Нацеливание на микробиоту в здравоохранительной практике

Нацеливание на микробиоту в здравоохранительной практике

На рисунке - схематический перечень основных тем этого обзора. SCFA: короткоцепочечные жирные кислоты

Резюме

В течение последних двух десятилетий в биомедицине были предприняты огромные усилия, чтобы понять взаимодействие комменсальных бактерий, живущих в нашем человеческом теле и на нем, с нашей собственной человеческой физиологией. Стало ясно, что (1) большое разнообразие, особенно микробных сообществ в кишечнике, важно для сохранения здоровья, и что (2) определенные бактерии через метаболические оси питание-микроб-хозяин благотворно влияют на различные функции хозяина, включая метаболический контроль, энергетический баланс и иммунную функцию. Хотя большое количество данных указывает на особую роль короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs) в этом контексте, в последнее время внимание ученых привлекли также метаболиты аминокислот (например, триптофан и аргинин). Интересно, что изменения микробиома важны не только при заболеваниях, связанных с питанием, таких как ожирение и диабет, но и при многих хронических воспалительных, онкологических и неврологических нарушениях. С точки зрения клинициста следует отметить, что микробиом не только интересен для разработки новых методов лечения, но и как изменяемый фактор для повышения эффективности современной фармацевтики, например, иммунотерапевтических средств в онкологии. Однако до сих пор большинство данных основывалось на экспериментах на животных или исследованиях ассоциаций с людьми, тогда как контролируемых клинических вмешательств мало. Следовательно, внедрение знаний последних десятилетий в повседневную клиническую практику станет задачей биомедицинских исследований на основе микробиома в ближайшие годы. Этот обзор направлен на то, чтобы предоставить примеры для будущих клинических применений в различных организациях и предложить виды бактерий и/или эффекторные молекулы микробов в качестве потенциальных целей для интервенционных исследований.

1. Введение

Исследования микробиома - это растущая область молекулярных и клинических наук о питании, а также во многих различных медицинских дисциплинах. Причина резкого роста научных знаний в последние годы связана с техническими достижениями: в то время как в прошлом исследования микроорганизмов кишечника в основном основывались на процедурах культивирования, в настоящее время доступны высокопроизводительные технологии генетического секвенирования [1]. Это дает возможность исследовать микробиом в целом, не полагаясь на виды, которые можно культивировать, что особенно полезно для кишечника, где большинство бактерий являются анаэробными и поэтому их трудно культивировать.

Кишечные микробы также представляли интерес в качестве терапевтической мишени на протяжении десятилетий. Более века назад профессор Илья Мечников предположил, что здоровье можно улучшить, изменив микробиом кишечника с помощью благоприятных для хозяина бактерий, обнаруженных в йогурте [2]. В настоящее время различные пре- и пробиотики представлены на рынке в качестве безрецептурных средств как для профилактики, так и для лечения заболеваний человека. Однако научные доказательства являются слабыми, и некоторые из этих методов лечения не были протестированы в рандомизированных контролируемых исследованиях (РКИ). Кроме того, до сих пор взаимодействие между питанием, хозяином и микробиомом не изучено в деталях, что является необходимым условием для разработки эффективных, целенаправленных и специфичных для заболеваний вмешательств в микробиом в будущем.

В этом описательном обзоре мы стремимся представить примеры потенциальной будущей роли вмешательств на основе микробиома в различных областях клинического питания и медицины, либо в качестве самостоятельной терапии, либо в качестве дополнительного варианта лечения, поддерживающего эффективность фармакологических средств, специфичных для конкретного заболевания. Мы сосредоточимся на хронических заболеваниях в гастроэнтерологии, онкологии, неврологии и метаболической медицине, поскольку поиск по ключевым словам в базе данных Pubmed выявил убедительные доказательства на животных моделях того, что эти объекты наиболее подходят для целенаправленных вмешательств на основе микробиома.

2. Нацеливание на микробиом кишечника в гастроэнтерологии

Воспалительное заболевание кишечника (ВЗК) - хроническая воспалительная патология, главным образом в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ), но также с внекишечными проявлениями, включающая болезнь Крона (БК) и язвенный колит (ЯК). В то время как ЯК поражает в основном толстую кишку, БК может поражать весь ЖКТ в виде пропущенных очагов воспаления [3]. ВЗК является глобальным заболеванием с растущей распространенностью, в результате чего в настоящее время число пациентов в Европе составляет 2,2 миллиона [4]. Хотя точный этиопатогенез не известен ни для БК, ни для ЯК, общепризнано, что сложное взаимодействие экологических и генетических факторов имеет важное значение для проявления и прогрессирования заболевания. Интересно отметить, что у детей с поражением БК исключительное питание энтеральными смесями (EEN) эффективно в индуцировании клинической ремиссии, что указывает на важную роль оси питание - микробиом - хозяин при ВЗК [5]. Помимо стероидов и лекарств, модифицирующих болезнь (например, азатиоприна и биологических препаратов), было проведено несколько исследований на животных моделях и людях, изучающих роль пре- и пробиотиков при ВЗК. Доказательства существуют для E. coli Nissle 1917 (EcN), особенно для ЯК: при прямом сравнении этот бактериальный штамм вызывал ремиссию, сравнимую с месалазином (68% против 75%, p = 0,0508), без серьезных побочных эффектов [6]. Хотя обнадеживающие результаты были получены также по сравнению с 5-аминосалициловой кислотой (5-ASA) [7], одно исследование показало значительно более низкие показатели ремиссии по сравнению с EcN и плацебо [8].

Еще один многообещающий пребиотик - VSL#3. В то время как исследование на мышах показало влияние VSL#3 на воспаление и баланс микробиоты фекалий и слизистых оболочек кишечника при канцерогенезе, связанном с ЯК [9], различные клинические исследования, которые были обобщены в систематическом обзоре, включая метаанализ, показали эффективность VSL#3 в лечении активного ЯК как для достижения клинической ремиссии (ОШ = 2,40, 95% ДИ = 1,49–3,88), так и для клинической реакции (ОШ = 3,09, 95% ДИ = 1,53–6,25) [10].

С нашей точки зрения, наиболее убедительные данные о пользе пробиотиков (например, рецептура De Simone) существуют для лечения поучита после проктоколэктомии при ЯК, где частота ремиссии составила 16/23 (p <0,01) [11]. В отличие от ЯК, недавний метаанализ, включающий 22 исследования, не показал существенного влияния пробиотиков на индукцию ремиссии, поддерживающую терапию или послеоперационный рецидив при БК [12].

Помимо пробиотиков, трансплантация фекальной микробиоты (FMT) была исследована при ВЗК, чтобы благотворно изменить микробиом кишечника у пораженных пациентов. Хотя первое сообщение о клиническом случае было опубликовано еще в 1989 г. [13], эффективность и безопасность FMT при ЯК все еще вызывает споры. В недавнем мета-анализе, включающем 5 проспективных РКИ, включающих в общей сложности 292 участника, авторы описали неудачную комбинированную конечную точку клинической ремиссии и эндоскопического ответа у 71,4% группы FMT, но у 91% в контрольной группе, что привело к RR 0,79 (95% ДИ 0,70–0,88, р<0,0001) [14]. С точки зрения безопасности, 6,8% из  FMT и 4,8% из контрольной группы сообщили о серьезных нежелательных явлениях (SAEs), которые существенно не различались. Среди прочего, SAEs включали ухудшение проявлений ВЗК и пневмонию [14]. Аналогичным образом, определенные положительные эффекты FMT были зарегистрированы у пациентов с болезнью Крона. В пилотном рандомизированном контролируемом исследовании Sokol et al. наблюдаемая частота ремиссии без стероидов через 10 и 24 недели после процедуры составила 44,4% (4/9) и 33,3% (3/9) в группе фиктивной трансплантации и 87,5% (7/8) и 50,0% (4/8) в группе FMT [15]. Таким образом, эти данные указывают на то, что вмешательство в микробиом FMT может быть перспективным в краткосрочной перспективе лечения ВЗК. Однако, как ранее заявляли Tan et al., подход «один размер для всех» не рекомендуется, поскольку факторы, ориентированные на хозяина, такие как прогрессирование заболевания, генотип и использование лекарств, приводят к сильно различающимся успехам лечения [16].

В области гастроэнтерологии существуют наиболее убедительные доказательства микробиомной терапии энтероколита, вызванного инфекцией Clostridium difficile (C.diff.) (CDI), с частотой ответов около 90 % в нескольких независимых исследованиях [17]. Даже в недавнем метаанализе FMT при тяжелой и фульминантной CDI (включая 16 исследований с участием 676 пациентов) сообщалось о частоте излечения 61,3% [18]. Интересно, что в этом контексте многократные повторные процедуры позволили достичь более высоких показателей излечения по сравнению с однократной FMT (100% против 75%, p = 0,01).

