Микробни симбиози

Тази статия е част от изследователската тема

Човешки микробиом: Симбиоза към патогенеза Вижте всички 27 статии

Редактиран от
Научете-Хан Лий

Monash University Малайзия, Малайзия

Прегледан от
Марям Дадар

Институт за ваксини и серуми Razi, Иран

Hui-min Neoh

Институт по медицинска молекулярна биология UKM, Национален университет в Малайзия, Малайзия

Вей Ли Тонг

Университетът в Манчестър, Великобритания

Принадлежностите на редактора и рецензенти са най-новите, предоставени в техните профили за проучване на Loop и може да не отразяват тяхното положение по време на прегледа.

граници

  • Изтеглете статия
    • Изтеглете PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Допълнителни
      Материал
  • Цитат за износ
    • EndNote
    • Референтен мениджър
    • Прост ТЕКСТ файл
    • BibTex
СПОДЕЛИ НА

Преглед на СТАТИЯ

  • 1 Катедра по медицина и терапия, Институт по храносмилателни заболявания, LKS Институт по здравни науки, Китайският университет в Хонг Конг, Хонконг, Китай
  • 2 Медицински факултет, Център за изследване на чревната микробиота, Китайският университет в Хонг Конг, Хонконг, Китай

Въведение

Предполага се, че възпалителните чревни заболявания (IBD), включително болестта на Crohn (CD) и язвената болест (UC), са резултат от неподходящ имунен отговор на чревните микроби при генетично чувствителен гостоприемник. Това е хронично възпалително разстройство на чревния тракт с неизвестна причина. Честотата на IBD се е увеличила в западния свят от средата на ХХ век (Molodecky et al., 2012; Rocchi et al., 2012; Hammer et al., 2016). В началото на двадесет и първи век, той е плато в някои развити държави с преобладаване до 0,5% от общото население, докато продължава да се увеличава в развиващите се страни (Benchimol et al., 2009, 2014; Kaplan, 2015). Етиологичните проучвания върху IBD са съсредоточени върху няколко фактора, включително генетиката на гостоприемника и имунните отговори, чревната микробиота и значението на стимулите от околната среда в патогенезата на заболяването (Фигура 1). Постоянно е доказано, че дисбиозата на червата е свързана с IBD. Поради разширяването на приложението на технологията за дълбоко секвениране с висока производителност през последното десетилетие, ние сме в състояние постепенно да разкрием ролята на микробиома в развитието на IBD. Тези открития подобриха знанията ни за функционалните механизми на микробиома в патогенезата на IBD.

Фигура 1. Промяна на чревната микробиота и имунни отговори при IBD. Чревните микроби, включително бактерии, вируси и гъби, и дисфункционални имунни отговори, ангажиращи Tregs, T-помощник 1 (Th1) и Th17, са замесени в патогенезата на IBD. По време на хоместазис, чревните микроби индуцират фенотип на имунен толеранс в гостоприемника, докато при възпалителни състояния като IBD, антигените от дисбиотични микроби активират Th1 и Th17 клетките, което води до увреждане на тъканите, намален слой на слуз и проникване и персистиране на микробите в чревните тъкани. Това увреждане на лигавицата води до по-нататъшно усвояване на микробни антигени, TLR лиганди и жизнеспособни организми, които поддържат имунните отговори. TGF, трансформиращ растежен фактор; TGF, трансформиращ растежен фактор; ММР, матрична металопротеиназа; DC, дендритна клетка.

Чревната микробиота, включваща бактерии, гъби, вируси и други микроорганизми, функционира като вторична органна система с критични функции за гостоприемника. IBD е сред най-широко проучените от всички възпалителни заболявания, които са тясно свързани с чревния микробиом. В този преглед ние обсъждаме ролята на чревната микробиота, включително бактериалната микробиота, микобиота и виробиота в развитието на IBD, както и терапевтични подходи, базирани на микробиота при лечението на IBD.

