруживается половая инфекция, микрофлора не может быть не нарушена.

С другой стороны, появление возбудителя какого-либо заболевания, передающегося половым путем (ЗППП) во влагалище смещает pH, вызывает воспалительную реакцию и еще больше способствует прогрессированию нарушения микрофлоры.

Ситуация, при которой во влагалище у женщины обитает только один лишь возбудитель ЗППП, почти никогда не возникает. Половая инфекция, одна или несколько, всегда находятся в ассоциации с условно-патогенной микрофлорой. И это всегда должно учитываться при лечении ЗППП. Иначе может возникнуть ситуация, при которой антибиотиками полностью убивается возбудитель ЗППП, а количество условно-патогенной инфекции лишь возрастает.

Лечение ЗППП у женщин обязательно должно завершаться восстановлением микрофлоры влагалища. Если речь идет о серьезных инфекциях (хламидия, трихомонада) или нескольких ЗППП, то сначала есть смысл провести антибактериальную терапию против них, а затем заняться восстановлением микрофлоры влагалища следующим курсом. В менее сложных ситуациях есть смысл проводить сначала комплексную диагностику всей урогенитальной микрофлоры, а затем ее восстановление с одновременным устранением половой инфекции.

Дисбиоз влагалища и заболевания кишечника

Многие заболевания желудочно-кишечного тракта ведут к нарушению нормальной микрофлоры кишечника и развитию дисбактериоза. При дисбактериозе кишечника происходит примерно тоже самое, что и при дисбактериозе влагалища — в кишечнике живет большое количество какой-нибудь бактерии.

Стенка прямой кишки плотно соприкасается со стенкой влагалища, бактерии легко проходят через нее. При выраженном дисбактериозе кишечника нарушение вагинальной микрофлоры всегда обусловлено именно этим, и как правило из влагалища высевается одна из кишечных инфекций — кишечная палочка, энтерококки и др.

Лечение дисбиоза влагалища в такой ситуации крайне затруднено, вероятность рецидива заболевания очень высока. Восстановление нормальной микрофлоры влагалища в такой ситуации возможно лишь при одновременном лечении заболеваний кишечника.

Дисбиоз влагалища и половой партнер

Чаще всего нарушение микрофлоры влагалища у женщины не вызывает никаких проблем у ее полового партнера, даже при регулярной половой жизни без использования средств контрацепции. В отдельных случаях, когда имеет место выраженный дисбиоз влагалища, у мужчины могут развиваться явления баланопостита и неспецифического уретрита. Но это обычно бывает только в том случае, если у мужчины уже была предрасположенность к этим заболеваниям, в полностью здоровом организме они не разовьются.

Никакое заболевание полового партнера, за исключением венерических заболеваний, не оказывает влияния на микрофлору влагалища у женщины. Лечение дисбиоза влагалища у женщин не предполагает обязательного лечения полового партнера, если только хотя бы у одного из них не выявляется присутствие половой инфекции.

Дисбиоз влагалища и беременность

Беременность является одним из факторов, которые могут провоцировать обострение вагинального дисбиоза. На фоне беременности могут появляться или усиливаться выделения, зуд или жжение в половых органах, боль при половом акте и т.д. Это связано с тем, что во время беременности организм женщины подвергается серьезной гормональной перестройке, что не может не сказаться как на состоянии иммунитета, так и на вагинальной микрофлоре.

Полноценное лечение дисбиоза влагалища во время беременности возможным не представляется. Даже если это лечение не связано с приемом антибиотиков, что крайне нежелательно во время беременности, оно всегда связано с иммунокоррекцией, а это во время беременности совершенно недопустимо. Поэтому задачей доктора при обострении дисбиоза влагалища у беременной женщины является лишь устранение симптомов и подготовка женщины к родам.

В нашей клинике с этой целью проводится курс процедур, которые если не нормализуют ситуацию, то делают ее более терпимой. Местное лечение, проводимое при этом, совершенно безвредно для плода. Если есть необходимость, это лечение на протяжении беременности можно проводить неоднократно.

Дисбиоз влагалища у девушек

Нарушение микрофлоры влагалища встречается у девушек, не начинавших половую жизнь, примерно с такой же частотой, как и у живущих активной половой жизнью женщин. Это связано несколько с другими факторами — нестабильность гормонального фона, становление цикла, а также с анатомическими особенностями строения девственной плевы.

Дисбиоз влагалища у девушек редко проявляется обильными выделениями, поскольку отверстия девственной плевы как правило не позволяют им выводиться из влагалища в том количестве, в каком они образуются. Поэтому развивается застой выделений во влагалище, и вероятность развития воспалительных заболеваний у девственниц выше. С другой стороны, при начале половой жизни с первыми половыми актами происходит заброс большого количества бактерий из влагалища в мочевой пузырь, и это может привести к возникновению так называемого «цистита медового месяца».

Лечение дисбиоза влагалища у девушек-девственниц несколько затруднительно из-за того, что строение девственной плевы не всегда позволяет проводить обработки влагалища лекарствами должным образом. В отдельных случаях даже приходится прибегать к искусственному нарушению целостности девственной плевы — гименэктомии.

В «СМ-Клиника» врачи-гинекологи после проведения обследования и анализов выявят точные причины дисбактериоза влагалища и назначат эффективное комплексное лечение, которое приведет к восстановлению нормальной микрофлоры влагалища.

Дисбактериоз влагалища — цены на лечение, симптомы и диагностика дисбактериоза влагалища в «СМ-Клиника»

В «СМ-Клиника» применяется комплексный подход к лечению дисбактериоза влагалища, включающий в себя несколько этапов:

  • устранение или подавление бактерий, находящихся во влагалище.
  • население нормальной микрофлоры влагалища.
  • восстановление иммунитета стенки влагалища с тем, чтобы она снова взяла под свой контроль вагинальную микрофлору.

Подавление нарушенной микрофлоры

Если дисбиоз влагалища связан с половой инфекцией, то задачей лечения является полное устранение возбудителя заболевания, передающегося половым путем (ЗППП) из организма женщины. В этом случае лечение обязательно включает в себя курс антибактериальной терапии, одновременно или после которой проводятся все прочие мероприятия.

Если речь о половых инфекциях не идет, то прием антибиотиков не является обязательным компонентом лечения. Как правило, в этом случае используется или очень короткий курс антибактериальной терапии (3-5 дней), либо лечения антибиотиками вовсе не проводится.

Значительно эффективнее бывает применение местных процедур. Они позволяют сочетать в себе одновременно все задачи лечения — и подавление патогенной флоры, и население нормальных обитателей влагалища, и местную иммунокоррекцию. Применение антисептиков при местных процедурах значительно более эффективно, нежели использование антибиотиков. Спектр действия антисептиков шире, а резистентности (невосприимчивости) к ним у бактерий практически никогда не возникает.

Население нормальной микрофлоры влагалища

Это самая главная часть лечения. Все остальные мероприятия проводятся лишь для того, чтобы создать условия для приживления и роста нормальной флоры. Население нормальной микрофлоры влагалища проводится большей частью во второй стадии курса, когда обитавший во влагалище возбудитель максимально подавлен. Для этого применяются массивные дозы эубиотиков (препаратов, содержащие живые бактерии) как общего, так и местного действия.

Применение для восстановления микрофлоры влагалища одних лишь эубиотиков неоправданно и как правило бесполезно. Пока во влагалище женщины живет в большом количестве, скажем, кишечная палочка, женщина может съесть килограмм лактобактерий, но ни одна из них не приживется во влагалище. Обязательно нужно сначала подавить ту бактерию (или бактерии), которые вызвали заболевание, а лишь потом населять нормальную микрофлору влагалища.

Восстановление иммунитета стенки влагалища

Иммунная система вагинальной стенки контролирует микрофлору влагалища, не позволяя расти другим бактериям. Нарушение микрофлоры влагалища всегда связано со снижением иммунитета его стенки. Поэтому местная иммунокоррекция обязательно должна являться частью лечения, иначе все прочие мероприятия окажутся неэффективными.

В простых случаях для иммунокоррекции можно ограничиться применением местных иммуномодуляторов. При запущенных формах заболевания восстановление иммунитета требует более серьезных мероприятий, а иногда в очень сложных ситуациях курс иммуномодулирующей терапии следует проводить перед всем остальным лечением.

Как правило лечение дисбиоза влагалища занимает 3 недели. Перед этим пациентка тщательно обследуется, при необходимости обследуется и ее половой партнер. После лечения проводится контрольный осмотр и делаются контрольные анализы. Если никаких симптомов болезни не обнаруживается, то лечение можно считать оконченным и в дальнейшем лишь заниматься профилактикой дисбиоза влагалища.

причины, жалобы, диагностика и методы лечения на сайте клиники «Альфа-Центр Здоровья»

Признаки дисбактериоза влагалища знакомы 75 — 90% женщин разного возраста. Это нарушения микрофлоры, которая в норме состоит из 90% лактобактерий, 9% бифидобактерий и до 1% условно-патогенных микроорганизмов. К ним относятся грибки Candida, гарднереллы, микоплазмы, другие организмы. При таком составе микрофлора сама ограничивает рост количества болезнетворных микроорганизмов, противостоит инфекциям на слизистой оболочке.

Причины и симптомы дисбактериоза влагалища

Баланс микрофлоры чутко реагирует на внутренние, внешние факторы. Нарушения могут происходить на фоне:

  • Гинекологических заболеваниях;
  • гормональных изменениях при половом созревании, беременности, нерегулярных сексуальных контактах, климаксе;
  • стрессов;
  • переохлаждения, которое влияет на иммунитет;
  • резкой смены климата;
  • недостаточного соблюдения правил гигиены, редкой смене прокладок, тампонов;
  • длительного или самолечения антибиотиками;
  • кишечных инфекций;
  • незащищенных половых контактов с разными партнерами;
  • системных заболеваний, ослабления иммунитета.

Любая из этих причин или их комбинация приводит к появлению признаков дисбактериоза влагалища. Однако это не значит, что каждая поездка на отдых или переживания при сдаче экзамена закончатся дисбактериозом. Защитные силы организма успешно поддерживают баланс, восстанавливают равновесие. Но вероятность того, что когда-то сбой произойдет велика.

Особенность дисбактериоза влагалища в симптомах, которые практически незаметны. Выделения белого или желтоватого цвета единственные изменения, заметные на начальной стадии. Рост патогенных микроорганизмов приводит к воспалительным процессам, тогда и появляются другие признаки:

  • жжение, боли в гениталиях;
  • уменьшение смазки;
  • покраснение, отечность слизистой.

Как выявить и чем лечить дисбактериоз влагалища

Для диагностики проводится осмотр с зеркалами и лабораторные тесты:

  • анализ мазка для оценки микрофлоры и степени воспаления;
  • ПЦР-тест для определения типа имеющихся микроорганизмов, их чувствительности к группам антибиотиков;
  • микробиологическое исследование – подсчет количества лакто-, бифидо-, других бактерий.

По результатам анализов врач определит, как лечить дисбактериоз влагалища. Терапию проводят комплексно, поэтапно:

  • подавление болезнетворной микрофлоры антибиотиками, антисептиками;
  • восстановление концентрации лакто-, бифидобактерий;
  • укрепление иммунитета приемом иммуномодуляторов.

При дисбактериозе влагалища лечение занимает около 3 недель. В ряде случаев терапия потребуется и половому партнеру. Курс заканчивается повторной сдачей анализов для контроля эффективности принятых мер.

Лечение дисбактериоза влагалища важно доверить врачу и пройти курс до конца. Самолечение или просто невнимание к возникшей ситуации опасно инфицированием органов мочеполовой системы. Цистит, уретрит, эндометрит, аднексит, другие заболевания – не полный перечень последствий нарушения баланса микрофлоры.

Дисбиоз влагалища | Прима Медика

Дисбиоз влагалища или бактериальный вагиноз

— это нарушение нормального биоценоза влагалища.

Слизистая влагалища защищена персистирующей микрофлорой. Сложившийся годами состав этой микрофлоры способен противостоять внедрению патогенных микроорганизмов или грибков. 

У здоровой женщины более 90% микроорганизмов, колонизирующих слизистую влагалища представляют собой молочнокислые палочки Дедерлейна (лактобактерии) и бифидобактерии. Жизнедеятельность этих микроорганизмов обеспечивает кислую влагалищную среду за счёт выделения перекиси водорода, что является губительным для многих болезнетворных микробов. 

Другие микроорганизмы, присутствующие на стенках влагалища, относятся к условно патогенной флоре – среди неё могут быть представлены стрептококки, гарднерелла, уреаплазма, грибы рода кандида и др. Пока рост и размножение представителей условнопатогенной микрофлоры сдерживается кислой средой, эти микроорганизмы находятся в меньшинстве и не могут активно размножаться, нанося вред женскому здоровью.

Факторы развивающие дисбиоз

  • любые факторы, которые подрывают здоровье иммунной системы, могут приводить к нарушению нормальной микрофлоры влагалища, то есть – к развитию влагалищного дисбиоза. Среди этих неблагоприятных факторов можно назвать стрессы, переохлаждения и перегревания, длительные болезни, акклиматизация, нарушения питания, такие как жесткие диеты или гиповитаминозы;
  • микробная агрессия, то есть проникновение на слизистую влагалища облигатно патогенных возбудителей или большого количества условно-патогенных микроорганизмов;
  • частая смена сексуальных партнеров без применения надлежащих защитных средств;
  • инфекционные заболевания органов мочеполовой системы;
  • травматическое повреждение слизистой влагалища;
  • гормональные сдвиги в организме женщины, вызванные беременностью, абортом, гинекологическими и соматическими заболеваниями, климаксом и др;
  • длительная антибиотикотерапия.

Как часто бывает в реальной клинической практике, причинами стойкого дисбиоза зачастую бывает сочетание нескольких неблагоприятных факторов.

При нарушении влагалищной микрофлоры в первую очередь снижается количества лакто и бифидобактерий. Вместо них разрастается условно-патогенная флора, каждый представитель которой при избыточном росте способен вызвать воспаление слизистой влагалища — кольпит. Чаще развивается неспецифическое воспаление, вызванное смешанной флорой. Такое состояние ещё называют «микст-инфекцией». При обследовании воспалительные неспецифические заболевания слизистой влагалища обнаруживают у каждой третьей женщины.

Как проявляется дисбиоз

Клинически ранние формы дисбиоза влагалища могут протекать бессимптомно или малосимптомно.

  • изменение количества вагинальных выделений (белей), их цвета, консистенции и запаха. При развитии заболевания количество выделений становится обильным;
  • зуд, жжение, резь при половых контактах и мочеиспускании.

По сути к врачу-гинекологу пациентку приводит не само нарушение влагалищной флоры, а развитие осложнений – кольпита, уретрита и т.д. Снижение защитной функции нормальной микрофлоры влагалища служит дополнительным фактором риска для заражения венерическими заболеваниями, для лечения которых требуется посетить прием венеролога, развития восходящей инфекции мочеполовых путей, осложненного течения беременности.

Лечение дисбиоза микрофлоры влагалища.

100% показанием к лечению бессимптомного дисбиоза является факт планирования беременности. В других случаях, при отсутствии клинических проявлений и жалоб, на стадии, когда нарушение биоценоза влагалища является только «лабораторным феноменом» можно занять выжидательную тактику. При этом пациентке следует рекомендовать нормализацию режима труда и отдыха, питания, снижение стрессовой нагрузки и лечение сопутствующих соматических заболеваний. Когда лечение влагалищного дисбиоза становится необходимым, перед врачом стоит комплексная задача, заключающаяся в:

  • Устранении ведущего инфекционного возбудителя;
  • Восстановлении нормальной микрофлоры слизистой влагалища;
  • Содействии активизации нормальной иммунной защиты;

Для устранения избыточного количества патогена стараются применять средства с избирательным действием, призванным щадить нормальную микрофлору. После достижения антибактериального эффекта, назначают препараты местного действия, содержащие живые полезные бактерии, так называемые эубиотики. После окончания лечения женщина должна в течение года находиться под диспансерным наблюдением. Рекомендованы регулярные осмотры у гинеколога, 1 раз в 3 месяца, при необходимости – повторные анализы. Если врач обнаруживает тенденцию к неблагоприятным изменениям микрофлоры – приходится проводить повторный курс лечения. Чаще всего такое случается в тех ситуациях, когда не удаётся устранить первопричину нарушений влагалищной микрофлоры. Если в течение первого года наблюдения проблем не возникает, то женщине рекомендовано наблюдение с кратностью визитов 1 раз в 6 месяцев, риск рецидива в таком случае снижается, и регулярный контроль позволяет предотвратить повторное обострение заболевания.

Дисбактериоз влагалища лечение | Статья на сайте медицинского центра «ВЫМПЕЛ-МЕДЦЕНТР»

Дисбактериоз влагалища – нарушение нормальной микрофлоры влагалища, имеющее невоспалительный характер и не относящееся к венерическим инфекциям. При такой патологии нормальная флора замещается анаэробными бактериями.

Встречается довольно часто и обнаруживается более, чем у 25-30% на приеме у гинеколога в медицинском центре «ВЫМПЕЛ-МЕДЦЕНТР». Симптоматика заболевания может быть ярко выражена или никак не проявляться. При дисбактериозе влагалища развивается бактериальная и грибковая флора, создающая кислую среду и препятствующая размножению иных микроорганизмов.

Угрозы здоровью эта патология не несет, но при этом отсутствие лечения дисбактериоза влагалища может привести к развитию серьезных болезней воспалительного характера у женщины.

Причиной вагинального дисбактериоза влагалища является одновременное воздействие многих микробов, а не какого-то определенного. Наиболее часто заболевание вызвано гарднереллами, микоплазмой и мобилинкусом.

Помимо воздействия данных бактерий, выделяют следующие причины:

  • Значительное содержание грибов рода Кандида при молочнице.
  • Сильное переохлаждение, сниженный иммунитет.
  • Гормональные расстройства, сбои менструального цикла, беременность, проведенные аборты, период климакса и прочие.
  • Стрессовые ситуации.
  • Нерегулярная половая жизнь и частая смена половых партнеров.
  • Инфекционные болезни женских половых органов.
  • Наличие половых инфекций.
  • Нарушения стула, заболевания кишечника, дисбактериоз.
  • Неправильное применение тампонов во время менструации – заменять их необходимо каждые 2 часа. Несоблюдение правил интимной гигиены.
  • Полипы и наличие кист во влагалище.
  • Заболевания эндокринной системы.
  • Нарушения развития половой системы.
  • Длительное употребление антибиотиков.
  • В результате хирургических вмешательств.
  • Наличие инородных тел во влагалище.
Особое значение в развитии вагинального дисбактериоза играет, безусловно, иммунитет женщины.

Симптоматика дисбактериоза влагалища

  • Наличие выделений с неприятным запахом, особенно после полового контакта.
  • Зуд и жжение, особенно при мочеиспускании.
  • Болезненность при половом акте.
  • При отсутствии лечения выделения изменять консистенцию, цвет и запах. Становятся более обильными.

Каждой женщине необходимо понимать важность посещения гинеколога и начала лечения дисбактериоза влагалища в медицинском центре «ВЫМПЕЛ-МЕДЦЕНТР», поскольку повышается вероятность развития вагинита, нарушения мочеиспускания.

Диагностика заболевания женской половой системы

Заболевания дисбактериоз влагалища выявляется на осмотре у гинеколога в медицинском центре «ВЫМПЕЛ-МЕДЦЕНТР», врач собирает жалобы пациентки, узнает о присутствии неприятного запаха, проводит осмотр влагалища и делает забор мазков на наличие патогенных бактерий. Также врач определяет кислотность влагалища. При сопутствующих заболеваниях рекомендовано посещение врачей других специальностей.

Лечение дисбактериоза влагалища в клинике «ВЫМПЕЛ-МЕДЦЕНТР» заключается в восстановлении нормальной среды влагалища для размножения лактобактерий. Назначаются лекарственные средства для повышения иммунитета, нормализации гормонального фона. Необходимо устранить патогенные микроорганизмы. Для этого могут быть назначены таблетки или свечи, ликвидирующие анаэробные бактерии. А также витамины и, при необходимости, антигистминные препараты.

Грамотное лечение дисбактериоза влагалища в медицинском центре «ВЫМПЕЛ-МЕДЦЕНТР» способно нормализовать микрофлору и предотвратить рецидивы.

Дата публикации: 28.04.2018 12:03:41

Гинекология — Лечение дисбактериоза влагалища

Симптомы дисбактериоза влагалища

Дисбактериоз влагалища – это нарушения микрофлоры влагалища. Незначительные отклонения от нормы присутствуют практически у всех женщин. Они часто протекают без симптомов и не доставляют женщине никакого дискомфорта. Лечение дисбакетриоза начинается, когда появляются неприятные симптомы, например выделения из влагалища, часто с резким запахом, и зуд. Их появление происходит при слишком большом отклонении от нормы. Если при появлении симптомов затягивать с лечением дисбактериоза влагалища, это чревато появлением серьезных инфекционных заболеваний и воспалений. А вредоносные бактерии вполне могут мигрировать в матку или в органы мочевыделительной системы и вызвать осложнения. Если женщине передалась половая инфекция, это всегда приводит в дисбактериозу. Чтобы это предотвратить раз в полгода нужно наведываться на консультацию гинеколога в медицинский центр Докарт в Харькове. А вот половому партнеру крайне редко передаются женские бактерии, так что половой акт для мужчины почти полностью безопасен. Заражение может произойти, только если дисбактериоз был вызван половыми инфекциями.

Лечение дисбактериоза влагалища

Гинекологический диагноз не звучит как дисбактериоз влагалища, потому что его можно поставить почти всем женщинам. Диагноз ставится в зависимости от того, какой именно вид бактерий обитает во влагалище в избыточном количестве. Самые распространенные, это бактериальный вагиноз, при преобладании бактерии гарднеллы. А также вагинальный кандидоз, известный в массах как молочница. При нем во влагалище значительно преобладает грибок кандида. Для верной диагностики перед началом лечения необходимо сдать анализы, например мазок на флору и на инфекции. Анализ выделений вы также можете провести в медицинском центре Докарт в Харькове.

Лечение дисбактериоза предполагает три этапа: устранение инфекции, восстановление нормальной микрофлоры, укрепление иммунной системы влагалища во избежание рецидивов. Современные препараты обычно объединяют эти задачи и действуют локально. Лечение дисбактериоза – это обычно введение свечей во влагалище. Иногда назначают введение свечей как два отдельных препарата. Один из них является антисептиком, а другой насыщает влагалище естественными бактериями. Очень редко в дополнение к этому используют пероральные препараты, например антибиотики для борьбы с инфекцией. Очень важно, чтобы медикаментозное лечение происходило только по назначению гинеколога. Как уже говорилось, дисбактериоз могут вызвать сотни различных бактерий. Какие бактерии преобладают у Вас, можно понять только после анализа мазков, сделанного в клинике. И только квалифицированный гинеколог может назначить необходимые медикаменты. Не занимайтесь самолечением.

У девственниц и у ведущих половую жизнь женщин с одинаковой частотой возникает дисбактериоз влагалища. Лечение его у девственниц несколько затрудняется наличием девственной плевы, которая не дает возможности введения некоторых препаратов. У беременных дисбактериоз активизируется, а лечение некоторыми медикаментами, например антибиотиками, исключено. В таком случае у гинеколога стоит задача максимально деликатно и максимально эффективно устранить симптомы болезни. Это важно, чтобы ребенок, продвигаясь по родовым путям, не заразился бактериями.

Медицинский центр Докарт в Харькове предлагает как анализ выделений влагалища для установки диагноза, так и качественное лечение дисбактериоза влагалища. Наши цены и контакты указаны на сайте.

причины, признаки, диагностика, лечение — Медцентр «Надежда»

Дисбактериоз, лечение которого является необходимостью, характеризуется состоянием, которое видоизменяет состав микроорганизмов, находящихся в кишечнике. Это, как правило, способствует нарушению работы желудочно – кишечного тракта.

Дисбактериоз: симптомы

Как и любое заболевание, дисбактериоз кишечника имеет предпосылки появления. Дисбактериоз у взрослых имеет следующие причины:

  • чрезмерный прием антибиотиков;
  • наличие кишечных инфекций;
  • наличие заболеваний органов пищеварения, к примеру, гастрит, язва и прочее;
  • неправильное питание;
  • пониженный иммунитет.

Дисбактериоз у детей также имеет ряд существенных причин, к ним можно отнести:

  • позднее начало кормления грудью;
  • кормление смесями;
  • неправильное питание;
  • нарушенная моторика кишечника;
  • хронические болезни желудка;
  • пищевые аллергические реакции;
  • попадание инфекции.

Дисбактериоз кишечника у взрослых и детей имеет одинаковые симптомы. Недуг характеризуется появлением вредных грибков и бактерий. Они в кратчайшие сроки разрушают микрофлору. Таким образом, пациент получает нарушение пищеварения. В случае игнорирования лечения дисбактериоза у взрослых, симптомы будут ухудшаться. Начнут появляться сильные болевые ощущения, а также нарушение усвоения витаминов и полезных веществ, что приведет к резкому понижению веса.

Дисбактериоз кишечника: лечение

Прежде всего, лечение недуга предполагает обращение к врачу, а именно гастроэнтерологу. Он сможет провести диагностику и на ее основе назначить необходимый курс лечения.

Лечение дисбактериоза у взрослых предполагает следующие процедуры:

  • Строгая диета.  В рацион необходимо включить кисломолочные продукты, которые обогатят организм бифидобактериями.
  • Прием антибиотиков, который поможет избавиться от бактерий наносящих вред организму.
  • Специализированные медикаменты, которые помогут нормализировать микрофлору кишечника, к примеру, бификол, хиллак, линекс.

Лечение дисбактериоза кишечника у взрослых, как правило, восстанавливает микрофлору кишечника по истечении двух месяцев.  Но стоит помнить о том, что микрофлора очень чувствительна к различным воздействиям. Для уменьшения рисков повторного заболевания необходимо уделить должное внимание вашему здоровью.

ВИЧ-ассоциированный дисбактериоз кишечника не зависит от сексуальной практики и коррелирует с неинфекционными заболеваниями

Клинические и демографические характеристики участников

Когорта согласованных контрольных групп ЛЖВ и ВИЧ-серонегативных (всего n = 160, PWH n = 80 , ВИЧ-серонегативный контроль n = 80), был собран для включения стратифицированных подгрупп из 83 МСМ, 38 мужчин, не являющихся МСМ (МСМ, определяемых как участники мужского пола, которые никогда не имели половых контактов с мужчинами) и 39 женщин.При изучении каждой подгруппы индивидуально женская группа [F = ВИЧ-инфицированные (PWH-F) и ВИЧ-серонегативные контроли (SN-F)]; группа мужчин, имеющих половые контакты с мужчинами [МСМ = ВИЧ-инфицированные (PWH-MSM) и ВИЧ-серонегативные контроли (SN-MSM)] и группа мужчин, не являющихся МСМ [MSW = ВИЧ-инфицированные (PWH-MSW) и ВИЧ -серонегативный контроль (SN-MSW)], не было значительных различий в возрасте, ИМТ, статусе курения табака, рецептивном анальном половом акте в течение последних 6 месяцев (RAI), партнерах на протяжении всей жизни, частоте потребления алкоголя или употреблении амфетамина среди ЛЖВ и серонегативный контроль (дополнительные данные 1).Все участники были жителями Нидерландов, и, хотя некоторые из них различались по странам рождения, страны рождения существенно не различались между PWH и серонегативным контролем в каждой подгруппе (дополнительные данные 1). Девяносто один процент когорты заполнили анкету относительно сексуальной практики в течение 6 месяцев, предшествующих их учебному визиту. Шестнадцать процентов PWH-F и десять процентов SN-F заявили, что имели рецептивный анальный половой акт в течение последних шести месяцев (RAI) ( P = 0.298 Точный тест Фишера). 48% PWH-MSM и 62% SN-MSM участвовали в RAI ( P = 0,334 Точный тест Фишера, дополнительные данные 1). Не было значительных различий в вирусологических и иммунологических характеристиках PWH между группами субъектов (дополнительные данные 2).

Микробиота кишечника различается у PWH и ВИЧ-серонегативных контролей.

Образцы фекалий использовали для профилирования микробных сообществ с помощью секвенирования 16 рРНК. После фильтрации по качеству и глубине секвенирования сравнивали согласованные пары PWH и серонегативного контроля на общую сумму n = 142 субъекта (36 женщин, 72 МСМ, 34 МСМ).Статус ВИЧ-инфекции был значительно связан со снижением всех общих показателей альфа-разнообразия (рис. 1а), что подтверждает недавний метаанализ 27 . Анализ основных координат (рис. 1b) выявил кластеризацию PWH и ВИЧ-серонегативных контролей, что было подтверждено пермутационным многомерным дисперсионным анализом ( P <0,001, PERMANOVA). Состав сообщества отличал PWH от ВИЧ-серонегативного контроля ( P = 0,001, PERMANOVA) даже при стратификации по группам (F, MSM, MSW) и стране рождения — две переменные, которые также оказали значительное влияние на микробиоту кишечника (дополнительные данные 3) .Отобрав неинфицированных контрольных участников, которые соответствовали каждому участнику PWH по возрасту, полу, сексуальным предпочтениям, ИМТ и стране рождения, мы использовали план статистического исследования с парной выборкой, чтобы гарантировать, что сравнения не будут искажены ни одной из вышеупомянутых характеристик. Таким образом, парный непараметрический тест Вилкоксона был использован для выявления таксонов кишечных бактерий, которые различались по численности между PWH и серонегативным контролем ( n = 142 парных образца, дополнительные данные 4). Среди бактериальных таксонов, обогащенных PWH, были представители семейств Desulfovibrionaceae (в частности, Bilophila wadworthia ) и Enterobacteriaceae (рис.1c), частота которых по разному наблюдалась как повышенная при PWH 15,16,17,18,19,21,22,23,24 и при воспалительном заболевании кишечника 28 . Таксоны, истощенные по PWH — что, вероятно, является причиной уменьшения альфа-разнообразия — были преимущественно членами Clostridiales семейств Lachnospiraceae и Ruminococcaceae , что также согласуется с некоторыми предыдущими исследованиями 16,17,20,21 , 22,23,24 . Известно, что члены этих клад обогащены продуцентами SCFA 6 , класса соединений, которые обеспечивают энергией эпителиальные клетки кишечника, предотвращают распространение провоспалительных протеобактерий 29 и индуцируют дифференциацию, стимулирующую иммунологическую толерантность. Регуляторные Т-клетки 6 .Эти данные подтверждают вывод о том, что PWH демонстрируют измененную микробиоту кишечника по сравнению с контрольной группой, не инфицированной ВИЧ, что может включать увеличение количества провоспалительных кишечных бактерий и истощение членов микробиоты, способствующих гомеостазу. Примечательно, однако, отсутствие наблюдаемого истощения Bacteroides и обогащения таксонов Prevotella , которые были отличительными чертами некоторых предыдущих исследований микробиоты ВИЧ 18,19,20,21,22,23 .