В отличие от острого колита, вызванного Clostridium difficile, FMT не является подходящим методом для лечения хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта (например, ВЗК) из-за необходимости повторения лечения. Следовательно, чтобы определить мишени для будущих микробиомных методов лечения ВЗК, ученые заинтересовались функциональными бактериальными метаболитами, которые попадают в организм человека-хозяина и вызывают местные и/или системные эффекты на метаболическую и иммунную системы. В этом отношении особенно представляют интерес короткоцепочечные жирные кислоты (SCFAs), полученные из пищевых волокон и продуцируемые бактериальной ферментацией, поскольку эти молекулы не только служат источником энергии для колоноцитов, но также оказывают несколько эффектов на барьер слизистой оболочки и на физиологию человека. [19]. Среди SCFAs наиболее важными считаются ацетат, пропионат и бутират [20]. Производство пропионата и бутирата более консервативно и специфично, в то время как способность к производству ацетата распространена среди классов бактерий [21]. Таким образом, ацетат обнаруживается в самых высоких концентрациях в просвете кишечника человека [22]. SCFAs поглощаются слизистой оболочкой толстой кишки как активным, так и пассивным транспортом [19]. Примечательно, что только 8-12 % поглощенного бутирата и пропионата содержится в крови воротной вены, тогда как большинство из них метаболизируется в колоноцитах в качестве источника энергии [20].

SCFAs способны влиять на иммунную систему желудочно-кишечного тракта на нескольких уровнях: в просвете кишечника SCFAs играют важную роль в регулировании pH просвета, что, наоборот, влияет на общий состав микробиома [23]. В колоноцитах бутират может индуцировать противовоспалительную продукцию IL-10 за счет связывания с рецептором GPR109A [24]. Бутират также улучшает барьерную функцию кишечника, например, за счет стабилизации фактора транскрипции, индуцируемого гипоксией (HIF) и индукции экспрессии генов, кодирующих белки плотных контактов [20]. Клетки врожденной иммунной системы слизистой оболочки толстой кишки также подвержены влиянию SCFAs. Нейтрофилы, например, вырабатывают меньше TNF-α в ответ на LPS при инкубации с SCFAs [25]. Кроме того, активация SCFA-рецептора GPR109A на макрофагах имеет решающее значение для равновесия противовоспалительных Т-клеток, что указывает на то, что SCFAs также влияют на адаптивную иммунную систему [26]. С клинической точки зрения, эти результаты имеют большое значение, так как бактерии, продуцирующие SCFAs, обычно обнаруживаются уменьшенными при ВЗК (как при БК, так и при ЯК), при этом наиболее часто повторяющейся находкой является снижение содержания Faecalibacterium prausnitzii при активной форме ВЗК [19]. Кроме того, снижение концентраций SCFAs в кале было связано с активностью заболевания, так как пациенты в стадии ремиссии имеют более высокие уровни бутирата, чем пациенты с тяжелым активным заболеванием [27]. С терапевтической точки зрения бактерии, продуцирующие бутират, могут быть добавлены в качестве целевых пробиотиков, например, Butyrococcus pullicaecorum или высоко ферментируемые пищевые волокна в качестве пребиотиков [28]. Кроме того, трибутирин может служить пролекарством для повышения уровня бутирата при пероральном введении [29]. Простое добавление SCFAs в обычные пищевые продукты, скорее всего, будет невозможным, поскольку особенно бутират имеет неприятный вкус и запах. Однако нацеленная доставка в толстую кишку, достигаемая с помощью препарата с медленным высвобождением в качестве «постбиотика», может быть подходящим подходом [29].

В то время как несколько групп фокусируются на SCFAs как микробных эффекторных молекулах при ВЗК, за последние десять лет наш отдел предоставил убедительные доказательства роли аминокислот в этом контексте. В частности, триптофан и родственные ему эффекторные молекулы никотинамид и никотиновая кислота являются многообещающими кандидатами для разработки целевых микробиомных вмешательств при ВЗК [30]. Триптофан не только служит питательным компонентом, но также участвует в регуляции врожденной иммунной системы. Удаление триптофана из рациона увеличивает предрасположенность к развитию колита у мышей, который может быть купирован путем введения триптофана или его метаболита никотинамида [31]. У людей уровни триптофана в сыворотке крови у пациентов с ВЗК ниже, чем у здоровых контрольных групп, с более сильным снижением БК по сравнению с ЯК. Анализ метаболомики у пациентов выявил активацию кинуренинового пути, который, как известно, связан с провоспалительным состоянием [30]. Интересно, что состав микробиома кишечника был в значительной степени связан с уровнем триптофана в сыворотке крови, что четко указывает на роль кишечных микробов в этом контексте. В настоящее время в нашем отделении проводится клиническое испытание для определения пути триптофана при ВЗК.

3. Нацеленность на микробиом кишечника в онкологии

В то время как гастроэнтерологические заболевания, о которых сообщалось до сих пор, имеют первичную хроническую воспалительную патологию, исследования на основе микробиома также проводились у пациентов с различными формами рака желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Различия в составе микробиома кишечника были обнаружены для рака желудка и колоректального рака (CRC), в результате чего было обнаружено, что Clostridium difficile обогащен до около 20% в последнем [32]. В настоящее время считается, что неблагоприятная микробиота кишечника может способствовать развитию рака с помощью множества механизмов, например, изменений иммунного ответа и выработки канцерогенных метаболитов [33].

В случае рака желудка было показано, что бактерия Helicobacter pylori способна вызывать повреждение ДНК через цитотоксин-ассоциированный ген A (CagA) вместе с опосредованными хозяином активными формами кислорода (АФК), воспалительными факторами и факторами роста [33]. Кроме того, Liang et al. в 2019 году нашли Shigella spp. больше у пациентов с раком желудка по сравнению со здоровым контролем [34]. Эта грамм-отрицательная бацилла может преодолевать эпителиальный барьер и может вводить плазмидные антигены (IpaB, IpaC, IpaD) в макрофаги и тем самым разрушать местную иммунную систему. С нашей точки зрения, наиболее интересные находки были получены в отношении Lactobacillus spp. Хотя предполагается, что эти бактерии способствуют укреплению здоровья, несколько независимых групп обнаружили увеличение количества Lactobacillus при раке желудка, при этом одна группа даже предложила использовать эти бактерии, чтобы четко отличать пациентов с раком желудка от здоровых людей [35]. Lactobacillus в основном увеличивает количество N-нитрозосоединений и активирует АФК, что может привести к усилению эпителиально-мезенхимального перехода Helicobacter pylori с негативными последствиями, описанными выше [36].

CRC является третьим по величине диагнозом рака в мире: в 2018 г. было зарегистрировано 1,8 миллиона новых случаев [37]. Хотя возраст является фактором риска для CRC, в последнее время уровень заболеваемости в возрасте до 50 увеличился, что ясно указывает на важность факторов питания и образа жизни в связи с генетической предрасположенностью, в частности, из-за неблагоприятной микробиоты кишечника [38]. Кишечные бактерии, вовлеченные в CRC, - это Fusobacterium nucleatum, Enterococcus faecalis, энтеротоксогенные Bacteroides fragilis, Streptococcus gallolyticus и виды Porphyromonas [37]. Ключевым патогенным фактором является потеря защитного барьера слизистой оболочки толстой кишки, что приводит к большей бактериальной транслокации и проникновению токсичных микробных продуктов через эпителий. Эти воздействия могут привести к продукции и высвобождению АФК, которые, как известно, способствуют развитию неопластических процессов [39]. Кроме того, потеря полезной микробиоты из-за нездоровой диеты может привести к уменьшению поступления SCFAs, которые участвуют в поддержании барьерной функции слизистой оболочки [40]. Помимо влияния на барьерную функцию, некоторые факторы кишечных бактерий могут непосредственно вызывать проонкогенные свойства, взаимодействуя с 7α-гидроксильной группой в определенных желчных кислотах, вызывая цитотоксическое 7α-дегидроксилирование, связанное с ростом аденомы толстой кишки [41].