Чревен микробиом и възпалителна болест на червата (IBD)

Бактериална микробиота

Бактериалната микробиота е най-добре изученият компонент на чревната микробиота, която обитава своя гостоприемник в променлива концентрация. В стомашно-чревния тракт (GI) тя достига горно ниво в дебелото черво от 10 11 или 10 12 клетки/g луминално съдържание (Dave et al., 2012). Изчислено е, че червата ни съдържа

1000 бактериални вида и 100 пъти повече гени от тези, открити в човешкия геном (Ley et al., 2006; Qin et al., 2010). Тази бактериална общност изпълнява разнообразие от важни функции в гостоприемника, включително обучение на имунната система (Round и Mazmanian, 2009), секретиране на ензими за смилане на субстрати, недостъпни за гостоприемника (El Kaoutari et al., 2013), и потискане на вредните микроорганизми ( O'Hara and Shanahan, 2006). Като цяло, филата Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria и Verrucomicrobia са преобладаващите съставки в здравата чревна микробиота (Jandhyala et al., 2015). Чревният бактериален микробиом показва разлики по отношение както на лигавицата към луминалния, така и на проксималния до дисталния градиент, показвайки значителни различия между индивидите (Turnbaugh et al., 2009; Qin et al., 2010; Bäckhed et al., 2012 ). Чревната бактериална микробиота се развива от малко разнообразна общност при раждането до силно сложна общност с въвеждането на диети до 9-12-месечна възраст (Koenig et al., 2011; Backhed et al., 2015). Микробиотата става стабилна и устойчива на смущения в околната среда, като диетични промени или краткотрайно излагане на антибиотици (Dethlefsen and Relman, 2011; Wu et al., 2011). Доказано е, че множество фактори се намесват в чревния микробиом, включително възраст, генетика, диета и лекарства (Yatsunenko et al., 2012; Maier et al., 2018; Zuo et al., 2018).

маса 1. Променена чревна микробиота при IBD в сравнение със здрави индивиди при хора.

Проучванията при хора показват, че изобилието от специфични бактериални таксони е променено при IBD (Таблица 1). Enterobacteriacae бактериите се увеличават както при пациенти с IBD, така и при мишки (Lupp et al., 2007). Ешерихия коли, особено прилепващо-инвазивни Е. coli (AIEC) щамове, бяха изолирани от CD биопсии на илеални CD (Darfeuille-Michaud et al., 2004) и също бяха открити при пациенти с UC (Sokol et al., 2006). Междувременно пробите от лигавицата показват по-изразено обогатяване от пробите от фекалиите (Chassaing и Darfeuille-Michaud, 2011). Това показва, че възпалителната среда при IBD може да благоприятства растежа на тази бактериална клада, Enterobacteriaceae. Противовъзпалително лекарство, месаламин, може да отслаби чревното възпаление и да намали изобилието от Ешерихия/Шигела при IBD (Benjamin et al., 2012; Morgan et al., 2012).

Фузобактерии е друга група от прилепнали и инвазивни бактерии. Бактерии от рода Fusobacterium основно колонизират както устната кухина, така и червата. Fusobacterium видове присъстваха в по-голямо количество в лигавицата на дебелото черво на пациенти с UC в сравнение със здравите контроли (Ohkusa et al., 2002, 2009). Когато се прилага чрез ректална клизма при мишки, Fusobacterium varium е успял да причини възпаление на лигавицата на дебелото черво (Ohkusa et al., 2003). Инвазивната способност на човека Fusobacterium бактериите корелират положително с тежестта на IBD на гостоприемника (Strauss et al., 2011), което показва, че това е инвазивно Fusobacterium видове могат да повлияят на патологията на IBD. Отвъд това, Fusobacterium документирано е, че видовете присъстват в изобилие в тумора, отколкото в съседната нормална тъкан при колоректален рак (Castellarin et al., 2012; Kostic et al., 2012; Yu et al., 2017). Освен това човек Fusobacterium Съобщава се, че изолатите имат роля на туморогенеза при мишки (Kostic et al., 2013).