Рис. 1: Состав микробиоты кишечника различается у PWH и неинфицированных контролей.

a Показатели альфа-разнообразия показаны для всех участников, сгруппированных как PWH и серонегативный контроль ( n = 142, двусторонний парный t -тест P = 0,0012, P = 0,0012, P = 0,0004 соответственно). Прямоугольники обозначают межквартильный диапазон, столбик обозначает медианное значение, а усы обозначают диапазон. b График анализа основных координат (PCoA), основанный на метрике бета-разнообразия Канберры с центроидами, изображенными в виде ромбов для PWH и серонегативных контролей.Различия сообществ подтверждены ПЕРМАНОВОЙ, P = 0,001. c График вулкана, изображающий ASV (операционные таксономические единицы, относящиеся к вариантам последовательности dada2) в дифференциальной численности между PWH и серонегативным контролем с использованием парного непараметрического критерия Вилкоксона со знаком рангов, с парами PWH и контролями, сопоставленными по полу и сексуальной практике , возраст, ИМТ и страна рождения. Показатель ложного открытия по Бенджамини – Хохбергу Q — значение отсечения 0,05. ASV окрашены либо по их семейству (для Lachnospiraceae , Ruminococcaceae и Prevotellacaeae ) или по порядку (все остальное), а семейства выбранных таксонов обозначаются текстом.* P <0,05, ** P <0,005, *** P <0,001.

Микробиота различается по ЛЖВ независимо от пола / сексуальной практики

Чтобы определить, в какой степени леченная ВИЧ-инфекция и секс / сексуальная практика способствуют изменениям микробного сообщества у ЛЖВ, мы стратифицировали анализ по группам: F ( n = 36 ), MSM ( n = 72) и MSW ( n = 34). Среди МСМ и F PWH продемонстрировали снижение альфа-разнообразия, по крайней мере, на один показатель альфа-разнообразия (рис.2а) с аналогичной тенденцией для ТБО. Разнообразие Шеннона, являющееся мерой богатства обоих видов (количества таксонов, обнаруженных в образце), а также равномерности их распределения, было уменьшено в PWH-F и продемонстрировало ту же картину для PWH-MSM и PWH-MSW (рис. 2а). ). PWH-MSM продемонстрировал устойчивое снижение видового богатства и филогенетического разнообразия Фэйт (мера ширины филогенетического дерева, присутствующего в образце), тогда как как PWH-F, так и PWH-MSW также продемонстрировали более низкое видовое богатство.В целом эти данные свидетельствуют об уменьшении альфа-разнообразия среди ЛЖВ по сравнению с ВИЧ-серонегативной контрольной группой независимо от пола / сексуальной практики. Сравнение структуры сообществ с использованием анализа бета-разнообразия выявило значительные различия по ВИЧ-статусу в каждой из трех групп, рассматриваемых индивидуально (MSM P = 0,005, MSW P = 0,018, F P = 0,049; рис. 2b). Мы обнаружили, что варианты последовательности ампликона (ASV), которые были в разной численности между всеми подобранными PWH и отрицательными контролями, имели согласованные тенденции численности во всех трех группах (рис.2в). Кроме того, при исследовании основных ASV, которые отличали PWH от контроля в каждой группе, рассматриваемой отдельно, эти таксоны продемонстрировали соответствие в направленности сдвигов их численности (будь то обогащенные PWH или контрольные) в трех группах (точный критерий Фишера P <0,0001 , Дополнительный рис. 2). Вместе эти данные предполагают, что лечение ВИЧ-инфекции оказывает сильное влияние на кишечное бактериальное сообщество в человеческих популяциях, которое пронизывает секс и сексуальную практику.

Рис. 2: Различия в составе кишечной микробиоты очевидны внутри подгрупп.

a Показатели альфа-разнообразия показаны для трех подгрупп пола / сексуальной практики ( n = 36 женщин, n = 72 МСМ; мужчины, имеющие половые контакты с мужчинами, n = 34 МСМ; мужчины, имеющие секс с женщинами), разделенные на ЛЖВ и серонегативные контроли. Парные двусторонние тесты t были использованы для проверки значимости различий между группами ( P = 0.022, P = 0,048, P = 0,064, P = 0,061, P = 0,080, P = 0,022, P = 0,056 соответственно для обозначенных чертой). Прямоугольники обозначают межквартильный диапазон, столбик обозначает медианное значение, а усы обозначают диапазон. b График PCoA, основанный на метрике бета-разнообразия Канберры с центроидами, изображенными в виде ромбов для PWH и серонегативного контроля. Различия между сообществами были подтверждены PERMANOVA (самка P = 0,04998; MSM P = 0.005; MSW P = 0,018). c Плитка, показывающая среднее кратное изменение ASV среди всех PWH по сравнению с серонегативными участниками, с представлениями среднего кратного изменения log для каждой подгруппы для значимых ASV. Показаны ASV со значимостью знакового ранга Уилкоксона P <0,0125 при сравнении PWH и серонегативного среди всех парных участников вместе (включая все три подгруппы). Белые квадраты обозначают, что ASV присутствует менее чем в 20% образцов в данной подгруппе. P <0,10, * P <0,05.

Микробиота, ассоциированная с МСМ, отличается от микробиоты ВИЧ

Затем мы исследовали микробное сообщество кишечника у МСМ, чтобы понять вклад сексуальной практики в дисбактериоз, связанный с ЛПГ. Несмотря на то, что страна рождения участников исследования совпадала между PWH и серонегативным контролем в каждой группе, подгруппы (F, MSM, MSW) различались по своему соотношению стран рождения участников, причем преобладающая группа родилась в стране набора, Нидерланды.Поскольку иммиграционный статус связан с различиями в микробиоте 30 , для последующих анализов МСМ мы стремились смягчить противоречивые эффекты иммиграционного статуса, отбирая только лиц, не являющихся иммигрантами, родившихся в самой многочисленной группе стран рождения (Нидерланды). МСМ демонстрируют значительно более высокое альфа-разнообразие независимо от статуса ВИЧ-инфекции по сравнению с МСМ и F (рис. 3a, дополнительный рис. 1a, b), что подтверждается предыдущими исследованиями 24,25 . Выраженная кластеризация профилей микробиоты кишечника МСМ и МСМ наблюдалась независимо от ВИЧ-статуса (Adonis, P = 0.001), предполагая, что сексуальная практика сама по себе может приводить к изменчивости бактериального состава (рис. 3b). Затем мы сравнили численность ASV в MSM по сравнению с MSW (дополнительные данные 5) и обнаружили, что MSM характеризовались значительно более высокой численностью нескольких представителей Prevotellaceae в соответствии с предыдущими отчетами 24,25,26 , а также ее увеличением. у членов Coriobacteriaceae , Erysipelotrichaceae и Clostridiales (преимущественно Lachnospiraceae и Ruminococcaceae ) (рис.3в). Напротив, частоты представителей Bacteroides и Rikenellaceae , а также Akkermansia muciniphila были ниже у МСМ по сравнению с МСМ (рис. 3c).

Рис. 3: Сексуальные практики оказывают большое влияние на состав кишечной микробиоты.

a Показатели альфа-разнообразия показаны для трех подгрупп пола / сексуальной практики ( n = 16 женщин, n = 72 МСМ, n = 25 МСМ), с участниками, подобранными по стране рождения (Нидерланды) .Филогенетическое разнообразие Веры P = 3 × 10 −7 , разнообразие Шеннона P = 2,3 × 10 −6 , богатство P = 3,2 × 10 −7 по тестам Краскела – Уоллиса. P <0,10, * P <0,05, ** P <0,005, *** P <0,001 по тестам Манна – Уитни U . Прямоугольники обозначают межквартильный диапазон, столбик обозначает медианное значение, а усы обозначают диапазон. b График анализа основных координат (PCoA), основанный на метрике бета-разнообразия Канберры с центроидами, изображенными ромбами для MSM и MSW.Показаны участники, сопоставленные по стране рождения (Нидерланды) и инфекционному статусу между группами сравнения МСМ и МСР ( n = 72 МСМ [36 PWH и 36 серонегативных] по сравнению с n = 22 MSW [11 PWH и 11 серонегативных] ). Различия сообществ подтверждены ПЕРМАНОВОЙ, P = 0,001. c График вулкана, изображающий ASV в разной численности между MSM и MSW, сопоставленный по статусу инфекции и стране рождения, с использованием непарного непараметрического критерия Манна – Уитни U .ASV окрашены в соответствии с их порядком или семейством, а семейства выбранных таксонов обозначаются текстом. d Сравнение тенденций численности среди ASV, значительно различающихся как при сравнении MSM с MSW, так и PWH с неинфицированным контролем. ASV были отобраны по P -значение <0,05 в обоих сравнениях (парный Wilcoxon для PWH против неинфицированных, непарный Mann-Whitney для MSM против MSW). Направленность численности ASV противоречит друг другу и опровергает ожидание того, что наличие статуса МСМ обогащает те же таксоны, что и ВИЧ-инфекция (точный тест Фишера P <0.001).

Предыдущие исследования микробиоты кишечника PWH могли быть затруднены из-за чрезмерной представленности МСМ в группе PWH по сравнению с серонегативной контрольной группой, взятой из общей популяции, в которой МСМ могут составлять меньшинство. Таким образом, таксоны, обогащенные МСМ из-за сигнатуры связанной с МСМ микробиоты, могли появиться как ложноположительные наблюдения, объединенные с таксонами, обогащенными ВИЧ-инфекцией. Чтобы понять, перекрывается ли сигнатура микробиоты, ассоциированной с МСМ, и, таким образом, объясняется ли появление сигнатуры ассоциированной с ВИЧ микробиоты, мы попытались решить важный безответный вопрос о том, являются ли таксоны, обогащенные PWH, такими же, как таксоны, обогащенные PWH. MSM или, наоборот, были ли истощены в PWH также и в MSM.Из ASV, которые значительно различались между PWH и серонегативными (общее количество ASV = 65 с P <0,05) и MSM по сравнению с MSW (общее ASV = 99 с P <0,05), 20 ASV совпадали между этими списками (13,9% от два списка). Неожиданно было обнаружено, что эти ASV демонстрируют противоположные тенденции численности среди этих двух наборов сравнений (рис. 3d). В частности, таксонов Prevotella и несколько представителей Lachnospiraceae и Ruminococcaceae были обогащены МСМ, но истощены по PWH.Эти данные показывают, что сигнатура микробиоты МСМ сложна и уникальна и, что важно, в основном не перекрывается с сигнатурой ВИЧ-инфекции, причем некоторые таксоны демонстрируют противоположные сдвиги численности, как в сигнатуре микробиоты ВИЧ.

Сексуальная практика связана с микробиотой независимо от пола

Чтобы изучить потенциальные движущие силы сигнатуры микробиоты, связанной с МСМ, мы исследовали тенденции микробиоты, связанные с сексуальной практикой ЛЖВ и ВИЧ-серонегативными контрольными людьми в течение шести месяцев до посещения исследования.Девяносто один процент МСМ заполнили поведенческую анкету, которая предоставила информацию о недавних рецептивных анальных контактах в течение последних шести месяцев (RAI). Мы обнаружили, что из 72 всех профилированных МСМ 44 сообщили, что участвовали в RAI (MSM / RAI +), а 28 сообщили об отсутствии такой недавней активности (MSM / RAI-), без существенных различий в активности RAI между PWH-MSM и SN- МСМ ( P = 0,73). В отличие от двух предыдущих исследований 25,26 , мы наблюдали значительные различия в сообществах между MSM / RAI + и MSM / RAI- (PERMANOVA P = 0.01, дополнительный рис. 3). Было обнаружено, что многочисленные ASV имеют различную численность между MSM / RAI + и MSM / RAI- (дополнительные данные 6), включая истощение ASV, принадлежащих кладам Clostridiales, Veillonellaceae и Akkermansia в MSM / RAI +, тогда как члены принадлежащие к семейству Prevotellaceae , были обогащены MSM / RAI + (рис. 4а). Затем мы выбрали лучшие ASV, которые отличали MSM от MSW (ASV с P <0,05 на рис. 3c), и сравнили их с ASV, которые отличали MSM / RAI + от MSM.MSM / RAI- (ASV с P <0,05 на рис. 4а). Среди таксонов, которые частично совпадали в этих двух списках, наблюдалась четкая согласованность тенденций численности, так что таксоны, которые были обогащены MSM по сравнению с MSW, также были обогащены MSM / RAI + по сравнению с MSM / RAI-, и эта закономерность была отражена в обедненных таксоны бактерий ( P = 0,006, точный критерий Фишера, рис. 4б). Бактериальные сообщества увеличились в MSM и MSM / RAI + включали Prevotella , Collinsella и Oribacterium членов, тогда как Blautia faecis и Akkermansia muciniphila были истощены как в MSM +, так и в MSM / RAI / RAI.Для дальнейшего изучения изменений в составе кишечной микробиоты, связанных с сексуальной практикой, мы попытались изучить роль рецептивного анального полового акта у участников женского пола в нашей когорте. Используя метрику расстояния Канберрского бета-разнообразия, которая количественно оценивает сходство общего экологического сообщества между двумя образцами микробиоты и хорошо подходит для данных подсчета микробиоты 31 , мы количественно оценили сходство профилей кишечной микробиоты женщин, которые сообщили о RAI (F / RAI +, n = 5) для МСМ, которые сообщили о RAI (MSM / RAI +), а также женщин без RAI ( n = 33) участникам MSM / RAI +.Мы обнаружили, что самки с RAI демонстрировали большее сходство бактериального сообщества с популяцией MSM / RAI +, чем самки, не сообщавшие об RAI ( P <0,05) (рис. 4c). В соответствии с влиянием RAI на мужчин, все ASV, которые смещались у женщин с RAI по сравнению с женщинами без RAI и MSM по сравнению с MSW, имели одинаковое направление ( P = 0,033, рис. 4d). Наконец, мы обнаружили, что при сравнении общей структуры сообщества МСМ, которые недавно принимали участие в программе RAI без презервативов ( n = 31), и МСМ, которые участвовали в программе RAI с использованием презерватива ( n = 18), не наблюдалось. значительная разница в составе сообщества ( P = 0.16, ПЕРМАНОВА). Таким образом, эти данные показывают, что сексуальная практика связана с уникальной характеристикой микробиоты независимо от пола и, возможно, независимо от использования презервативов.

Рис. 4: Недавняя сексуальная практика и пожизненная сексуальная практика влияют на состав микробиоты кишечника независимо от пола.

график вулкана , изображающий ASV в разной численности между MSM / RAI + (мужчины, практикующие секс с мужчинами, которые испытали рецептивный анальный половой акт в течение последних 6 месяцев до отбора проб, n = 44) и MSM / RAI- (мужчины имеющие половые контакты с мужчинами, у которых не было рецептивного анального полового акта в течение последних 6 месяцев перед взятием образцов, n = 28), сопоставимых по статусу инфекции. b Перекрытие тенденций численности среди 100 ведущих таксонов по дифференциальной кратной численности среди МСМ по сравнению с МСМ ( n = 72 МСМ, n = 22 МСМ) и MSM / RAI + по сравнению с MSM / RAI- ( n = 44 MSM / RAI +, n = 28 MSM / RAI-). Тесты Манна – Уитни были выполнены для каждого ASV для обоих сравнений, и показаны таксоны, которые достигли P <0,05 в обоих списках. c Среднее расстояние сообщества Канберры до МСМ / RAI + было рассчитано для каждой выборки участниц, которые сообщили о рецептивном анальном половом акте в течение 6 месяцев до отбора (F / RAI +, n = 5), и участниц, которые не сообщили о такой активности (F. / RAI−, n = 28).Сообщества кишечника F / RAI + были значительно более похожи на MSM / RAI +, чем сообщества F / RAI-. Непарный двусторонний т -тест П = 0,0496. Средняя полоса обозначает среднее значение, а столбцы ошибок представляют стандартное отклонение. d Совпадение тенденций численности среди таксонов, достигших P <0,05 в обоих сравнениях MSM с MSW и F / RAI + с F / RAI- (точный критерий Фишера P = 0,077), как было выполнено в б .

Устойчивость сигналов МСМ и ВИЧ-ассоциированной микробиоты

Исследования микробиоты, сравнивающие заболевание издоровые люди очень склонны к ложному открытию из-за большого количества проводимых сравнений (~ 10 3 таксонов, обычно сравниваемых по группам) и, следовательно, высокой вероятности случайных наблюдений, оказывающих значительное различие между случаями и контролем. Одним из методов решения проблемы идентификации сигнала среди шума является изучение последовательности таксономических сдвигов в независимых исследованиях, упражнение, которое в значительной степени поддерживает сдвиги, описанные здесь 15,16,17,18,19,20,21,22, 24 .Машинное обучение предлагает еще одну привлекательную методологию уменьшения количества ложных открытий с использованием концепции перекрестной проверки внутри исследования. С помощью этого метода модель бинарной классификации идентифицирует наиболее дискриминационные бактериальные таксоны между положительными и отрицательными классами (то есть случаями и контролями) из подмножества образцов, известного как «обучающий набор». Затем определяется способность модели точно предсказать класс оставшейся выборки — «проверочного» набора невидимых выборок, удерживаемых при обучении модели.Модели многократно обучаются на случайно выбранных обучающих подмножествах и оцениваются на оставшихся сохраненных данных проверки. Общая способность кишечной микробиоты точно предсказать невидимые образцы в их правильный класс количественно определяется как площадь под кривой характеристической кривой приемника (AUROC), которую можно интерпретировать как вероятность того, что при заданной случайной паре невидимые положительные и отрицательные образцы, классификатор выберет положительный образец вместо отрицательного как принадлежащий к положительному классу.Таким образом, мы использовали бинарные классификаторы гребневой логистической регрессии для оценки общей устойчивости кишечной микробиоты, чтобы отдельно прогнозировать МСМ по сравнению с МСР и ЛЖВ по сравнению с неинфицированными ВИЧ. В обоих случаях микробиота смогла классифицировать людей со значительной точностью прогноза с AUROC = 0,84 ± 0,07 ( P = 0,015) для МСМ по сравнению с MSW и AUROC = 0,73 ± 0,06 ( P = 0,017) для PWH по сравнению с серонегативный (рис. 5а), что указывает на то, что и статус ВИЧ-инфекции, и статус МСМ имеют надежные сигнатуры микробиоты и что сигнатуры микробиоты МСМ были более устойчивыми, чем сигнатуры ВИЧ.Это согласуется с наблюдением, что большее количество ASV значительно различались между MSM и MSW по сравнению с PWH и серонегативными (дополнительные данные 4 и 5). Аналогичные результаты были получены при использовании бинарных классификаторов случайных лесов (дополнительный рис. 4). Чтобы проверить, дает ли наша модель точные прогнозы из-за истинных различий в микробиоте между нашими компараторами, а не из-за чрезмерного соответствия шуму в данных о численности таксонов, образцы были случайным образом распределены между MSM или MSW в MSM vs.Сравнение MSW или отдельно с PWH или серонегативным для соответствующего сравнения, и наш конвейер был выполнен на полученных поврежденных данных. Когда метки классов выборки были таким образом рандомизированы, результаты согласовывались с предположением, близким к случайному (0,50 ± 0,13 и 0,50 ± 0,08, для МСМ по сравнению с МСМ и PWH по сравнению с ВИЧ-серонегативным, соответственно, рис. 5b), что подтверждает результаты исследования. истинные группировки и общий вывод о том, что как сексуальная практика, так и статус ВИЧ-инфекции влияют на микробиоту кишечника, которые являются неслучайными, надежными и последовательными в разных выборках.

Рис. 5: Профили кишечной микробиоты четко разделяют образцы по статусу ВИЧ-инфекции и сексуальным предпочтениям.

a Приложение машинного обучения гребенчатой ​​логистической регрессии использовалось для проверки устойчивости различий между MSM и MSW ( n = 72 MSM, n = 22 MSW) и PWH по сравнению с незараженными ( n = 71 PWH, n = 71 серонегативный). И статус МСМ, и статус ВИЧ-инфекции продемонстрировали надежные сигнатуры, по которым гребенчатая логистическая регрессия могла с высокой точностью предсказать статус классификации невидимых выборок (AUROC = 0.84 для MSM по сравнению с MSW с P = 0,015, AUROC = 0,73 для PWH по сравнению с серонегативным с P = 0,017). b Выборочные классификации (например, MSM, MSW, PWH, серонегативный) были случайным образом переставлены, чтобы внести шум в набор данных и количественно оценить способность машинного обучения классифицировать людей на основе ложных данных. Случайная перестановка меток классов продемонстрировала отсутствие точности классификации ложных данных (AUROC = 0,5 как для MSM по сравнению с MSW, так и для PWH по сравнению с незараженными). c Лучшие функции ASV, которые используются в моделях для прогнозирования гребневой логистической регрессии MSM vs.MSW и PWH против серонегативных. Коэффициенты признаков представляют собой степень, в которой каждый ASV был взвешен для представления данного класса (положительный результат для MSM по сравнению с MSW указывает, что ASV указывает на МСМ; положительный для PWH против серонегативного указывает на PWH). Столбцы имеют цветовую кодировку логарифмически средних кратных изменений PWH по сравнению с серонегативными и показывают отсутствие корреляции между ASV, информативными для прогнозирования статуса МСМ, и значениями, в изобилии измененными в PWH.

Модели логистической регрессии хребта позволяют использовать коэффициенты параметров признаков (т.е. значения функций), которые указывают на относительную связь каждого ASV и классов, изученных моделью во время минимизации ошибки классификации (дополнительные данные 7 и 8). Признаки ASV, которые были наиболее информативными для прогнозирования PWH по сравнению с ВИЧ-серонегативными, включали Enterobacteriaceae и Desulfovibrionaceae , член Bilophila wadsworthia , как показательных для PWH, и Coriobacteriaceae, и , образцы серонегативных вирусов и 9000raceae, относящиеся к ВИЧ-инфицированным Lachn. (Инжир.5c), наблюдения, которые в значительной степени согласовывались с данными, обнаруженными в дифференциальной численности с помощью традиционных статистических методов (рис. 2c) и предшествующих исследований 15,16,17,18,19,20,21,22,24 . Интересно, что ASV, которые были истощены в MSM, обладали большей способностью прогнозировать MSM по сравнению с MSW (рис. 5c), и они включали Bacteroides , род Alistipes из семейства Rikenellaceae , о которых ранее сообщалось как об истощенных. при ВИЧ-инфекции среди исследований, в которых контрольная популяция не была активно подобрана для сексуальной практики 32 .

ВИЧ-ассоциированная микробиота коррелирует с воспалением

Чтобы понять клинические последствия нарушений микробиоты кишечника, ассоциированных с ВИЧ, мы рассчитали «индекс дисбиоза» (DI), чтобы свести к одному числу сдвиги в бактериальных таксонах, которые были характерны для PWH. против серонегативных участников. Это было достигнуто путем расчета логарифмического отношения средних геометрических численностей таксонов, которые были обогащены PWH (имеющим Wilcoxon P <0,05) по сравнению с таксонами, которые были обеднены PWH (имеющие Wilcoxon P <0.05) по сравнению с серонегативным контролем. Результирующий DI отличался между ВИЧ-инфицированными группами и был самым низким среди PWH-MSM (дополнительный рисунок 5), возможно, из-за того, что тенденции численности определенных таксонов в сигнатуре МСМ противоречат тенденциям численности тех же таксонов в микробиоте ВИЧ. сигнатуры (рис. 3d), а также в целом увеличившееся альфа-разнообразие у МСМ (как PWH, так и серонегативных, дополнительный рис. 1a, b), что противоречит тенденции в PWH (рис. 2a). Затем мы исследовали связи между DI и клиническими характеристиками и воспалительными маркерами внутри PWH, используя линейные модели смешанных эффектов с подгруппой (F / MSM / MSW), включенной в качестве случайного эффекта.Мы обнаружили сильную значимую корреляцию между DI и известной продолжительностью ВИЧ-инфекции, продолжительностью антиретровирусной терапии (которая коррелировала с продолжительностью ВИЧ-инфекции), а также нижним числом CD4 33 и числом CD4 до АРТ 34 ( Рис. 6a, Дополнительные данные 9). Поскольку снижение альфа-разнообразия также было признаком ВИЧ-ассоциированной микробиоты, мы провели такой же анализ ассоциации в пределах PWH по разнообразию Шеннона по сравнению с клиническими и воспалительными маркерами, чтобы найти ассоциации с растворимым CD14 (sCD14) (дополнительный рис.6a, b) и подсчет CD4 до АРТ (рис. 6b, дополнительные данные 10).

Рис. 6. Характеристики микробиоты кишечника, связанные с ВИЧ, коррелируют с маркерами прогрессирования ВИЧ-инфекции, иммунной активации, а также распространенности сопутствующих заболеваний.

Модели линейных смешанных эффектов (LME) использовались для контроля для подгрупп (F, MSM, MSW) в качестве случайных эффектов для всех представленных анализов. Линии линейной регрессии, обозначенные синим цветом с 95% доверительным интервалом, изображены в виде градиента с красным, представляющим направления как для независимых, так и для зависимых переменных, которые связаны с состоянием PWH (например,г. высокий индекс дисбактериоза, низкий уровень CD4 в надире), а синий цвет представляет серонегативное состояние. «Индекс дисбактериоза» (DI) коррелирует с надиром CD4 (количество / мм 3 ), LME P = 0,003, Benjamini – Hochberg Q = 0,017, среди субъектов PWH ( n = 80). b Альфа-разнообразие Шеннона коррелирует с количеством CD4 до АРТ, LME P = 0,002, Q = 0,038. c концентрации suPAR в плазме сильно повышены при PWH ( n = 27) по сравнению с подобранными серонегативными контролями ( n = 27) по парному критерию знаковых рангов Вилкоксона.Benjamini – Hochberg Q — значения, рассчитанные с учетом всех 1305 плазменных маркеров, количественно определяемых с помощью анализа SomaScan на основе аптамеров. Прямоугольники обозначают межквартильный диапазон, столбик обозначает медианное значение, а усы обозначают диапазон. d Альфа-разнообразие Шеннона коррелирует с уровнями suPAR в плазме, LME P = 0,00073, Q = 0,022, n = 54 PWH. e Количество сопутствующих заболеваний у участников PWH ( n = 80) на момент отбора проб коррелирует с DI, LME P = 0.0006, Q = 0,005.

Чтобы расширить понимание связи между ВИЧ-ассоциированной микробиотой и иммунным состоянием хозяина, мы провели объективный протеомный скрининг на основе аптамеров для количественного определения 1305 белков плазмы человека в подмножестве образцов, равномерно разделенных между исследуемыми группами (9 SN-F, 9 SN -MSM, 9 SN-MSW, 16 PWH-F, 22 PWH-MSM и 16 PWH-MSW). Сравнение всех белков плазмы между парными PWH и серонегативными контролями выявило несколько воспалительных маркеров, обогащенных ВИЧ-инфекцией (дополнительные данные 11), включая миелопероксидазу (MPO), фактор роста / дифференцировки 15 (GDF15) и поверхностный рецептор секретируемого активатора плазминогена урокиназы (suPAR). маркер системной иммунной активации, недавно идентифицированный как чрезвычайно сильный независимый предиктор миокардиальной и общей заболеваемости и смертности, не связанных со СПИДом 35,36 .Примечательно, что suPAR был значительно выше в PWH ( P = 2,6 × 10 −5 , Q = 0,011, рис. 6c, n = 27 согласованных пар) и обратно коррелировал с разнообразием Шеннона ( P = 0,0007, Q = 0,021, рис. 6d) при исследовании всех PWH, запрошенных с помощью протеомики ( n = 54 PWH). Хотя DI и разнообразие Шеннона сами по себе были обратно коррелированы друг с другом, многомерный линейный анализ смешанных эффектов показал, что каждый из них был связан с вышеупомянутыми маркерами болезни независимо от другого (CD4 nadir vs.Д.И. и Шеннон: DI P = 0,0173, Шеннон P = 0,8147; sCD14 по сравнению с DI и Шенноном: DI P = 0,737, Шеннон P = 0,0436; suPAR против DI и Шеннона: DI P = 0,981, Shannon P = 0,0088). Кроме того, suPAR положительно коррелировал с DI ( P = 0,0987, дополнительный рис. 6c), хотя и не достиг статистической значимости, и кратные модели обогащения / истощения ASV, которые различались по численности между PWH и серонегативным контролем (те, которые включают DI) были связаны с направленностью корреляций с suPAR, так что бактерии, обедненные PWH, обратно коррелировали с уровнями suPAR в PWH, тогда как бактерии, обогащенные PWH, положительно коррелировали с уровнями suPAR (дополнительный рис.6d), предполагая связь не только с альфа-разнообразием, но и с конкретными таксонами, которые в изобилии изменяются у PWH.