С точки зрения клинициста интерес представляет не только потенциальная роль кишечных бактерий в индукции и прогрессировании опухолей ЖКТ, но также влияние микробиома на эффективность противоопухолевой терапии [42], а также на отрицательные побочные эффекты, например, утомляемость [43]. Активация иммунной системы хозяина для защиты раковых клеток особенно интересна в современной онкологии, и ингибиторы иммунных контрольных точек (ICI) стали важными в повседневной клинической помощи. Примерами являются антитела против белка 1 запрограммированной гибели клеток (анти-PD-1) и антицитотоксические Т-лимфоцитарные антиген-4 (анти-CTLA-4)-антитела, которые продемонстрировали свою эффективность при широком спектре злокачественных новообразований [44]. Примечательно, что на активность этих терапевтических средств влияют иммуномодулирующие свойства микробиома кишечника, влияющие на местные и системные иммунные ответы на уровне как врожденной, так и адаптивной иммунной системы. Например, пациенты с более высоким содержанием Firmicutes и Verrucomicrobiota демонстрируют лучший ответ на терапию ICI, тогда как пациенты, обогащенные Proteobacteria, имеют неблагоприятный исход [42]. В то время как использование антибиотиков, особенно в течение двух месяцев до начала ICI, было связано с более низкой эффективностью ICI [45], растительная диета была связана с индукцией «благоприятного для ICI» микробиома кишечника [42]. В рандомизированном клиническом исследовании Davar и др. изучали влияние FMT на резистентность к анти-pD1 у пациентов с PD-1-рефрактерной меланомой. Метод FMT принес клиническую пользу в 6 из 15 случаев, а также привел к быстрому и стойкому нарушению микробиоты [46]. Однако в систематическом обзоре литературы от марта 2021 г. Huang et al. не смогли выделить значительное количество клинических исследований диетических вмешательств в контексте ICI-терапии, что четко указывает на неудовлетворенную потребность в науке о питании в этом контексте [42]. Обилие Akkermansia muciniphila было связано как с благоприятным метаболическим фенотипом (например, с повышенной чувствительностью к инсулину, см. Ниже), так и с лучшим терапевтическим ответом на терапию ICI [47]. Несколько исследований на животных продемонстрировали положительные эффекты FMT от респондентов ICI на не отвечающих на лечение и связали эти эффекты с Akkermansia muciniphila [48,49]. Численность этой бактерии может быть увеличена за счет ограничения калорийности и добавления функциональных пищевых продуктов, таких как ресвератрол и инулин [50]. Следовательно, диетическое вмешательство во время терапии ICI с таким режимом может быть интересной будущей стратегией для целевого питания для лечения рака.

Недавние исследования в области питания и рака выявили «парадокс ожирения»: ожирение резко влияет на микробиом кишечника и напрямую влияет на развитие рака в нескольких тканях, но в то же время пациенты с ожирением получают больше пользы от терапии ICI по сравнению с худыми больными раком [51]. Например, в клиническом исследовании ICI, включавшем 2046 пациентов с метастатической меланомой, субъекты с ожирением показали значительное преимущество в общей выживаемости с отношением рисков 0,64 (95% ДИ 0,47–0,86) без разницы в побочных эффектах [52]. Следует отметить, что ожирение определяется ИМТ, а ИМТ не делает различий между накоплением висцерального и подкожного жира, содержанием жира в печени или физической подготовкой людей, что, с нашей точки зрения, необходимо стратифицировать в будущих анализах.

Микробиом кишечника важен не только для развития рака и ответа на терапию ICI, но и для индивидуального восприятия болезни пациентом. Например, часто возникает хроническая усталость, которая существенно влияет на повседневную жизнь. В недавнем исследовании, в котором участвовали 88 пациентов с прогрессирующим метастатическим неоперабельным раком, находящимся в периоде вымывания химиотерапии, была обнаружена значительная корреляция указанного показателя утомляемости с конкретными изменениями микробиома кишечника, что ясно указывает на то, что больные раком в будущем получат выгоду от целенаправленного адъювантного вмешательства в микробиом на нескольких уровнях [43].

4. Нацеленность на микробиом кишечника в неврологии

Уже много лет известно, что у пациентов, страдающих болезнью Паркинсона (БП), развиваются желудочно-кишечные симптомы, и некоторые авторы даже предполагают, что это распространенное нейродегенеративное заболевание возникает в кишечнике [53]. Действительно, в то время как БП в основном определяется двигательной дисфункцией (тремор, ригидность, брадикинезия), желудочно-кишечные симптомы, такие как диспепсия, гиперсаливация и запор, обычно продолжают развитие других симптомов [54]. Особенно запор часто сопровождается воспалением кишечника и возникает за годы до начала экстрапирамидной дисфункции [55]. Патология БП в основном обнаруживается в черной субстанции головного мозга, что свидетельствует о потере дофаминергических нейронов. Гистологически обнаруживаются цитоплазматические агрегаты аномальных белков α-синуклеина (αSyn), известных как тельца Леви [56]. В 2008 году Del Tredici и Braak впервые предположили, что аномальный αSyn возникает из кишечника и распространяется в мозг через блуждающий нерв «прионным» образом [57]. αSyn рано появляется в клетках кишечной нервной системы (ENS), как в языкоглоточном нерве, так и в блуждающем нерве [58]. Интересно, что риск БП снижается после ампутации блуждающего нерва в качестве терапии язвы желудка [59]. Кроме того, различные исследования на животных подтверждают существование оси кишечник-мозг в патофизиологии БП [60].

В нескольких исследованиях сообщалось о дисбиозе микробиома кишечника у пациентов с БП. Что касается пациентов с ВЗК, бактерии, продуцирующие бутират, были обнаружены в меньшем количестве в образцах кала пациентов с БП по сравнению со здоровым контролем [61]. Убедительные данные исследований на людях указывают на снижение численности Prevotellaceae у пациентов с БП, и было показано, что популяции Prevotella в значительной степени коррелируют с оценками активности болезни БП [62]. Напротив, Enterobacteriaceae были обнаружены более широко у пациентов с БП и дифференциально связаны с подтипами заболевания [63].

Помимо SCFAs, которые, как было показано в нейробиологии, действуют как полезные эффекторные молекулы [64], при БП недавно обратил на себя внимание особый микробный метаболит: амилоидный белок Curli. Волокна Curli представляют собой класс функциональных амилоидных волокон, производимых, среди прочего, Escherichia coli (E. coli). Они служат каркасом для биопленки во внеклеточном матриксе (ЕСМ) и способствуют как адгезии бактерий, так и колонизации [65]. Однако curli-волокна могут также служить в качестве патоген-ассоциированных молекулярных паттернов (PAMPs) для запуска системного воспаления, например, посредством активации Toll-подобного рецептора TLR-2 макрофагов [66]. Кроме того, субъединицы Curli способны запускать прогрессирование БП как показано в экспериментах на животных, в которых повторное введение Curli-продуцирующих бактерий приводило к накоплению кишечного αSyn, астроглиозу и микроглиозу в головном мозге [67].

Убедительно доказывая роль микробиома кишечника в развитии и прогрессировании БП, были проведены клинические интервенционные испытания с про- / пребиотиками и FMT. Tan et al. недавно обнаружили улучшение запоров, консистенции стула и качества жизни у 34 пациентов с БП, получавших в течение 4 недель мультиштаммовые капсулы с пробиотиками, по сравнению с 38 контрольными пациентами, получавшими плацебо [68]. С механистической точки зрения пробиотический штамм PXN21 Bacillus subtilis ингибировал агрегацию αSyn в модели синуклеинопатии Caenorhabditis elegans [69]. Что касается FMT у пациентов с БП, до сих пор были опубликованы только клинические случаи с обнадеживающими результатами [70]. Эти данные подтверждаются отчетом о модели БП на животных, где FMT смогла снизить активацию микроглии и астроглии и увеличить количество дофаминергических нейронов в полосатом теле [71].

Хотя нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Паркинсона, изначально находились в центре внимания исследований микробиома в нейробиологии, накопленные данные также предполагают роль микробиома кишечника в хроническом нейровоспалении, особенно при Рассеянном склерозе (РС). Хотя РС является аутоиммунным заболеванием центральной нервной системы, активация иммунных клеток сначала происходит на периферии, прежде чем они попадут в мозг, чтобы вызвать дегенерацию миелина и потерю аксонов [72]. Патология РС включает повышенное количество Т-хелперных клеток Th17 и Th1-лимфоцитов, в то время как регуляторные T-лимфоциты (Treg-клетки) функционально нарушены [73]. Первые доказательства того, что микробиом кишечника играет важную роль в развитии РС, были получены в исследованиях на животных, в которых стерильные мыши были защищены от развития экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита (EAE), экспериментальной версии рассеянного склероза на модельных организмах [74]. Было обнаружено, что общее разнообразие кишечного микробиома у пациентов с РС сопоставимо со здоровым контролем [75], что в некоторой степени интересно, поскольку для многих заболеваний в различных тканях / органах общее сокращение разнообразия является общим признаком заболевания. Однако на уровне видов у пациентов с рассеянным склерозом могут наблюдаться изменения, например, обогащение Methanobrevibacter и, что интересно, Akkermansia [76]. Как и при многих других заболеваниях, SCFAs оказывает положительное влияние на рассеянный склероз. Например, лечение бутиратом и пропионатом увеличивало дифференциацию Treg-клеток [77] и улучшало целостность гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) ​​[78]. Интересно, что метаболиты триптофана также важны при РС, поскольку недавно было показано, что они уменьшают провоспалительные лимфоциты Th17 и улучшают аутоиммунный энцефаломиелит у мышей [79,80].

