Особенности кишечной микробиоты у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника
С. Н. Лагутина 
1
, П. А. Чижков 1,2
, А. А. Зуйкова 1
, Е. Ю. Есина 1
, И. С. Добрынина 1
, О. С. Скуратова 1
, М. Ю. Сыромятников 2
1 Воронежский государственный медицинский университет имени Н.Н. Бурденко, Воронеж, Россия 2 Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия
✉ Лагутина Светлана Николаевна — svlagutina97@mail.ru
DOI: 10.32415/jscientia_2023_9_3_5-11
EDN: elibrary.ru/AUKYRT
Аннотация:
Введение. Воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) занимают лидирующие позиции в структуре заболеваний желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), так как являются прогрессирующей хронической патологией с аутоиммунным типом воспаления. Изменение показателей микробиоты кишечника может определять морфологические изменения на латентном этапе заболевания., Цель исследования. Оценка родо-видового биоразнообразия микробиоты у пациентов с ВЗК. Пациенты и методы. Выполнено секвенирование 16S рРНК микробиоты кишечника у 15 пациентов с подтвержденным язвенным колитом (ЯК) и 20 здоровых лиц, которые являлись контрольной группой. Проведен анализ показателей общего анализа крови и уровня С-реактивного белка (СРБ). Для статистического анализа использовали программы Microsoft Excel и Statistica. Результаты. Среди исследуемых лабораторных показателей у пациентов с ВЗК было отмечено значительное увеличение уровня СРБ, лейкоцитов и нейтрофилов по сравнению с группой контроля. В результате секвенирования кишечной микробиоты у пациентов с ВЗК выявлено снижение нормобиоты, а также увеличение содержания представителей патогенного кластера. Заключение. Выявлено снижение биоразнообразия микробиоты у пациентов с ВЗК по сравнению с группой контроля. Также наблюдалось значимое изменение патогенного кластера и дисбаланс представителей Bacteroidetes и Firmicutes.Ключевые слова:
воспалительные заболевания кишечника, язвенный колит, секвенирование, микробиота кишечника, родо-видовое биоразнообразие, нормобиота, патогенный кластер, Bacteroidetes, Firmicutes, Desulfovibrio, Methanobrevibacter.Для цитирования:
Лагутина С.Н., Чижков П.А., Зуйкова А.А., Есина Е.Ю., Добрынина И.С., Скуратова О.С., Сыромятников М.Ю. Особенности кишечной микробиоты у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника // Juvenis scientia. 2023. Том 9. № 3. С. 5-11. DOI: 10.32415/jscientia_2023_9_3_5-11. EDN: AUKYRT.Введение
В настоящее время воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) занимают лидирующие позиции в структуре заболеваний желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). ВЗК являются прогрессирующими хроническими заболеваниями с аутоиммунным типом воспаления, основными из них являются язвенный колит (ЯК), болезнь Крона. Длительность и степень тяжести воспалительного процесса приводят к высокому риску развития осложнений, в том числе колоректального рака. Именно бактериальный состав толстой кишки способен изменяться под воздействием различных факторов, что является эффективным средством для поддержания противовоспалительного состояния. В настоящее время известно, что при ВЗК наблюдается повышение уровня провоспалительных цитокинов: фактора некроза опухоли α (ФНО-α) и различных интерлейкинов (ИЛ) [1]. При ЯК в развитии хронического воспаления участвуют клетки Th2 и Th17, продуцирующие различные цитокины. Основную роль во взаимодействии с микробиотой кишечника может играть ИЛ‑33. Сигнальная ось ИЛ‑33/ST2 вовлекается в патогенез ВЗК через индукцию ИЛ‑4. Данный механизм способен определять тяжесть аутоиммунного воспаления в активной фазе заболевания, когда уже происходит образование язвенных дефектов в слизистой оболочке кишечника. Количественное и качественное изменение родового и видового составов кишечной микробиоты может определять признаки патологического воспаления на латентной стадии [2, 3]. Изучение представителей кишечной микробиоты может привести к обнаружению новых диагностических признаков, влияющих на эффективность лекарственной терапии, а также исход заболевания.Цель работы