Распространенность коморбидности связана с ВИЧ-ассоциированной микробиотой

Обнаружив связь между клиническими и воспалительными маркерами прогрессирования заболевания с особенностями микробиоты, мы попытались проверить, связаны ли особенности микробиоты с сопутствующими воспалительными явлениями, включая диабет II типа, почечную недостаточность, фиброз (с использованием FIB-4), остеопоротические переломы, хроническая обструктивная болезнь легких (GOLD 2 и выше), диагностированный инфаркт миокарда, нарушение мозгового кровообращения, транзиторная ишемическая атака, стенокардия, заболевание периферических артерий и рак, не связанный со СПИДом, — все они произошли в подмножество нашей когорты пролеченных PWH с различной распространенностью и в большей степени, чем в серонегативном контроле (дополнительный рис.7). DI, хотя и не разнообразие Шеннона, был достоверно связан с количеством сопутствующих заболеваний (0,1, ≥2) (рис. 6e), и этот эффект наблюдался в отдельных подгруппах (дополнительный рис. 8). Кроме того, DI сохранил значительную связь с распространенностью коморбидности при включении надира CD4 в качестве ко-вариации в структуру линейной модели смешанных эффектов (DI P = 0,0044, надир CD4 P = 0,4523).

Проблемы с концепцией дисбактериоза кишечной микробиоты — Брюссов — 2020 — Микробная биотехнология

Введение

«Микробиота человека находится в центре внимания одной из самых динамичных областей исследований нашего времени» — этим предложением начинается недавний обзор Cell по микробиому кишечника человека (Schmidt et al., 2018). Если посмотреть на освещение исследований микробиома в журналах Nature, Science, Cell и родственных им журналах, это суждение отнюдь не является преувеличением. Иногда целые выпуски упакованы статьями о микробиомах, как, например, выпуск журнала Nature от 30 мая 2019 года, в котором представлены последние результаты проекта Integrative Human Microbiome Project (HMP) (Проктор и Консорциум исследовательской сети Integrative HMP (iHMP), 2019.

Один из трех подпроектов HMP касается микробиоты кишечника при воспалительном заболевании кишечника (ВЗК), где впечатляющий набор мультиомных технологий был применен к почти 3000 образцам стула, биопсии и крови, повторно взятым в течение одного года у 132 пациентов (Lloyd -Цена и др. ., 2019). Индивидуальные вариации составили большую часть наблюдаемых различий, в то время как статус болезни объяснил только меньшую часть. В ходе последующего наблюдения у некоторых пациентов наблюдались «дисбиотические» отклонения микробиома кишечника, но они были слабо связаны с активностью заболевания. Таким образом, эти отклонения кишечной микробиоты представляют собой потенциально случайные события. Таксономические сдвиги в сторону аэротолерантных провоспалительных кладов бактерий подтвердили наблюдения из предыдущих отчетов. Новыми являются наблюдения за большей экспрессией генов клостридиями и сокращением неклассифицированных видов Subdoligranulum при ВЗК.Авторы подчеркнули, что неясно, могут ли данные мультиомного микробиома предсказывать события болезни до их возникновения. Причинно-следственный анализ требует разработки интервенционных исследований. Эти данные представляют собой каталог новых взаимосвязей между мультиомными функциями, которые позволяют проводить исследования в будущем, но исследования микробиома остаются, таким образом, в значительной степени описательными.

По словам координатора этого проекта, прогресс в исследованиях микробиома воодушевил промышленность (Proctor and the Integrative HMP (iHMP) Research Network Consortium, 2019; Proctor, 2019).Финансовые показатели полезны для того, чтобы представить микробиологам перспективу микробиомного предприятия. За последнее десятилетие государственный сектор потратил на исследования в области микробиома более 1,7 миллиарда долларов США. Рыночная стоимость продуктов и вмешательств на основе микробиома (диагностических и терапевтических) в настоящее время оценивается в пределах от 275 до 400 миллионов долларов США во всем мире и, как ожидается, как минимум утроится в течение следующих лет (Proctor and the Integrative HMP (iHMP) Research Network Консорциум, 2019; Проктор, 2019).Для сравнения, в 2017 году мировой рынок пробиотиков составил 40 миллиардов долларов США (Reid et al ., 2019). По-видимому, существуют трудности с переводом фундаментальных исследований микробиома в продукты питания, питание, здоровье или фармацевтические продукты. Заметным исключением является трансплантация фекалий для лечения рецидивирующих инфекций Clostridium difficile (CDI). Однако, несмотря на четкие данные о его эффективности (Tariq et al ., 2019), его превращение в коммерческий продукт наталкивается на нормативные препятствия (Vyas et al ., 2015; Verbeke et al ., 2017), а FDA недавно выпустило предупреждение о безопасности, касающееся его использования (https://www.fda.gov/vaccines-blood-biologics/safety-availability-biologics/important-safety- предупреждение относительно использования-фекальной-микробиоты-трансплантации и-серьезного-неблагоприятного риска). Кроме того, основная концепция этого подхода предшествовала исследованию микробиома (de Vos, 2013), и определенные бактериальные штаммы для рецидивирующей ИКД (Tvede and Rask-Madsen, 1989; Tvede et al ., 2015) все еще нуждаются в разработке в зарегистрированные продукты.

Проблема определений

Проблемы, с которыми сталкиваются продукты, полученные из микробиома, для промышленного применения многочисленны. Может показаться удивительным, что одним из препятствий является вопрос о фундаментальном научном определении, вопрос, который не следует сбрасывать со счетов как имеющий чисто семантическую важность. Около 2000 лет назад отец-основатель медицины подчеркнул важность четких научных терминов при написании: «Однако прежде всего мы должны различать и четко объяснять различные термины, которые мы собираемся использовать, и то, к каким вещам мы их применяем; и это окажется не просто объяснением терминов, но в то же время демонстрацией воздействия природы »(Гален, 191 г. н.э.).В области пробиотиков давно обсуждается, что представляет собой пробиотик, и были организованы консенсусные конференции, чтобы найти определение. Одно только четкое определение не решает научных вопросов. Фактически, научные общества рекомендовали лишь несколько пробиотиков для ограниченного числа медицинских применений (Brüssow, 2019). Однако отсутствие четкого определения терминов рискует затмить обсуждение.

В области микробиома используется всеобъемлющий термин «дисбиоз» и его коррекция до состояния «эубиоза» с помощью целевых вмешательств.Отличие от области пробиотиков состоит в том, что ни одна консенсусная конференция еще не выработала определение «дисбактериоза», и во многих исследовательских работах по микробиомам этот термин используется даже без определения или спецификации ad hoc . Это пренебрежение свидетельствует не только об отсутствии научной строгости, но и может фактически помешать прогрессу в области микробиома от описательной к трансляционной науке. В последние годы неоднократно высказывалась критика неопределенного использования термина «дисбактериоз».В кратком комментарии: «Дисбиоз — это не ответ», Олесен и Альм (2016) отклонили дисбактериоз как главную организационную концепцию в науке о микробиоме, утверждая, что она основана на донаучных представлениях о микробном дисбалансе и в некоторой степени напоминает гуморальную теорию микробиома. человеческое здоровье. По мнению этих авторов, неоднозначность определения позволяет наблюдать дисбактериоз в составе микробиоты, фактически не достигая чего-либо полезного с научной точки зрения. В качестве примера они приводят диагностические сигнатуры микробиома для воспалительного заболевания кишечника (ВЗК), которые не превосходят более простой тест, основанный на измерении фекального кальпротектина.Кроме того, диагностика дисбактериоза не позволяет сказать, является ли он причиной или следствием заболевания. Подробная историческая оценка термина «дисбактериоз» и его текущего и неправильного использования предоставлена ​​Hooks and O’Malley (2017). При просмотре литературы по микробиоте они обнаружили «дисбаланс микробиоты» как наиболее частую характеристику дисбактериоза, при этом дисбаланс определяется как потеря гомеостаза, который сам по себе не определяется или определяется очень редко, что приводит к круглому определению в большинстве случаев. Приложения.Это расплывчатое определение привело, по мнению авторов, к общему определению, не имеющему научной ценности, что помешало области микробиома перейти от науки, ориентированной на ассоциации, к объяснительной науке.

Подходы к определению дисбактериоза

Леви и др. . (2017) выделили три типа дисбиоза, определяемые как «расцвет патобионтов, потеря комменсалов или потеря разнообразия», в то время как Vangay et al .(2015) выделили четыре типа дисбактериоза, а именно «потерю ключевых таксонов, потерю разнообразия, сдвиги в метаболической способности или расцвет патогенов». Патобионты определяются здесь как представители комменсальной микробиоты, которые могут вызывать патологию (Chow and Mazmanian, 2010). Краеугольный камень определяется тем, что он оказывает непропорционально большое влияние на его естественную среду по сравнению с его численностью. Многие определения пытались связать дисбактериоз с заболеванием, например «дисбактериоз — это любое изменение в составе постоянных комменсальных сообществ по сравнению с сообществом здоровых людей» (Petersen and Round, 2014).Согласно Hooks и O’Malley (2017), это определение указывало на главную методологическую проблему в данной области: при поиске изменений микробиоты у больных людей по сравнению со здоровыми субъектами в исследованиях случай-контроль, дисбиотическое состояние негласно подтверждается как вызывающее заболевание. , что является классическим круговым заключением. Или в более мягкой форме критики: Bäckhed et al . (2012) заявили, что «имеющихся данных недостаточно, чтобы различать дисбактериоз как причину или следствие заболевания».

Фундаментальная критика наивного использования термина «дисбактериоз» была сформулирована Леви и др. . (2017), которые отметили, что недостаточно сравнивать больных людей с контрольной группой, благополучной по болезни; особенно это требует сравнения различных проявлений одного и того же заболевания. Этот запрос обеспечит более тесный уровень ассоциации, однако полностью не решит проблему причины или следствия. Эти авторы также призвали к функциональной, а не к таксономической интерпретации дисбиотической микробиоты и подняли вопрос о высокой контекстной зависимости наблюдений, например, с иммунной системой хозяина, действующей на микробиом, и микробиомом, действующим на иммунную систему хозяина.Эти авторы выступают с радикальным предложением о том, что определение конфигурации дисбиотической микробиоты должно соответствовать критериям постулатов Коха для определения болезнетворного микробного агента, в данном случае расширенного для болезнетворного микробиома.

При исследовании связи между детским дисбактериозом и заболеванием, Вангаи и др. . (2015) упомянули важные смешивающие факторы, которые необходимо учитывать в таких анализах микробиоты и болезней, такие как временное созревание кишечной микробиоты и зависимость состава микробиоты от типа родоразрешения (кесарево сечение vs.вагинально) (Chu et al. , 2017), диете (грудное вскармливание или кормление из бутылочки) и предшествующем приеме антибиотиков. Подробное описание кишечной микробиоты младенцев с учетом этих факторов было предоставлено для здоровых младенцев из Швеции (Bäckhed et al ., 2015) и США (Baumann-Dudenhoeffer et al ., 2018). В единственном исследовании случай-контроль была задокументирована связь микробиоты с заболеванием, а именно недоедание у детей из Бангладеш, с возрастным развитием микробиоты с использованием машинного обучения на данных последовательности 16S РНК, что привело к «индексу относительной зрелости микробиоты».Авторы обнаружили относительную незрелость микробиоты у детей с недостаточным питанием (Subramanian et al ., 2014). Хотя это наблюдение представляет исследовательский интерес, оно имеет ограниченное практическое значение, поскольку это состояние можно легко оценить с помощью антропометрии и визуальной диагностики.

Проблема разнообразия

Утрата разнообразия использовалась в качестве критерия дисбактериоза во многих определениях, что свидетельствует о снижении микробных услуг для хозяина и, следовательно, о меньшем «здоровье» микробиоты.Однако авторы, рассматривающие микробиоту кишечника человека с точки зрения современной экологической теории, пришли к более тонким оценкам (Coyte et al ., 2015). Несомненно, высокое видовое разнообразие является характерной чертой кишечной микробиоты. Хотя ожидается, что усиление сотрудничества в таком сложном сообществе будет способствовать общей метаболической эффективности, хозяин сталкивается с компромиссом, поскольку это происходит за счет снижения экологической стабильности, поскольку большое количество видов имеет тенденцию дестабилизировать систему.Поэтому Джонсон и Бернет (2016) призвали с осторожностью относиться к наивному применению аргумента разнообразия. Например, у детей, находящихся на искусственном вскармливании, постоянно наблюдается более разнообразная кишечная микробиота, чем у детей, вскармливаемых грудью (см. Пример Simeoni et al. ., 2016), и это различие не приводит к большему здоровью детей, находящихся на грудном вскармливании. В этом контексте часто цитируют другой пример: африканская популяция охотников-собирателей (хадза) показала более высокие таксономические характеристики (Schnorr et al ., 2014) и функциональное разнообразие (Smits et al ., 2017) кишечной микробиоты по сравнению с субъектами из промышленно развитых стран. Сделать вывод о том, что совокупность кишечной микробиоты хадза связана с лучшим «здоровьем кишечника», чем у людей из промышленно развитых стран, на основе аргумента разнообразия без эпидемиологических данных или медицинских обследований было бы более или менее простым постулатом. Этот вывод основан на теоретических концепциях, подобных концепции мутуалистического суперорганизма, где микробы квалифицируются как «старые друзья», которые вместе эволюционировали во время эволюции гоминидов и пришли в упадок с адаптацией к более современным системам производства продуктов питания.Однако до тех пор, пока эти данные не подтверждаются фактическими показателями работоспособности, их следует интерпретировать с осторожностью. На самом деле, в хадзах отсутствовали бифидобактерии (Schnorr et al. ., 2014), которые, как принято считать, влияют на здоровье кишечной микробиоты и являются общим наследием эволюции гоминидов (Moeller et al., 2016). Если отсутствие бифидобактерий не является техническим артефактом (например, вопрос выделения ДНК, использования праймеров, как в нескольких исследованиях, в которых не сообщалось о бифидобактериях), это действительно может указывать на нездоровую микробиоту кишечника, особенно в дополнение к обнаружению трепонемы в стуле хадзы, которые обычно считаются вредными для здоровья.Действительно, у шести процентов хадза трепонемы также были обнаружены в образцах сыворотки, что вызывает дополнительные сомнения в отношении их общего состояния здоровья. Хотя у нас есть данные, которые показывают, как изменения состава микробиоты происходят в генетически однородной популяции, переходящей к другим системам производства продуктов питания, нам все еще не хватает данных о том, как эти изменения влияют на физиологию и здоровье человека в соответствии с этим градиентом (Jha et al ., 2018).

Данные хадза подчеркивают другой аспект, а именно важность сезонной изменчивости кишечной микробиоты в примитивных обществах (Smits et al ., 2017), что подрывает надежды связать констелляцию кишечной микробиоты со здоровьем, если также не предвидеть сезонных изменений здоровья или двух разных созвездий здоровой кишечной микробиоты в разных экологических условиях. Есть даже данные, хотя и разработанные на очень небольшом количестве людей, демонстрирующие суточные изменения в составе кишечной микробиоты и более подробно описанные на мышах (Thaiss et al ., 2014). В случае подтверждения такая изменчивость констелляции кишечной микробиоты потребует протоколов со стандартизованным временем отбора проб стула (сезоны, часы дня), чтобы поддерживать сравнения между исследованиями и позволять делать обобщения.

Кроме того, Shade (2017) призывает к сдержанности в использовании измерения разнообразия для оценки здоровья: само по себе разнообразие имеет ограниченную ценность, поскольку для его интерпретации требуется много контекста. Несоответствие между различными индексами разнообразия сообществ давно признано в области экологии, что затрудняет сравнение между исследованиями. Таким образом, разнообразие микробиоты — это ни хорошо, ни плохо. Это легко демонстрируется микробиотой влагалища человека, где повышенное микробное разнообразие явно связано с пагубными последствиями (бактериальный вагиноз, у афро-американских женщин, даже с неблагоприятными исходами родов); Fettweis et al ., 2019). Зависимость генетического фона хозяина от ассоциаций микробиоты и здоровья хорошо продемонстрирована в исследованиях влагалищной микробиоты афроамериканок и белых женщин из США (Callahan et al ., 2017). В случае вагинальной микробиоты аргумент о совместной эволюции микробиоты с родословной гоминидов неприменим, поскольку вагинальная микробиота, в которой доминирует Lactobacillus , встречается только у людей, а не у обезьян (Miller et al . , 2016).

Недостаточные исследования и метаанализы

Многие исследования микробиоты, диагностирующие дисбактериоз в исследованиях «случай – контроль», статистически недостаточны, учитывая только небольшие размеры выборки людей: <20 субъектов на группу не является чем-то необычным в этой области.Чтобы учесть эти ограничения, Дювалье (2018) выступает за метаанализ в области дисбактериоза. Метаанализ может увеличить статистическую мощность многих небольших исследований, обнаруживая истинные сигналы на фоне ложных срабатываний. Основным преимуществом метаанализа является выявление последовательных наблюдений в независимых исследованиях или опровержение ложных ассоциаций. Предлагается тестовый пример ассоциации кишечной микробиоты с ожирением.

Первоначальные исследования сообщили о различиях в разнообразии кишечных микробов и различиях в соотношении Bacteroidetes / Firmicutes (B / F) среди людей с ожирением и без него.Пионерское исследование было проведено с небольшим количеством участников (12 человек с ожирением и 5 худых), показавшее, что соотношение B / F увеличивалось со временем на диете с ограничением калорий (Ley et al ., 2006). Последующее исследование близнецов с участием 154 человек подтвердило, что ожирение связано с изменениями на уровне филумов микробиоты кишечника (уменьшение количества Bacteroidetes и увеличение количества актинобактерий), уменьшением разнообразия бактерий и изменением экспрессии бактериальных генов (Turnbaugh et al ., 2009). Вместе с аналогичными изменениями микробиоты, наблюдаемыми у тучных и худых мышей, демонстрация того, что « тучная » микробиота обладает повышенной способностью извлекать энергию из рациона, и демонстрация того, что эта черта передается стерильным мышам (Turnbaugh et al . , 2006), связь ожирения и микробиоты стала демонстрацией выраженных изменений микробной экологии кишечника в масштабе всего отдела, связанных с патологией хозяина. Однако метаанализ, включающий 10 исследований случай-контроль и около 2800 субъектов (около трети из которых страдали ожирением), не выявил значительных различий в соотношении B / F между группами худых и страдающих ожирением, а только незначительные различия в разнообразии микробиоты (Sze и Schloss, 2016).Finucane и др. . (2014) использовали интеллектуальный анализ базы данных в US Human Microbiome Project (HMP) и европейском наборе данных MetaHIT и не обнаружили связи между соотношением B / F и индексом массы тела (BMI) или составом микробиома на уровне филумов и BMI. Различия между исследованиями в относительной численности Bacteroidetes и Firmicutes в их анализе была больше, чем различия внутри исследования между худыми и тучными людьми. Напротив, Falony et al . (2016) обнаружили связь, хотя и небольшую, между составом микробиома и ИМТ при анализе микробиома кишечника у 1106 субъектов из проекта Flemish Gut Flora Project (FGFP).Однако, основываясь на своих данных, они подсчитали, что для обнаружения изменений состава микробиоты потребуется 865 худых и 865 страдающих ожирением добровольцев с уровнем значимости P <5% и мощностью 80%. Ни одного исследования ожирения такого масштаба еще не проводилось.

Конечно, было бы желательно, чтобы в будущих исследованиях ассоциации микробиома и заболевания проводились расчеты мощности с реалистично ожидаемыми величинами эффекта в опубликованных результатах, как это обычно делается в протоколах клинических испытаний.Такие подходы плюс метаанализ помогут отличить истинные ассоциации от ложных, что позволит сосредоточиться на многообещающих ассоциациях микробиота-заболевание, которые ведут поле от шумихи к надежде (McKenney & Pamer 2015), с метаанализом фекального переноса в C. difficile. , в качестве примера (Tariq et al ., 2019).

Классификация исследований дисбактериоза

Гилберт и др. . (2016) выделили три категории ассоциаций микробиоты и болезней: предсказуемые ассоциации (например,г. синдром раздраженного кишечника, синдром воспалительного кишечника), интригующие ассоциации (например, ожирение, сердечно-сосудистые заболевания, рак толстой кишки, ревматоидный артрит) и неожиданные ассоциации (например, большая депрессия, болезнь Паркинсона, аутизм), которые также могут представлять градиенты вероятности причинного участия микробиоты при заболеваниях или время, необходимое для перевода данных исследований в клиническую практику. Дювале и др. . (2017) использовали метааналитический подход к исследованиям случай – контроль для различных типов заболеваний, что привело к интересным выводам.Они отнесли изменения микробиоты к отдельным категориям. Одна категория характеризуется обогащением небольшого числа потенциальных патогенов, таких как Fusobacterium, Porphyromonas, Peptostreptococcus, Parvimonas и Enterobacter , как было выявлено в трех из четырех исследований колоректального рака (Wang et al ., 2011; Chen ., 2011; Chen . et al ., 2012; Zeller et al ., 2014; Baxter et al ., 2016). Эти исследования предлагают использование конкретных противомикробных препаратов в качестве терапевтических подходов (например,г. бактериоцины или бактериофаги). Другая категория соответствовала заболеваниям, связанным с истощением связанных со здоровьем бактерий. Например, пять родов из семейств Ruminococcaceae и Lachnospiraceae постоянно истощались у пациентов с ВЗК. Эти исследования предлагают пробиотические подходы, чтобы восполнить недостающие бактерии в сообществе. Несколько заболеваний характеризовались существенными изменениями состава микробиоты, наиболее ярким примером которых является диарея C. difficile , свидетельствующая о трансплантации фекалий, подтвержденная многочисленными клиническими исследованиями.Некоторые ассоциации микробиоты с болезнями, вероятно, были вызваны смешивающими факторами, такими как связанные с ВИЧ изменения микробиоты под влиянием сексуальной практики или ассоциации ожирения и микробиоты под влиянием эффектов диеты. Некоторые бактерии, по-видимому, неспецифически связаны с несколькими заболеваниями: Escherichia / Shigella / Salmonella , вызванными лечением антибиотиками, независимо от основного типа инфекции.

Эубиоз

Относительно неуловимый характер термина «дисбиоз» является зеркальным отражением также плохо охарактеризованного противоположного термина «эубиоз».Для эубиоза не было дано точного определения, кроме «сбалансированной» микробиоты или микробиоты, обнаруженной у здоровых людей. Четкое определение эубиотической микробиоты особенно важно для исследований методом случай-контроль. Если здоровая эубиотическая микробиота четко определена как семантически, так и по составу микробиоты, потребуются только данные о микробиоте от небольшого числа контрольных субъектов. Этот эффект предлагается на основе «принципа Анны Карениной», согласно которому люди с дисбиотиками различаются по составу микробного сообщества больше, чем здоровые люди (Заневельд и др. ., 2017). Своеобразное название этого принципа — игра слов по книге Льва Толстого, которая начинается с предложения: «Все счастливые семьи похожи друг на друга, каждая несчастная семья несчастлива по-своему». Подтверждение этому принципу было обнаружено у океанских кораллов, у которых дисбиотические кораллы, то есть стрессовые кораллы, имеют более изменчивый и нестабильный микробиом, чем здоровые (Ahmed et al ., 2019). Хотя микробиота влагалища человека, кажется, согласна с этим принципом, далеко не ясно, применим ли этот принцип к здоровой микробиоте кишечника человека (Brüssow, 2016).

Если состав кишечной микробиоты у здоровых субъектов сильно различается, большое количество субъектов необходимо в исследованиях случай-контроль, чтобы прийти к значительным выводам. Оценка необходимого количества может быть получена на основе крупных исследований микробиома среднестатистических людей из Бельгии (Falony et al., 2016) или Нидерландов (Zhernakova et al., 2016). Перепись микробов выявила около 800 родов бактерий. Тем не менее, богатство западной кишечной микробиоты все еще недостаточно изучено, и авторы подсчитали, что для достижения насыщения потребуется 40 000 субъектов.Бельгийское исследование выявило 20 основных таксонов (присутствующих в 95% проб), и основные таксоны также принадлежали к наиболее многочисленным таксонам. На самом деле различия между особями были значительными, но в основном это было связано с изменениями в численности основных таксонов, таких как Ruminococcaceae, Bacteroides и Prevotella , всех организмов, которые ранее предлагались в качестве идентификаторов энтеротипов (Arumugam et al., 2011) . В дополнение к этим трем основным группам кишечных бактерий был описан длинный хвост бактерий с низким содержанием, который внес существенный вклад в функциональную диверсификацию здоровой кишечной микробиоты (Arumugam et al., 2011). Около 70 факторов от субъектов показали значительную связь с составом микробиоты, и почти половина из них также была идентифицирована в голландской когорте как значимые коварианты (Falony et al., 2016). Однако эти факторы объясняют лишь 1–15% вариаций численности рода, что позволяет предположить, что неизвестные эффекты, биотические взаимодействия и даже случайные процессы имеют большое влияние на здоровую микробиоту кишечника. Сильный стохастический элемент также проявлялся в существенных еженедельных изменениях кишечной микробиоты у здоровых детей (Sarker et al ., 2017a) и ежедневные вариации у здоровых взрослых из Бангладеш (Sarker et al ., 2012; McCallin et al ., 2013). Если это подтвердится исследованиями, проведенными в других географических регионах (высокая вариабельность кишечной микробиоты в Бангладеш может отражать низкий уровень гигиены окружающей среды и пищевых продуктов), будет сложно отличить маркеры дисбиотического микробиома от небольшого числа контрольных групп, особенно если это влияет на изменения численности в основные таксоны, такие как соотношение B / F, которое показало непрерывную вариацию также у европейских субъектов, как продемонстрировало исследование пожилых людей из Ирландии (Claesson et al ., 2011).

Смешивающие факторы

Лекарства для повседневных условий жизни оказали наибольшее влияние на состав микробиоты в бельгийских исследованиях FGFP и голландских LifeLines DEEP (Falony et al., 2016; Zhernakova et al., 2016). Это наблюдение неудивительно с учетом воздействия неантибиотических препаратов на комменсальные бактерии: 24% из 1000 распространенных лекарств подавляли рост бактерий in vitro (Maier et al ., 2018). Сильное влияние лекарств как мешающего фактора показано в исследованиях, изучающих связь дисбактериоза кишечной микробиоты с диабетом 2 типа (T2D). Китайское исследование описало умеренный дисбактериоз кишечной микробиоты в исследовании «случай – контроль», в котором только 4% кишечных микробных генов были связаны с T2D. Функциональная аннотация указывает на уменьшение количества бактерий, продуцирующих бутират, и увеличение количества факультативных патогенов (Qin et al., 2012). Датское исследование показало, что у женщин с СД2 увеличилось количество четырех видов Lactobacillus и уменьшилось пять видов Clostridium .Классификаторы микробов ( Lactobacillus, Akkermansia ) различались между китайскими и датскими когортами T2D, указывая на популяционные эффекты (Karlsson et al., 2013). В третьем исследовании пациенты с СД2 стратифицировались в зависимости от приема метформина (Forslund et al., 2015). У пациентов, не получавших метформин, снижение продуцентов бутирата было связано с увеличением количества Lactobacillus с заболеванием. Однако у пациентов с СД2, получавших метформин, те же авторы связали значительное увеличение Escherichia с заболеванием, что могло бы объяснить как терапевтические, так и побочные эффекты (диарея, вздутие живота) этого наиболее широко используемого противодиабетического препарата.Следовательно, исследования «случай – контроль» должны быть стратифицированы для лекарств, чтобы обеспечить надежные ассоциации микробиоты и болезни. В противном случае изменения микробиоты могут быть просто следствием лечения болезни.

Подходы с несколькими омиксами…

Из-за значительной индивидуальной вариабельности и влияния сопутствующих факторов на микробиоту кишечника, другие авторы исследовали более сложные подходы для дифференциации здоровой микробиоты от дисбиотической.Один из вариантов — изучить временную изменчивость с помощью математических подходов теоретической экологии. Двумерное пространство параметров закона Тейлора позволило определить пространство здоровой микробиоты, из которого можно было дифференцировать субъектов, принимающих антибиотики, пациентов с ожирением и пациентов с синдромом раздраженного кишечника (СРК) (Marti et al., 2017). Гилберт и др. . (2016) рекомендуют исследования временных рядов для ассоциативных исследований микробиома, чтобы связать изменения микробиоты с заболеванием.Они выступают за создание типа системы глобального позиционирования микробов (GPS), объединяющей данные о микробиоме, геноме хозяина и подтипах болезни, полученные с помощью нескольких подходов omics. Таким образом, они предлагают проследить путь микробиома субъектов и пациентов из группы риска с помощью графика принципиального координатного анализа (PCoA). Такие графики могут быть полезны в диагностике при выявлении пациентов из группы риска до того, как заболевание проявится, а также позволят отслеживать влияние терапевтических вмешательств по изменениям положения графиков.В таком анализе сюжета предполагается, что диетические вмешательства, считающиеся мягкими, вызывают небольшие сдвиги в позиции сюжета, в то время как сильные (например, антибиотики) вмешательства вызывают большие сдвиги, а вмешательства, меняющие правила игры (например, трансплантация фекалий), могут привести к «телепортации» пациента. микробиоты в здоровую зону на этих участках.