Диетическое вмешательство кажется эффективным в качестве адъювантного противовоспалительного лечения, особенно при рассеянном склерозе, с особым упором на прием соли. Недавно было обнаружено, что высокое потребление соли связано с уменьшением количества Lactobacillus, рода, благотворно влияющего на нейровоспаление [81]. Данные на животных предполагают, что этот эффект опосредуется индуцированной высоким содержанием соли дифференцировкой Th17, предположительно стимулируемой бактериальными метаболитами триптофана [80]. Многообещающие данные были также получены в исследовании с использованием пробиотического коктейля из восьми бактерий, включая Lactobacillus, в котором были обнаружены изменения в составе кишечной микробиоты и противовоспалительные иммунные ответы [82]. Однако, по крайней мере, с нашей точки зрения, наиболее убедительные данные были получены с пропионатом в качестве адъюванта при лечении РС. В исследовании, подтверждающем концепцию, пропионат применялся в качестве дополнения к иммунотерапии в течение двух недель пациентам с РС, ранее не получавшим лечения. Прием пропионата приводил к значительному уменьшению количества клеток Th17 и Th1, в то время как Treg-клетки значительно увеличивались. Интересно, что эффект пропионата был связан с составом микробиоты кишечника [77].

5. Нацеленность на микробиом кишечника в метаболической медицине

Ожирение, диабет 2 типа и метаболические жировые заболевания печени (MeFLD) являются наиболее распространенными заболеваниями, связанными с питанием, в западном мире [83,84]. В ситуации увеличения запаса энергии, сопровождаемого снижением физической активности, жировая ткань превышает свою способность накапливать избыточную энергию в виде триглицеридов, что приводит к так называемому эктопическому накоплению липидов в метаболически активных тканях, например, в скелетных мышцах и печени. Эктопическое накопление липидов нарушает сигнальные каскады инсулина и тем самым вызывает резистентность к инсулину [85]. Однако не у всех инсулинорезистентных субъектов развивается диабет 2 типа, что предполагает дополнительные патогенетические механизмы. В связи с этим, помимо генетических факторов хозяина (например, TCF7L2 с SNP), микробиом кишечника стал предметом биомедицинских исследований [86].

Ожирение, вызванное западной диетой, изменяет микробиом кишечника несколькими способами, например, на уровне типа увеличивает численность Firmicutes за счет Bacteriodetes [87]. Кроме того, на уровне видов были зарегистрированы значительные изменения в ожирении, в том числе снижение численности Akkermansia, Faecalibacterium, Oscillibacter и Alistipes [86]. Микробиом может влиять на физиологию человека несколькими способами: (1) некоторые микробы способны предварительно переваривать неперевариваемые компоненты пищи, например пищевые волокна, в SCFAs, которые затем могут абсорбироваться человеческим организмом для увеличения запаса энергии (= теория сбора энергии) [88], (2) микробы могут вызывать системное воспаление низкой степени, например, за счет продукции LPS или нарушения кишечного барьера (= теория воспаления) [89], и (3) кишечные микробы могут продуцировать биоактивные сигнальные молекулы, которые регулируют / нарушают метаболизм человека (= метаболическая ось питание-микробиом-хозяин) [90]. Последнее особенно тщательно изучается в настоящее время путем комбинирования метагеномного секвенирования с использованием метода дробовика с нецелевой ВЭЖХ или метаболомикой ЯМР для выявления новых соединений для лечения ожирения и диабета.

Желчные кислоты являются одними из основных метаболитов, продуцируемых / модифицируемых микробиомом кишечника, которые важны не только для резорбции жира, но и для регуляции метаболической функции печени [91]. Вторичные желчные кислоты дезоксихолевая кислота (DCA) и литохолевая кислота (LCA), например, способны активировать рецептор FXR кишечника, что приводит к экспрессии фактора роста фибробластов 15 (FGF-15). FGF-15 регулирует синтез желчных кислот в печени путем снижения холестерин-7α-гидроксилазы и метаболизма глюкозы в печени путем ингибирования пути CREB-PGC-1α [92]. Интересно, что удаление микробиома кишечника на модели хомяка облегчило непереносимость глюкозы, вызванную высоким содержанием жиров, стеатоз печени и воспаление, что указывает на важность оси FXR микробиома-желчной кислоты при ожирении [93].

Помимо желчных кислот, SCFAs также участвуют в ожирении и развитии диабета 2 типа. Бутират и пропионат могут активировать глюкагоноподобный пептид GLP-1 и пептид YY (PYY), тем самым влияя на чувство сытости [94,95]. Кроме того, было показано, что пропионат индуцирует анорексигенный гормон лептин в жировой ткани человека, а SCFAs также могут подавлять аппетит за счет прямого воздействия на ЦНС через индукцию нейроглиальных циклов ГАМК [96]. С точки зрения клинициста, исследование ассоциации на людях, включавшее 952 человека с нормогликемией, показало, что повышенная продукция бутирата в кишечнике была связана с улучшением инсулинового ответа в пероральном тесте на толерантность к глюкозе [97]. Интересно, что кишечные микробы способны не только продуцировать небольшие жирные кислоты, но и сложные полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) через метаболит 10-гидрокси-цис-12-октадеценовую кислоту (HYA), которая, как было показано, индуцирует устойчивость хозяина к ожирению, вызванному высоко-жировой диетой [98].

При метаболическом гепатите со стеатозом (MeSH), тяжелом течении MeFLD, сообщалось об увеличении численности Proteobacteria и Enetrobacteriaceae [99]. Эти микробы производят этанол путем сахаролитической ферментации, которая может играть ключевую роль в превращении MeFLD в MeSH [99]. Следовательно, MeSH на самом деле не зависит от алкоголя, что подтверждает предложение не использовать более старый термин НАСГ = неалкогольный стеатогепатит.

Бактериальные молекулы влияют не только на метаболизм хозяина, но и на иммунную систему хозяина. Например, микробные соединения таурин, гистамин и спермин модулируют передачу сигналов воспаления NLRP6, секрецию эпителиального IL-18 и антимикробные пептиды (AMPs) [90]. Высвобождение LPS из бактериальной стенки может активировать врожденный иммунитет хозяина через активацию toll-подобных рецепторов [89]. Кроме того, некоторые кишечные микробы могут метаболизировать пищевой триптофан и генерировать индол-3-альдегид, который может активировать арилуглеводородный рецептор (AHR). AHR представляет собой индуцируемый лигандом фактор транскрипции, регулирующий экспрессию генов в иммунных клетках, что приводит, например, к продукции IL-22 во врожденных лимфоидных клетках (ILCs) слизистой оболочки кишечника [100].

В повседневной клинической практике большинство диабетологов уже используют лечение, связанное с микробиомом, хотя большинство клиницистов могут этого не осознавать. Уже несколько лет известно, что метформин, противодиабетическое средство первой линии, ежедневно применяемое миллионами больных диабетом 2 типа, может вызывать поражение кишечника, особенно диарею, у значительного числа пациентов. Хотя в течение десятилетий это считалось негативным эффектом, в 2019 году было показано, что помимо активации AMPK в печени, часть желаемого фармакологического действия метформина опосредуется микробиомом кишечника [101]. В этом исследовании Pryor et al. обнаружили, что метформин активирует определенные кишечные микробы для производства агматина путем декарбоксилирования пищевой аминокислоты аргинина, которая всасывается в системный кровоток, оказывая метаболические эффекты у людей. Помимо метформина, также через микробиом действует акарбоза, противодиабетический препарат, который, как было показано, активен также при предиабете. Акарбоза изменяет состав микробиома, тем самым изменяя состав желчи и влияя на исход пациентов с диабетом 2 типа [102]. На экспериментальном уровне наша собственная группа разработала контролируемое высвобождение никотиновой кислоты из подвздошной кишки (CIR-NA), которая служит бактериальным субстратом для производства NAD⁺, вызывая значительные изменения микробиома в сторону недиабетического состава и в то же время улучшает маркеры системной инсулинорезистентности [103]. В настоящее время в Германии проводится фаза 2 клинических испытаний в многоцентровом дизайне для изучения эффектов CIR-NA при лечении предиабета с целью подавления перехода в манифестный диабет 2 типа.

6. Резюме и перспективы

Хотя эта обзорная статья не может охватить все клинические аспекты текущих исследований микробиома, почти наверняка целевые вмешательства приобретут в будущем клиническое значение при лечении, особенно хронических заболеваний, в различных дисциплинах. Таким образом, микробиомные терапевтические средства могут либо служить в качестве лечения заболеваний сами по себе, либо действовать как адъювант, повышая эффективность рекомендованного фармакологического агента, как показано для ICI. Идентификация функционально активных бактериальных метаболитов (например, SCFAs или агматина) с помощью современных технологий метаболомики позволит клиницистам в будущем использовать не только сами бактерии (например, в качестве передовых пребиотиков или пробиотиков), но также очищенные или промышленно произведенные молекулы в качестве терапии (так называемые постбиотики). Кроме того, разработка GMP систем доставки для транспортировки микробов и/или метаболитов в терминальную подвздошную кишку или толстую кишку (например, CIR-NA) позволит клиницистам изменять микробиом там, где он локализован, избегая деградации или модификации в верхних отделах кишечного тракта. Однако за последние 10 лет также стало ясно, что для конкретных заболеваний необходимо будет разработать конкретные мероприятия, поскольку микробиом изменяется по-разному при различных заболеваниях, например, при БК и диабете 2 типа. Хотя полученные на данный момент данные являются очень многообещающими, дальнейшие исследования, особенно на людях, будут иметь важное значение для окончательного внедрения целенаправленной микробиомной терапии в клиническую практику.

