Probavni mikrobiom i fibroza organa Ⅱ

4. Fibroza bubrega

Kronična bolest bubrega (CKD)je rastući globalni zdravstveni problem koji pogađa najmanje 10 posto svjetske populacije, a taj postotak progresivno raste sa starenjem [56]. Fibroza je posljednja patološka značajka KBB-a i poznato je da pridonosi progresiji gotovo svih oblikabolesti bubrega, ponašajući se kao neovisni prediktorpogoršanje bubrežne funkcije[57]. U CKD, fibroza je obično posljedicakronične upalebubrežnog parenhima [58]. Iako se TGF- 1 smatra glavnim čimbenikom patološkog fibroznog procesa u KBB-u, metabolički i urođeni imunološki odgovori sada su prepoznati kao važni čimbenici koje treba ciljati u ovom procesu. Dodatno, dokazi sada pokazuju da je aktivirani patološki fibroblast dominantna stanica u proizvodnji citokina i kemokina u CKD [59].

NOVA BILJNA FORMULACIJA ZAKRONIČNA BOLEST BUBREGA (CKD)

U posljednjem desetljeću sve veća količina podataka istaknula je crijevnu mikrobiotu kao glavnog čimbenika u bubrežnoj fibrozi, naime igrajući važnu ulogu u lokalnoj i sustavnoj upali [60]. Nekoliko je studija pokazalo da se populacija crijevnog mikrobioma kod bolesnika s kroničnom bubrežnom bolesti značajno razlikuje od one u zdravih ispitanika. Većina izvješća usmjerena je na pacijente u završnom stadiju bubrežne bolesti (ESRD), a malo ih se bavi crijevnom mikrobiotom u ranim stadijima KBB-a, ali općenito, bolesnici s bubrežnom bolešću pokazuju smanjenje raznolikosti crijevnih mikrobioma sa značajnim povećanjem patogenih bakterija En Enterobacteriaceae obitelji i smanjenje korisnih mikroba iz obitelji Bifidobacteriaceae i Lactobacillaceae [61,62]. Takvi pomaci u crijevnoj mikrobioti u bolesnika s KBB-om iz simbiotske u patogeniju mikrobiotu dobro su povezani s uremičnim stanjem i fibrozom bubrega, podupirući postojanje dvosmjerne i sinergističke izmjene između uremičnog stanja domaćina, upale i crijevne disbioze [63].

Progresivno zatajenje bubrega, u kombinaciji s posljedičnim promjenama u načinu života, prehrani i lijekovima, mijenja sastav mikrobiote i disbiozu koja uzrokuje metabolizam, a proizvodnja uremijskih toksina od strane disbiotičke mikrobiote dodatno pogoršava uremijsko stanje, oštećujući epitelnu barijeru, povećavajući crijevnu propusnost i poticanje upale i oksidativnog stresa [64]. Nekoliko in vivo i in vitro studija pokazalo je da uremično crijevno okruženje mijenja obrazac ekspresije proteina uskog spoja prema fenotipu povećane crijevne propusnosti [65-68], što olakšava translokaciju bakterijskih toksina (kao što su endotoksini), mikrobnih metabolita i čak i bakterije u cirkulaciju [69]. DNK iz populacija crijevnih bakterija otkrivena je u krviKBB prije dijalizei bolesnika na hemodijalizi i u korelaciji s povišenim razinama c-reaktivnog proteina (CRP) i IL-6 u plazmi [70-72]; komponente crijevnih bakterija pronađene su u mezenterijalnim limfnim čvorovima uremijskih štakora [73], a endotoksemija je primijećena u pacijenata s KBB-om i korelirala je sa sustavnom upalom i kardiovaskularnim bolestima u ovoj populaciji [74-76]. Bakterijska translokacija rezultira aktivacijom imunoloških stanica kroz aktivaciju puteva protein kinaze aktiviranih TLR4/NF-κB/mitogenom, uspostavljajući kronično upalno stanje koje potiče sklerozu [76,77]. Utvrđeno je da su povećane razine cirkulirajućih bakterijskih endotoksina u svim stadijima KBB-a, dostižući maksimum u bolesnika na dijalizi, povezane sa sustavnom upalom, aterosklerozom i smrtnošću u pacijenata s KBB-om [75,76]. Koristeći model miša tretiranog LPS-om (štakorima je intraperitonealno ubrizgavano 10 mg/kg/tjedan LPS-a tijekom 4 tjedna), Fereshteh Asgharzadeh i suradnici [78] pokazali su da u kliničkim stanjima koja predstavljaju kronični LPS, može doći do srčane i bubrežne fibroze. čak i u odsutnosti prethodne ozljede tkiva zbog neravnoteže u oksidativnom stresu,što sugerira da disbioza crijeva sama po sebi može imati ulogu u pokretanju fibroze organa.