Тенденция в анализе здорового кишечного микробиома и его дисбиотических изменений явно направлена ​​на использование инструментов все большей аналитической сложности.Одна из последних разработок заимствована из статистических подходов, разработанных для работы с взаимодействующими системами, казалось бы, непреодолимой сложности, которые первоначально применялись для анализа финансовых рынков (Raman et al ., 2019). Крупный международный консорциум во главе с J.I. Гордон, пионер исследований микробиоты-ожирения и микробиоты-недоедания, провел статистический ковариационный анализ с образцами стула из когорты рожденных в Бангладеш, который выявил «экогруппу» из 15 различных бактериальных таксонов, которые дают краткое описание развития микробиоты в здоровые дети, что также применимо для детей из Индии и Перу.Первичный главный компонент описывает 80% дисперсии данных. Анализ экогруппы позволил четко дифференцировать здоровых детей от детей с тяжелой недостаточностью питания (SAM) и более слабую дифференциацию детей с умеренным недоеданием (MAM) от здоровых детей из контрольной группы. Традиционная терапия повторным кормлением вызвала заметные сдвиги в пространстве анализа основных компонентов (PCA) состава микробиоты, не достигнув положения PCA здоровых контролей. Аспекты микробно-микробного взаимодействия могут быть воспроизведены на модели гнотобиотического поросенка.

… и их ограничения

Подходы, которые создают микробный GPS, увлекательны, но еще далеки от воплощения в клинической практике. Чувствительность и специфичность тестов на микробиоту для диагностики заболеваний все еще относительно неясны. Также неизвестно, являются ли изменения микробиоты достаточно мелкозернистыми, чтобы позволить диагностически значимую дифференциацию болезни. Более того, большинство исследований микробиоты кишечника было проведено по логистическим причинам с образцами стула.Состав микробиоты образцов фекалий отличается от состава образцов слизистой оболочки (Eckburg et al ., 2005). Очевидно, что микробиота слизистой оболочки из-за ее более тесной связи с пораженными тканями кишечника с большей вероятностью повлияет на исход заболевания, если микробиота является движущей силой исследуемого заболевания. Фекальная микробиота, напротив, представляет собой смесь бактерий слизистых оболочек и отдельной неприлипающей микробиоты просвета, которая с меньшей вероятностью отражает процесс заболевания. Таким образом, фекальная микробиота потенциально является лишь отдаленным зеркалом патологических событий, и поэтому мы не должны ожидать тесных корреляций с заболеваниями кишечника, даже если они существуют для микробиоты слизистой оболочки.

Комплексное исследование с комплексным вмешательством

Консорциум под руководством Гордона расширил свой экотипический анализ (Raman et al ., 2019) на исследование диетических вмешательств, чтобы поддержать гипотезу о том, что развитие здоровой микробиоты причинно связано со здоровым ростом (Gehrig et al ., 2019) . В своей формулировке это звучит немного похоже на круговой вывод. Их исходное наблюдение состоит в том, что у истощенных детей из Бангладеш наблюдается задержка созревания кишечной микробиоты по сравнению с детьми контрольной группы (Subramanian et al ., 2014). Они разработали пищевые компоненты из Бангладеш из экспериментов по микробной инокуляции на мышах-гнотобиотах и ​​поросятах, которые повлияли на переход от недоедания к здоровой кишечной микробиоте, связанной с биомаркерами здоровья и роста экспериментальных животных. На основе этого предварительного отбора они провели рандомизированное двойное слепое исследование с четырьмя различными режимами кормления у умеренно истощенных детей с MAM (14-17 детей в группе). Вмешательство привело к статистически значимому, но клинически небольшому увеличению веса (Z-баллы веса к росту улучшились с -2.От 2 до -1,9) во всех четырех группах. Состав микробиоты детей MAM, который уже был близок к составу здоровой контрольной группы, показал сдвиг в сторону состава здоровой кишечной микробиоты в группе дополнительного питания 2 (MDCF2), ориентированной на микробиоту, которую кормили нутом, соевой и арахисовой мукой. плюс бананы. Параллельно с этим авторы наблюдали изменение протеома плазмы, «дискриминирующего здоровый рост», полученное в результате сравнения SAM, MAM и здоровых детей. Данные следует интерпретировать с осторожностью, поскольку вмешательство проводилось у детей с умеренным недоеданием, у которых при зачислении в исследование уже был обнаружен состав кишечной микробиоты, близкий к здоровым детям.Кроме того, эффект набора веса был умеренным, а конечными точками были биомаркеры, а не клиническая оценка. Одним из значительных изменений, затронутых MDCF2, было уменьшение Bifidobacterium longum . Этот вывод противоречит здравому смыслу, поскольку бифидобактерии связаны с грудным вскармливанием (Simeoni et al ., 2016), обычно считающимся желательным детским питанием, а бифидобактерии являются ведущими кандидатами на пробиотики в педиатрии (Brüssow, 2019) и виды кишечника, связанные со здоровьем у пожилых ( Брюссов, 2013).Еще неизвестно, окажет ли это разработанное микробиотой диетическое вмешательство желаемый эффект роста в будущих клинических испытаниях. Причинная связь между дисбиотической микробиотой кишечника и недоеданием, хотя и наводит на размышления, не доказана. Для доказательства может потребоваться подход, разработанный в соответствии с постулатами Коха для патогенов, связанных с болезнью.

Модифицированный постулат Коха для ассоциаций микробиома и здоровья

Исследователи из Института Сэнгера предложили постулаты для связанных со здоровьем микробных комменсалов (Neville et al ., 2018). Их первый постулат требует, чтобы связанный со здоровьем комменсал регулярно выявлялся у здоровых хозяев и реже — у больных хозяев. Это очень похоже на обычно применяемый критерий дисбактериоза в исследованиях «случай – контроль», но отличается по важным моментам. Поскольку микробиота человека сильно варьируется, авторы запрашивают большие наборы данных для выявления надежных сигналов для выполнения этого постулата. Кроме того, для этого первого постулата необходима идентификация с высоким разрешением на уровне деформации.Идентификации на уровне вида, не говоря уже о роде или даже на более высоких таксономических уровнях, недостаточно. Выполнение их второго постулата требует чистой культуральной изоляции идентифицированного комменсала. Такая просьба казалась нереальной. Однако выделение более 1000 таксономически идентифицированных штаммов бактерий из одного стула взрослого человека методом ограничивающего разведения (Goodman et al ., 2011) продемонстрировало, что такой подход осуществим, хотя и трудоемок.Ученые Сангера продемонстрировали, что 234 изолята, представляющих 134 вида и соответствующих 90% численности каловых бактерий на уровне видов, можно культивировать даже при использовании одной среды (Browne et al ., 2016). Их третий постулат гласит, что комменсальный штамм (-ы) облегчает течение болезни при введении новому хозяину. Модель in vivo должна быть биологически релевантной моделью позвоночных. Для этой демонстрации обычно используются мыши, когда смеси комменсалов (Lawley et al ., 2012) и даже отдельные комменсальные штаммы (Buffie et al ., 2015) показали профилактическую и терапевтическую активность против инфекций C. difficile или Salmonella enterica (Brugiroux et al ., 2016). Что касается исходного третьего постулата Коха, этот критерий представляет собой трудоемкий, но необходимый подход, который усложняется биологическими сложностями модели мыши, которая может ограничивать распространение на условия человеческого существования и, следовательно, трансляционные исследования (Arrieta et al ., 2016). Четвертый постулат требует, чтобы комменсальный штамм мог быть обнаружен после его введения хозяину, состояние здоровья которого улучшилось. Поскольку это обнаружение может быть выполнено с помощью ПЦР, этот критерий кажется весьма выполнимым, но существуют предостережения, поскольку комменсалы могут не сохраняться, чтобы опосредовать терапевтический эффект, если они подавляют воспалительные процессы или повышают барьерные функции кишечника и впоследствии становятся ненужными (Li et al. al ., 2016), как это предполагается для некоторых пробиотиков.

При применении постулатов типа Коха для связи «комменсал – здоровье» и, в более широком смысле, для связи дисбактериоз – заболевание, каждый понимает, насколько мы все еще далеки от четкого определения этой области, за исключением возможного исключения комменсалов и C. difficile. инфекция. Однако в этой области очевидного клинического преимущества трансплантации фекалий мы находимся, за исключением подхода, предшествовавшего эре микробиома (Tvede and Rask-Madsen, 1989; Tvede et al ., 2015), еще не на уровне вмешательства с микробными элементами, определенными на уровне штамма.

О догадках и опровержениях

Концепция эубиоза связана с другой концепцией — холобионта или гологенома (коллективный геном хозяина и микробиома). Сторонники этой концепции утверждают, что все животные и растения устанавливают симбиотические отношения с микроорганизмами, которые передаются от поколения к поколению и влияют на приспособленность холобионта в его среде, что приводит к появлению типа суперорганизма и новой единицы отбора в эволюции (Зильбер- Розенберг и Розенберг, 2008).Эта концепция, по-видимому, влияет на многих микробиологов, которые молчаливо полагают, что нарушение со стороны микробиома (дисбиоз) должно приводить к потере приспособленности холобионта и, в выраженных случаях, к нарушениям здоровья животного-хозяина. Эволюционные биологи довольно скептически относятся к этой концепции, не в последнюю очередь потому, что она вводит ламарковские элементы в дарвиновскую эволюцию. Моран и Слоан (2015) утверждали, что гипотеза о том, что специфические для хозяина составы микробных сообществ эволюционировали на благо хозяина, не должна приниматься в качестве нулевой гипотезы для объяснения особенностей ассоциаций хозяин-симбионт.Хотя это может иметь место, например, в случае кораллов (которые, однако, демонстрируют гораздо более тесные отношения между животными и микробами), этот случай нельзя обобщать. Конфликты между хозяевами и ассоциированными с ними микробами обычны даже при самом близком вообразимом взаимодействии хозяин-микроб (митохондрии), приводящем к цитоядерным конфликтам. Кроме того, многие другие ситуации в кишечнике будут отражать микробно-микробные конфликты, не влияя на хозяина. Эти невидимые межмикробные конфликты могут свидетельствовать о сильном влиянии случайных процессов на состав микробиома кишечника человека (Falony et al., 2016, Жернакова и др., 2016). Вместо того, чтобы предвидеть без дополнительных доказательств пагубные последствия микробного дисбиоза для здоровья человека, хотя они отражают только внутреннюю микробную конкуренцию, мы должны искать случаи, которые соответствуют модифицированным постулатам Коха для микробных комменсалов, которые опосредуют здоровье человека. В противном случае понятие дисбактериоза, как и холобионта, рискует вызвать больше путаницы, чем ясности. Философ Поппер (2002) заявил, что приобретение знаний и, следовательно, научные исследования состоят из диалектического процесса предположений, с одной стороны, и опровержений, с другой.В области микробиома существует множество предположений, создающих впечатление, что мы находимся на пороге «Новой биологии». Вместо того, чтобы создавать все больше и больше захватывающих гипотез в этой области, мы должны не только искать их обоснование на твердой концептуальной основе с модифицированными постулатами типа Коха, мы также должны активно искать опровержения рабочих гипотез микробиома. Опровержение, основанное на построении знаний, в настоящее время недооценивается в научном сообществе. Влиятельные журналы и грантовые агентства больше ищут стимулирующие новые предположения, чем их приземленные опровержения.Однако этот неравный рейтинг двух ветвей построения знания приводит к серьезному недоиспользованию ветки опровержения для продвижения знаний.

Опыт с диареей

Вместо того, чтобы заканчивать с этой скорее теоретической точки зрения, я кратко расскажу о нашем собственном опыте в области дисбактериоза — здоровья и болезней. Когда мы пытались лечить детей, страдающих диареей E. coli , колифагами (фаговая терапия) в Бангладеш, мы обнаружили, что фекальный микробиом пациентов демонстрирует выраженный дисбактериоз с повышенным содержанием стрептококков по сравнению с местными здоровыми детьми контрольной группы (Sarker et al. al ., 2016). Титры E. coli не были заметными и не коррелировали с количественными параметрами диареи, в то время как стрептококки в кале имели. По мере выздоровления от диареи количество стрептококков уменьшилось, и фекальная микробиота приблизилась к таковой у детей контрольной группы. Таким образом, было заманчиво связать увеличение количества фекальных стрептококков с диареей. Однако стрептококки принадлежали к двум комменсальным группам (комплекс видов S. salivarius и S. bovis ), и последовательности генома из изолятов стула не показали факторов вирулентности (Sarker et al ., 2016). В последующих исследованиях мы обнаружили такое же увеличение количества фекальных стрептококков у пациентов с диареей независимо от этиологии диареи, даже включая пациентов с ротавирусом, четко определенным детским возбудителем диареи (Kieser et al ., 2018). При корректировке количества бактерий в стуле и объемов стула количественно определенный выход стрептококка был лишь незначительно увеличен по сравнению с контрольными детьми. Увеличение относительной численности всегда следует корректировать для общего количества бактерий: тривиальный, но необходимый контроль (Vandeputte et al ., 2017), которым пренебрегают во многих исследованиях микробиома. Увеличение численности стрептококков и его очевидная связь с диареей может быть просто следствием устранения типичной микробиоты толстой кишки патологией водянистой диареи (очищение), что приводит к относительному преобладанию фекальных стрептококков, которые действительно являются комменсалами тонкой кишки и кишечника. возможно, опорожнение кишечника влияет на него в меньшей степени, поскольку перистальтический кровоток в тонком кишечнике в любом случае высок (Brüssow, 2016). В двух других особых группах пациентов с диареей (истощенные дети с острой диареей, дети с постоянной диареей) мы наблюдали еще один дисбактериоз фекальной микробиоты (Kieser et al ., 2017, Султана, представлено). На этот раз мы наблюдали увеличение количества E. coli на , подтвержденное как увеличением численности, так и абсолютным увеличением титра по сравнению с детьми контрольной группы. Хотя E. coli может быть патогеном для этих форм диареи (Sarker et al ., 2017b), секвенирование метагенома не показало увеличения специфического для диареи гена вирулентности в стуле пациентов. Основываясь на клинических данных и данных, полученных на моделях мышей (Faber et al ., 2016), более вероятно, что их увеличение является следствием лечения антибиотиками.Во всех этих случаях связь диареи и дисбактериоза с большей вероятностью представляет собой следствие, а не причину диареи. Кроме того, наблюдение, что дисбактериоз улучшается после выздоровления от диареи, не является сильным аргументом в пользу причинной связи.

Острая диарея — интересный тестовый пример для исследования микробиома, поскольку болезнь непродолжительна и проходит самостоятельно. Он представляет собой естественное нарушение физиологического равновесия кишечной микробиоты, и его нарушение патологическим процессом, а восстановление нового равновесия обещает понять механизмы взаимодействия микробов и микробов в кишечнике.

Outlook

Медицинские вмешательства, такие как лечение антибиотиками или очистка кишечника при подготовке к колоноскопии, представляют собой интересные исследовательские возможности для анализа микробиома, поскольку все зарегистрированные субъекты являются информативными, а биологические образцы можно легко получить до, во время и после вмешательств (Fukuyama et al ., 2017) . Эти данные могут дополнить выводы исследований острой диареи.

Критический тест на причинное влияние дисбактериоза на заболевание может быть предоставлен только в проспективных исследованиях, в которых состав микробиоты регулярно устанавливается для всех участников до того, как возникнут заболевания.Такие подходы являются трудоемкими и дорогостоящими даже при заболеваниях, которые возникают с большой частотой, например, диарее у детей из развивающихся стран. Если подозреваемый вызывающий заболевание дисбактериоз затем наблюдается у субъектов до того, как у них разовьется явное заболевание, но не у детей, соответствующих возрасту и среде, у которых не развивается указанное заболевание, можно разумно предположить причинную роль. Для окончательного доказательства все еще потребуются доказательства механизма действия дисбактериоза. В настоящее время мы проводим когортное исследование в Бангладеш с участием почти 300 детей, которые проходят клиническое наблюдение в течение двухлетнего периода наблюдения в сочетании с регулярным отбором образцов микробиоты.Необходимы лонгитюдные исследования и исследования, которые соответствуют «комменсальным постулатам Коха», чтобы поставить связь дисбактериоза кишечной микробиоты со здоровьем и болезнями человека на прочную научную основу. Подобные утверждения могут звучать как научный ригуризм, поскольку требуют многих лет дальнейших исследований. Тем не менее, мы должны знать, что необходимо для доказательства в области дисбактериоза / микробиома, чтобы не поддаваться соблазну делать преждевременные выводы и тем самым создавать нереалистичные надежды на перевод исследований микробиома в улучшение здоровья человека.

Клинические интервенционные испытания, наконец, стали решающим критерием практической ценности исследований микробиома. Успех фекальной трансплантации при инфекции C. difficile является признаком надежды (Tariq et al. ., 2019), но нам нужно расшифровать, как это работает механистически, как для получения промышленного продукта, так и для понимания того, почему фекальная трансплантация хуже работает при других гастроэнтерологических заболеваниях (Imdad et al ., 2018).

Благодарности

Я благодарю доктора Шону МакКаллин за критическое прочтение рукописи.

    Исследователи понятия не имеют, как выглядит здоровый микробиом кишечника

    На первой странице результатов анализа кала Хайнца Купа полоса показывала, где он попадает в градиент от зеленого к красному. Надпись на немецком языке гласила: «Общий дисбактериоз». Куп был не в зеленых или даже желтых областях, а в тревожном оранжевом цвете.Это был плохой результат, но, по его словам, «я был в некотором роде счастлив».

    Врачи не дали ему удовлетворительного ответа о его повторяющейся кровавой диарее и других проблемах с кишечником. Но Куп узнал на Facebook, что он может проверить свой микробиом кишечника — сообщество бактерий и других организмов, живущих в его желудочно-кишечном тракте, — чтобы найти проблемы. Куп заказал тест в немецкой лаборатории Медивере. Результаты показали, что его кишечные микробы были несбалансированными, и он думал, что это можно вылечить.Вскоре он попытается исправить этот дисбаланс, доставив домой свежие образцы стула друга, чтобы имплантировать его собственную толстую кишку.

    Триллионы микробов, обитающих на наших телах и в них, особенно в кишечнике, составляют наш микробиом. Как предположил один исследователь в 1970 году, микробы в нашем кишечнике не только замедляют работу фекалий, но и неразрывно связаны с нашим здоровьем. Кишечные микробы помогают нам переваривать пищу, вырабатывать важные витамины и не допускать попадания патогенов. За последнее десятилетие исследования микробиома резко расширились, поскольку исследователи пытались выявить сложные связи между нашими болезнями и постоянными микробами.

    Сегодня, по крайней мере, 10 процентов опубликованных статей о микробиоме используют термин «дисбиоз» для описания изменений в микробиоме, — считает Катаржина Хукс, вычислительный биолог, ныне работающий в Evotec, глобальной биотехнологической компании со штаб-квартирой в Германии. Некоторые ученые говорят, что этот термин полезен для сообщения о конкретном открытии, хотя и признают его ограничения. Другие ученые ненавидят это.

    Проблема в том, что dys- означает нечто отрицательное: дисфункцию, дислексию, антиутопию.Дисбактериоз предполагает не просто изменение, а плохое изменение. «Они подразумевают что-то несбалансированное или неправильное с нашим микробиомом», — говорит Фергус Шанахан, гастроэнтеролог и ученый-микробиом из Университетского колледжа Корка в Ирландии. Но в совершенно новой области исследования микробиома связи между кишечными бактериями и болезнями еще предстоит распутать. В большинстве случаев исследователи не знают, вредно ли изменение микробиома. Это может быть побочный эффект болезни. Это может быть адаптация наших кишечных насекомых к новым обстоятельствам.То, что кажется ненормальным, может быть нормальным.

    Хукс, Шанахан и другие утверждают, что использование термина «дисбактериоз» является ошибкой не только научного общения, но и научного мышления. «В наши слова заложены предрассудки, — говорит Шанахан. Даже если ученые не собираются вводить своих читателей в заблуждение, «они действительно могут ввести себя в заблуждение». Поскольку эта путаница достигла общественности — отчасти через наборы для тестирования непосредственно потребителю — она ​​способствовала тому, что огромное количество людей пытались сделать себе пересадку фекалий, что, по мнению исследователей, является потенциально опасным действием, имеющим мало научных оснований.

    Проект «Микробиом человека» , запущенный в 2007 году, преследует высокие цели. Исследователи будут использовать новые технологии для детального анализа большого количества микробных сообществ, и полученные данные изменят наше понимание роли, которую наши постоянные жуки играют в здоровье и болезнях. В образцах, взятых у 300 здоровых людей, ученые изучили виды бактерий, гены и генные продукты. В начале этого года завершился второй этап проекта, который изучал микробиом при трех конкретных состояниях здоровья (беременность и преждевременные роды, воспалительное заболевание кишечника и начало диабета 2 типа).Всего в проекте накоплено 42 терабайта данных.

    Тем не менее, выяснилось, что внутренне мы более разные, чем мы похожи. Среди всех этих данных не было универсального или нормального микробиома. Результаты показывают, что «существует огромное количество способов собрать микробиомы у людей, которые кажутся здоровыми», — говорит Роб Найт, исследователь микробиома из Калифорнийского университета в Сан-Диего, который работал над проектом «Микробиом человека».

    Кроме того, при сравнении групп больных и здоровых людей может быть трудно определить, являются ли какие-либо различия в микробиоме причиной или следствием болезни.Ученые считают, что причиной болезни может быть разница в микробиоме. Но также возможно, что болезнь изменила микробиом. «Я думаю, что гораздо более захватывающе и гораздо более вероятно, что большинство этих изменений являются вторичными по отношению к болезни», — говорит Шанахан. Эти изменения могут даже быть подходящими способами для нашего тела реагировать на болезнь.

    Есть и другие возможные объяснения. Найт приводит пример диабета 2 типа: некоторые различия в микробиомах диабетиков оказались вызваны метформином, распространенным лекарством от диабета.Или болезнь и изменение микробиома могут взаимно усиливать друг друга. В этом случае лечение микробиома «может не помочь вам выбраться из этого цикла», — говорит Найт. Вам все равно нужно лечить основное заболевание.

    Некоторые эксперименты дали дразнящие намеки на случаи, когда микробы действительно могли находиться на месте водителя. В статье 2013 года исследователи имплантировали мышам кишечные микробы людей с ожирением и без него. «Беспроблемных» мышей выращивали в полностью стерильных условиях, поэтому у них не было собственных микробиомов.Когда мыши получали микробы от людей с ожирением, их собственный жир увеличивался примерно на 10 процентов. Исследование произвело фурор в новостях: «Микробы в кишечнике могут сделать вас толстым»; «Бактерии худых людей могут помочь в лечении ожирения»; «Кишечные бактерии« могут быть оружием ожирения »».

    «Это очень интригующе, — говорит Найт, который был одним из авторов статьи, — но не устанавливает причинно-следственную связь у людей». Мыши — это не просто люди в миниатюре. Это было хорошо проиллюстрировано ранее проведенными исследованиями ожирения, в которых основное внимание уделялось гормону лептину.Когда ученые вводили лептин тучным мышам, они резко похудели. Но клинические испытания на людях провалились, потому что молекула не работает в нашем организме таким же образом.

    В своей статье 2017 года Хукс и соавтор Морин О’Мэлли проанализировали более 500 журнальных статей о микробиоме, в которых использовалось слово «дисбактериоз». Они обнаружили, что более половины работ определили дисбактериоз как нарушение равновесия. Другими распространенными определениями были либо общее изменение, либо изменение определенного типа бактерий.

    «Я пришел к выводу, что« дисбактериоз »- это заполнитель, — говорит Хукс. «Но, к сожалению, это еще и ленивый выбор».

    Шанахан и его соавтор привели аналогичный аргумент в статье 2019 года. То же самое сделали Скотт Олесен и Эрик Альм из Массачусетского технологического института в 2016 году, назвав идею баланса в микробиоме «пережитком донаучной мысли», сродни уравновешиванию юмора. Олесен сейчас является научным директором OpenBiome, некоммерческого банка стула, который собирает и обрабатывает донорские фекалии для использования врачами и исследователями.Он говорит, что он и Альм были разочарованы тем, как другие исследователи говорили о дисбактериозе.

    «Ничего подобного, — говорит Олесен.

    Тем не менее, некоторые исследователи считают, что дисбактериоз — хорошее слово, которое используется слишком широко. У них нет проблем с использованием этого термина в своих статьях при определенных условиях. Например, Андреас Боймлер, микробиолог из Калифорнийского университета в Дэвисе, не уклоняется от этого слова. Он считает, что микробиом кишечника является рычагом иммунной системы, задача которого — не допускать проникновения патогенов.Он определяет дисбактериоз как неспособность иммунной системы защитить хозяина, независимо от того, какие виды бактерий присутствуют.

    Пурна Кашьяп, гастроэнтеролог и специалист по микробиому из клиники Мэйо в Миннесоте, также публикует статьи о дисбактериозе, хотя он говорит, что ему не нравится, когда это слово «используется для описания любых изменений в микробиоме». Кашьяп утверждает, что любой здоровый человек имеет здоровый микробиом. Его собственное определение дисбактериоза немного отличается от определения Боймлера: это когда «микробное сообщество нарушается таким образом, что оказывает пагубное влияние на хозяина», — говорит он.Например, в недавней статье Кашьяп и другие обнаружили, что у некоторых пациентов с диареей были характерные кишечные микробные сообщества. Когда фекалии этих пациентов были трансплантированы мышам, свободным от микробов, мыши были более уязвимы для заражения Clostridioides difficile , патогеном, широко известным как C. diff , который вызывает полмиллиона заболеваний в год только в США.

    «Есть очень мало болезней, для которых установлена ​​какая-либо причинная связь с точки зрения микробиома», — говорит Кашьяп.Но когда исследовательские статьи или новостные статьи провозглашают связь между заболеваниями и дисбактериозом, он говорит, что «пациенты хотят проверить свой микробиом и посмотреть, есть ли у них дисбактериоз».

    Поскольку потенциальные эффекты трансплантации фекальной микробиоты (FMT) так плохо изучены, единственный способ получить такую ​​трансплантацию от врача в Соединенных Штатах — это если у вас рецидивирующий C. diff , для которого трансплантация фекалий почти чудесна, или являются частью клинического исследования. Это означает, что пациенты в U.S., которые хотят, чтобы врачи проверяли или лечили их микробиомы, могут быть разочарованы.

    В течение многих лет Линдси Калверли, 34-летняя жительница Калифорнии, страдала от проблем с пищеварением, которые затрагивали все аспекты ее жизни. Врачи не смогли дать ей объяснений. Но она подозревала, что с ее микробиомом что-то не так, и генетические тесты ее стула, которые она заказывала у нескольких компаний, казалось, подтвердили ее беспокойство. (Несколько компаний предлагают секвенирование стула; в их число входят Viome, Thryve и Diagnostic Solutions Laboratory, которая продает тест под названием GI-MAP.Стоимость колеблется от менее 100 до более 400 долларов.)

    «Я сделал, наверное, пять или шесть различных анализов кала, которые так или иначе определили определенный уровень дисбактериоза», — говорит Калверли. «Иногда это заросли, иногда — подлесок, иногда — просто неправильный баланс». В конце концов, она решила попробовать заново сбалансировать свой микробиом. Она связалась с частным продавцом во Флориде, который взимает 80 долларов за шесть унций отфильтрованных фекалий. Двенадцать сотен долларов спустя Калверли прибыл пакет с фекалиями, замороженными и на сухом льду.Это было 14 процедур — максимум, который она могла себе позволить в то время.

    Шанахан отмечает, что, хотя избыточный бактериальный рост, как в тестах Калверли, является признанным медицинским явлением, он происходит в тонкой кишке, а не в толстой кишке, и не может быть диагностирован по фекалиям. Как и Кашьяп, он также получал запросы пациентов на пересадку фекалий для лечения их микробиомов. Для таких людей, как Калверли, которые отчаянно нуждаются в помощи и разочарованы отсутствием ответов от врачей, чужие испражнения могут показаться многообещающими.

    В США единственный способ получить трансплантат фекалий от врача — это диагностировать рецидивирующую инфекцию бактериями C. diff (показано здесь) или участвовать в клинических испытаниях. За пределами кабинета врача многие люди пробуют пересадку стула своими руками. CDC / Lois S. Wiggs

    В январе Кашьяп присоединился к консультативному совету uBiome, одной из компаний, предлагающих секвенирование микробиома. Он присоединился «именно по этой причине, — говорит он, — чтобы посоветовать им, как сделать их подход к отчетности более научным и прозрачным».В отчетах компании пользователям сообщается обо всех типах бактерий в стуле, выходящих за пределы «нормального» диапазона, а также о заболеваниях, с которыми эти бактерии связаны. В образце отчета от uBiome, например, говорится, что пациент находится в группе повышенного риска сердечно-сосудистых заболеваний из-за «низкого» уровня Alloprevotella .

    «Это вызывает беспокойство среди пациентов», — говорит Кашьяп, добавляя, что он неоднократно выражал свои опасения uBiome. Сейчас это может быть спорный вопрос. Этой весной ФБР провело обыск в офисе uBiome, изучая такие практики, как многократное выставление счетов пациентам без их согласия.С тех пор компания объявила о банкротстве и планирует закрыться.

    Проект

    American Gut, финансируемый за счет краудфандинга проект по каталогизации глобального микробного разнообразия под названием «Проект микробиома Земли», также секвенирует микробную ДНК в стуле и предлагает данные о том, как участники сравниваются с другими. «Мы очень стараемся объяснить им, что ожидаются вариации, и объяснить им, что это не клинический тест», — говорит Найт, соучредитель American Gut. Он рассматривает это как проект гражданской науки; в прошлом году были опубликованы результаты более чем 10 000 участников.Но Найт признает, что многие люди подписываются, потому что думают, что получают полезную с медицинской точки зрения информацию.

    Единственный тест, который действительно может сказать вам, следует ли вам делать пересадку фекалий, говорит Найт, — это тест на C. diff . Если люди ищут другие ответы с помощью теста на микробиом, «наука сейчас не в этом, если только вы не мышь».