Изучение родо-видового состава микробиоты кишечника у пациентов с ВЗК.Пациенты и методы
Было выполнено секвенирование 16S рРНК микробиоты кишечника у 15 пациентов с подтвержденным (по результатам колоноскопии с прицельной биопсией) язвенным колитом и 20 здоровых лиц, которые являлись контрольной группой. Критерием включения в основную группу являлся первично установленный на амбулаторном этапе диагноз ЯК. Критерием исключения являлось проведение в течение последних трех месяцев терапии антибактериальными и гормональными препаратами. Пациенты получали симптоматическую терапию, которая включала в себя прием спазмолитических (мебеверин/дротаверин) и противодиарейных (смектит диоктаэдрический/лоперамид) препаратов. Все пациенты осуществляли сбор биоматериала (кал) в стерильный контейнер объемом 5 мл, после чего он был подвержен заморозке до проведения секвенирования 16S рРНК. Замораживание кала при подготовке к секвенированию проводилось при температуре –80 °C в лабораторных условиях. Тяжесть атаки определялась согласно индексу Мейо. Сформированные группы были сопоставимы по полу и возрасту. У всех исследуемых был проведен анализ показателей общего анализа крови (ОАК: показатели лейкоцитарной формулы, скорость оседания эритроцитов (СОЭ)), С-реактивного белка (СРБ). Анализ полученных данных проводился с использованием программ Microsoft Excel, Statistica. Количественные данные были описаны с помощью медианы (Me), значений нижнего и верхнего квартилей (Q1-Q3). Сравнение двух групп по количественному признаку, распределение которого отличалось от нормального, проводилось с помощью U-критерия Манна-Уитни. Различия в значении показателя между признаками считали значимыми при p<0,05.Результаты
Среди пациентов с ВЗК индекс Мейо был равен 2 баллам (легкая степень тяжести) у 45% (пациенты с ЯК), 4 баллам (средняя степень тяжести) у 33%, 6 баллам (тяжелая степень) у 22%. Среди исследуемых лабораторных показателей у пациентов с ВЗК было отмечено значительное увеличение СОЭ, лейкоцитов, нейтрофилов по сравнению с группой контроля (табл. 1).| Показатели | Статистические показатели | Значения |
|---|---|---|
| Контрольная группа | ||
| Лейкоциты, (×109>/л) | Ме | 3,8 |
| Q1 − Q3 | 3,1-4,9 | |
| Нейтрофилы палочкоядерные, (%) | Ме | 5 |
| Q1 − Q3 | 1-8 | |
| Нейтрофилы сегментоядерные, (%) | Ме | 56 |
| Q1 − Q3 | 48-70 | |
| СОЭ, мм/ч | Ме | 7 |
| Q1 − Q3 | 1-12 | |
| Пациенты с ВЗК (ЯК) | ||
| Лейкоциты, (×109/л) | Ме | 6,1 |
| Q1 − Q3 | 2,3-26,5 | |
| Нейтрофилы палочкоядерные, (%) | Ме | 20 |
| Q1 − Q3 | 12-36 | |
| Нейтрофилы сегментоядерные, (%) | Ме | 68 |
| Q1 − Q3 | 56-90 | |
| СОЭ, мм/ч | Ме | 10 |
| Q1 − Q3 | 1-54 | |
| Состав бактерий, % | Статистические показатели | Значения |
|---|---|---|
| Контрольная группа | ||
| Lactobacterium (0,02%-0,1%) |
Ме | 0,02 |
| Q1 − Q3 | 0-0,3 | |
| Bifidobacterium (0,1%-1%) |
Ме | 0,5 |
| Q1 − Q3 | 0,2-3,1 | |
| Faecalibacterium (5%-9%) |
Ме | 6,3 |
| Q1 − Q3 | 4,8-9,1 | |
| Bacteroides (9%-19%) |
Ме | 9,5 |
| Q1 − Q3 | 7-15,7 | |
| Пациенты с ВЗК (ЯК) | ||
| Lactobacterium (0,02%-0,1%) |
Ме | 0,01 |
| Q1 − Q3 | 0-0,02 | |
| Bifidobacterium (0,1%-1%) |
Ме | 0,01 |
| Q1 − Q3 | 0-0,02 | |
| Faecalibacterium (5%-9%) |
Ме | 0,1 |
| Q1 − Q3 | 0-6,1 | |
| Bacteroides (9%-19%) |
Ме | 0,6 |
| Q1 − Q3 | 0-5,8 | |
| Состав бактерий, % | Статистические показатели | Значения |
|---|---|---|
| Контрольная группа | ||
| Escherichia coli (0%-1%) |
Ме | 0,02 |
| Q1 − Q3 | 0-2,2 | |
| Klebsiella (0%-0,02%) |
Ме | 0,01 |
| Q1 − Q3 | 0-0,02 | |
| Clostridium spp (0%-1%) |
Ме | 0,01 |
| Q1 − Q3 | 0-0,02 | |
| Campylobacter (0%-0,02%) |
Ме | 0,01 |
| Q1 − Q3 | 0-0,01 | |
| Fusobacterium (0%-0,02%) |
Ме | 0,01 |
| Q1 − Q3 | 0-0,02 | |
| Пациенты с ВЗК (ЯК) | ||
| Escherichia coli (0%-1%) |
Ме | 6,3 |
| Q1 − Q3 | 4,5-19,8 | |
| Klebsiella (0%-0,02%) |
Ме | 1,2 |
| Q1 − Q3 | 3,2-17,5 | |
| Clostridium spp (0%-1%) |
Ме | 2,6 |
| Q1 − Q3 | 1-13,3 | |
| Campylobacter (0%-0,02%) |
Ме | 1,2 |
| Q1 − Q3 | 0-9,8 | |
| Fusobacterium (0%-0,02%) |
Ме | 2,5 |
| Q1 − Q3 | 0-6,9 | |
Рисунок 1. Оценка состава сульфатредуцирующих бактерий у пациентов с ВЗК.