Značaj cirkulirajućih metabolita izvedenih iz crijeva u sustavnom imunološkom upalnom odgovoru kod bubrežnih bolesti i ishoda, točnije u povezanom kardiovaskularnom riziku, sada je dobro prepoznat [79]. Među različitim crijevnim metabolitima za koje je utvrđeno da imaju različitu ekspresiju u bolesnika s kroničnom bubrežnom bolesti, posebna se pozornost pridaje učinku uremičkih toksina i SCFA [79]. Više koncentracije uremijskih toksina trimetilamin N-oksida (TMAO) [80], p-krezil sulfata (PCS) i indoksil sulfata (IS) [81] i niže koncentracije SCFA [82] dosljedno su uočene u CKD i bolesnika s ESRD [83,84]. Takvi su rezultati u skladu s izvješćem koje pokazuje značajan porast bakterija koje sadrže enzime koji stvaraju ureazu, ureazu, indol i para-krezol i smanjenje bakterija s enzimima koji stvaraju butirat u bolesnika s ESRD [85-87] , dodatno podupirući relevantan doprinos crijevne mikrobiote fibrozi bubrega.

TMAO je toksični metabolit dobiven iz crijeva koji nastaje bakterijskim metabolizmom kvaternarnih amina iz prehrane (kao što su kolin, fosfatidilkolin i L-karnitin) u trimetilamin, koji se zatim pretvara u TMAO putem jetrenih flavin monooksigenaza (FMO1 i FMO3) [88]. U CKD-u su visoke razine TMAO povezane s oštećenom funkcijom bubrega, kroničnom upalom (visoki IL-6 i CRP) i povećanom smrtnošću (2.8-struko povećanje rizika od smrtnosti) [89]. Nakon transplantacije bubrega, koncentracija TMAO u plazmi smanjuje se na normalne razine [90], ali u bolesnika na hemodijalizi, unatoč njegovom učinkovitom uklanjanju hemodijalizom, razine TMAO u plazmi ostaju značajno visoke nakon dijalize, što ukazuje na značajan doprinos disbiotičke crijevne mikrobiote povećanom stvaranje TMAO u ESRD [80,91]. Povećane razine TMAO povezane su s bubrežnom tubulointersticijalnom fibrozom i taloženjem kolagena putem aktivacije putova TGF- 1/p-Smad3 i renin-angiotenzin-aldosteron [89,92]. Inhibicija proizvodnje TMAO u mišjim modelima CKD značajno je usporila pad bubrežne funkcije i smanjila tubulointersticijsku fibrozu [93,94], ističući mehanizme proizvodnje TMAO kao ciljeve za liječenje fibroze bubrega.

Utvrđeno je da su razine IS i pCS povezane s progresijom do ESRD-a i povećanom smrtnošću u bolesnika s kroničnom bubrežnom bolesti od blagog do teškog zatajenja bubrega zbog pojačanog oksidativnog stresa i upale [81,83,95-97]. IS je također nedavno povezan s progresijom CKD-a u djece [98]. Pokazalo se da povećane razine IS potiču tubulointersticijsku fibrozu aktiviranjem ekspresije NF-κB, inhibitora aktivatora plazminogena tipa 1, tkivnog inhibitora metaloproteinaza i TGF- 1 puteva [99]. Povećane razine pCS-a bile su povezane s teškim oštećenjem tubula putem pojačanog oksidativnog stresa i upalnih razina citokina [100] te su bile u korelaciji s povećanim rizikom smrtnosti od svih uzroka i kardiovaskularnih bolesti u bolesnika s kroničnim zatajenjem bubrega i blagom do umjerenom KBB [83]. ,84]. Različite studije na životinjama pokazale su da koncentracija IS i pCS u plazmi korelira s tubularnom fibrozom putem aktivacije intrarenalnog sustava renin-angiotenzin i putova TGF- 1/p-Smad3 [100,101]. Štoviše, sve veći broj studija također je utvrdio relevantnu ulogu metabolita triptofana koji se dobivaju iz crijeva (naime IS, 3-IS i indol-3 octena kiselina (IAA)) u bubrežnoj fibrozi putem aktivacije signalnih putova receptora aril ugljikovodika, posebno putem aktivacije receptora aril ugljikovodika/p38 mitogen-aktivirane proteinske kinaze/NF-κB putova koji reguliraju staničnu proliferaciju, diferencijaciju i imunološku funkciju i induciraju kardiovaskularne bolesti u bolesnika s ESRD [102]. Razine IAA povezane su s glomerularnom sklerozom i intersticijskom fibrozom induciranjem proupalnog enzima ciklooksigenaze-2 i oksidativnog stresa, a utvrđeno je da je njegova koncentracija prediktivna za smrtnost i kardiovaskularne događaje u bolesnika s kroničnom bubrežnom bolesti (103).