    Хайнц Куп опубликовал в Facebook фотографию свежей какашки, балансирующей на бумажной прокладке над унитазом, и спросил: «Это его табурет, как вы, ребята, думаете?» В этой группе на Facebook для энтузиастов FMT и в других подобных группах люди делятся своим опытом трансплантации фекалий при таких состояниях, как тревожность и угри, или о своих детях с аутизмом — или даже о своих собаках.

    Табурет на фотографии Купа принадлежал другу, «как самому здоровому человеку, которого я знал, и очень спортивному», — говорит Куп. Он подумал, что этот друг может быть хорошим донором, хотя комментаторы в Facebook неоднозначно относились к тому, достаточно ли сформирован образец. Тем не менее Куп сделал себе четыре клизмы с фекалиями своего друга.

    Это было просто: «Он живет примерно в 10 минутах от меня», — говорит Куп. «Он положил его в маленькую коробку и поставил в холодильник. Затем он написал мне: «Хорошо, у меня новый образец.Но после того, как результаты собственного секвенирования микробиома были получены вместе с некоторыми данными, которые Купу не понравились, они приостановили эксперимент. Куп считает, что трансплантация ему немного помогла.

    Линдси Калверли также продолжила свой домашний FMT. По ее словам, поскольку она уже делала себе ежедневные кофейные клизмы, добавление ведра чужого стула практически не изменило ее распорядок дня. Но после израсходования пожертвований ей не стало лучше. Во всяком случае, у нее появились новые симптомы.

    Калверли написал своему дарителю и получил возмещение.

    «У нас есть веские доказательства того, что [FMT] очень хорош с одной стороны, — говорит Олесен, — а кроме того, это такой открытый вопрос». Его организация OpenBiome отправила в медицинские учреждения более 50 000 препаратов для лечения C. diff инфекции. Помимо C. diff , банк табуретов работает только с врачами, проводящими клинические испытания.

    Несмотря на то, что в центре офиса OpenBiome стоит обнимающийся взрывающийся эмодзи, Олесен не относится к FMT легкомысленно.«Мы здесь считаем это серьезным лекарством», — говорит он. Он задается вопросом, делают ли полностью натуральный стул и широко распространенный язык о «балансе» микробиома FMT как своего рода комплексное лечение. «Если вы думаете, что с вашим телом что-то не так, есть какая-то литература, в которой говорится, что это может быть связано с микробиомом кишечника», — говорит он. Пересадка кала может показаться лекарством от всего, что вас беспокоит.

    Однако трансплантация фекалий может не только лечить людей, но и убивать их. Ранее в этом году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов объявило, что двое взрослых с ослабленным иммунитетом, получившие экспериментальный FMT от врача, заразились лекарственно-устойчивыми E.coli инфекции. Один из них умер. В ответ агентство посоветовало дополнительные меры защиты, включая проверку доноров и их стула. (В заявлении OpenBiome говорится, что компания уже проводила подобный скрининг и не обеспечивала зараженную обработку.)

    Еще одна причина, по которой FMT опасен, — это та же причина, по которой наука о нем так интересна: исследователи обнаружили связь между микробиомом и такими состояниями, как болезнь Паркинсона, рассеянный склероз и рак. Если какая-либо из этих связей окажется причинной, пересадка фекалий от, казалось бы, здорового человека может нести скрытые риски в будущем.

    «Установлено, что микробиом связан со многими аспектами здоровья, о которых никто не подозревал 20 лет назад», — говорит Найт. Работа над выяснением того, когда микробиом вызывает заболевание, а когда это всего лишь побочный эффект, продолжается. Ученые даже не уверены, как фекальные трансплантаты вылечивают рецидивирующий C. diff .

    Пока они работают над ответами, ученые, вероятно, продолжат использовать термин «дисбактериоз». «Я думаю, что это уже проигранная битва», — говорит Хукс.Но она утверждает, что «просить людей объяснить, что они имеют в виду», по-прежнему важно. Показывает ли эксперимент, что болезнь вызывает различие микробов или наоборот? Что все сообщество микробов изменилось, или что определенные ошибки появились или исчезли? Или просто: что-то другое?

    «Мы обязаны сделать язык правильным», — говорит Шанахан, добавляя, что наука — это поиск истины. «Почему вы используете слово, которое находится в одном шаге от истины?»


    Элизабет Престон — писатель-фрилансер, чьи работы можно найти в таких изданиях, как New Scientist, Discover, Quanta, The Atlantic и STAT News.

    Изначально эта история была представлена ​​на Undark .

    Дисбактериоз кишечника при болезни Хантингтона: ассоциации между микробиотой кишечника, когнитивными функциями и клиническими исходами | Мозговые коммуникации

    Аннотация

    Болезнь Хантингтона характеризуется триадой моторных, когнитивных и психических нарушений, а также непреднамеренной потерей веса. Хотя большая часть исследований была сосредоточена на когнитивных, моторных и психиатрических симптомах, степень периферической патологии и взаимосвязь между этими факторами и основными симптомами болезни Хантингтона относительно неизвестны.Микробиота кишечника является ключевым модулятором коммуникации между мозгом и кишечником, а изменения в составе микробиоты (дисбиоз) могут отрицательно влиять на познавательные способности, поведение и аффективные функции и могут быть вовлечены в прогрессирование заболевания. Кроме того, недавно сообщалось о дисбактериозе кишечника у трансгенных мышей с болезнью Гентингтона. Наша основная цель состояла в том, чтобы охарактеризовать микробиом кишечника у людей с болезнью Гентингтона и определить, насколько состав кишечной микробиоты в значительной степени связан с клиническими показателями прогрессирования заболевания.Мы сравнили 42 носителя генной экспансии болезни Гентингтона, в том числе 19 человек, у которых была диагностирована болезнь Хантингтона (общая функциональная способность> 6), и 23 человека на стадии до проявления, с 36 здоровыми людьми из контрольной группы, сопоставимыми по возрасту и полу. Участники были охарактеризованы клинически с использованием набора когнитивных тестов и результатов секвенирования рРНК от 16S V3 до V4 образцов фекалий для характеристики микробиома кишечника. Для измерения микробиома кишечника мы обнаружили значительные различия в микробных сообществах (бета-разнообразие) на основе невзвешенного расстояния UniFrac ( P = 0.001), а также значительно более низкое альфа-разнообразие (видовое богатство и однородность) между нашей объединенной группой носителей экспансии гена болезни Хантингтона и здоровым контролем ( P = 0,001). Мы также обнаружили серьезные сдвиги в структуре микробного сообщества на уровне филума и семейства и определили функциональные пути и ферменты, затронутые в нашей группе носителей экспансии генов болезни Хантингтона. В группе носителей экспансии генов болезни Хантингтона мы также обнаружили ассоциации между кишечными бактериями, когнитивными функциями и клиническими исходами.В целом, наши результаты указывают на измененный микробиом кишечника у носителей экспансии генов при болезни Гентингтона. Эти результаты подчеркивают важность биомаркеров кишечника и поднимают интересные вопросы относительно роли кишечника в болезни Хантингтона и того, может ли он быть потенциальной целью для будущего терапевтического вмешательства.

    Абстрактное графическое изображение

    Абстрактное графическое изображение

    Введение

    Болезнь Хантингтона — это наследственное нейродегенеративное заболевание, которое вызывает прогрессирующее снижение моторики, когнитивную дисфункцию и психоневрологические симптомы (Walker, 2007).Болезнь Хантингтона вызывается зависящей от возраста пенетрантностью расширенной последовательности цитозин-аденин-гуаниновых повторов (CAG) в гене huntingtin (Tabrizi et al. , 2011). Большие экспансии CAG-повторов связаны с более ранним началом заболевания и более быстрым прогрессированием заболевания (Andrew et al. , 1993). На всем протяжении болезни болезнь Хантингтона влияет на широкий спектр функций, включая общение, осведомленность, исполнительные функции, организацию, память и зрительно-пространственные способности, которые со временем снижаются (Craufurd et al., 2001; Berrios et al. , 2002; Paulsen et al. , 2008 г .; Росс и Тебризи, 2011). Снижение когнитивных функций в конечном итоге переходит в деменцию, и, кроме того, депрессия и самоубийства, по оценкам, в 5–10 раз чаще встречаются при болезни Хантингтона, чем среди населения в целом (Berrios et al. , 2002; Walker, 2007). В головном мозге болезнь Хантингтона рано и серьезно поражает базальные ганглии, но последствия болезни Гентингтона для мозга прогрессируют и распространяются на ряд корковых и подкорковых структур, затрагивая как серое, так и белое вещество (Tabrizi et al., 2009, 2011; Domínguez et al. , 2016). Предполагается, что эти изменения головного мозга объясняют клинические проявления, наблюдаемые при болезни Хантингтона (Ross and Tabrizi, 2011), однако периферическая патология является малоизученной областью исследований.

    Помимо когнитивных, моторных и психоневрологических симптомов, которые, вероятно, связаны с изменениями мозга, люди с болезнью Хантингтона также испытывают ряд желудочно-кишечных расстройств, включая диарею, дефицит питательных веществ, гастрит и непреднамеренную потерю веса, которые считаются клиническими признаками. болезни Хантингтона (Djousse et al., 2002; Роббинс и др. , 2006; van der Burg et al. , 2017). Некоторые данные свидетельствуют о том, что эти нарушения являются проявлением дисфункции желудочно-кишечного тракта (van der Burg et al. , 2011). Кроме того, желудочно-кишечные расстройства могут быть косвенными эффектами других прогрессирующих признаков заболевания, таких как снижение когнитивных функций и снижение подвижности. Хотя большая часть исследований патогенеза болезни Хантингтона была сосредоточена на атрофии мозга и сопутствующих когнитивных, поведенческих и психиатрических симптомах, степень, в которой периферическая патология, и в частности кишечник, связана с основными симптомами болезни Хантингтона, остается относительно неизвестной. (Kong et al., 2018).

    В дополнение к этой картине, обширные данные подчеркивают взаимосвязь между кишечной нервной системой, кишечным микробиомом и мозгом, которые вместе называются осью кишечник-мозг (Carabotti et al. , 2015). Ось кишечник – мозг представляет собой двунаправленную химическую сигнальную систему между желудочно-кишечным трактом и центральной нервной системой (Burokas et al. , 2015). Кроме того, изменения микробиома кишечника влияют на регуляцию настроения, познание и сон (Cryan and Dinan, 2012), и все больше данных свидетельствует о том, что разнообразие кишечного микробиома имеет важное значение для функции мозга (Dinan and Cryan, 2017).Признание функциональной значимости оси кишечник – мозг становится все более влиятельным и даже считается сдвигом парадигмы в нейробиологии (Mayer et al. , 2014). С ростом исследовательской активности по этой теме, все больше и больше доказательств теперь связывает ось кишечник-мозг с нейродегенеративными, нейродегенеративными и нейропсихиатрическими заболеваниями (Marques et al. , 2016; Sarkar and Banerjee, 2019).

    Измененные профили микробиома кишечника были зарегистрированы при нескольких нейродегенеративных заболеваниях, таких как рассеянный склероз (Newland et al., 2016), болезнь Паркинсона (Scheperjans et al. , 2015), боковой амиотрофический склероз (Fang et al. , 2016) и болезнь Альцгеймера (Vogt et al. , 2017; полный обзор см. В Саркар и Банерджи, 2019). Наиболее многочисленные доказательства дисбактериоза кишечника связаны с болезнью Паркинсона (Keshavarzian et al. , 2015; Scheperjans et al. , 2015; Fitzgerald et al. , 2019). Считается, что при болезни Паркинсона изменения микробиоты кишечника способствуют опосредованному альфа-синуклеином моторному дефициту и нейровоспалению, которое специфически связывает ось кишечник-мозг с патогенезом заболевания (Sampson et al., 2016; Фитцджеральд и др. , 2019). Кроме того, трансплантация кишечной микробиоты от людей с болезнью Паркинсона мышам обостряет двигательный дефицит, подчеркивая взаимосвязь между кишечной микробиотой и прогрессированием заболевания (Sampson et al. , 2016). Люди с болезнью Паркинсона также проявляют дисбактериоз, и большее количество Enterobacteriaceae коррелирует с тяжестью двигательных признаков, включая постуральную нестабильность и аномалии походки (Scheperjans et al., 2015). Болезнь Паркинсона, как и другие нейродегенеративные заболевания, связана с более низкими, чем обычно, уровнями Eubacterium hallii и Prevotella (Louis et al. , 2010; Engels et al. , 2016; Gerhardt and Mohajeri, 2018 ). Эти бактерии участвуют в производстве короткоцепочечных жирных кислот, которые играют важную роль в гомеостазе кишечника, функции кишечника и толстой кишки (Bourassa et al. , 2016) и могут быть механизмом, лежащим в основе некоторых кишечных признаков и симптомы, наблюдаемые при болезни Паркинсона.

    По сравнению с обширными доказательствами болезни Паркинсона, исследований микробиома кишечника у людей с болезнью Хантингтона не сообщалось, несмотря на интригующие результаты, полученные на животных моделях с болезнью Гентингтона (Kong et al. , 2018; Radulescu et al. , 2019). Например, исследования на мышах с болезнью Хантингтона демонстрируют дисфункцию кишечника, а также доказательства эндокринной дисфункции, включая гормональные нарушения, снижение кишечных нейропептидов, уменьшение толщины слизистой оболочки и длины ворсинок (Ferrante et al., 2000; van der Burg et al. , 2011 г .; McCourt et al. , 2015). Более того, недостаточный энергетический обмен, а также различия в метаболизме сыворотки и спинномозговой жидкости наблюдались у трансгенных крыс с предсимптомной болезнью Хантингтона (Verwaest et al. , 2011). Совсем недавно на трансгенных мышах R6 / 1 Kong et al. (2018) обнаружил первое конкретное свидетельство дисбактериоза кишечника на модели болезни Хантингтона, обнаружив увеличение Bacteroidetes и пропорциональное уменьшение Firmicutes.В этом исследовании дисбактериоз кишечника также был связан с ухудшением массы тела и двигательными нарушениями.

    Учитывая доклинические данные о дисбактериозе кишечника на моделях болезни Хантингтона и клинические данные о симптомах кишечника при болезни Хантингтона, а также наметившуюся картину дисбактериоза кишечника при нейродегенеративных состояниях, в этом исследовании мы использовали образцы фекалий, чтобы выяснить, соответствует ли микробиом кишечника синдрому Хантингтона. Носители экспансии гена болезни (HDGEC) отличаются от здоровых людей из контрольной группы (HC) того же возраста и пола.Мы стремились исследовать различия с точки зрения богатства и равномерности разнообразия кишечника, что придает устойчивость функции кишечника, состава микробных сообществ , как показывает таксономический анализ и различные типы и семейства бактерий, составляющих композиционный состав. различия, и функциональные пути и ферменты , связанные с этими профилями кишечника. Мы также изучили взаимосвязь между типом, семейством и некоторыми видами бактерий с клиническими показателями двигательной и когнитивной функции.

    Материалы и методы

    Участников

    Мы изучили 42 HDGEC, в том числе 19 человек с диагнозом «болезнь Гентингтона», 23 человека на пре-манифестной стадии и 36 HCs. Было генетически подтверждено, что все преманифестные HDGEC имеют расширение CAG при болезни Хантингтона (то есть CAG ≥ 39; за исключением одной преманифестной HDGEC, близкой к явному диагнозу). Для выборки болезни Хантингтона диагноз был поставлен путем неврологического обследования и классификации неврологом участника как клинически симптоматического на основании однозначных двигательных признаков болезни Хантингтона с использованием унифицированной шкалы оценки болезни Хантингтона (UHDRS; Kieburtz et al., 2001). Мы использовали масштабированные оценки продукта CAG-возраста (CAP S ), чтобы классифицировать наших предварительных проявлений участников HDGEC на основе 5-летней вероятности симптоматического диагноза на пороговые значения низкой, средней и высокой вероятности на основе оптимизации. алгоритм из исследования PREDICT-HD (Epping et al. , 2013). CAP S вычисляется путем умножения возраста на момент тестирования (Возраст 0 ) на масштабирование длины повтора CAG, где CAP S = Возраст 0 × (CAG — 33.66) / 432,3326 (Чжан и др. , 2011 г.). У нас было семь предварительных участников в нижнем пороге (CAP S <0,67), семь участников в среднем пороге (CAP S между 0,67 и 0,85) и семь участников в высоком разрезе. -выкл (CAP S > 0,85). Мы не смогли рассчитать CAP S для двух участников из-за отсутствия генетических данных.

    Мы набрали участников из Государственной службы прогрессирующих неврологических заболеваний при больнице Calvary Health Care Bethlehem, а также из базы данных участников исследования экспериментальной нейропсихологии и клинической когнитивной нейробиологии Хантингтона в Университете Монаша, Мельбурн, Австралия.Критерии исключения для всех участников включали диагноз, поставленный терапевтом или медицинским работником синдрома раздраженного кишечника, целиакии, диабета или истории любого диагностированного состояния, которое может повлиять на общее состояние кишечника (например, болезнь Крона и язвенный колит). Кроме того, участники были исключены, если у них было психическое заболевание (за исключением психиатрических симптомов, связанных с болезнью Хантингтона), неврологическое заболевание (за исключением болезни Хантингтона), история черепно-мозговой травмы, недавнее использование антибиотиков или противовоспалительных препаратов (последние 2 месяца). или текущее употребление развлекательных веществ.

    Образец измерения характеристик

    Депрессия широко распространена при болезни Хантингтона (Walker, 2007) и может негативно повлиять на познавательные способности и микробиом кишечника. Поэтому мы провели скрининг участников с использованием пересмотренной шкалы депрессии Центра эпидемиологических исследований (Eaton et al. , 2004). Центр эпидемиологических исследований. Шкала депрессии. Пересмотренные баллы варьируются от 0 до 80, при этом более высокие баллы указывают на более выраженные депрессивные симптомы. Поскольку в центре внимания этого исследования был микробиом кишечника, мы хотели рассмотреть желудочно-кишечные симптомы.Поэтому мы включили клинически используемый показатель здоровья кишечника, опросник оценки состояния здоровья желудочно-кишечного тракта (Metagenics ® , 1992). Анкета оценки здоровья желудочно-кишечного тракта включает 35 вопросов, касающихся функционирования желудка, желудочно-кишечного воспаления, функционирования тонкой кишки и поджелудочной железы, а также функции толстой кишки. Баллы по анкете оценки здоровья желудочно-кишечного тракта варьируются от 0 до 280, причем более высокие баллы указывают на более выраженные желудочно-кишечные симптомы.Мы провели тест чтения взрослых Векслера (Holdnack, 2001), чтобы оценить преморбидный интеллект участников. Тест Векслера по чтению для взрослых состоит из 50 слов, которые не соответствуют стандартным правилам произношения, и участники должны читать эти слова вслух. Более высокий балл (т. Е. Большее количество правильно произнесенных пунктов) отражает более высокую оценку коэффициента преморбидного интеллекта. По этим показателям группы не различались статистически по депрессивным симптомам, желудочно-кишечным симптомам или оценкам преморбидного интеллекта.

    Для HDGEC компоненты UHDRS (Kieburtz et al. , 2001) Total Motor Score (TMS) и Total Functional Capacity (TFC) были использованы для характеристики тяжести двигательных признаков и стадии заболевания. Более высокий TMS указывает на более серьезные двигательные признаки. TFC — это шкала оценки врача, включающая пункты, связанные с трудоспособностью, управлением финансами, выполнением домашних обязанностей, самообслуживанием и способностью жить самостоятельно (Shoulson and Fahn, 1979). Эти рейтинги дают оценку TFC, причем более высокие баллы указывают на лучшее функционирование и большую независимость.TFC и TMS были получены от лечащего невролога / клинициста каждого участника HDGEC. TMS для трех участников был недоступен. Демографические и клинические характеристики групп участников представлены в таблице 1. Дополнительная таблица 1 содержит демографическую и клиническую информацию об участниках HDGEC, разделенных по статусу заболевания (т.е. предварительное проявление или манифест).

    Таблица 1

    Демографический и клинический профиль участников HDGEC и HC

    8 ) Диапазон 58 58 (лет после постановки диагноза) –13
    . . HDGEC = 42 . Контроль = 36 . P / χ 2 значение .
    Пол M: Ж 22:20 15:21 0,345
    Возраст (лет) M (SD) 50,16 (12,14)
    0,948
    Диапазон 26–75 24–69
    UHDRS – TMS M (SD) 9.21 (12.71)
    Диапазон 0–41
    UHDRS – TFC M (SD) Диапазон 6–13
    Длительность заболевания M (SD) 5,06 (3,23)
    Длина CAG M (SD) 41.26 (1,80)
    Диапазон 38–46
    CAP S 1
    Диапазон 0,32–1,40
    Годы образования M (SD) 14,61 (2,94) 14,83 () 0.461
    Диапазон 8–21 9–23
    Расчетный IQ M (SD) 104,04 (6,99)
    106,14
    106,14
    Диапазон 87–115 89–117
    GIHAQ M (SD) 21,47 (25,44) 15,81 (21,33) 0,25 0–119 0–116
    CESD-R M (SD) 10.92 (10,45) 7,06 (7,75) 0,071
    Диапазон 0–43 0–31
    ––,81
    . . HDGEC = 42 . Контроль = 36 . P / χ 2 значение .
    Пол M: F 22:20 15:21 0.345
    Возраст (лет) M (SD) 50,16 (12,14) 50,55 (13,90) 0,948
    Диапазон 26–75 249
    UHDRS – TMS M (SD) 9,21 (12,71)
    Диапазон 0–41 SDR ) 10.90 (2,64)
    Диапазон 6–13
    Длительность заболевания M (SD) 5,06 53 15 5,06 57 15 (лет после постановки диагноза) Диапазон 1–13
    Длина CAG M (SD) 41,26 (1,80)
    46
    CAP S M (SD) 0.88 (0,25)
    Диапазон 0,32–1,40
    Годы обучения M (SD) 14,61158 0,461
    Диапазон 8–21 9–23
    Расчетный IQ M (SD) 104,04 (6,99) 106,14 (6.43) 0,171
    Диапазон 87–115 89–117
    GIHAQ M (SD) 21,47 (25,41157) 21,47 (25,41157)
    Диапазон 0–119 0–116
    CESD-R M (SD) 10,92 (10,45) 97111.711 7,06 Диапазон 0–43 0–31
    Таблица 1

    Демографический и клинический профиль участников HDGEC и HC

    8 ) Диапазон 58 58 (лет после постановки диагноза) –13
    . . HDGEC = 42 . Контроль = 36 . P / χ 2 значение .
    Пол M: Ж 22:20 15:21 0,345
    Возраст (лет) M (SD) 50,16 (12,14)
    0,948
    Диапазон 26–75 24–69
    UHDRS – TMS M (SD) 9.21 (12.71)
    Диапазон 0–41
    UHDRS – TFC M (SD) Диапазон 6–13
    Длительность заболевания M (SD) 5,06 (3,23)
    Длина CAG M (SD) 41.26 (1,80)
    Диапазон 38–46
    CAP S 1
    Диапазон 0,32–1,40
    Годы образования M (SD) 14,61 (2,94) 14,83 () 0.461
    Диапазон 8–21 9–23
    Расчетный IQ M (SD) 104,04 (6,99)
    106,14
    106,14
    Диапазон 87–115 89–117
    GIHAQ M (SD) 21,47 (25,44) 15,81 (21,33) 0,25 0–119 0–116
    CESD-R M (SD) 10.92 (10,45) 7,06 (7,75) 0,071
    Диапазон 0–43 0–31
    ––,81
    . . HDGEC = 42 . Контроль = 36 . P / χ 2 значение .
    Пол M: F 22:20 15:21 0.345
    Возраст (лет) M (SD) 50,16 (12,14) 50,55 (13,90) 0,948
    Диапазон 26–75 249
    UHDRS – TMS M (SD) 9,21 (12,71)
    Диапазон 0–41 SDR ) 10.90 (2,64)
    Диапазон 6–13
    Длительность заболевания M (SD) 5,06 53 15 5,06 57 15 (лет после постановки диагноза) Диапазон 1–13
    Длина CAG M (SD) 41,26 (1,80)
    46
    CAP S M (SD) 0.88 (0,25)
    Диапазон 0,32–1,40
    Годы обучения M (SD) 14,61158 0,461
    Диапазон 8–21 9–23
    Расчетный IQ M (SD) 104,04 (6,99) 106,14 (6.43) 0,171
    Диапазон 87–115 89–117
    GIHAQ M (SD) 21,47 (25,41157) 21,47 (25,41157)
    Диапазон 0–119 0–116
    CESD-R M (SD) 10,92 (10,45) 97111.711 7,06 Диапазон 0–43 0–31

    Этическое разрешение

    Комитет по этике исследований на людях Университета Монаша одобрил это исследование (MUHREC: 8031).Все участники предоставили письменное информированное согласие в соответствии с Хельсинкской декларацией (Всемирная медицинская ассоциация, 2013 г.).

    Процедура

    Данные, представленные в этом исследовании, были собраны в качестве исходных данных для клинического испытания пробиотиков, которое продолжалось, когда была подготовлена ​​эта рукопись. Участники были проверены на соответствие критериям по телефону, а затем были назначены на 90-минутную сессию оценки в лаборатории. Чтобы сделать возможным сбор пробы фекалий, участникам заранее разослали комплекты для сбора стула.В комплект входили инструкции по сбору и хранению образца стула, а также пробирки для сбора, латексные перчатки, пластиковые контейнеры и герметичные пластиковые пакеты. Чтобы оценить панель кишечных бактерий, участники предоставили образец фекалий в течение 24 часов после сеанса лабораторного тестирования, который они хранили на льду до посещения сеанса тестирования. Когда участники прибыли на сессию тестирования, мы хранили их образец стула при -80 ° C для дальнейшей обработки. Затем мы выполнили ряд нейропсихологических задач и измерили преморбидный интеллект.Участники также заполнили самооценку депрессии и функции желудочно-кишечного тракта. Мы возместили участникам их время в конце сеанса тестирования.

    Меры

    Когнитивные меры

    Мы использовали когнитивные показатели из Батареи когнитивных оценок при болезни Хантингтона (HD-CAB), которая представляет собой батарею, специально разработанную для когнитивной оценки в клинических испытаниях болезни Хантингтона (Stout et al., 2014). HD-CAB включает шесть когнитивных тестов. Мы описываем каждую задачу ниже; для более подробной информации обратитесь к Stout et al. (2014).

    Пересмотренный тест на вербальное обучение Хопкинса (Бенедикт и др. , 1998) — это задание на бумаге и карандаше, которое оценивает словесное обучение и память (немедленное и отложенное вспоминание). Выполняя это задание, участники должны вспомнить как можно больше элементов из списка слов в течение трех обучающих испытаний и испытания отложенного отзыва. Основным критерием результата является общее количество слов, запомненных в трех испытаниях, суммированное с количеством слов, запомненных в отсроченном испытании.

    Тест модальности символов и цифр измеряет скорость обработки и визуальное внимание (Смит, 1982). Участники должны обратиться к ключу и заполнить каждое пустое поле числом, которое правильно соответствует каждому символу, как можно быстрее в течение 90 секунд. Мерой результата является общее количество правильно заполненных ящиков.

    Тест на создание следа (Рейтан, 1958), части A и B, измеряют скорость обработки и ручного движения, зрительно-пространственное внимание и исполнительные функции.Показателем результата, который мы использовали для этой задачи, является время, затраченное (в секундах) на выполнение части B теста на построение следа, где участники должны нарисовать непрерывную линию, соединяющую числа и буквы поочередно (от 1 до A, от A до 2, от 2 до Б и др.). Более продолжительное время указывает на более низкую производительность.

    Paced tepping (Rowe et al. , 2010; Stout et al. , 2014) — это компьютеризированная задача, используемая для измерения психомоторной координации и времени. Участникам предлагается нажимать на мышь, чередуя большие пальцы в постоянном ритме.Они проходят четыре идентичных испытания. Показателем результата для этой задачи является величина, обратная стандартному отклонению интервала между нажатиями, которая измеряет общую согласованность скорости нарезания резьбы. Более высокие значения указывают на лучшую производительность.

    Задача на распознавание эмоций (Johnson et al. , 2007) — это компьютеризированная мера способности участников распознавать эмоции в выражениях лиц. Участникам представлены черно-белые сфотографированные лица, изображающие семь эмоциональных выражений: гнев, отвращение, страх, счастье, печаль, удивление или нейтральный характер.Мерилом результата является правильное количество идентифицированных отрицательных эмоций (гнев, отвращение, страх и печаль). Более высокие баллы указывают на большую точность.

    Чулки One Touch Stockings of Cambridge (OTS) — это модифицированная сокращенная версия (6Touch20) задачи CANTAB ® OTS. OTS — это компьютеризированная задача, которая измеряет рабочую память и пространственное планирование (Роббинс и др. , 1994; Уоткинс и др. , 2000). Участники должны представить движущиеся шары (по одному), чтобы нижнее расположение шаров совпадало с верхним за как можно меньше ходов.Во время каждого испытания участникам предлагается выбрать минимальное количество ходов (от одного до шести), необходимое для того, чтобы нижний набор соответствовал верхнему. Показатель результата — это среднее время для достижения правильного ответа (в секундах), усредненное по всем испытаниям. Более высокие значения указывают на более низкую производительность.

    Используя шесть тестов, включенных в HD-CAB, мы вычислили общий балл для оценки когнитивных результатов. Сначала мы изменили масштаб теста Trail Making Test (Часть B) и OTS, чтобы более высокие баллы отражали лучшую производительность.Для этих переменных все значения умножались на -1, а затем ко всем значениям добавлялось постоянное значение (максимальное значение для каждой переменной). Затем мы вычислили равновзвешенный составной балл, добавив средний стандартизованный балл Z для каждого отдельного теста (пересмотренный тест на вербальное обучение Хопкинса, тест на определение символьных цифр, тест на создание следа, часть B, темповое постукивание, распознавание эмоций и OTS) . Мы также вычислили отдельные равновзвешенные когнитивные композитные баллы, стандартизированные только для нашей группы HDGEC, для определенных анализов, ограниченных группой HDGEC.