Съществуват и специфични групи чревни бактерии, които могат да играят защитна роля срещу IBD. Редица бактериални видове, най-вече родовете Lactobacillus, Bifidobacterium, и Faecalibacterium, е доказано, че предпазва гостоприемника от възпаление на лигавицата чрез няколко механизма, включително стимулиране на противовъзпалителния цитокин (Sokol et al., 2008), включително IL-10 и регулиране на възпалителните цитокини (Llopis et al., 2009). Faecalibacterium prausnitzii, е доказано, че има противовъзпалителни свойства и е недостатъчно представен при IBD (Sokol et al., 2009). Изобилието на F. prausnitzii значително намалява, докато изобилието от Е. coli се увеличава при илеални биопсии на CD проби (Willing et al., 2009). CD пациенти с ниско съдържание на F. prausnitzii в лигавицата е по-вероятно да имат рецидив след операция (Sokol et al., 2008). За разлика от това, възстановяването на F. prausnitzii след рецидив е свързано с поддържане на клинична ремисия на UC (Varela et al., 2013). Епидемиологичните данни при хора предполагат защитен ефект на Helicobacter pylori (H. pylori) инфекция срещу развитието на автоимунни заболявания, включително IBD (Papamichael et al., 2014; Rokkas et al., 2015). Лабораторните данни показват това H. pylori може да предизвика имунна толерантност и да ограничи възпалителните реакции (Arnold et al., 2011; Oertli and Müller, 2012; Oertli et al., 2012).

При химически индуцирани мишки с колит фенотипът на колит е по-тежък при мишки без микроби, отколкото при конвенционално отгледани мишки (Kitajima et al., 2001). Коменсалните микроби защитават гостоприемника чрез колонизационна устойчивост, където коменсалите заемат ниши в гостоприемника и предотвратяват инвазията от патогени (Callaway et al., 2008), превъзхождат патогенните бактерии (Kamada et al., 2012). Commensals също са показали функционални ефекти върху патогените, като например намаляване на генетичната експресия, свързана с вирулентността (Medellin-Pena et al., 2007). В допълнение, чревната микробиота може да модулира имунния отговор на лигавицата на гостоприемника. Клостридий и Бактероиди видове могат да предизвикат разширяване на регулаторните Т клетки (Treg) и да смекчат чревното възпаление (Atarashi et al., 2013). Други чревни бактериални членове могат да облекчат възпалението на лигавицата чрез регулиране на активирането на NF-κB (Kelly et al., 2004).

Някои членове на чревната микробиота имат способността да ферментират диетични фибри, което води до производството на късоверижни мастни киселини (SCFA), включително ацетат, пропионат и бутират. Доказано е, че SCFAs оказват множество благоприятни ефекти върху енергийния метаболизъм на бозайници. Те са основният енергиен източник за епителните клетки на дебелото черво (Ahmad et al., 2000) и могат да предизвикат разширяване на Treg клетките на дебелото черво (Atarashi et al., 2013; Smith et al., 2013). Родът, произвеждащ бутират Faecalibacterium, които принадлежаха на Ruminococcaceae, намалява при IBD, особено при илеален CD (Sokol et al., 2008, 2009; Xenoulis et al., 2008; Kang et al., 2010; Morgan et al., 2012). Други бактерии, произвеждащи SCFA, Phascolarctobacterium и Roseburia също са намалени в CD, докато Leuconostocaceae се изчерпва в UC (Morgan et al., 2012). Чревната микробиота се развива заедно с богатата на полизахариди диета, за да даде синергичен ефект на домакина ефективно да извлича енергия от диетичните фибри и да ги предпазва от възпаления (Willing et al., 2009). Липсата на прием на диетични фибри е свързана с развитието на IBD (Galvez et al., 2005; Chiba et al., 2015; Pituch-Zdanowska et al., 2015). В допълнение, диетата с ниско съдържание на фибри е свързана с ниска концентрация на SCFA (Galvez et al., 2005; Maslowski and Mackay, 2011).

Гъбична микробиота (Mycobiota)

Гъбите представляват само незначителна съставка на чревната микробиота и отчитат ключови думи: чревна микробиота, бактерии, вирубиота, микобиота, хелминти, диета, възпалителни заболявания на червата, трансплантация на фекална микробиота

Цитиране: Zuo T и Ng SC (2018) Чревната микробиота в патогенезата и терапията на възпалителните заболявания на червата. Отпред. Микробиол. 9: 2247. doi: 10.3389/fmicb.2018.02247

Получено: 20 февруари 2018 г .; Приет: 03 септември 2018 г .;
Публикувано: 25 септември 2018 г.

Learn-Han Lee, Университет Monash Малайзия, Малайзия

Марям Дадар, Институт за изследване на ваксините и серума Рази, Иран
Hui-min Neoh, UKM Medical Molecular Biology Institute (UMBI), Малайзия
Wei Li Thong, Университет в Манчестър, Великобритания