S druge točke gledišta, SCFA su glavni proizvodi fermentacije rezistentnih škrobova aerobnih bakterija u crijevima [104]. Pokazalo se da njihova povećana koncentracija ima korisne funkcije u održavanju epitelne barijere i sustavnoj regulaciji imunološkog odgovora domaćina povećanjem protuupalnih čimbenika, smanjenjem regulacije čimbenika povezanih s autoimunošću i razvojem regulatornih T (Treg) stanica putem G- receptori povezani s proteinima (GPCR) (npr. GPR41, GPR43 i GPR109A) [105-108]. SCFA su opći inhibitori histon deacetilaze koji mogu inhibirati TGF- 1 signalizaciju, sprječavajući diferencijaciju pericita u miofibroblaste [109,110]. Acetat, propionat i butirat tri su najčešća SCFA i predstavljaju primarni izvor energije za epitelne stanice, osiguravajući približno 10% dnevnih kalorijskih potreba kod ljudi [104]. Kod bolesti bubrega, kombinatorni učinak restrikcija u prehrani (naime, preporučeni manji unos hrane bogate kalijem kao što su voće, povrće i hrana s visokim sadržajem vlakana) i disbioze crijevnog mikrobioma rezultira smanjenjem bakterija koje proizvode SCFA i u smanjenju koncentracije SCFA [111]. Ova smanjena koncentracija SCFA doprinosi pogoršanju upalnih procesa i fibroze bubrega [112]. Sve veći broj dokaza potvrdio je da je suplementacija SCFA sredstvom za liječenje bubrežnih i srčanih bolesti poboljšanjem bubrežne disfunkcije i smanjenjem lokalne i sistemske upale, oksidativnog stresa i apoptoze stanica [82,113].

Sada je jasno utvrđeno da disbioza crijevnog mikrobioma ima značajnu ulogu u bubrežnoj fibrozi i ishodima bolesti bubrega, s nekoliko igrača i metaboličkih putova koji su uključeni u proces [114,115]. Ipak, točan doprinos gubitka funkcije bubrega i prehrambenih ograničenja ovoj disbiozi i dalje je predmet kontroverzi. Neke studije sugeriraju da prehrana ima glavnu ulogu u promjeni metabolizma crijevnih mikroba uočenoj kod KBB-a [85], dok druge sugeriraju da je značajna crijevna disbioza uočena u bolesnika s KBB-om povezana s povećanom biosintezom uremičkih toksina s posljedičnim učinkom na smanjenje funkcije bubrega [116].

Provedeno je više studija koje uključuju prebiotike, probiotike i simbiotike (o kojima se dalje govori u poglavlju 8) s ciljem obnavljanja zdrave crijevne mikrobiote i, na taj način, upravljanja uremijom i obuzdavanja napredovanja bolesti bubrega (koje karakterizira sve veća fibroza crijeva). tkiva, bez obzira na etiologiju bolesti) [117]. Unatoč nekim obećavajućim rezultatima, izrazito osobni odgovor crijevnog mikrobioma na višestruke podražaje i visok stupanj varijabilnosti među provedenim studijama do sada je sprječavao postizanje formulacije koja odgovara svima. Personalizirana medicina, odnosno prilagođeni pristupi koji odgovaraju individualnim potrebama, ima veliki potencijal za liječenje bubrežne fibroze, koji ostaje uvelike nedovoljno istražen.

5. Plućna fibroza

Plućna fibroza je patološki proces koji je u podlozi vrlo heterogene skupine plućnih bolesti s višestrukim uzrocima, kliničkim manifestacijama i patološkim značajkama [118]. Uglavnom je karakteriziran upalom i prekomjernim taloženjem ECM-a u plućima, što uzrokuje arhitektonske promjene u plućnom parenhimu, kao što su zadebljanje i ukrućenje plućnih stijenki što u konačnici može rezultirati akutnim smanjenjem disanja i zatajenjem organa [119,120]. Kako većina patoloških promjena prevladava u plućnom intersticiju, poremećaji se obično nazivaju intersticijske bolesti pluća (ILD). Oštećenje pluća od ILD-a često je progresivno i nepovratno te predstavlja važan izvor morbiditeta i smrti [121].