    Извлечение, секвенирование и предварительная обработка фекальной ДНК

    Мы извлекли аликвоту 200–250 мг из каждой замороженной пробы фекалий и поместили их в пробирки для экстракции гранул на 2 мл. Пробирки для экстракции гранул хранили на сухом льду и доставили в Австралийский центр геномных исследований в Аделаиде, Южная Австралия, для экстракции геномной ДНК бактерий. Все образцы, включенные в этот отчет, были извлечены в один момент времени, чтобы исключить вариации результатов из-за возможных эффектов партии.Ген 16S V3 – V4 рРНК (341F – 806 R), который является гипервариабельной областью бактериальной рРНК для отслеживания филогении, был амплифицирован, и конечные концентрации были определены с помощью флуорометрии. Все включенные аликвоты содержали> 0,50 нг / мкл пригодного для использования ампликона и считались достаточными для стадии секвенирования. Amplicon были объединены и секвенированы с использованием секвенатора нового поколения Illumina MiSeq. Затем чтения были демультиплексированы и качество обрезано перед удалением шума с использованием параметров по умолчанию в DADA2 v1.12 в R (Callahan et al., 2016), чтобы получить таблицу вариантов последовательности ампликона (ASV). Образцы, у которых не было как минимум 1000 считываний, не были включены в наш анализ. ASV были сопоставлены с базой данных SILVA 132_99 (Quast et al. , 2012) для получения таксономической идентичности считываний. Результаты этого процесса были представлены в виде таблицы относительной численности бактерий на уровне типов и семейств. Полный набор данных результатов, полученных в результате анализа, включал бактерии из семи типов, 32 семейств и 79 родов.Большинство бактериальных Phyla во всех образцах были Firmicutes (83%), Actinobacteria (9%), Bacteroidetes (4%) и Verrucomicrobia (1,1%).

    Определение основных критериев исхода по образцам фекалий

    Чтобы охарактеризовать богатство , ровность и состав микробиомной среды , мы оценили альфа- и бета-разнообразие. Мы использовали количество наблюдаемых ASV, а также индекс Фишера, чтобы определить насыщенность и равномерность, т.е.е. альфа-разнообразие микробного сообщества каждого участника и невзвешенные расстояния UniFrac для состава среды группы, то есть бета-разнообразие. Для показателей альфа-разнообразия считывания были уменьшены до 1984 считываний, что является минимальным глобальным числом считываний в когорте. Для бета-разнообразия невзвешенные расстояния UniFrac были рассчитаны и упорядочены в основном скоординированном анализе для визуализации вариации данных. Невзвешенное расстояние UniFrac объясняет филогенетические отношения между ASV.Адонис (многомерный дисперсионный анализ перестановок) из «веганского» пакета v2.5.6 R был выполнен с 999 перестановками (Dixon, 2003). Adonis предоставляет значение R 2 по шкале от 0 до 1, что указывает на величину отклонения, объясняемую протестированными факторами. Как альфа-, так и бета-разнообразие анализировали с использованием пакета «Phyloseq» v1.28 R (McMurdie and Holmes, 2013). Для изучения различий, которые описывают наблюдаемые различия в составе микробной среды, мы использовали таксономический анализ на уровне типа и семейства.Редкие бактериальные семейства были отфильтрованы с использованием порогового значения минимум 10 считываний на образец, в результате было всего 29 бактериальных семейств и 7 типов.

    Анализ функции кишечника с использованием PICRUSt2 для определения функциональных путей и ферментов

    сырых последовательностей были пропущены через рабочий процесс PICRUSt2 для получения комиссионных номеров ферментов и численности ортологов Киотской энциклопедии генов и геномов, которые описывают потенциальные нарушения ферментов микробиома кишечника и функциональных путей, соответственно (Douglas et al., 2020). Как и в случае анализа состава микробиома, альфа- и бета-разнообразие Киотской энциклопедии генов и геномов, численность ортологов и номера комиссий по ферментам были проанализированы с помощью Phyloseq in R.

    Статистический анализ

    Мы использовали тест Краскела-Уоллиса для сравнения измерений видового богатства и альфа-разнообразия между группами и многомерный дисперсионный анализ Adonis Permutation для сравнения микробного состава (индексы бета-разнообразия) между группами.Для изучения таксономий мы использовали анализ состава микробиомов, реализованный в QIIME2 v2019.7 (Caporaso et al. , 2010), чтобы проверить различие численности бактерий между группами HDGEC и HC на уровнях типа и семейства (Mandal ). и др., , 2015). Показано, что анализ состава микробиомов контролирует частоту ложных открытий при сохранении высокой мощности и намного лучше подходит для анализа данных об относительной численности микробиома по сравнению с другими стандартными статистическими тестами, такими как t -тест и ANOVA (Mandal et al. ., 2015). Значение W-статистики, полученное в результате анализа состава микробиомов, указывает, сколько раз нулевая гипотеза была отклонена для каждого ASV с коэффициентом ложного обнаружения <0,05. Для всех анализов групповых различий (HDGEC по сравнению с HC) мы контролировали гендерные эффекты. Чтобы сравнить функциональные пути и ферменты между группами, мы использовали многомерный разреженный частичный дискриминантный анализ методом наименьших квадратов, метод обучения с учителем, реализованный в пакете mixOmics v6.8.5 R (Le Cao et al., 2016), чтобы идентифицировать сигнатуру, отличающую HDGEC от группы HC.

    Разведочные анализы

    Клинические результаты и корреляция с микробиомом кишечника

    Мы использовали независимый выборочный тест t для изучения различий в когнитивных способностях (составной балл HD-CAB) между нашими группами HDGEC и HC. Затем, используя только HDGEC, мы изучили связи между микробиомом кишечника, когнитивными исходами (составной балл HD-CAB) и клиническими исходами, связанными с болезнью Хантингтона (UHDRS – TMS, UHDRS – TFC и CAP S ), с использованием шкалы Спирмена. коэффициенты ранговой корреляции, учитывая неравномерность распределения наших кишечных переменных.Для ассоциаций между UHDRS – TMS, UHDRS – TFC и бактериальными данными было необходимо ограничить анализ только выявлением HDGEC, потому что эти клинические меры, которые были разработаны для использования при симптоматической HD, демонстрируют существенные ограничения диапазона (эффекты потолка) в premanifest группа, где двигательные симптомы и функциональное снижение еще не очевидны. Кроме того, мы исследовали связь между бактериальными данными и оценками CAP S только для преманифестных HDGEC, учитывая, что CAP S является прогностическим критерием начала симптоматического заболевания.Переменные пола и возраста существенно не коррелировали с этими клиническими исходами.

    Секвенирование 16S рРНК дает тысячи кишечных переменных, поэтому важно ограничить анализ этих переменных, чтобы ограничить ошибку 1-го типа. Таким образом, мы выбрали исходы для бактерий на основе предыдущих исследований болезни Паркинсона и других состояний, которые документально подтвердили связь между конкретными бактериями, прогрессированием заболевания и когнитивными функциями (Bajaj et al. , 2012; Bruce-Keller et al., 2015; Manderino et al. , 2017; Парашар и Удаябану, 2017; Герхардт и Мохаджери, 2018; Жан и др. , 2018; Weis et al. , 2019). Для этих анализов на уровне Phylum мы исследовали Bacteroidetes, Firmicutes, Verrucomicrobia и Proteobacteria; на уровне семейства мы исследовали Akkermansiacea , Bacteroidaceae , Bifidobacteriaceae , Christensenellaceae , Lachnospiraceae , Ruminococcaceae и Streptococcaceae. Мы также исследовали единственный вид, E. hallii .

    Доступность данных

    Необработанные данные этих анализов доступны по разумному запросу.

    Результаты

    Что касается насыщенности и равномерности микробной среды, которая обычно связана с сопротивляемостью кишечной среды, HDGEC показали меньшее альфа-разнообразие по сравнению с HC. В частности, для альфа-разнообразия наблюдаемые индексы и индексы Фишера были ниже ( P = 0.001), что указывает на меньшее количество присутствующих видов и более низкую равномерность в HDGEC, чем в HC; Рис. 1А. Бета-разнообразие, указывающее на структуру микробного сообщества, значительно различается в HDGEC по сравнению с HC, на основе невзвешенных расстояний UniFrac, P = 0,001; Рис. 1Б.

    Рисунок 1

    Различия в альфа- и бета-разнообразии кишечного микробиома в группах HDGEC и HC. ( A ) Анализ альфа-разнообразия, изучающий богатство (наблюдаемое) и равномерность (Fisher) в группах HDGEC по сравнению с группами HC.( B ) Анализ бета-разнообразия, показывающий вариации в составе образцов на основе их филогенетического расстояния (невзвешенное расстояние UniFrac) в группах HDGEC по сравнению с группами HC.

    Рисунок 1

    Различия в альфа- и бета-разнообразии кишечного микробиома в группах HDGEC и HC. ( A ) Анализ альфа-разнообразия, изучающий богатство (наблюдаемое) и равномерность (Fisher) в группах HDGEC по сравнению с группами HC. ( B ) Анализ бета-разнообразия, показывающий вариации в составе образцов на основе их филогенетического расстояния (невзвешенное расстояние UniFrac) в группах HDGEC по сравнению с группами HC.

    Затем, используя анализ состава микробиомов для изучения различий, наблюдаемых в составе микробиома кишечника на уровне типа и семьи, мы обнаружили значимое гендерное взаимодействие в группах с несколькими различиями, выявленными у мужчин. В частности, для мужчин на уровне филума Euryarchaeota, Firmicutes и Verrucomicrobia значительно различались между группами. На уровне семьи многие семьи значительно различались по полу между группами, в том числе Acidaminococcaceae , Akkermansiaceae , Bacteroidaceae , Bifidobacteriaceae , Christensenellaceae , bacterium, , Econetinellaceae , , Erysipelotrichaceae , Flavobacteriaceae , Lachnospiraceae , Methanobacteriaceae , Peptococcaceae , Peptostreptococcaceae en malesae, Riks.Для женщин ни на уровне филюма, ни на уровне семьи существенных различий не выявлено.

    Что касается функциональных путей кишечника, согласно Киотской энциклопедии генов и геномов, количество ортологов значительно различается между HDGEC и HC как по альфа-, так и по бета-разнообразию. В частности, для альфа-разнообразия группа HDGEC показала значительно меньшее богатство и равномерность функциональных путей (наблюдаемые и Fisher) по сравнению с HC ( P = 0,001). HDGEC и HC также значительно различались по составу кишечных путей (бета-разнообразие, P = 0.001). Дополнительный анализ предсказанных путей с использованием разреженного частичного дискриминантного анализа методом наименьших квадратов выявил специфические функциональные пути кишечника, затронутые в группе HDGEC, включая супер-путь биосинтеза серина и глицина, V-путь деградации крахмала, метилэритритолфосфатный путь I, метилэритритолфосфатный путь II и NAD. путь биосинтеза I (рис. 2). На уровне ферментов ферменты глутатионтрансферазы и гомосерин-O-сукцинилтрансферазы значительно различались в группе HDGEC по сравнению с HCs (рис.3).

    Рисунок 2

    Различия в функциональных путях микробиома кишечника между группами HDGEC и HC.

    Рисунок 2

    Различия в функциональных путях микробиома кишечника между группами HDGEC и HC.

    Рисунок 3

    Различия ферментов в микробиоме кишечника между группами HDGEC и HC.

    Рисунок 3

    Различия ферментов в микробиоме кишечника между группами HDGEC и HC.

    Хотя выборки в группе HDGEC были небольшими, мы исследовали, отличаются ли манифестные HDGEC ( n = 19) от предварительно проявленных HDGEC ( n = 23).Мы не обнаружили статистически значимых различий в богатстве, равномерности и групповом микробном составе кишечника по показателям альфа- и бета-разнообразия. Различия в описании микробного состава, измеренные с помощью таксономического анализа, также не выявили различий между этими группами, за исключением значительной разницы в численности семейства Ruminococcaceae только для мужских HDGEC. Учитывая эти результаты, мы ограничили наше исследование кишечных результатов, представленных выше, сравнениями между объединенной группой HDGEC (манифестная и преманифестированная HD) и HCs.

    Интересно, что в наших исследовательских анализах, связывающих показатели кишечника с клинически значимыми характеристиками HDGEC, мы обнаружили несколько ассоциаций, см. Рис. 4. В частности, в явных HDGEC более низкая численность E. hallii коррелировала с более тяжелой двигательной активностью. признаки (UHDRS – TMS; r s = -0,512, n = 16, P = 0,043), однако мы не обнаружили связи между численностью E. hallii и нашим клиническим показателем функциональная емкость (UHDRS – TFC; r с = 0.329, n = 19, P = 0,183). В premanifest HDGECs мы наблюдали значительную отрицательную связь между численностью E. hallii и предполагаемой близостью к началу заболевания (CAP S ), r s = -0,568, n = 21, P = 0,007.

    Рисунок 4

    Взаимосвязь между E. hallii , клиническими показателями прогрессирования заболевания в манифестных HDGEC (TMS и TFC) и предполагаемым началом заболевания (CAP S ) в premanifest HDGEC.

    Рисунок 4

    Взаимосвязь между E. hallii , клиническими показателями прогрессирования заболевания в манифестных HDGEC (TMS и TFC) и предполагаемым началом заболевания (CAP S ) в premanifest HDGEC.

    Перед тем, как приступить к оценке когнитивных показателей в контексте кишечных исходов, мы изучили групповые различия в общей когнитивной способности, чтобы установить, что, как и ожидалось, группа HDGEC имела когнитивные нарушения по сравнению с группой HC. Групповой анализ подтвердил эту ожидаемую разницу.В целом, группа HDGEC показала более низкие результаты, чем контрольная группа, по составному показателю HD-CAB для общей функции [ t (76) = 3,940, P < 0,001], с большим размером эффекта ( d = Коэна. 0,91), см. Рис. 5.

    Рис. 5

    Общие показатели когнитивных результатов между группами (HDGEC и HC) (композитный балл HD-CAB).

    Рис. 5

    Общая результативность между группами (HDGEC и HC) по когнитивным результатам (композитный балл HD-CAB).

    С точки зрения ассоциаций между когнитивными и кишечными результатами, E. hallii был связан с характеристиками памяти в пересмотренном тесте на вербальное обучение Хопкинса, r s = 0,315, n = 42, P = 0,042, и аналогичная тенденция наблюдалась для показателя скорости обработки и внимания, Тест модальности цифр символа, r s = 0,278, n = 42, P = 0 .074. Эти ассоциации, однако, возникли в контексте многих других несущественных корреляций, и поэтому их следует интерпретировать с осторожностью, поскольку они могут быть ложными. Дополнительные таблицы 2–4 показывают полную степень корреляционного анализа между данными о кишечных бактериях, клиническими показателями и когнитивными характеристиками в HDGEC. В дополнительной таблице 5 подробно описаны корреляции между самопровозглашенными желудочно-кишечными симптомами (опросник оценки состояния желудочно-кишечного тракта) и индексами альфа-разнообразия, которые не были значимыми.

    Обсуждение

    Обоснование исследования кишечника при болезни Хантингтона подтверждается несколькими линиями доказательств, связывающих различия в изменениях кишечной микробиоты при различных заболеваниях (Dinan and Cryan, 2017; Kowalski and Mulak, 2019; Sarkar and Banerjee, 2019), клиническими показателями дисфункции кишечника при болезни Хантингтона (например, потеря веса, нарушения питания и желудочно-кишечные проблемы), а также недавние доказательства дисфункции кишечника у мышей с болезнью Хантингтона (Kong et al., 2018). Используя секвенирование гена 16S рРНК, наше исследование предоставляет первые доказательства дисбактериоза кишечника у людей с болезнью Гентингтона. Эти результаты подтвердили нашу основную гипотезу об изменении микробиома кишечника в HDGEC по сравнению с HCs, подобранными по возрасту и полу, с точки зрения различий в богатстве, равномерности и общем микробном составе кишечника, на что указывает альфа- и бета-разнообразие, и дополнительно описано по таксономическим изменениям, функциональным путям и различиям ферментов. Мы также обнаружили устойчивые тенденции в развитии болезни Хантингтона, кишечной микробиоте и когнитивных результатах, хотя их следует интерпретировать с осторожностью, учитывая небольшой размер нашей выборки и необходимость проведения нескольких статистических тестов.

    В соответствии с нашими текущими данными по болезни Хантингтона о более низком альфа-разнообразии и различиях бета-разнообразия, указывающих на меньшее, чем обычно, богатство, однородность и измененный микробный состав кишечника, другие сообщали об аналогичных наблюдениях при нейродегенеративных состояниях, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и боковая амиотрофия. склерозом (Keshavarzian et al. , 2015; Rowin et al. , 2017; Vogt et al. , 2017). В то время как бактерии, ответственные за наблюдаемые изменения показателей разнообразия, варьируются в зависимости от спектра заболеваний, измененное разнообразие микробиоты кишечника при этих заболеваниях указывает на то, что дисбактериоз кишечника, по-видимому, является общей чертой по крайней мере некоторых нейродегенеративных заболеваний.

    Гомеостаз микробиома кишечника важен для здоровья человека и влияет на поведение и функции мозга через ось кишечник-мозг (Dinan and Cryan, 2017). Таким образом, некоторые из клинических проявлений или изменений мозга, очевидных при болезни Хантингтона, могут быть связаны с кишечной модуляцией воспалительных путей головного мозга посредством коммуникации между кишечником, эндокринными, иммунными и нервными путями (Burokas et al. , 2015). Исследования болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона подтверждают связь между кишечником и невропатологией, с доказательствами того, что микробиота влияет на развитие амилоида при болезни Альцгеймера (Kowalski and Mulak, 2019) и патологию α-синуклеина при болезни Паркинсона (Sampson et al., 2016; Фитцджеральд и др. , 2019). Потребуются дальнейшие исследования болезни Хантингтона, чтобы определить связь между микробиотой кишечника и специфической для болезни Гентингтоном невропатологией.

    Хотя мы наблюдали различия между HDGEC и HC на уровне таксономии, включая гендерные эффекты, мы не наблюдали увеличения Bacteroidetes и пропорционального уменьшения Firmicutes, как это было показано в доклиническом исследовании болезни Хантингтона Kong et al. (2018). В нашей выборке различия, наблюдаемые в Phyla и Families, частично, но не полностью совпадают с опубликованными результатами по другим нейродегенеративным заболеваниям, что неудивительно, учитывая расхождения в литературе как между различными клиническими популяциями, так и между ними (полный обзор см. Герхардт и Мохаджери, 2018). Наше открытие значительно более низкой численности Firmicutes, Lachnospiraceae и Akkermansiaceae у самцов HDGEC интересно, поскольку оно связано с воспалительными процессами, учитывая роль Akkermansiaceae в поддержании кишечного барьера (Chelakkot et al., 2018) и роль Lachnospiraceaes ‘и Firmicutes в производстве масляной кислоты, уменьшении воспаления (Louis et al. , 2010; Stilling et al. , 2016; Truax et al. , 2018 ). Ранее было показано, что уменьшение количества этих бактерий связано с депрессией (Huang et al. , 2018), но мы не обнаружили такой значимой связи при контроле депрессивных симптомов или возраста. Обнаружение гендерного эффекта в результате таксономического анализа указывает на то, что кишечник поражен не только болезнью Хантингтона, но и другими факторами, такими как пол, которые могут влиять на взаимосвязь между микробиотой кишечника и прогрессированием заболевания.Хотя различия в составе кишечника интересны, особенно на ранней стадии нашего понимания микробиома кишечника в таких условиях, как болезнь Хантингтона, текущие исследования должны определить, являются ли наблюдаемые изменения в относительной численности бактерий причиной или результатом аномального поведения кишечника. –Функция мозга.

    Различия в составе кишечника при болезни Гентингтона по сравнению с HCs не обязательно приводят к желудочно-кишечным проблемам. Напротив, различия в функции кишечника по определению могут иметь клинически значимые последствия.Например, функциональные пути и различия ферментов, наблюдаемые в нашем исследовании, связаны с серином, метионином (включая различия ферментов в гомосерине) и биосинтезом глицина. Эти изменения могут быть важны, поскольку метионин связан с окислительным стрессом (Campbell et al. , 2016), и эти пути связаны с высвобождением глутамата, метаболизмом триптофана и синтезом серотонина и выработкой мелатонина (O’Mahony et al. ). , 2015; Yu, Lau, 2018; Hoglund et al., 2019). Обнаружение различий в этих путях в нашем образце болезни Хантингтона подтверждает предыдущие наблюдения, показывающие ненормальное управление метаболизмом триптофана при болезни Хантингтона, что приводит к более высокому уровню окислительного стресса, который может способствовать нейровоспалению и дисфункции мозга, а также депрессивным симптомам и проблемам с памятью. (Stoy et al. , 2005; Mendelsohn et al. , 2009; Bourassa et al. , 2016; Kałużna-Czaplińska et al., 2019; Gao et al. , 2020). Кроме того, на уровне ферментов значительно более низкие уровни глутатионтрансферазы были обнаружены при болезни Паркинсона и болезни Альцгеймера, и эти изменения связаны с повышенным окислительным стрессом и нейровоспалением (Mazzetti et al. , 2015). Таким образом, наше открытие в группе HDGEC функциональных путей и различий ферментов поднимает интересные вопросы о возможности будущего развития биомаркеров кишечника.

    Опубликованные данные относятся к познанию бактерий на различных таксономических уровнях, но предыдущие исследования на других нейродегенеративных образцах дали смешанные результаты относительно более высокой или низкой численности конкретных бактерий и их связи с познанием и прогрессированием заболевания (Keshavarzian et al., 2015; Vogt et al. , 2017; Фитцджеральд и др. , 2019; Саркар и Банерджи, 2019). Хотя это предположение, последовательная тенденция, которую мы наблюдали среди E. hallii , прогрессирования и познания болезни Хантингтона, также интересна, учитывая роль этой бактерии в производстве короткоцепочечных жирных кислот, метаболизме триптофана и воспалении. Мы не обнаружили никакой связи между Verrucomicrobia, Bacteroidetes, Proteobacteria и когнитивными исходами, о чем сообщалось в других исследованиях, таких как Manderino et al. (2017).

    Это исследование предоставляет первые доказательства дисбактериоза кишечника у людей с болезнью Хантингтона, добавляя к растущему числу исследований, которые продемонстрировали измененный профиль микробиома кишечника в различных неврологических и особенно нейродегенеративных популяциях. Понимание взаимодействия между осью кишечник-мозг, микробиомом кишечника и патогенезом прогрессирования заболевания остается постоянной проблемой, особенно с учетом большого количества переменных, которые необходимо анализировать, и неотъемлемой проблемы создания достаточно большого размера выборки у людей, чтобы надежно установить значимые различия.Это особенно актуально в таких исследованиях, как наше, которые ограничены небольшими размерами выборки, поперечным дизайном и другими мешающими переменными, которые затрудняют оценку здоровой микробиоты кишечника, учитывая влияние многих факторов, таких как возраст, лекарства, диета и т. Д. наркотики, окружающая среда и факторы образа жизни. Тем не менее, с точки зрения болезни Гентингтона, учитывая клинические доказательства кишечных симптомов при болезни Хантингтона, недавние доказательства изменения кишечного микробиома у мышей с болезнью Хантингтона (Kong et al., 2018), и теперь наше исследование, описывающее измененную микробиоту кишечника у людей с болезнью Гентингтона, эти первоначальные результаты подчеркивают важность понимания того, как кишечник вписывается в прогрессирование болезни Хантингтона. Чтобы полностью понять этот ключевой аспект болезни, необходимы более масштабные и продольные исследования. Кроме того, наши результаты открывают перспективу выявления биомаркеров кишечника при болезни Хантингтона, что станет возможным благодаря дальнейшему изучению и характеристике микробиома кишечника по отношению к другой фенотипической и, возможно, генотипической информации.Наконец, эти результаты поднимают заманчивое предположение о том, может ли кишечник быть потенциальной мишенью для будущего терапевтического вмешательства для улучшения результатов при болезни Хантингтона и других нейродегенеративных заболеваниях.

    Благодарности

    Авторы благодарят всех участников, которые добровольно пожертвовали свое время для участия в этом исследовании.

    Финансирование

    J.S. является ведущим научным сотрудником Национального совета здравоохранения и медицинских исследований при правительстве Австралии (NHRMC), а А.Х. — главный научный сотрудник NHMRC. Этот проект частично поддерживался стипендией NHMRC — Австралийского исследовательского совета по развитию исследований деменции (грант № 1100862), присужденной Y. G-J. Мы высоко ценим дальнейшие щедрые пожертвования, полученные от Фонда семьи Фокса, Велосипедной группы Торки-Костер, и частное пожертвование от Тейси Фокс.

    Конкурирующие интересы

    J.S. является директором исследовательской компании Zindametrix, которая поддерживает спонсоров клинических испытаний в использовании HD-CAB и других когнитивных тестов в клинических испытаниях, а также предоставляет консультационные услуги по когнитивной оценке при болезни Хантингтона спонсорам клинических испытаний через Stout Neuropsych Pty Ltd.У остальных авторов нет конкурирующих интересов, о которых можно было бы сообщить.

    Список литературы

    Андрей

    SE

    ,

    Goldberg

    PY

    ,

    Кремер

    Б

    ,

    Телениус

    H

    ,

    Theilmann

    J

    ,

    Адам

    S

    , и другие.

    Взаимосвязь между длиной тринуклеотидного (CAG) повтора и клиническими особенностями болезни Хантингтона

    .

    Nat Genet

    1993

    ;

    4

    :

    398

    403

    .

    Ассоциация WM.

    Хельсинкская декларация Всемирной медицинской ассоциации: этические принципы медицинских исследований с участием людей

    .

    JAMA

    2013

    ;

    310

    :

    2191

    .

    Bajaj

    JS

    ,

    Ридлон

    JM

    ,

    Hylemon

    PB

    ,

    Такер

    LR

    ,

    Heuman

    DM

    ,

    Смит

    S

    , и другие.

    Связь микробиома кишечника с познанием при печеночной энцефалопатии

    .

    Am J Physiol Gastrointestin Liver Physiol

    2012

    ;

    302

    :

    G168

    75

    .

    Бенедикт

    RH

    ,

    Шретлен

    D

    ,

    Гронингер

    L

    ,

    Brandt

    J.

    Пересмотренный тест на вербальное обучение Хопкинса: нормативные данные и анализ межформной и тест-ретестовой надежности

    .

    Clin Neuropsychol

    1998

    ;

    12

    :

    43

    55

    .

    Berrios

    G

    ,

    Wagle

    A

    ,

    Маркова

    И

    ,

    Wagle

    S

    ,

    Россер

    А

    ,

    Hodges

    J.

    Психиатрические симптомы у неврологически бессимптомных носителей гена болезни Гентингтона: сравнение с генетически отрицательными субъектами риска

    .

    Acta Psychiatr Scand

    2002

    ;

    105

    :

    224

    30

    .

    Bourassa

    МВт

    ,

    Алим

    И

    ,

    Бультман

    SJ

    ,

    Ратан

    руб.

    Бутират, нейроэпигенетика и микробиом кишечника: может ли диета с высоким содержанием клетчатки улучшить здоровье мозга?

    Neurosci Lett

    2016

    ;

    625

    :

    56

    63

    .

    Брюс-Келлер

    AJ

    ,

    Салбаум

    JM

    ,

    Luo

    M

    ,

    Blanchard

    E

    ,

    Тейлор

    CM

    ,

    Валлийский

    DA

    , и другие.

    Кишечная микробиота с ожирением вызывает нейроповеденческие изменения в отсутствие ожирения

    .

    Биологическая психиатрия

    2015

    ;

    77

    :

    607

    15

    .

    Бурокас

    А

    ,

    Молони

    RD

    ,

    Динан

    TG

    ,

    Cryan

    JF.

    Регуляция микробиоты оси кишечник – мозг млекопитающих

    .

    Adv Appl Microbiol

    2015

    ;

    91

    :

    1

    62

    .

    Каллахан

    BJ

    ,

    Макмерди

    PJ

    ,

    Розен

    МДж

    ,

    Хан

    AW

    ,

    Джонсон

    AJ

    ,

    Холмс

    СП.

    DADA2: вывод образца с высоким разрешением из данных ампликона Illumina

    .

    Nat Methods

    2016

    ;

    13

    :

    581

    3

    .

    Кэмпбелл

    К

    ,

    Вовинкель

    Дж

    ,

    Келлер

    MA

    ,

    Ралсер

    М.

    Метионин метаболизм изменяет устойчивость к окислительному стрессу через пентозофосфатный путь

    .

    Антиоксидный окислительно-восстановительный сигнал

    2016

    ;

    24

    :

    543

    7

    .

    Caporaso

    JG

    ,

    Kuczynski

    J

    ,

    Stombaugh

    J

    ,

    Биттингер

    K

    ,

    Бушмен

    FD

    ,

    Костелло

    EK

    , и другие.

    QIIME позволяет анализировать высокопроизводительные данные секвенирования сообщества

    .

    Nat Methods

    2010

    ;

    7

    :

    335

    6

    .

    Каработти

    M

    ,

    Scirocco

    A

    ,

    Maselli

    MA

    ,

    Севери

    К.

    Ось кишечник – мозг: взаимодействие между кишечной микробиотой, центральной и кишечной нервными системами

    .

    Энн Гастроэнтерол

    2015

    ;

    28

    :

    1

    7

    .

    Челаккот

    С

    ,

    Чой

    Y

    ,

    Kim

    DK

    ,

    Парк

    HT

    ,

    Гхим

    Дж

    ,

    квон

    яр

    , и другие.