К разделу: Микробиом человека

См. дополнительно:

• Медицина микробиоты
• Пробиотики и стратегии лечения некоторых заболеваний
• Кишечная микробиота в клинической диагностике
• Нацеливание на микробиоту в отделении интенсивной терапии

Литература

1. Gilbert, J.A.; Blaser, M.J.; Caporaso, J.G.; Jansson, J.K.; Lynch, S.V.; Knight, R. Current understanding of the human microbiome. Nat. Med. 2018, 24, 392–400. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
2. Mackowiak, P.A. Recycling metchnikoff: Probiotics, the intestinal microbiome and the quest for long life. Front. Public Health 2013, 1, 52. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
3. Podolsky, D.K. Inflammatory bowel disease. N. Engl. J. Med. 2002, 347, 417–429. [Google Scholar] [CrossRef]
4. Molodecky, N.A.; Soon, I.S.; Rabi, D.M.; Ghali, W.A.; Ferris, M.; Chernoff, G.; Benchimol, E.I.; Panaccione, R.; Ghosh, S.; Barkema, H.W.; et al. Increasing incidence and prevalence of the inflammatory bowel diseases with time, based on systematic review. Gastroenterology 2012, 142, 46–54.e42. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
5. Narula, N.; Dhillon, A.; Zhang, D.; Sherlock, M.E.; Tondeur, M.; Zachos, M. Enteral nutritional therapy for induction of remission in Crohn’s disease. Cochrane Database Syst. Rev. 2018, 4, CD000542. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
6. Rembacken, B.J.; Snelling, A.M.; Hawkey, P.M.; Chalmers, D.M.; Axon, A.T. Non-pathogenic Escherichia coli versus mesalazine for the treatment of ulcerative colitis: A randomised trial. Lancet 1999, 354, 635–639. [Google Scholar] [CrossRef]
7. Matthes, H.; Krummenerl, T.; Giensch, M.; Wolff, C.; Schulze, J. Clinical trial: Probiotic treatment of acute distal ulcerative colitis with rectally administered Escherichia coli Nissle 1917 (EcN). BMC Complementary Altern. Med. 2010, 10, 13. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
8. Petersen, A.M.; Mirsepasi, H.; Halkjaer, S.I.; Mortensen, E.M.; Nordgaard-Lassen, I.; Krogfelt, K.A. Ciprofloxacin and probiotic Escherichia coli Nissle add-on treatment in active ulcerative colitis: A double-blind randomized placebo controlled clinical trial. J. Crohn’s Colitis 2014, 8, 1498–1505. [Google Scholar] [CrossRef]
9. Wang, C.S.; Li, W.B.; Wang, H.Y.; Ma, Y.M.; Zhao, X.H.; Yang, H.; Qian, J.M.; Li, J.N. VSL#3 can prevent ulcerative colitis-associated carcinogenesis in mice. World J. Gastroenterol. 2018, 24, 4254–4262. [Google Scholar] [CrossRef]
10. Dang, X.; Xu, M.; Liu, D.; Zhou, D.; Yang, W. Assessing the efficacy and safety of fecal microbiota transplantation and probiotic VSL#3 for active ulcerative colitis: A systematic review and meta-analysis. PLoS ONE 2020, 15, e0228846. [Google Scholar] [CrossRef]
11. Gionchetti, P.; Rizzello, F.; Helwig, U.; Venturi, A.; Lammers, K.M.; Brigidi, P.; Vitali, B.; Poggioli, G.; Miglioli, M.; Campieri, M. Prophylaxis of pouchitis onset with probiotic therapy: A double-blind, placebo-controlled trial. Gastroenterology 2003, 124, 1202–1209. [Google Scholar] [CrossRef]
12. Derwa, Y.; Gracie, D.J.; Hamlin, P.J.; Ford, A.C. Systematic review with meta-analysis: The efficacy of probiotics in inflammatory bowel disease. Aliment. Pharmacol. Ther. 2017, 46, 389–400. [Google Scholar] [CrossRef]
13. Bennet, J.D.; Brinkman, M. Treatment of ulcerative colitis by implantation of normal colonic flora. Lancet 1989, 1, 164. [Google Scholar] [CrossRef]
14. Liu, X.; Li, Y.; Wu, K.; Shi, Y.; Chen, M. Fecal Microbiota Transplantation as Therapy for Treatment of Active Ulcerative Colitis: A Systematic Review and Meta-Analysis. Gastroenterol. Res. Pract. 2021, 2021, 6612970. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
15. Sokol, H.; Landman, C.; Seksik, P.; Berard, L.; Montil, M.; Nion-Larmurier, I.; Bourrier, A.; Le Gall, G.; Lalande, V.; De Rougemont, A.; et al. Fecal microbiota transplantation to maintain remission in Crohn’s disease: A pilot randomized controlled study. Microbiome 2020, 8, 12. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
16. Tan, P.; Li, X.; Shen, J.; Feng, Q. Fecal Microbiota Transplantation for the Treatment of Inflammatory Bowel Disease: An Update. Front. Pharmacol. 2020, 11, 574533. [Google Scholar] [CrossRef]
17. Kassam, Z.; Lee, C.H.; Yuan, Y.H.; Hunt, R.H. Fecal Microbiota Transplantation for Clostridium difficile Infection: Systematic Review and Meta-Analysis. Am. J. Gastroenterol. 2013, 108, 500–508. [Google Scholar] [CrossRef]
18. Tixier, E.N.; Verheyen, E.; Luo, Y.; Grinspan, L.T.; Du, C.H.; Ungaro, R.C.; Walsh, S.; Grinspan, A.M. Systematic Review with Meta-Analysis: Fecal Microbiota Transplantation for Severe or Fulminant Clostridioides difficile. Dig. Dis. Sci. 2021, 1–11. [Google Scholar] [CrossRef]
19. Deleu, S.; Machiels, K.; Raes, J.; Verbeke, K.; Vermeire, S. Short chain fatty acids and its producing organisms: An overlooked therapy for IBD? EBioMedicine 2021, 66, 103293. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
20. Parada Venegas, D.; De la Fuente, M.K.; Landskron, G.; Gonzalez, M.J.; Quera, R.; Dijkstra, G.; Harmsen, H.J.M.; Faber, K.N.; Hermoso, M.A. Corrigendum: Short Chain Fatty Acids (SCFAs)-Mediated Gut Epithelial and Immune Regulation and Its Relevance for Inflammatory Bowel Diseases. Front. Immunol. 2019, 10, 1486. [Google Scholar] [CrossRef]
21. Morrison, D.J.; Preston, T. Formation of short chain fatty acids by the gut microbiota and their impact on human metabolism. Gut Microbes 2016, 7, 189–200. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
22. Louis, P.; Flint, H.J. Formation of propionate and butyrate by the human colonic microbiota. Environ. Microbiol. 2017, 19, 29–41. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
23. den Besten, G.; van Eunen, K.; Groen, A.K.; Venema, K.; Reijngoud, D.J.; Bakker, B.M. The role of short-chain fatty acids in the interplay between diet, gut microbiota, and host energy metabolism. J. Lipid Res. 2013, 54, 2325–2340. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
24. Kasubuchi, M.; Hasegawa, S.; Hiramatsu, T.; Ichimura, A.; Kimura, I. Dietary gut microbial metabolites, short-chain fatty acids, and host metabolic regulation. Nutrients 2015, 7, 2839–2849. [Google Scholar] [CrossRef]
25. Vinolo, M.A.; Rodrigues, H.G.; Hatanaka, E.; Sato, F.T.; Sampaio, S.C.; Curi, R. Suppressive effect of short-chain fatty acids on production of proinflammatory mediators by neutrophils. J. Nutr. Biochem. 2011, 22, 849–855. [Google Scholar] [CrossRef]
26. Singh, N.; Gurav, A.; Sivaprakasam, S.; Brady, E.; Padia, R.; Shi, H.; Thangaraju, M.; Prasad, P.D.; Manicassamy, S.; Munn, D.H.; et al. Activation of Gpr109a, receptor for niacin and the commensal metabolite butyrate, suppresses colonic inflammation and carcinogenesis. Immunity 2014, 40, 128–139. [Google Scholar] [CrossRef]