Обсуждение
Увеличение количества представителей типа Firmicutes может настораживать в отношении воспалительных процессов и новообразований, за счет выделения активных метаболитов, которые способствуют значительному снижению барьера слизистой, что напрямую может способствовать развитию новообразований [3]. Увеличение представителей сульфатредуцирующей группы бактерий может говорить о степени тяжести основного заболевания. Благодаря своей уникальной способности превращать водород и углекислый газ в метан Desulfovibrio и Methanobrevibacter помогают эффективно расщеплять пищевые волокна, а также влияют на иммунные клетки организма и выработку антибактериальных пептидов, при этом отягощая течение заболевания за счет активации фактора некроза опухоли (ФНОα) и α4β7‑интегрина [4, 5]. Избыточное количество этих бактерий коррелирует с патологией кишечника, включая ЯК и болезнь Крона. Бутират-продуцирующие бактерии синтезируют важный метаболит, необходимый для защиты целостности эпителиального барьера кишечника и сохранения иммунного гомеостаза хозяина за счет дифференцировки регуляторных Т-клеток [6]. Снижение уровня бутирата вызывает дисфункцию кишечного эпителиального барьера и приводит к экспрессии нескольких воспалительных маркеров [7, 8].Заключение
По результатам проведенного исследования выявлено уменьшение родо-видового биоразнообразия нормальной микробиоты кишечника у пациентов с ВЗК по сравнению с группой контроля. Исследование кишечной микробиоты может позволить обнаружить новые диагностические признаки и способствовать раннему выявлению заболеваний кишечника и выработке дифференцированных подходов к лечению.Финансирование: Исследование было выполнено при финансовой поддержке УМНИК (№ 88696-У). Конфликт интересов: Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Вклад авторов: Все авторы подтверждают соответствие своего авторства, согласно международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). С. Н. Лагутина — анализ и интерпретация данных; П. А. Чижков — разработка концепции и дизайна; О. С. Скуратова — анализ и интерпретация данных; А. А. Зуйкова — окончательное утверждение для публикации рукописи; Е. Ю. Есина — обоснование рукописи или проверка критически важного интеллектуального содержания; И. С. Добрынина — обоснование рукописи; М. Ю. Сыромятников — окончательное утверждение для публикации рукописи. Соответствие принципам этики. Научно-исследовательский проект соответствует этическим стандартам, разработанным в соответствии с Хельсинкской декларацией Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека» с поправками 2000 г. и «Правилами клинической практики в Российской Федерации», утвержденными Приказом Минздрава РФ от 19.06.2003 г. № 266. Все лица, участвующие в исследовании, подписали информированное добровольное согласие на участие в исследовании. Также от пациентов получено добровольное информированное согласие на публикацию медицинских данных в научных целях в журнале. Протокол исследования был одобрен этическим комитетом ФГБОУ ВО ВГМУ имени Н. Н. Бурденко Минздрава России (протокол № 5 от 18.10.2022 года).
Литература:
- Burakova I, Smirnova Y, Gryaznova M, et al. The Effect of Short-Term Consumption of Lactic Acid Bacteria on the Gut Microbiota in Obese People. Nutrients. 2022;14(16):3384. DOI: 10.3390/nu14163384.
- Loke YL, Chew MT, Ngeow YF, et al. Colon Carcinogenesis: The Interplay Between Diet and Gut Microbiota. Front Cell Infect Microbiol. 2020;10:603086. DOI: 10.3389/fcimb.2020.603086.
- Caparrós E, Wiest R, Scharl M, et al. Dysbiotic microbiota interactions in Crohn’s disease. Gut Microbes. 2021;13(1):1949096. DOI: 10.1080/19490976.2021.1949096.
- Glassner KL, Abraham BP, Quigley EMM. The microbiome and inflammatory bowel disease. J Allergy Clin Immunol. 2020;145(1):16-27. DOI: 10.1016/j.jaci.2019.11.003.
- Torres J, Mehandru S, Colombel JF, Peyrin-Biroulet L. Crohn’s disease. Lancet. 2017;389(10080):1741-1755. DOI: 10.1016/S0140-6736(16)31711-1.
- Gajendran M, Loganathan P, Catinella AP, Hashash JG. A comprehensive review and update on Crohn’s disease. Dis Mon. 2018;64(2):20-57. DOI: 10.1016/j.disamonth.2017.07.001.
- He Y, Hu Y, Yuan M, et al. Prognostic and therapeutic implication of m6A methylation in Crohn disease. Medicine (Baltimore). 2022;101(51):e32399. DOI: 10.1097/MD.0000000000032399.
- Sokol H, Landman C, Seksik P, et al. Fecal microbiota transplantation to maintain remission in Crohn’s disease: a pilot randomized controlled study. Microbiome. 2020;8(1):12. DOI: 10.1186/s40168-020-0792-5.