    Произведенные из Akkermansia muciniphila внеклеточные везикулы влияют на проницаемость кишечника посредством регуляции плотных контактов

    .

    Exp Mol Med

    2018

    ;

    50

    :

    e450

    .

    Крауфурд

    D

    ,

    Томпсон

    JC

    ,

    Сноуден

    JS.

    Поведенческие изменения при болезни Хантингтона

    .

    Cogn Behav Neurol

    2001

    ;

    14

    :

    219

    26

    .

    Крайан

    JF

    ,

    Динан

    ТГ.

    Микроорганизмы, изменяющие сознание: влияние кишечной микробиоты на мозг и поведение

    .

    Nat Rev Neurosci

    2012

    ;

    13

    :

    701

    12

    .

    Динан

    TG

    ,

    Cryan

    JF.

    Ось микробиом – кишечник – мозг в здоровье и болезнях

    .

    Гастроэнтерол Clin N Am

    2017

    ;

    46

    :

    77

    89

    .

    Dixon

    P.

    VEGAN, пакет функций R для общественной экологии

    .

    J Veg Sci

    2003

    ;

    14

    :

    927

    30

    .

    Djousse

    L

    ,

    Ноултон

    B

    ,

    Чашки

    л

    ,

    Мардер

    К

    ,

    Шоулсон

    I

    ,

    Майерс

    р.

    Похудание на ранней стадии болезни Гентингтона

    .

    Неврология

    2002

    ;

    59

    :

    1325

    30

    .

    Домингес

    JF

    ,

    Стаут

    JC

    ,

    Poudel

    G

    ,

    Кладбище

    А

    ,

    Чуа

    P

    ,

    Иган

    GF

    , и другие.

    Мультимодальные биомаркеры визуализации при преманифесте и ранней болезни Хантингтона: данные IMAGE-HD за 30 месяцев

    .

    Br J Психиатрия

    2016

    ;

    208

    :

    571

    8

    .

    Douglas

    GM

    ,

    Maffei

    VJ

    ,

    Zaneveld

    J

    ,

    Yurgel

    S

    ,

    Brown

    JR

    ,

    Taylor

    CM

    и др. PICRUSt2: улучшенный и расширяемый подход для вывода метагенома. BioRxiv

    2020

    ;

    672295

    .

    Eaton

    WW

    ,

    Muntaner

    C

    ,

    Tien

    A

    ,

    Ybarra

    M

    .Шкала депрессии Центра эпидемиологических исследований: Обзор и пересмотр (CESD и CESD-R). В: Маруиш М.Е., редактор. Использование психологического тестирования для планирования лечения и оценки результатов. 3-е изд. Махва, Нью-Джерси: Лоуренс Эрлбаум; 2004. с. 363–377.

    Энгельс

    С

    ,

    Ruscheweyh

    HJ

    ,

    Беренвинкель

    N

    ,

    Лакруа

    C

    ,

    Schwab

    C.

    Обычный кишечный микроб Eubacterium hallii также способствует образованию пропионата в кишечнике

    .

    Передний микробиол

    2016

    ;

    7

    :

    713

    .

    Эппинг

    EA

    ,

    Мельницы

    JA

    ,

    Beglinger

    LJ

    ,

    Fiedorowicz

    JG

    ,

    Крауфурд

    D

    ,

    Смит

    MM

    , и другие.

    Характеристика депрессии при продромальной болезни Хантингтона в исследовании нейробиологических предикторов HD (PREDICT-HD)

    .

    J Psychiatr Res

    2013

    ;

    47

    :

    1423

    31

    .

    Клык

    X

    ,

    Ван

    X

    ,

    Ян

    S

    ,

    Мэн

    F

    ,

    Ван

    X

    ,

    Вэй

    H

    , и другие.

    Оценка микробного разнообразия при боковом амиотрофическом склерозе с использованием высокопроизводительного секвенирования

    .

    Передний микробиол

    2016

    ;

    7

    :

    1479

    .

    Ферранте

    RJ

    ,

    Андреассен

    OA

    ,

    Дженкинс

    BG

    ,

    Dedeoglu

    A

    ,

    Kuemmerle

    S

    ,

    Кубилус

    JK

    , и другие.

    Нейропротекторные эффекты креатина в модели трансгенных мышей с болезнью Хантингтона

    .

    J Neurosci

    2000

    ;

    20

    :

    4389

    97

    .

    Фитцджеральд

    E

    ,

    Мерфи

    S

    ,

    Martinson

    HA.

    Патология альфа-синуклеина и роль микробиоты в болезни Паркинсона

    .

    Передняя Neurosci

    2019

    ;

    13

    :

    369

    .

    Гао

    К

    ,

    му

    кл

    ,

    Фарзи

    А

    ,

    Zhu

    WY.

    Метаболизм триптофана: связь между кишечной микробиотой и мозгом

    .

    Adv Nutr

    2020

    ;

    11

    :

    709

    23

    .

    Герхард

    S

    ,

    Mohajeri

    MH.

    Изменение бактериального состава толстой кишки при болезни Паркинсона и других нейродегенеративных заболеваниях

    .

    Питательные вещества

    2018

    ;

    10

    :

    708

    .

    Hoglund

    E

    ,

    Оверли

    O

    ,

    Винберг

    С.

    Метаболические пути триптофана и серотонинергическая активность мозга: сравнительный обзор

    .

    Передний эндокринол

    2019

    ;

    10

    :

    158

    .

    Удерживающая стойка

    H

    , Тест Векслера по чтению взрослых: WTAR.

    Сан-Антонио, Техас

    :

    Психологическая корпорация

    ;

    2001

    .

    Хуанг

    Y

    ,

    Ши

    X

    ,

    Li

    Z

    ,

    Шэнь

    Y

    ,

    Ши

    X

    ,

    Ван

    L

    , и другие.

    Возможная ассоциация Firmicutes в микробиоте кишечника пациентов с большим депрессивным расстройством

    .

    NDT

    2018

    ;

    14

    :

    3329

    37

    .

    Джонсон

    SA

    ,

    Стаут

    JC

    ,

    Соломон

    AC

    ,

    Langbehn

    DR

    ,

    Aylward

    EH

    ,

    Cruce

    CB

    , и другие.

    За гранью отвращения: нарушение распознавания отрицательных эмоций до постановки диагноза болезни Хантингтона

    .

    Мозг

    2007

    ;

    130

    :

    1732

    44

    .

    Kałużna-Czaplińska

    J

    ,

    Gątarek

    P

    ,

    Чирумболо

    S

    ,

    Chartrand

    MS

    ,

    Bjørklund

    G.

    Насколько важен триптофан для здоровья человека?

    Crit Rev Food Sci Nutr

    2019

    ;

    59

    :

    72

    88

    .

    Кешаварзян

    А

    ,

    Зеленый

    SJ

    ,

    Engen

    PA

    ,

    Voigt

    RM

    ,

    Накиб

    А

    ,

    Форсайт

    CB

    , и другие.

    Бактериальный состав толстой кишки при болезни Паркинсона

    .

    Mov Disord

    2015

    ;

    30

    :

    1351

    60

    .

    Кибуртц

    К

    ,

    Пенни

    JB

    ,

    Corno

    P

    ,

    Ранен

    N

    ,

    Шоулсон

    I

    ,

    Фейгин

    А

    , и другие.

    Единая шкала оценки болезни Хантингтона: надежность и последовательность

    .

    Неврология

    2001

    ;

    11

    :

    136

    42

    .

    Конг

    G

    ,

    Cao

    KL

    ,

    Джадд

    LM

    ,

    Li

    S

    ,

    Ренуар

    T

    ,

    Hannan

    AJ.

    Профилирование микробиома выявляет дисбактериоз кишечника на модели трансгенной мыши с болезнью Хантингтона

    .

    Neurobiol Dis

    2018

    ;

    135

    :

    104268

    .

    Ковальский

    К

    ,

    Мулак

    А.

    Ось мозг – кишечник – микробиота при болезни Альцгеймера

    .

    J Нейрогастроэнтерол Мотил

    2019

    ;

    25

    :

    48

    60

    .

    Le Cao

    K-A

    ,

    Костелло

    M-E

    ,

    Лакис

    VA

    ,

    Бартоло

    Ф

    ,

    Чуа

    X-Y

    ,

    Бразилия

    R

    , и другие.

    MixMC: многомерная статистическая основа для понимания микробных сообществ

    .

    PLoS One

    2016

    ;

    11

    :

    e0160169

    .

    Луи

    П

    ,

    Молодой

    П

    ,

    Холтроп

    G

    ,

    Флинт

    HJ.

    Разнообразие бактерий, продуцирующих бутират толстой кишки человека, выявленное с помощью анализа гена бутирил-КоА: ацетат-КоА-трансферазы

    .

    Environ Microbiol

    2010

    ;

    12

    :

    304

    14

    .

    Мандал

    S

    ,

    Van Treuren

    W

    ,

    Белый

    RA

    ,

    Eggesbo

    M

    ,

    Рыцарь

    R

    ,

    Peddada

    SD.

    Анализ состава микробиомов: новый метод изучения микробного состава

    .

    Microb Ecol Health Dis

    2015

    ;

    26

    :

    27663

    .

    Мандерино

    L

    ,

    Кэрролл

    I

    ,

    Azcarate-Peril

    MA

    ,

    Рошетт

    A

    ,

    Хайнберг

    L

    ,

    Торф

    С

    , и другие.

    Предварительные доказательства связи между составом микробиома кишечника и когнитивной функцией у неврологически здоровых пожилых людей

    .

    J Int Neuropsychol Soc

    2017

    ;

    23

    :

    700

    5

    .

    Маркиза

    T

    ,

    Кобура

    S

    ,

    Стенка

    R

    ,

    Кениг

    Дж

    ,

    Brummer

    R

    ,

    de Vos

    WM

    , Связь микробиома кишечника со здоровьем и болезнями. In:

    Hyland

    N

    ,

    Stanton

    C

    , editors,

    Ось кишечник – мозг

    .

    Academic Press

    ;

    2016

    .п.

    261

    91

    .

    Майер

    EA

    ,

    Рыцарь

    R

    ,

    Мазманян

    SK

    ,

    Cryan

    JF

    ,

    Тиллиш

    К.

    Кишечные микробы и мозг: смена парадигмы в нейробиологии

    .

    J Neurosci

    2014

    ;

    34

    :

    15490

    6

    .

    Маццетти

    AP

    ,

    Fiorile

    MC

    ,

    Primavera

    A

    ,

    Ло Белло

    М.

    Глутатионтрансферазы и нейродегенеративные заболевания

    .

    Neurochem Int

    2015

    ;

    82

    :

    10

    8

    .

    McCourt

    AC

    ,

    О’Донован

    KL

    ,

    Экблад

    E

    ,

    Песок

    E

    ,

    Крауфурд

    D

    ,

    Россер

    А

    , и другие.

    Характеристика биоптатов слизистой оболочки желудка выявляет изменения при болезни Хантингтона

    .

    PLoS Curr

    2015

    ;

    7

    .

    Мак-Мерди

    PJ

    ,

    Холмс

    С.

    phyloseq: пакет R для воспроизводимого интерактивного анализа и графики данных переписи микробиома

    .

    PLoS One

    2013

    ;

    8

    :

    e61217

    .

    Мендельсон

    D

    ,

    Ридель

    WJ

    ,

    Sambeth

    A.

    Влияние острого истощения триптофана на память, внимание и исполнительные функции: систематический обзор

    .

    Neurosci Biobehav Rev

    2009

    ;

    33

    :

    926

    52

    .

    Newland

    PK

    ,

    Heitkemper

    M

    ,

    Чжоу

    Ю.

    Возникающая роль микробиома кишечника у взрослых пациентов с рассеянным склерозом

    .

    J Neurosci Nurs

    2016

    ;

    48

    :

    358

    64

    .

    O’Mahony

    SM

    ,

    Кларк

    G

    ,

    Borre

    YE

    ,

    Динан

    TG

    ,

    Cryan

    JF.

    Серотонин, метаболизм триптофана и ось мозг – кишечник – микробиом

    .

    Behav Brain Res

    2015

    ;

    277

    :

    32

    48

    .

    Парашар

    А

    ,

    Удаябану

    м.

    Микробиота кишечника: значение при болезни Паркинсона

    .

    Расстройство, связанное с паркинсонизмом

    2017

    ;

    38

    :

    1

    7

    .

    Паульсен

    JS

    ,

    Langbehn

    DR

    ,

    Стаут

    JC

    ,

    Эйлуорд

    E

    ,

    Росс

    CA

    ,

    Нанс

    М

    , и другие.

    Выявление болезни Хантингтона за несколько десятилетий до постановки диагноза: исследование predic-HD

    .

    J Neurol Neurosurg Psychiatry

    2008

    ;

    79

    :

    874

    80

    .

    Quast

    C

    ,

    Прюссе

    E

    ,

    Йылмаз

    П

    ,

    Gerken

    J

    ,

    Schweer

    T

    ,

    Ярза

    П

    , и другие.

    Проект базы данных генов рибосомной РНК SILVA: улучшенная обработка данных и веб-инструменты

    .

    Nucleic Acids Res

    2012

    ;

    41

    :

    D590

    6

    .

    Радулеску

    CI

    ,

    Гарсия-Мираллес

    M

    ,

    Сидик

    H

    ,

    Бардил

    CF

    ,

    Юсоф

    N

    ,

    Ли

    HU

    , и другие.

    Манипуляции с микробиотой выявляют измененную каллозную миелинизацию и пластичность белого вещества на модели болезни Хантингтона

    .

    Neurobiol Dis

    2019

    ;

    127

    :

    65

    75

    .

    Рейтан

    РМ.

    Срок действия теста на обнаружение следов как индикатора органического повреждения головного мозга

    .

    Навыки восприятия движения

    1958

    ;

    8

    :

    271

    6

    .

    Роббинс

    A

    ,

    Ho

    A

    ,

    Баркер

    р.

    Изменение веса при болезни Гентингтона

    .

    евро J Neurol

    2006

    ;

    13

    :

    e7

    .

    Роббинс

    TW

    ,

    Джеймс

    M

    ,

    Оуэн

    AM

    ,

    Саакян

    BJ

    ,

    Макиннес

    L

    ,

    Rabbitt

    P.

    Кембриджская автоматическая батарея нейропсихологических тестов (CANTAB): факторно-аналитическое исследование большой выборки нормальных пожилых добровольцев

    .

    Dement Geriatr Cogn Disord

    1994

    ;

    5

    :

    266

    81

    .

    Росс

    CA

    ,

    Тебризи

    SJ.

    Болезнь Хантингтона: от молекулярного патогенеза к клиническому лечению

    .

    Lancet Neurol

    2011

    ;

    10

    :

    83

    98

    .

    Роу

    KC

    ,

    Паульсен

    JS

    ,

    Langbehn

    DR

    ,

    Дафф

    К

    ,

    Beglinger

    LJ

    ,

    Ван

    С

    , и другие.

    Самостоятельная синхронизация определяет и отслеживает изменения в продромальной болезни Хантингтона

    .

    Нейропсихология

    2010

    ;

    24

    :

    435

    42

    .

    Рядный

    Дж

    ,

    Ся

    Я

    ,

    Юнг

    B

    ,

    Вс

    Дж.

    Воспаление и дисбактериоз кишечника при заболевании двигательных нейронов человека

    .

    Physiol Rep

    2017

    ;

    5

    :

    e13443

    .

    Сампсон

    т.р.

    ,

    Дебелиус

    JW

    ,

    Трон

    Т

    ,

    Янссен

    S

    ,

    Шастри

    GG

    ,

    Ильхан

    ZE

    , и другие.

    Микробиота кишечника регулирует двигательный дефицит и нейровоспаление в модели болезни Паркинсона

    .

    Ячейка

    2016

    ;

    167

    :

    1469

    80.e12

    .

    Саркар

    SR

    ,

    Banerjee

    S.

    Микробиота кишечника при нейродегенеративных заболеваниях

    .

    J Нейроиммунол

    2019

    ;

    328

    :

    98

    104

    .

    Scheperjans

    F

    ,

    Ахо

    В

    ,

    Перейра

    PA

    ,

    Koskinen

    K

    ,

    Паулин

    L

    ,

    Пекконен

    E

    , и другие.

    Микробиота кишечника связана с болезнью Паркинсона и клиническим фенотипом

    .

    Mov Disord

    2015

    ;

    30

    :

    350

    8

    .

    Шоулсон

    I

    ,

    Fahn

    S.

    Клиническая помощь и оценка при болезни Хантингтона

    .

    Неврология

    1979

    ;

    29

    :

    1

    .

    Смит

    А.

    Проверка модальностей цифр символа.Лос-Анджелес, Калифорния: западные психологические службы;

    1982

    .

    Штифт

    RM

    ,

    ван де Вау

    M

    ,

    Кларк

    G

    ,

    Стэнтон

    C

    ,

    Динан

    TG

    ,

    Cryan

    JF.

    Нейрофармакология бутирата: хлеб с маслом оси микробиота-кишечник-мозг?

    Neurochem Int

    2016

    ;

    99

    :

    110

    32

    .

    Стаут

    JC

    ,

    Queller

    S

    ,

    Бейкер

    кН

    ,

    Cowlishaw

    S

    ,

    Sampaio

    C

    ,

    Фитцер ‐ Аттас

    C

    , и другие.

    HD ‐ CAB: батарея когнитивной оценки для клинических испытаний при болезни Хантингтона 1,2,3

    .

    Mov Disord

    2014

    ;

    29

    :

    1281

    8

    .

    Стой

    N

    ,

    Mackay

    GM

    ,

    Форрест

    CM

    ,

    Христофидес

    J

    ,

    Эгертон

    М

    ,

    Камень

    TW

    , и другие.

    Метаболизм триптофана и окислительный стресс у пациентов с болезнью Хантингтона

    .

    J Neurochem

    2005

    ;

    93

    :

    611

    23

    .

    Тебризи

    SJ

    ,

    Langbehn

    DR

    ,

    Ливитт

    BR

    ,

    Roos

    RA

    ,

    Дурр

    А

    ,

    Крауфурд

    D

    , и другие.

    Биологические и клинические проявления болезни Хантингтона в продольном исследовании TRACK-HD: поперечный анализ исходных данных

    .

    Lancet Neurol

    2009

    ;

    8

    :

    791

    801

    .

    Тебризи

    SJ

    ,

    Scahill

    RI

    ,

    Дурр

    А

    ,

    Roos

    RA

    ,

    Ливитт

    BR

    ,

    Джонс

    R

    , и другие.

    Биологические и клинические изменения на преманифесте и ранней стадии болезни Гентингтона в исследовании TRACK-HD: 12-месячный продольный анализ

    .

    Lancet Neurol

    2011

    ;

    10

    :

    31

    42

    .

    Truax

    AD

    ,

    Чен

    L

    ,

    Там

    JW

    ,

    Cheng

    N

    ,

    Guo

    H

    ,

    Кобланский

    AA

    , и другие.

    Сенсор ингибирующего врожденного иммунитета NLRP12 поддерживает пороговое значение против ожирения, регулируя гомеостаз кишечной микробиоты

    .

    Cell Host Microbe

    2018

    ;

    24

    :

    364

    78.e6

    .

    ван дер Бург

    JM

    ,

    Гардинер

    SL

    ,

    Людольф

    AC

    ,

    Landwehrmeyer

    ГБ

    ,

    Roos

    RA

    ,

    Азиз

    NA.

    Масса тела является надежным показателем клинического прогрессирования болезни Хантингтона.

    .

    Ann Neurol

    2017

    ;

    82

    :

    479

    83

    .

    ван дер Бург

    JM

    ,

    Winqvist

    A

    ,

    Азиз

    NA

    ,

    Маат-Шиман

    ML

    ,

    Roos

    RA

    ,

    Бейтс

    GP

    , и другие.

    Желудочно-кишечная дисфункция способствует потере веса у мышей с болезнью Хантингтона

    .

    Neurobiol Dis

    2011

    ;

    44

    :

    1

    8

    .

    Verwaest

    KA

    ,

    Ву

    TN

    ,

    Лаукенс

    К

    ,

    Клеменс

    LE

    ,

    Нгуен

    HP

    ,

    Ван Гассе

    B

    , и другие.(

    1) Метаболомика спинномозговой жидкости и сыворотки крови на основе H ЯМР: метаболический профиль для трансгенной крысиной модели болезни Хантингтона

    .

    Biochim Biophys Acta

    2011

    ;

    1812

    :

    1371

    9

    .

    Фогт

    НМ

    ,

    Керби

    RL

    ,

    Dill-McFarland

    KA

    ,

    Хардинг

    SJ

    ,

    Мерлуцци

    AP

    ,

    Джонсон

    SC

    , и другие.

    Изменения микробиома кишечника при болезни Альцгеймера

    .

    Научный сотрудник

    2017

    ;

    7

    :

    13537

    .

    Walker

    FO.

    Болезнь Хантингтона

    .

    Ланцет

    2007

    ;

    369

    :

    218

    28

    .

    Уоткинс

    L

    ,

    Роджерс

    R

    ,

    Лоуренс

    A

    ,

    Саакян

    Б

    ,

    Россер

    А

    ,

    Роббинс

    Т.

    Нарушение планирования, но неизменное принятие решений при ранней стадии болезни Гентингтона: последствия для конкретной лобно-полосатой патологии

    .

    Neuropsychologia

    2000

    ;

    38

    :

    1112

    25

    .

    Weis

    S

    ,

    Schwiertz

    A

    ,

    Унгер

    ММ

    ,

    Беккер

    А

    ,

    Faßbender

    K

    ,

    Рейтинг

    S

    , и другие.

    Влияние болезни Паркинсона и родственных лекарств на состав бактериальной микробиоты фекалий

    .

    NPJ Parkinsons Dis

    2019

    ;

    5

    :

    28

    .

    Ю

    А

    ,

    Lau

    AY.

    Связывание глутамата и глицина с рецептором NMDA

    .

    Структура

    2018

    ;

    26

    :

    1035

    43.e2

    .

    Жан

    Г

    ,

    Ян

    N

    ,

    Li

    S

    ,

    Хуанг

    N

    ,

    Клык

    X

    ,

    Чжан

    Дж

    , и другие.

    Аномальный состав микробиоты кишечника способствует когнитивной дисфункции у мышей SAMP8

    .

    Старение

    2018

    ;

    10

    :

    1257

    67

    .

    Чжан

    Y

    ,

    Длинный

    JD

    ,

    Мельницы

    JA

    ,

    Уорнер

    JH

    ,

    Лю

    Вт

    ,

    Паульсен

    JS

    , и другие.

    Индексирование прогрессирования заболевания при включении в исследование среди лиц с риском развития болезни Хантингтона

    .

    Am J Med Genet B

    2011

    ;

    156

    :

    751

    63

    .
    • ASVs =

      варианта ампликонной последовательности

    • CAG =

      цитозин-аденин-гуанин

    • CAP S =

      в масштабе CAG-age6 9524

      балл продукта 924 924 924

    • HD-CAB =

      Батарея когнитивных тестов по болезни Хантингтона

    • HDGECs =

      Носители генов расширения генов болезни Хантингтона

    • OTS =

      One Touch Stockings of Cambridge

    • TFC Общая емкость

      TFC

    • TMS =

    • UHDRS =

      Единая шкала оценки болезни Хантингтона

    © Автор (ы) (2020).Опубликовано Oxford University Press от имени Гарантов Мозга.

    Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/), которая разрешает некоммерческое повторное использование, распространение, и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинала. По вопросам коммерческого повторного использования обращайтесь по адресу [email protected]

    Дисбиоз часто встречается у пациентов с системным склерозом.Большинство …

    Справочная информация Пандемия SARS-CoV-2 продолжает спорадически распространяться в США и во всем мире. Тяжесть и смертность чрезмерно повлияли на немощных пожилых людей с сопутствующими заболеваниями. Появляется все больше доказательств того, что взаимодействие между микробиомом кишечника, витамином D и системой RAS / ACE2 имеет важное значение для сбалансированного функционирования иммунной системы пожилых людей и для регулирования воспаления. В этом обзоре мы предполагаем, что состояние микробиома кишечника до инфицирования определяет исход, связанный с сепсисом COVID-19, а также может быть критическим фактором успеха вакцинации.Методы Статьи из результатов поиска PubMed / Medline были проанализированы с использованием комбинации терминов «SARS-CoV-2, COVID-19, воспаление, иммунное старение, микробиом кишечника, витамин D, RAS / ACE2, вакцинация». Заключение Доказательства указывают на сложную связь между микробиотой кишечника, экспрессией ACE-2 и витамином D при серьезности COVID-19. Состояние кишечного микробиома в высокой степени позволяет прогнозировать молекулярные сигнатуры крови, маркеры воспаления и реакцию хозяина на инфекцию. Витамин D имеет иммуномодулирующую функцию при врожденном и адаптивном иммунном ответе на вирусную инфекцию.Противовоспалительные функции витамина D включают регуляцию микробиома кишечника и поддержание микробного разнообразия. Он способствует росту благоприятных для кишечника комменсальных штаммов видов Bifida и Fermicutus. Кроме того, витамин D является негативным регулятором экспрессии ренина и взаимодействует с осью передачи сигналов RAS / ACE / ACE-2. В совокупности эта триада может быть решающим звеном в определении исходов инфекции SARS-CoV-2. Представленные данные носят эмпирический и информативный характер. Дальнейшие исследования с использованием передовых методов системной биологии и интеграции с использованием искусственного интеллекта могут помочь в установлении корреляции микробиома кишечника с сепсисом и реакциями на вакцины.Изменение этих факторов может повлиять на успех вакцин и клинические исходы при инфекциях COVID-19.

    Что такое дисбактериоз кишечника? | Viome

    Около 100 лет назад несколько отдельных исследований обнаружили связь между психическим здоровьем и диетой. Сегодня мы начинаем понимать, насколько сложны эти отношения. Внутри вашего тела находятся триллионы микробов, которые активно способствуют вашему физическому, психическому и эмоциональному здоровью. Они играют решающую роль в том, как ваша диета влияет на ваше здоровье.Если дела идут не так хорошо, возможно, вы имеете дело с дисбактериозом кишечника, дисбалансом в микробиоме кишечника. Это может способствовать всему: от трудностей с похуданием до, возможно, решающей роли в возникновении раковых заболеваний.

    А что такое дисбактериоз?

    Что такое дисбактериоз? Несколько неправильных ответов

    В романе Эллиота Э. Ферни «Современный метод» 1891 года он использовал слово «дисбактериоз» в отношении использования клеток человека и шимпанзе для генетической инженерии расы химерных организмов для использования в качестве слуг.Если у вас есть какие-либо сомнения, это не может быть дальше от сегодняшнего определения.

    Русский зоолог Эли Мечников приблизил нас к научному определению в конце 19 века. Хотя он не использовал термин «дисбактериоз», он был одним из первых, кто обратил внимание на микроорганизмы внутри человеческого тела и различные эффекты, которые они могут оказывать на организм. Однако, не имея инструментов для лучшего понимания, он ошибочно полагал, что большинство бактерий сокращают продолжительность жизни человека.Фактически, он был обеспокоен тем, что толстый кишечник, обеспечивающий благоприятные условия для бактерий, необходимо удалить хирургическим путем в качестве стандартной процедуры для здоровья.

    Возрождение «дисбактериоза» в научной литературе произошло благодаря исследованиям Гельмута Хенеля в 1970-х годах. «Микроэколог» из послевоенного Потсдама, Германия, Гельмут использовал термин «дисбактериоз» как состояние дисбаланса. «нормальное» состояние как «эубиоз». В своих исследованиях Хенель обнаружил, что дети, на которых он смотрел, которые выздоравливали от болезней, хотя и считались «клинически здоровыми», имели «фекальный микробиоценоз» (микробиоты / микробиомы), настолько отличающийся от тех, которых он считал здоровыми, что он мог считать их только дисбиотиками.На тот момент еще не было понятно, что микробиом кишечника каждого человека отличается от других, и его потребности в питании уникальны.

    К этому моменту Хенель был близок к тому, как мы рассматриваем микробиом сегодня, но без правильных инструментов для лучшего наблюдения, что на самом деле составляет отдельные микробиомы кишечника и что эти микробы делают, он мог только предполагать.

    Преодоление разрыва

    В 2000 году доктор Стивен Барри из Виома опубликовал статью под названием «Кишечный дисбактериоз и причины заболеваний», в которой он возобновил серьезный интерес к тому, как микробы в нашем кишечнике могут повлиять на наше здоровье.

    В нем он определил дисбактериоз как «состояние жизни с кишечной флорой, которая оказывает вредное воздействие» и приступил к изложению того, что было тогда нынешним пониманием взаимосвязей, причин и вариантов лечения состояний, связанных с дисбиотиками.

    Дисбактериоз кишечника: современное определение

    «Дисбиоз — это нарушение сложного микробного сообщества кишечника».

    Это определение бесполезно без дополнительного контекста. Как выглядит здоровый кишечник, у каждого человека разный в зависимости от бесчисленного количества факторов, включая все: где вы живете, что вы едите, было ли у вас домашнее животное в детстве, и даже от того, как вы родились и были ли вы находились на грудном вскармливании.

    Из-за этого существует почти бесконечное количество возможных комбинаций бактерий, грибков и вирусов, которые живут (или существуют) внутри и внутри вас, симбиотически. Из-за этого невозможно сказать, что существует единственный тип «здорового» микробиома кишечника. Это также значительно затрудняет точное определение того, что на самом деле представляет собой дисбактериоз.

    В компании Viome определение, которое мы используем для обозначения дисбактериоза, выглядит следующим образом:

    «Состояние микробиома, например микробиома кишечника, при котором разнообразие и популяции присутствующих микробов таковы, что он производит соединения, вредные для человека. здоровье с частотой, которая выше, чем создание соединений, полезных для здоровья, и быстрее, чем способность организма смягчать ущерб, который могут нанести указанные вредные соединения.”