27. Kumari, R.; Ahuja, V.; Paul, J. Fluctuations in butyrate-producing bacteria in ulcerative colitis patients of North India. World J. Gastroenterol. 2013, 19, 3404–3414. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
28. Geirnaert, A.; Calatayud, M.; Grootaert, C.; Laukens, D.; Devriese, S.; Smagghe, G.; De Vos, M.; Boon, N.; Van de Wiele, T. Butyrate-producing bacteria supplemented in vitro to Crohn’s disease patient microbiota increased butyrate production and enhanced intestinal epithelial barrier integrity. Sci. Rep. 2017, 7, 11450. [Google Scholar] [CrossRef]
29. Gill, P.A.; van Zelm, M.C.; Muir, J.G.; Gibson, P.R. short chain fatty acids as potential therapeutic agents in human gastrointestinal and inflammatory disorders. Aliment. Pharm. Ther. 2018, 48, 15–34. [Google Scholar] [CrossRef]
30. Nikolaus, S.; Schulte, B.; Al-Massad, N.; Thieme, F.; Schulte, D.M.; Bethge, J.; Rehman, A.; Tran, F.; Aden, K.; Hasler, R.; et al. Increased Tryptophan Metabolism Is Associated with Activity of Inflammatory Bowel Diseases. Gastroenterology 2017, 153, 1504–1516.e2. [Google Scholar] [CrossRef]
31. Hashimoto, T.; Perlot, T.; Rehman, A.; Trichereau, J.; Ishiguro, H.; Paolino, M.; Sigl, V.; Hanada, T.; Hanada, R.; Lipinski, S.; et al. ACE2 links amino acid malnutrition to microbial ecology and intestinal inflammation. Nature 2012, 487, 477–481. [Google Scholar] [CrossRef]
32. Chen, C.; Chen, L.; Lin, L.; Jin, D.; Du, Y.; Lyu, J. Research progress on gut microbiota in patients with gastric cancer, esophageal cancer, and small intestine cancer. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2021, 105, 4415–4425. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
33. Nardone, G.; Compare, D.; Rocco, A. A microbiota-centric view of diseases of the upper gastrointestinal tract. Lancet Gastroenterol. Hepatol. 2017, 2, 298–312. [Google Scholar] [CrossRef]
34. Liang, W.; Yang, Y.; Wang, H.; Wang, H.; Yu, X.; Lu, Y.; Shen, S.; Teng, L. Gut microbiota shifts in patients with gastric cancer in perioperative period. Medicine 2019, 98, e16626. [Google Scholar] [CrossRef]
35. Qi, Y.F.; Sun, J.N.; Ren, L.F.; Cao, X.L.; Dong, J.H.; Tao, K.; Guan, X.M.; Cui, Y.N.; Su, W. Intestinal Microbiota Is Altered in Patients with Gastric Cancer from Shanxi Province, China. Dig. Dis. Sci. 2019, 64, 1193–1203. [Google Scholar] [CrossRef]
36. Vinasco, K.; Mitchell, H.M.; Kaakoush, N.O.; Castano-Rodriguez, N. Microbial carcinogenesis: Lactic acid bacteria in gastric cancer. Biochim. Biophys. Acta Rev. Cancer 2019, 1872, 188309. [Google Scholar] [CrossRef]
37. Bray, F.; Ferlay, J.; Soerjomataram, I.; Siegel, R.L.; Torre, L.A.; Jemal, A. Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J. Clin. 2018, 68, 394–424. [Google Scholar] [CrossRef]
38. Murphy, N.; Moreno, V.; Hughes, D.J.; Vodicka, L.; Vodicka, P.; Aglago, E.K.; Gunter, M.J.; Jenab, M. Lifestyle and dietary environmental factors in colorectal cancer susceptibility. Mol. Asp. Med. 2019, 69, 2–9. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
39. Tilg, H.; Adolph, T.E.; Gerner, R.R.; Moschen, A.R. The Intestinal Microbiota in Colorectal Cancer. Cancer Cell 2018, 33, 954–964. [Google Scholar] [CrossRef]
40. Alhinai, E.A.; Walton, G.E.; Commane, D.M. The Role of the Gut Microbiota in Colorectal Cancer Causation. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 5295. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
41. Ocvirk, S.; O’Keefe, S.J. Influence of Bile Acids on Colorectal Cancer Risk: Potential Mechanisms Mediated by Diet-Gut Microbiota Interactions. Curr. Nutr. Rep. 2017, 6, 315–322. [Google Scholar] [CrossRef]
42. Huang, C.; Li, M.; Liu, B.; Zhu, H.; Dai, Q.; Fan, X.; Mehta, K.; Huang, C.; Neupane, P.; Wang, F.; et al. Relating Gut Microbiome and Its Modulating Factors to Immunotherapy in Solid Tumors: A Systematic Review. Front. Oncol. 2021, 11, 642110. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
43. Hajjar, J.; Mendoza, T.; Zhang, L.L.; Fu, S.Q.; Piha-Paul, S.A.; Hong, D.S.; Janku, F.; Karp, D.D.; Ballhausen, A.; Gong, J.; et al. Associations between the gut microbiome and fatigue in cancer patients. Sci. Rep. 2021, 11. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
44. Ribas, A.; Wolchok, J.D. Cancer immunotherapy using checkpoint blockade. Science 2018, 359, 1350–1355. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
45. Pinato, D.J.; Howlett, S.; Ottaviani, D.; Urus, H.; Patel, A.; Mineo, T.; Brock, C.; Power, D.; Hatcher, O.; Falconer, A.; et al. Association of Prior Antibiotic Treatment with Survival and Response to Immune Checkpoint Inhibitor Therapy in Patients with Cancer. JAMA Oncol. 2019, 5, 1774–1778. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
46. Davar, D.; Dzutsev, A.K.; McCulloch, J.A.; Rodrigues, R.R.; Chauvin, J.M.; Morrison, R.M.; Deblasio, R.N.; Menna, C.; Ding, Q.; Pagliano, O.; et al. Fecal microbiota transplant overcomes resistance to anti-PD-1 therapy in melanoma patients. Science 2021, 371, 595–602. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
47. Lukovac, S.; Belzer, C.; Pellis, L.; Keijser, B.J.; de Vos, W.M.; Montijn, R.C.; Roeselers, G. Differential modulation by Akkermansia muciniphila and Faecalibacterium prausnitzii of host peripheral lipid metabolism and histone acetylation in mouse gut organoids. mBio 2014, 5, e01438-14. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
48. Grajeda-Iglesias, C.; Durand, S.; Daillere, R.; Iribarren, K.; Lemaitre, F.; Derosa, L.; Aprahamian, F.; Bossut, N.; Nirmalathasan, N.; Madeo, F.; et al. Oral administration of Akkermansia muciniphila elevates systemic antiaging and anticancer metabolites. Aging 2021, 13, 6375–6405. [Google Scholar] [CrossRef]
49. Routy, B.; Le Chatelier, E.; Derosa, L.; Duong, C.P.M.; Alou, M.T.; Daillere, R.; Fluckiger, A.; Messaoudene, M.; Rauber, C.; Roberti, M.P.; et al. Gut microbiome influences efficacy of PD-1-based immunotherapy against epithelial tumors. Science 2018, 359, 91–97. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
50. Verhoog, S.; Taneri, P.E.; Diaz, Z.M.R.; Marques-Vidal, P.; Troup, J.P.; Bally, L.; Franco, O.H.; Glisic, M.; Muka, T. Dietary Factors and Modulation of Bacteria Strains of Akkermansia muciniphila and Faecalibacterium prausnitzii: A Systematic Review. Nutrients 2019, 11, 1565. [Google Scholar] [CrossRef]
51. Spyrou, N.; Vallianou, N.; Kadillari, J.; Dalamaga, M. The interplay of obesity, gut microbiome and diet in the immune check point inhibitors therapy era. Semin. Cancer Biol. 2021, 73, 356–376. [Google Scholar] [CrossRef]
52. McQuade, J.L.; Daniel, C.R.; Hess, K.R.; Mak, C.; Wang, D.Y.; Rai, R.R.; Park, J.J.; Haydu, L.E.; Spencer, C.; Wongchenko, M.; et al. Association of body-mass index and outcomes in patients with metastatic melanoma treated with targeted therapy, immunotherapy, or chemotherapy: A retrospective, multicohort analysis. Lancet Oncol. 2018, 19, 310–322. [Google Scholar] [CrossRef]
53. Huang, Y.; Liao, J.; Liu, X.; Zhong, Y.; Cai, X.; Long, L. Review: The Role of Intestinal Dysbiosis in Parkinson’s Disease. Front. Cell Infect. Microbiol. 2021, 11, 615075. [Google Scholar] [CrossRef]
54. Cersosimo, M.G.; Raina, G.B.; Pecci, C.; Pellene, A.; Calandra, C.R.; Gutierrez, C.; Micheli, F.E.; Benarroch, E.E. Gastrointestinal manifestations in Parkinson’s disease: Prevalence and occurrence before motor symptoms. J. Neurol. 2013, 260, 1332–1338. [Google Scholar] [CrossRef]
55. Devos, D.; Lebouvier, T.; Lardeux, B.; Biraud, M.; Rouaud, T.; Pouclet, H.; Coron, E.; des Varannes, S.B.; Naveilhan, P.; Nguyen, J.M.; et al. Colonic inflammation in Parkinson’s disease. Neurobiol. Dis. 2013, 50, 42–48. [Google Scholar] [CrossRef]
56. Punsoni, M.; Friedman, J.H.; Resnick, M.; Donahue, J.E.; Yang, D.F.; Stopa, E.G. Enteric Pathologic Manifestations of Alpha-Synucleinopathies. Appl. Immunohistochem. Mol. Morphol. 2019, 27, 543–548. [Google Scholar] [CrossRef]
57. Del Tredici, K.; Braak, H. A not entirely benign procedure: Progression of Parkinson’s disease. Acta Neuropathol. 2008, 115, 379–384. [Google Scholar] [CrossRef]
58. Shannon, K.M.; Keshavarzian, A.; Dodiya, H.B.; Jakate, S.; Kordower, J.H. Is alpha-synuclein in the colon a biomarker for premotor Parkinson’s Disease? Evidence from 3 cases. Mov. Disord. 2012, 27, 716–719. [Google Scholar] [CrossRef]
59. Svensson, E.; Horvath-Puho, E.; Thomsen, R.W.; Djurhuus, J.C.; Pedersen, L.; Borghammer, P.; Sorensen, H.T. Vagotomy and subsequent risk of Parkinson’s disease. Ann. Neurol. 2015, 78, 522–529. [Google Scholar] [CrossRef]
60. Kim, S.; Kwon, S.H.; Kam, T.I.; Panicker, N.; Karuppagounder, S.S.; Lee, S.; Lee, J.H.; Kim, W.R.; Kook, M.; Foss, C.A.; et al. Transneuronal Propagation of Pathologic alpha-Synuclein from the Gut to the Brain Models Parkinson’s Disease. Neuron 2019, 103, 627–641.e627. [Google Scholar] [CrossRef]
61. Keshavarzian, A.; Green, S.J.; Engen, P.A.; Voigt, R.M.; Naqib, A.; Forsyth, C.B.; Mutlu, E.; Shannon, K.M. Colonic bacterial composition in Parkinson’s disease. Mov. Disord. 2015, 30, 1351–1360. [Google Scholar] [CrossRef]
62. Jin, M.; Li, J.; Liu, F.; Lyu, N.; Wang, K.; Wang, L.; Liang, S.; Tao, H.; Zhu, B.; Alkasir, R. Analysis of the Gut Microflora in Patients with Parkinson’s Disease. Front. Neurosci. 2019, 13, 1184. [Google Scholar] [CrossRef]
63. Scheperjans, F.; Aho, V.; Pereira, P.A.; Koskinen, K.; Paulin, L.; Pekkonen, E.; Haapaniemi, E.; Kaakkola, S.; Eerola-Rautio, J.; Pohja, M.; et al. Gut microbiota are related to Parkinson’s disease and clinical phenotype. Mov. Disord. 2015, 30, 350–358. [Google Scholar] [CrossRef]
64. Perez-Pardo, P.; Dodiya, H.B.; Engen, P.A.; Naqib, A.; Forsyth, C.B.; Green, S.J.; Garssen, J.; Keshavarzian, A.; Kraneveld, A.D. Gut bacterial composition in a mouse model of Parkinson’s disease. Benef. Microbes 2018, 9, 799–814. [Google Scholar] [CrossRef]
65. Klein, R.D.; Shu, Q.; Cusumano, Z.T.; Nagamatsu, K.; Gualberto, N.C.; Lynch, A.J.L.; Wu, C.; Wang, W.; Jain, N.; Pinkner, J.S.; et al. Structure-Function Analysis of the Curli Accessory Protein CsgE Defines Surfaces Essential for Coordinating Amyloid Fiber Formation. mBio 2018, 9, e01349-18. [Google Scholar] [CrossRef]
66. Tursi, S.A.; Tukel, C. Curli-Containing Enteric Biofilms Inside and Out: Matrix Composition, Immune Recognition, and Disease Implications. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2018, 82, e00028-18. [Google Scholar] [CrossRef]
67. Miraglia, F.; Colla, E. Microbiome, Parkinson’s Disease and Molecular Mimicry. Cells 2019, 8, 222. [Google Scholar] [CrossRef]
68. Tan, A.H.; Lim, S.Y.; Chong, K.K.; MAA, A.M.; Hor, J.W.; Lim, J.L.; Low, S.C.; Chong, C.W.; Mahadeva, S.; Lang, A.E. Probiotics for Constipation in Parkinson Disease: A Randomized Placebo-Controlled Study. Neurology 2021, 96, e772–e782. [Google Scholar] [CrossRef]
69. Goya, M.E.; Xue, F.; Sampedro-Torres-Quevedo, C.; Arnaouteli, S.; Riquelme-Dominguez, L.; Romanowski, A.; Brydon, J.; Ball, K.L.; Stanley-Wall, N.R.; Doitsidou, M. Probiotic Bacillus subtilis Protects against alpha-Synuclein Aggregation in C. elegans. Cell Rep. 2020, 30, 367–380.e367. [Google Scholar] [CrossRef]
70. Huang, H.; Xu, H.; Luo, Q.; He, J.; Li, M.; Chen, H.; Tang, W.; Nie, Y.; Zhou, Y. Fecal microbiota transplantation to treat Parkinson’s disease with constipation: A case report. Medicine 2019, 98, e16163. [Google Scholar] [CrossRef]
71. Sun, M.F.; Zhu, Y.L.; Zhou, Z.L.; Jia, X.B.; Xu, Y.D.; Yang, Q.; Cui, C.; Shen, Y.Q. Neuroprotective effects of fecal microbiota transplantation on MPTP-induced Parkinson’s disease mice: Gut microbiota, glial reaction and TLR4/TNF-alpha signaling pathway. Brain Behav. Immun. 2018, 70, 48–60. [Google Scholar] [CrossRef]
72. Haase, S.; Wilck, N.; Haghikia, A.; Gold, R.; Mueller, D.N.; Linker, R.A. The role of the gut microbiota and microbial metabolites in neuroinflammation. Eur. J. Immunol. 2020, 50, 1863–1870. [Google Scholar] [CrossRef]
73. Dendrou, C.A.; Fugger, L.; Friese, M.A. Immunopathology of multiple sclerosis. Nat. Rev. Immunol. 2015, 15, 545–558. [Google Scholar] [CrossRef]
74. Berer, K.; Mues, M.; Koutrolos, M.; Rasbi, Z.A.; Boziki, M.; Johner, C.; Wekerle, H.; Krishnamoorthy, G. Commensal microbiota and myelin autoantigen cooperate to trigger autoimmune demyelination. Nature 2011, 479, 538–541. [Google Scholar] [CrossRef]
75. Ventura, R.E.; Iizumi, T.; Battaglia, T.; Liu, M.; Perez-Perez, G.I.; Herbert, J.; Blaser, M.J. Gut microbiome of treatment-naive MS patients of different ethnicities early in disease course. Sci. Rep. 2019, 9, 16396. [Google Scholar] [CrossRef]
76. Cekanaviciute, E.; Yoo, B.B.; Runia, T.F.; Debelius, J.W.; Singh, S.; Nelson, C.A.; Kanner, R.; Bencosme, Y.; Lee, Y.K.; Hauser, S.L.; et al. Gut bacteria from multiple sclerosis patients modulate human T cells and exacerbate symptoms in mouse models. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2017, 114, 10713–10718. [Google Scholar] [CrossRef]
77. Duscha, A.; Gisevius, B.; Hirschberg, S.; Yissachar, N.; Stangl, G.I.; Eilers, E.; Bader, V.; Haase, S.; Kaisler, J.; David, C.; et al. Propionic Acid Shapes the Multiple Sclerosis Disease Course by an Immunomodulatory Mechanism. Cell 2020, 180, 1067–1080.e1016. [Google Scholar] [CrossRef]
78. Braniste, V.; Al-Asmakh, M.; Kowal, C.; Anuar, F.; Abbaspour, A.; Toth, M.; Korecka, A.; Bakocevic, N.; Ng, L.G.; Kundu, P.; et al. The gut microbiota influences blood-brain barrier permeability in mice. Sci. Transl. Med. 2014, 6, 263ra158. [Google Scholar] [CrossRef]