    Подводя итог, мы анализируем активность ваших микробов, чтобы определить, что может вызывать у вас воспаление и другие проблемы внутри вашего тела. Когда вы поймете, что делают ваши микробы, вы сможете начать действовать и контролировать свое здоровье.

    Сосредоточение внимания на том, чем активно занимаются ваши микробы: функция важнее композиции.

    Технология высокого разрешения Viome позволяет нам до уровня штамма увидеть, насколько активны в вашем кишечнике бактерии, археи, эукариоты и вирусы.Что особенно интересно, мы также можем видеть, какие метаболические и сигнальные пути активируются и в какой степени — другими словами, что делают ваши микробы.

    У нас есть запатентованный метод анализа и оценки биологических путей. Наша оценка этих специально созданных биологических путей — еще одна причина, по которой вы часто видите слово «активность». Когда вы видите фразу «Pathway Activity», это относится к тому, что ваши микробы активно делают.

    То, что ваши микробы делают в толстой кишке, зависит от:

    • От того, что мы им даем (например, пищевые компоненты, элементы в напитках и т. Д.))

    • То, чему мы подвергаем их в кишечной среде, например, токсины или вещества нашей пищеварительной системы (желчные кислоты, холестерин и т. Д.)

    Чтобы увидеть эту информацию и рассказать вам, что происходит дальше, мы идентифицируем и исследуйте пути. Короче говоря, ваши микробы рассказывают историю вашего здоровья.

    • Какие полезные продукты может производить ваш микробиом и из каких материалов?

    • Какие микробы заняты обработкой или разложением?

    • Какие типы сигналов они передают друг другу и с вами?

    • Какие микробы используют для получения энергии?

    • Какие углеводы они потребляют, глюкозу или фруктозу, или более сложные крахмалы?

    • Какие виды микробной активности могут быть вредными для вас?

    • Что микробы отражают вашу диету и среду вашего желудочно-кишечного тракта?

    В Viome мы уверены, что информация без плана действий не поможет нашим клиентам.Мы стремимся больше узнать о различных экосистемах вашего тела и помочь вам улучшить свое здоровье с помощью рекомендаций по питанию и образу жизни, разработанных для ВАС.

    Симптомы дисбактериоза

    Читайте ниже о том, как исследования раскрывают связь между дисбактериозом и распространенными хроническими заболеваниями:

    Диабет
    Рак
    Здоровье кожи
    Гормональные изменения
    Болезнь Альцгеймера
    Депрессия
    Ожирение Ожирение

    Ожирение Метаболизм при раке, ассоциированном с колитом

    Общие сведения .У пациентов с длительным воспалительным заболеванием кишечника (ВЗК) может развиться колоректальный рак (CRC), также называемый раком, связанным с колитом (CAC). Исследования показали связь между дисбактериозом кишечника, аномальным метаболизмом желчных кислот и воспалительным процессом. Здесь мы стремились исследовать эти два фактора в модели CAC. Методы . Мышей C57BL / 6 случайным образом разделили на две группы: азоксиметан / декстрансульфат натрия (AOM / DSS) и контрольную. Группа AOM / DSS получала инъекцию AOM с последующей питьевой водой DSS.Воспаление кишечника, слизистый барьер и рецепторы желчных кислот определяли с помощью ПЦР в реальном времени и иммуногистохимии. Фекальный микробиом и желчные кислоты были обнаружены с помощью секвенирования 16S рРНК и жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии. Результаты . Группа AOM / DSS продемонстрировала серьезное нарушение слизистого барьера, воспалительную реакцию и образование опухоли. В модели CAC, богатство и биоразнообразие кишечной микробиоты были уменьшены, наряду со значительным изменением состава.Увеличилось количество патогенов и уменьшилось количество бактерий, продуцирующих короткоцепочечные жирные кислоты. Интересно, что Clostridium XlV и Lactobacillus , которые могли участвовать в деконъюгации, трансформации и десульфатации желчных кислот, были значительно снижены. Соответственно, количество желчных кислот в кале было снижено, что сопровождалось уменьшением превращения первичных желчных кислот во вторичные. Учитывая рецепторы желчных кислот, ось фактора роста 15 фибробластов фарнезоида X подвздошной кишки (FXR-FGF15) подавлялась, в то время как рецептор 5 G-белка Такеда (TGR5) сверхэкспрессировался в тканях опухоли толстой кишки. Заключение . Дисбактериоз кишечника может изменять метаболизм желчных кислот и способствовать развитию CAC, что может обеспечить потенциальную профилактическую стратегию CAC, регулируя микробиоту кишечника и метаболизм желчных кислот.

    1. Введение

    Колоректальный рак (CRC) является одним из наиболее распространенных видов рака во всем мире [1] и может быть идентифицирован как спорадический, наследственный CRC или рак, связанный с колитом (CAC) [2, 3]. У пациентов с хроническим воспалительным заболеванием кишечника (ВЗК), особенно язвенным колитом, может развиться рак кишечника, известный как CAC.Риски развития САС у пациентов с ВЗК составляли 2% с 10-летними интервалами, 8% к 20 годам и 18% к 30 годам, как показано в метаанализе [4]. Специфические факторы у пациентов с ВЗК могут увеличивать распространенность САС, такие как обширное поражение слизистых оболочек, тяжесть и продолжительность заболевания, семейный анамнез, первичный склеротический холангит и терапевтический эффект заболевания [5, 6]. Факторы, влияющие на развитие CAC, включают иммунный ответ, эпигенетическую модификацию, воспалительный ответ кишечника и дисбактериоз кишечника [7, 8].

    Предыдущие исследования показали связь между измененной микробиотой кишечника и риском желудочно-кишечных заболеваний (таких как ВЗК, CRC и синдром раздраженного кишечника) [6, 9, 10]. Микробиота кишечника поддерживает здоровье хозяина, участвуя в иммуномодуляции и метаболизме [8]. Более того, наличие кишечной микробиоты играет решающую роль в метаболизме желчных кислот [9, 11]. Желчные кислоты синтезируются в гепатоцитах классическими и альтернативными путями. Желчные кислоты, конъюгированные с таурином или глицином, наконец, попадают в кишечник.Бактерии, содержащие гидролазу желчных солей (BSH), могут превращать желчные кислоты из конъюгированных в неконъюгированные, а бактерии, обладающие активностью 7 α -дегидроксилирования, могут превращать первичные желчные кислоты во вторичные желчные кислоты. В дистальном отделе подвздошной кишки почти 95% желчных кислот возвращается в печень [12, 13]. Физиологически желчные кислоты могут регулировать обширную метаболическую и иммунную деятельность, включая метаболизм глюкозы, липидов и энергии [14, 15]. Тем не менее, избыток желчных кислот в кишечнике, особенно вторичных желчных кислот, может способствовать развитию CRC.Предыдущая литература показала, что дисбактериоз кишечника и нарушение метаболизма желчных кислот могут способствовать развитию CRC [10, 16]. Однако роль этих двух в прогрессировании САС до конца не изучена.

    Желчные кислоты также оказывают метаболическое действие, активируя рецепторы желчных кислот, в основном ядерный рецептор фарнезоида X рецептора (FXR) и рецептор, связанный с G-белком (TGR5) [17]. FXR, в основном экспрессируемый в печени, почках и подвздошной кишке, оказывает значительное влияние на метаболический гомеостаз желчных кислот, жидкости и глюкозы [15, 18–20].Активация кишечного FXR отвечает за реабсорбцию желчных кислот через воротную вену и ограничивает захват желчных кислот энтероцитами [21, 22]. TGR5, высоко экспрессируемый в подвздошной кишке, толстой кишке и желчном пузыре, может регулировать энергетический гомеостаз и желчные кислоты, метаболизм жидкости и глюкозы, пролиферацию клеток, а также апоптоз и иммунные ответы [23, 24]. Было показано, что TGR5 высоко экспрессируется при аденокарциноме пищевода и желудка [25, 26]; однако роль TGR5 в CAC остается неясной.

    Мы предположили, что микробиота кишечника и метаболизм желчных кислот могут быть вовлечены в развитие CAC, и выбрали модель AOM / DSS в настоящем исследовании. Наши результаты выявили дисбактериоз кишечника во время туморогенеза, сопровождающийся нарушением метаболизма желчных кислот. Кроме того, FXR и TGR5, два основных рецептора желчных кислот, также участвовали в CAC. Эти результаты обеспечивают лучшее понимание CAC, предполагая, что регуляция кишечной микробиоты и желчных кислот может быть руководящей терапевтической стратегией для CAC.

    2. Материалы и методы
    2.1. Животные и индукция CAC

    В настоящем исследовании мы выбрали модель CAC, индуцированную AOM / DSS, которая имела преимущества воспроизводимости, простоты, доступности и, в основном, вторжения в толстую кишку, как и спорадический CRC человека [27]. Двадцать самок мышей C57BL / 6 в возрасте 7 недель были получены от Beijing Huafukang Bioscience Co. Inc. (Пекин, Китай) и акклиматизированы за 1 неделю до эксперимента. Их случайным образом разделили на группы AOM / DSS и контрольные группы по 10 мышей соответственно.Всех мышей поддерживали в определенных условиях, свободных от патогенов (SPF), с циклом 12:12 свет-темнота. Мышей кормили диетой, состоящей из грызунов AIN-93M, и их можно было свободно есть и пить. Согласно нашему предыдущему исследованию и литературным данным [28–30], внутрибрюшинная инъекция 10 мг / кг азоксиметана (AOM) (Sigma, США) применялась к группе AOM / DSS, в то время как контрольной группе внутрибрюшинно вводили стерильный изотонический физиологический раствор на день 1. Через семь дней группе AOM / DSS давали 1,5% декстрансульфат натрия (DSS) (MP Biomedicals, США) с питьевой водой в дни 8–13, 27–32 и 46–51, а также на каждый цикл За лечением DSS следовала питьевая вода в течение 14 дней.Мышей умерщвляли асфиксией CO 2 на 70-й день (рис. 1 (а)). Эксперименты на животных проводили в соответствии с экспериментальными правилами Комитета по этике животных.

    2.2. Сбор тканей и кала

    Всех мышей наблюдали каждый день и еженедельно взвешивали. Общее состояние и дефекацию мышей регистрировали во время лечения AOM / DSS. В дни 0 и 70 каждую мышь по отдельности помещали в чистую клетку на два часа для сбора фекалий. Затем мышей умерщвляли с измерением длины толстой кишки и веса селезенки.Кишечник промывали ледяным PBS и рассекали в продольном направлении. Наблюдалось расположение, размер и количество опухолей кишечника. Опухолевая нагрузка относится к сумме диаметров опухолей каждой мыши. Ткани кишечника (подвздошная и толстая кишка) хранили при -80 ° C для последующего исследования. Ободочную кишку свернули и залили парафином для дальнейшего патологического и иммуногистохимического анализа.

    2.3. Патология и иммуногистохимия

    Ткань толстой кишки разрезали на срезы (5 мкм, мкм), а затем окрашивали гематоксилином и эозином (H&E) срезы толстой кишки для оценки инфильтрации опухолевых и воспалительных клеток.Кроме того, срезы толстой кишки депарафинизировали и регидратировали для иммуногистохимии для обнаружения экспрессии TGR5. Срезы инкубировали с кроличьим моноклональным антителом к ​​TGR5 (1: 100, Abcam, MA, USA) при 4 ° C в течение ночи, а затем с соответствующим вторичным антителом. Затем срезы обрабатывали раствором пероксидазы хрена (HRP-) стрептавидина. Наконец, 3,3-диаминобензидин применяли для контрастного окрашивания и дальнейшего наблюдения. Под световым микроскопом DM5000B (Leika, Германия) наблюдали не менее пяти областей из каждого отдельного среза.

    2.4. Иммунофлуоресцентное окрашивание

    Срезы толстой кишки инкубировали с первичным антителом ZO-1 (Abcam, MA, США) во влажной камере в течение 12 часов при 4 ° C. Затем, после небольшой промывки PBS, наносили флуоресцентно конъюгированное вторичное антитело. И этот процесс инкубации длился 1 час при комнатной температуре. После реакции DAPI и запечатывания слайды исследовали с помощью флуоресцентного микроскопа, а затем мы получили изображения DAPI и FITC единой области.

    2.5. Анализ ПЦР в реальном времени.

    Общую РНК экстрагировали из тканей кишечника (подвздошной и толстой кишки) с помощью мини-набора RNeasy. Обратную транскрипцию кДНК проводили с помощью набора TIANScript RT Kit. ПЦР-анализ в реальном времени был выполнен с помощью системы Applied Biosystems StepOnePlus ™ Real-time PCR System. Каждый запуск состоял из 95 ° C в течение 10 минут, затем 40 циклов 95 ° C в течение 15 секунд и 60 ° C в течение 60 секунд, а затем 95 ° C в течение 15 секунд, 60 ° C в течение 60 секунд и 95 ° C. в течение 15 с в объеме 20 мл. Уровни мРНК анализировали методом ΔΔ Ct.Последовательности праймеров олигонуклеотида, приведены в таблице 1.

    91 413
    2.6. Анализ кишечной микробиоты

    Секвенирование 16S рРНК выполняли с использованием Illumina HiSeq PE250. ДНК экстрагировали с помощью набора QIAamp DNA Stool Mini (Qiagen, Германия). Затем праймер F341 (5-ACTCCTACGGGRSGCAGCAG-3) и R806 (5-GGACTACVVGGGTATCTAATC-3) были сконструированы для амплификации гена 16S рРНК (область V3-V4). Последовательности из образцов двух групп были сгруппированы для создания операционных таксономических единиц (OTU) с 97% идентичностью с использованием Usearch. Репрезентативная последовательность каждой OTU была классифицирована с использованием базы данных RDP.Альфа-разнообразие и бета-разнообразие были выполнены с использованием QIIME.

    2.7. Измерение желчных кислот в кале

    Метод жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (ЖХМС) применялся для измерения концентрации желчных кислот в кале. В качестве стандартных стандартов холевая кислота (CA), хенодезоксихолевая кислота (CDCA) и литохолевая кислота (LCA) были приобретены у Aladdin с α -мурихолевой кислотой ( α -MCA) и β -мурихолевой кислотой ( β -MCA) от Toronto Research Chemicals и дезоксихолевую кислоту (DCA) от Sigma.И они были добавлены к образцам кала для предварительного измерения методом внешнего стандарта. Каждый образец фекалий суспендировали в 5 мл хроматографического этанола и затем экстрагировали ультразвуком в течение 60 мин при 30 ° C. После 10 минут центрифугирования (10000 об / мин, 4 ° C) супернатант (4 мл) аспирировали и сушили в атмосфере азота. Образцы повторно растворяли в метаноле и пропускали через фильтр 0,22 мкм мкм. Наконец, желчные кислоты анализировали с помощью жидкостного хроматографа Agilent 1260 Series в сочетании с масс-спектрометром 6120B.Концентрацию желчных кислот определяли по площадям пиков [31, 32].

    2,8. Статистический анализ

    Данные были описаны как. Различия между двумя группами определялись с помощью критерия Стьюдента. Для анализа данных применялись GraphPad Prism 5.01 и SPSS 22.0. считалось значительным.

    3. Результаты
    3.1. Общие характеристики мыши CAC Model

    Мыши в контрольной группе росли хорошо, в то время как две мыши в группе AOM / DSS погибли при получении DSS.Мыши в группе AOM / DSS показали заметную потерю веса, сопровождаемую гематохезией во время каждого цикла лечения DSS. Через 10 недель опухолевая нагрузка в группе AOM / DSS составляла мм, характеризовалась укороченной длиной толстой кишки по сравнению с см и увеличением веса селезенки на по сравнению с г (Рисунки 1 (b) и 1 (c). Окрашивание H&E показало значительное инфильтрация воспалительных клеток и внутрислизистая опухоль в толстой кишке в группе AOM / DSS, а также уровни мРНК воспалительных цитокинов (IL-1 β , IL-6 и TNF- α ) были значительно увеличены (Рисунок 1 (d )).

    3.2. Нарушение кишечного барьера и ингибирование апоптоза после обработки AOM / DSS

    Кишечный барьер существует как эффективная система защиты для поддержания гомеостаза хозяина. Плотные соединения, включая ZO-1, Claudins и Occludin, имеют решающее значение для предотвращения проникновения патогенных микроорганизмов. Экспрессия мРНК ZO-1, окклюдина, Claudin1 и Claudin3 была значительно снижена в толстой кишке группы AOM / DSS (рис. 2 (а)), что указывает на нарушение слизистого барьера при развитии САС.Кроме того, экспрессия ZO-1 в иммунофлуоресценции снижалась после обработки AOM / DSS (рис. 2 (b)). Группа AOM / DSS показала значительно меньшее количество апоптотических клеток, чем контрольная группа ( против , рис. 2 (c)), что указывает на ингибирование апоптоза клеток в модели CAC.

    3.3. Снижение разнообразия кишечной микробиоты при развитии CAC

    Всего в группе AOM / DSS было обнаружено 372 и 353 OTU, тогда как в контрольной группе было 358 и 379 OTU на 0 и 10 неделях (Рисунок 3 (a)).На уровне филума, по сравнению с контрольной группой, численность Firmicutes увеличилась (17,3%, против , 19,8%) в группе AOM / DSS через 10 недель, а Bacteroidetes уменьшилась (79,7%, vs. 72,1%, рисунок 3 (б)). Поскольку не было статистической разницы в α -различии между двумя группами в 0 недель (), наблюдаемые виды, chao1 и индекс Шеннона были значительно снижены в группе AOM / DSS через 10 недель (), что свидетельствует об уменьшении богатство и разнообразие кишечной микробиоты в модели CAC (рис. 3 (c)).

    3.4. Изменение состава кишечной микробиоты при развитии CAC

    График анализа основных координат (PCoA) показал, что микробный состав между двумя группами был сходным в 0 недель и особенно отличался через 10 недель (Рисунок 4 (a)). Невзвешенный анализ Unifrac Anosim показал, что значение было 0,636, а значение 0,007, что указывает на явные различия в видовом разнообразии между двумя группами через 10 недель (рис. 4 (b)). Анализ LefSe был применен для оценки дифференциальной численности видов двух групп на разных уровнях (рис. 4 (c)).Результаты фекальной микробиоты на 10-й неделе показали высокую численность семейства Bacteroidaceae , Eubacteriaceae и Helicobacteraceae в группе AOM / DSS и низкую численность Clostridiaceae 1, , , Porphyromonadaceae, На уровне рода количество патогенов Helicobacter и Streptococcus было увеличено в модели CAC, а количество бактерий, продуцирующих короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), включая Alistipes , Lachnospiracea_incertae_sedis Odor и , уменьшилось. .Интересно, что количество Clostridium XlV и Lactobacillus , которые могли участвовать в метаболическом процессе желчных кислот, было снижено в группе AOM / DSS.

    3.5. Профиль желчных кислот в фекалиях в модели CAC

    Для исследования метаболизма желчных кислот во время развития CAC концентрацию в кале проверяли с помощью ЖХМС. После лечения AOM / DSS уровни CA, DCA и LCA в кале были значительно снижены (рис. 5 (а)). Важно отметить, что соотношение DCA / CA и LCA / CDCA также снизилось в группе AOM / DSS, что указывает на нарушение преобразования первичных желчных кислот во вторичные желчные кислоты (рис. 5 (b)).Как упоминалось ранее, количество Clostridium XlV и Lactobacillus , которые были связаны с метаболизмом желчных кислот, было снижено в группе AOM / DSS. Таким образом, способность к деконъюгации, трансформации и десульфатации желчных кислот может быть нарушена после обработки AOM / DSS.

    3,6. Рецепторы желчных кислот FXR и TGR5 в разработке CAC

    Рецепторы желчных кислот FXR и TGR5 могут активироваться желчными кислотами. ПЦР в реальном времени показала снижение уровней FXR подвздошной кишки и фактора роста фибробластов 15 (FGF15) в группе AOM / DSS (рис. 6 (а)).В соответствии с этим, экспрессия субъединиц органических переносчиков растворенных веществ α и β (OST α и OST β ) была снижена, в то время как апикальный натрий-зависимый переносчик желчной кислоты (ASBT) был высоко экспрессирован, что привело к накоплению желчных кислот в энтероцитах и ​​ограничивает возврат в печень (рис. 6 (б)). Более того, наши результаты также показали, что экспрессия мРНК TGR5 была выше в толстой кишке мышей после обработки AOM / DSS, чем в контрольной группе (рис. 6 (c)).Одновременно с этим иммуногистохимическое окрашивание подтвердило высокую экспрессию TGR5 в группе AOM / DSS (рис. 6 (d)).

    4. Обсуждение

    Было указано, что у 18% пациентов с ВЗК может развиться CRC через 30 лет после диагностирования колита, известного как CAC [4]. Значительные доказательства продемонстрировали, что дисбактериоз кишечника и аномальный метаболизм желчных кислот существуют при многих заболеваниях, таких как CRC, неалкогольная жировая болезнь печени и диабет. Наши предыдущие исследования показали, что дисбиоз, индуцированный желчной кислотой, способствует онкогенезу кишечника у мышей Apc min / + [32, 33].Наши результаты в настоящем исследовании показали разрушенный кишечный барьер и образование опухоли толстой кишки после лечения AOM / DSS. Между тем увеличилось количество Helicobacter и Streptococcus, известных как патогены. Интересно, что BSH-содержащие бактерии Clostridium XlV и Lactobacillus были снижены с пониженным превращением первичных желчных кислот во вторичные желчные кислоты. Кроме того, ось рецептора желчных кислот FXR-FGF15 подавлялась. Наши результаты показали, что дисбактериоз кишечника подавляет метаболизм желчных кислот, приводит к накоплению желчных кислот в энтероцитах и ​​способствует онкогенезу в модели CAC (рис. 7).Взятые вместе, это даст новое понимание того, что дисбактериоз кишечника и аномальный метаболизм желчных кислот играют решающую роль в развитии CAC.


    Firmicutes и Bacteroidetes являются бактериями доминирующего типа в кишечнике. Наши данные показали снижение численности Bacteroidetes и увеличение Firmicutes в модели CAC. На уровне рода количество бактерий, продуцирующих короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), уменьшилось после обработки AOM / DSS.В качестве жизненно важного источника энергии SCFAs могут обеспечивать энергией эпителиальные клетки толстой кишки. Одновременно они отвечают за усиление эпителиального барьера и иммунологическую регуляцию желудочно-кишечного тракта [34]. Следовательно, дисбактериоз нарушает продукцию и защитный эффект SCFAs. Кроме того, предыдущие исследования показали снижение численности Alistipes у пациентов с ВЗК [35], а Alistipes , как сообщается, играют роль в облегчении колита [36]. Таким образом, в модели CAC уменьшение количества Alistipes может снизить его защитный эффект.Напротив, уровень патогенов, таких как Helicobacter и Streptococcus , увеличился. Кроме того, сообщалось, что Parabacteroides и Bacteroides имеют более высокие уровни у пациентов с CRC [37], которые также заметно увеличились в модели CAC в нашем исследовании, что позволяет предположить, что Parabacteroides и Bacteroides участвуют в кишечном онкогенезе. САС. Вышеуказанные результаты указывают на выраженное увеличение количества патогенов и сокращение числа полезных бактерий во время прогрессирования CAC.

    Мы также наблюдали снижение выхода фекальных желчных кислот после лечения AOM / DSS. Соотношения DCA / CA и LCA / CDCA, которые представляют преобразование первичных желчных кислот во вторичные желчные кислоты, также были снижены. Сообщалось, что вторичные желчные кислоты обладают противовоспалительным действием. Например, DCA может подавлять продукцию TNF- α [38], а LCA может подавлять активность NF- κ B в клетках толстой кишки [39]. Кроме того, DCA и LCA сдерживали секрецию IL-8 и оказывали противовоспалительное действие на клетки Caco-2 [40].Альтернативно, род Clostridium XlV и Lactobacillus были редуцированы в САС. Хорошо известно, что Clostridium XlV и Lactobacillus обладают активностью гидролазы желчных солей (BSH), а Clostridium XlV также обладает 7 α -дегидроксилированием и активностью сульфатазы желчных кислот [12, 13]. Снижение может объяснить нарушение способности деконъюгации, трансформации и десульфатирования желчных кислот в САС. Интригующее исследование дало аналогичные результаты при ВЗК, которое показало более высокие уровни фекальных сульфатированных и конъюгированных желчных кислот у пациентов с ВЗК, чем у здоровых субъектов [40].Аналогичным образом, недавнее исследование обнаружило снижение LCA и DCA и относительный избыток первичных желчных кислот у субъектов с ВЗК путем определения метаболомных профилей образцов стула [41]. Таким образом, снижение вторичных желчных кислот может быть одной из причин CAC.

    Желчные кислоты могут напрямую регулировать микробиоту кишечника или через рецепторы желчных кислот FXR и TGR5 [42, 43]. Желчные кислоты считаются агонистами FXR, и порядок действия активации следующий: CDCA> DCA> LCA> CA [44].Снижение уровней DCA, LCA и CA в нашем исследовании привело к инактивации FXR. Более того, снижение численности Lactobacillus вызывало накопление конъюгированных желчных кислот, таких как T- β -MCA, который был объявлен антагонистом FXR [45], поэтому высокий уровень T- β — MCA может участвовать в снижении экспрессии FXR [46]. Подавление оси FXR-FGF15 снижает переносчики оттока желчных кислот и влияет на реабсорбцию желчных кислот.В нашем исследовании экспрессия FXR, OST α и OST β была снижена, а ASBT увеличена, что привело к накоплению желчных кислот в энтероцитах. Эти данные показали, что аномальный метаболизм желчных кислот участвует в развитии САС. Несколько исследований показали, что экспрессия мРНК FXR обратно коррелирует с прогрессированием CRC, а дефицит FXR увеличивает опухолевую нагрузку у мышей Apc min / + и модели опухоли ксенотрансплантата [47–49].Более того, у мышей, лишенных FXR, наблюдалась нарушенная целостность кишечного эпителия и чрезмерный рост кишечных бактерий [50]. Было обнаружено, что активация FXR снижает воспаление и синдром кишечника и улучшает барьер слизистой оболочки кишечника на модели колита, индуцированного DSS [51]. При аденокарциноме пищевода и желудка экспрессия TGR5 заметно повышается [25, 26]. Кроме того, было обнаружено, что уровень TGR5 повышен при воспалительном состоянии модели колита и пациентов с болезнью Крона [52, 53].Более того, сообщалось, что агонист TGR5 уменьшает колит [54]. Мы обнаружили более высокий уровень TGR5 в опухолевых тканях САС. Таким образом, нацеливание на рецепторы желчных кислот FXR и TGR5 могло бы быть многообещающим подходом против CAC.

    5. Заключение

    Эти данные предполагают, что дисбактериоз кишечника может влиять на метаболизм желчных кислот во время развития САС, а снижение продукции вторичных желчных кислот с противовоспалительным действием может способствовать онкогенезу. Наше исследование показало ключевую роль микробиоты кишечника и желчных кислот в прогрессировании CAC, что может обеспечить новую профилактическую стратегию против CAC.

    Доступность данных

    Соответствующие данные, лежащие в основе результатов этого исследования, находятся в свободном доступе. И читатели могут отправлять запросы на доступ к этим данным соответствующему автору по электронной почте.

    Раскрытие информации

    Это исследование было представлено в виде плаката на Неделе болезней пищеварения 2019 г.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    Праймеры Последовательность + GAPDH + + + + + + + + + + FGF15 ASBT ОСТ α

    +

    +
    Нападающий 5-TGTGTCCGTCGTGGATCTGA-3
    Обратный 5-CCTGCTTCACCACCTTCTTGA- 3
    TNF- α Вперед 5-ACTCCAGGCGGTGCCTATG-3
    Назад 5-GAGCGTGGTGGCCCCT-3
    TGGCCCCT-3
    TGTGA-1 β 9CGAC 5CTGAC-1 β 911GCC 5CGAC-1 β 9CGAC 5CGAC- 9CGAC 5CGAC 5CGAC 5CGAC-
    IL-6, Форвард 5-CCAGTTGCCTTCTTGGGACT-3
    Обратный 5-GGTCTGTTGGGAGTGGTATCC-3
    ZO-1 Форвард 5-GGGCCATCTCAACTCCTGTA-3
    Обратный 5-AGAAGGGCTGACGGGTAAAT-3
    Occludin Вперед 5-CGGTACAGCAGCAATGGTAA-3
    Назад 5-CTCCCCACCTGTCGTGTAGT-3
    Claudin1 Вперед 5-AGACCTGGATTTGCATCTTGGTG-3
    Обратный 5-TGCAACATAGGCAGGACAAGAGTTA-3
    Claudin3 Нападающий 5-CCTGTGGATGAACTGCGTG-3
    Обратный 5-GTAGTCCTTGCGGTCGTAG-3
    FXR Нападающий 5-GGACGGGATGAGTGTGAAG-3
    Обратный 5-TGAACTTGAGGAAACGGGAC -3
    +
    Нападающий 5-TGAAGACGATTGCCATCAAGG-3
    Обратный 5-GGATCTGTACTGGTTGTAGCC-3
    +
    Нападающий 5-AGGAATACTGTACCAAAGTGCC-3
    Обратный 5-TTTCCAAGGCTACTGTTCGG-3
    +
    Нападающий 5-TGCTCACCTCCCTACTCTTC-3
    Обратный 5-AACAAGCCTCATACCCAACC-3
    ОСТ β Форвард 5-GCTTTGGTATTTTCGTGCAGAAG-3
    Обратный 5-GTTTCTTTGTCTTGTGGCTGC-3
    TGR5 Форвард 5-AAAGGTGTCTACGAGTGCTTC- 3
    Обратный 5-TGCATTGGCTACTGGTGTG-3