79. Rothhammer, V.; Mascanfroni, I.D.; Bunse, L.; Takenaka, M.C.; Kenison, J.E.; Mayo, L.; Chao, C.C.; Patel, B.; Yan, R.; Blain, M.; et al. Type I interferons and microbial metabolites of tryptophan modulate astrocyte activity and central nervous system inflammation via the aryl hydrocarbon receptor. Nat. Med. 2016, 22, 586–597. [Google Scholar] [CrossRef]
80. Wilck, N.; Matus, M.G.; Kearney, S.M.; Olesen, S.W.; Forslund, K.; Bartolomaeus, H.; Haase, S.; Mahler, A.; Balogh, A.; Marko, L.; et al. Salt-responsive gut commensal modulates TH17 axis and disease. Nature 2017, 551, 585–589. [Google Scholar] [CrossRef]
81. He, B.; Hoang, T.K.; Tian, X.; Taylor, C.M.; Blanchard, E.; Luo, M.; Bhattacharjee, M.B.; Freeborn, J.; Park, S.; Couturier, J.; et al. Lactobacillus reuteri Reduces the Severity of Experimental Autoimmune Encephalomyelitis in Mice by Modulating Gut Microbiota. Front. Immunol. 2019, 10, 385. [Google Scholar] [CrossRef]
82. Tankou, S.K.; Regev, K.; Healy, B.C.; Tjon, E.; Laghi, L.; Cox, L.M.; Kivisakk, P.; Pierre, I.V.; Hrishikesh, L.; Gandhi, R.; et al. A probiotic modulates the microbiome and immunity in multiple sclerosis. Ann. Neurol. 2018, 83, 1147–1161. [Google Scholar] [CrossRef]
83. Popkin, B.M.; Adair, L.S.; Ng, S.W. Global nutrition transition and the pandemic of obesity in developing countries. Nutr. Rev. 2012, 70, 3–21. [Google Scholar] [CrossRef]
84. Younossi, Z.M.; Koenig, A.B.; Abdelatif, D.; Fazel, Y.; Henry, L.; Wymer, M. Global epidemiology of nonalcoholic fatty liver disease-Meta-analytic assessment of prevalence, incidence, and outcomes. Hepatology 2016, 64, 73–84. [Google Scholar] [CrossRef]
85. Corpeleijn, E.; Saris, W.H.; Blaak, E.E. Metabolic flexibility in the development of insulin resistance and type 2 diabetes: Effects of lifestyle. Obes. Rev. 2009, 10, 178–193. [Google Scholar] [CrossRef]
86. Thingholm, L.B.; Ruhlemann, M.C.; Koch, M.; Fuqua, B.; Laucke, G.; Boehm, R.; Bang, C.; Franzosa, E.A.; Hubenthal, M.; Rahnavard, A.; et al. Obese Individuals with and without Type 2 Diabetes Show Different Gut Microbial Functional Capacity and Composition. Cell Host Microbe 2019, 26, 252–264.e10. [Google Scholar] [CrossRef]
87. Turnbaugh, P.J.; Baeckhed, F.; Fulton, L.; Gordon, J.I. Diet-induced obesity is linked to marked but reversible alterations in the mouse distal gut microbiome. Cell Host Microbe 2008, 3, 213–223. [Google Scholar] [CrossRef]
88. Cummings, J.H.; Pomare, E.W.; Branch, W.J.; Naylor, C.P.E.; Macfarlane, G.T. Short Chain Fatty-Acids in Human Large-Intestine, Portal, Hepatic and Venous-Blood. Gut 1987, 28, 1221–1227. [Google Scholar] [CrossRef]
89. Manco, M.; Putignani, L.; Bottazzo, G.F. Gut Microbiota, Lipopolysaccharides, and Innate Immunity in the Pathogenesis of Obesity and Cardiovascular Risk. Endocr. Rev. 2010, 31, 817–844. [Google Scholar] [CrossRef]
90. Levy, M.; Thaiss, C.A.; Zeevi, D.; Dohnalova, L.; Zilberman-Schapira, G.; Mahdi, J.A.; David, E.; Savidor, A.; Korem, T.; Herzig, Y.; et al. Microbiota-Modulated Metabolites Shape the Intestinal Microenvironment by Regulating NLRP6 Inflammasome Signaling. Cell 2015, 163, 1428–1443. [Google Scholar] [CrossRef]
91. Wu, J.Y.; Wang, K.; Wang, X.M.; Pang, Y.L.; Jiang, C.T. The role of the gut microbiome and its metabolites in metabolic diseases. Protein Cell 2021, 12, 360–373. [Google Scholar] [CrossRef]
92. Duboc, H.; Tache, Y.; Hofmann, A.F. The bile acid TGR5 membrane receptor: From basic research to clinical application. Dig. Liver Dis. 2014, 46, 302–312. [Google Scholar] [CrossRef]
93. Sun, L.; Pang, Y.; Wang, X.; Wu, Q.; Liu, H.; Liu, B.; Liu, G.; Ye, M.; Kong, W.; Jiang, C. Ablation of gut microbiota alleviates obesity-induced hepatic steatosis and glucose intolerance by modulating bile acid metabolism in hamsters. Acta Pharm. Sin. B 2019, 9, 702–710. [Google Scholar] [CrossRef]
94. Tolhurst, G.; Heffron, H.; Lam, Y.S.; Parker, H.E.; Habib, A.M.; Diakogiannaki, E.; Cameron, J.; Grosse, J.; Reimann, F.; Gribble, F.M. Short-chain fatty acids stimulate glucagon-like peptide-1 secretion via the G-protein-coupled receptor FFAR2. Diabetes 2012, 61, 364–371. [Google Scholar] [CrossRef]
95. Psichas, A.; Sleeth, M.L.; Murphy, K.G.; Brooks, L.; Bewick, G.A.; Hanyaloglu, A.C.; Ghatei, M.A.; Bloom, S.R.; Frost, G. The short chain fatty acid propionate stimulates GLP-1 and PYY secretion via free fatty acid receptor 2 in rodents. Int. J. Obes. 2015, 39, 424–429. [Google Scholar] [CrossRef]
96. Frost, G.; Sleeth, M.L.; Sahuri-Arisoylu, M.; Lizarbe, B.; Cerdan, S.; Brody, L.; Anastasovska, J.; Ghourab, S.; Hankir, M.; Zhang, S.; et al. The short-chain fatty acid acetate reduces appetite via a central homeostatic mechanism. Nat. Commun. 2014, 5, 3611. [Google Scholar] [CrossRef]
97. Sanna, S.; van Zuydam, N.R.; Mahajan, A.; Kurilshikov, A.; Vila, A.V.; Vosa, U.; Mujagic, Z.; Masclee, A.A.M.; Jonkers, D.M.A.E.; Oosting, M.; et al. Causal relationships among the gut microbiome, short-chain fatty acids and metabolic diseases. Nat. Genet. 2019, 51, 600–605. [Google Scholar] [CrossRef]
98. Miyamoto, J.; Igarashi, M.; Watanabe, K.; Karaki, S.; Mukouyama, H.; Kishino, S.; Li, X.; Ichimura, A.; Irie, J.; Sugimoto, Y.; et al. Gut microbiota confers host resistance to obesity by metabolizing dietary polyunsaturated fatty acids. Nat. Commun. 2019, 10. [Google Scholar] [CrossRef]
99. Zhu, L.; Baker, S.S.; Gill, C.; Liu, W.; Alkhouri, R.; Baker, R.D.; Gill, S.R. Characterization of gut microbiomes in nonalcoholic steatohepatitis (NASH) patients: A connection between endogenous alcohol and NASH. Hepatology 2013, 57, 601–609. [Google Scholar] [CrossRef]
100. Zelante, T.; Iannitti, R.G.; Cunha, C.; De Luca, A.; Giovannini, G.; Pieraccini, G.; Zecchi, R.; D’Angelo, C.; Massi-Benedetti, C.; Fallarino, F.; et al. Tryptophan catabolites from microbiota engage aryl hydrocarbon receptor and balance mucosal reactivity via interleukin-22. Immunity 2013, 39, 372–385. [Google Scholar] [CrossRef]
101. Pryor, R.; Norvaisas, P.; Marinos, G.; Best, L.; Thingholm, L.B.; Quintaneiro, L.M.; De Haes, W.; Esser, D.; Waschina, S.; Lujan, C.; et al. Host-Microbe-Drug-Nutrient Screen Identifies Bacterial Effectors of Metformin Therapy. Cell 2019, 178, 1299–1312.e1229. [Google Scholar] [CrossRef]
102. Gu, Y.; Wang, X.; Li, J.; Zhang, Y.; Zhong, H.; Liu, R.; Zhang, D.; Feng, Q.; Xie, X.; Hong, J.; et al. Analyses of gut microbiota and plasma bile acids enable stratification of patients for antidiabetic treatment. Nat. Commun. 2017, 8, 1785. [Google Scholar] [CrossRef]
103. Fangmann, D.; Theismann, E.M.; Turk, K.; Schulte, D.M.; Relling, I.; Hartmann, K.; Keppler, J.K.; Knipp, J.R.; Rehman, A.; Heinsen, F.A.; et al. Targeted Microbiome Intervention by Microencapsulated Delayed-Release Niacin Beneficially Affects Insulin Sensitivity in Humans. Diabetes Care 2018, 41, 398–405. [Google Scholar] [CrossRef]

Будьте здоровы!