Postoji više od 200 uzroka ILD-a. Glavni poznati okidači bolesti uključuju dob i osobnu genetsku osjetljivost (npr. genetska stanja kao što su neurofibromatoza i Gaucherova bolest), izloženost okoliša određenim opasnostima (npr. azbest, silicij, ugljena prašina, berilij, neki tvrdi metali, tretmani zračenjem, kemoterapijski lijekovi, antibiotici, protuupalni lijekovi i lijekovi za srce, životinjske bjelančevine, plijesni ili mikrobi) i postojanje temeljne bolesti kao što je gastrointestinalna bolest i autoimune bolesti (npr. lupus, reumatoidni artritis, sarkoidoza i sklerodermija) [122]. –125]. U svrhu liječenja, ILD se mogu klasificirati s obzirom na njihove poznate temeljne bolesti (npr. plućna fibroza povezana s reumatoidnim artritisom), na temelju njihovih pokretača (npr. pneumokonioza), ili se mogu nazvati idiopatskom plućnom fibrozom [126,127]. ILD ima ukupnu prevalenciju od ~70-80 slučajeva na 100000 ljudi u Europi i Sjedinjenim Državama. Sarkoidoza, ILD povezane s bolešću vezivnog tkiva i idiopatska plućna fibroza najčešći su fibrotični ILD, s procijenjenom prevalencijom od 30, 12 odnosno 8 slučajeva na 100 000 ljudi [128].

Posljednjih godina, nekoliko epidemioloških i eksperimentalnih studija istaknulo je postojanje dvosmjerne osi crijevo-pluća s relevantnim implikacijama u patofiziologiji velikog broja plućnih bolesti, kao što su astma, kronična opstruktivna plućna bolest, cistična fibroza, respiratorne infekcije, rak pluća i ILD [129,130]. Brojne studije su utvrdile intrinzičnu i uzajamnu povezanost između bolesti dišnog sustava i bolesti gastrointestinalnog trakta [131-141]. Budući da dišni i gastrointestinalni trakt dijele isto embriološko podrijetlo i slične su strukture [142], preklapanje između bolesti pluća i crijeva nije iznenađujuće. Dva tkiva sastoje se od ep epitelne površine prekrivene submukozom labavog vezivnog tkiva i limfoidnog tkiva povezanog sa sluznicom koji pružaju fizičke barijere protiv vanjskih mikroba, reguliraju uzorkovanje antigena, transport limfocita i obranu sluznice, stoga funkcioniraju kao primarni urođeni i adaptivni imunološki odgovori protiv patogeni [142]. Štoviše, oba su tkiva visoko vaskularizirana i kolonizirana mikrobiotom koja se razvija uz njih tijekom ranog života [143].

Iako je većina dokaza u vezi s ulogom mikrobioma u osovini pluća i crijeva uglavnom asocijativna, neki mehanički uvidi podupiru izravan imunološki razgovor između crijeva i pluća, što uključuje razmjenu mikroorganizama [144-147], imunološke funkcije [17,144,146,148 –151] i metabolita [129,151] kroz krvotok i limfni sustav.

Što se tiče važnosti crijevnih metabolita u homeostazi pluća, većina studija pokazuje relevantnu ulogu SCFA u plućnim bolestima putem inhibicije histon deacetilaze i GPCR-a, koji su uključeni u plućne bolesti [152]. Pokazali su se butirat, propionat i acetatprotuupalnoiimunomodulatorne funkcijena homeostazu pluća i imunitet [104,153].

Sve u svemu, jaki dokazi podupiru značaj crijevnog mikrobioma i njegovih metabolita u homeostazi pluća. Uzimajući u obzir činjenicu da ILD karakterizira pojačano upalno stanje koje je u svojim akterima slično većini plućnih bolesti, podaci upućuju na ulogu mikrobioma crijeva u plućnoj fibrozi koja ostaje nedovoljno istražena. Neka istraživanja pokazuju izravnu vezu između crijevnog mikrobioma i fibroze pluća. Studija presjeka koja je istraživala prevalenciju crijevne disbioze kod pacijenata sa sistemskom sklerozom (sistemska bolest vezivnog tkiva karakterizirana difuznom fibrozom i vaskularnim abnormalnostima na koži, zglobovima i unutarnjim organima) pokazala je da 76% tih pacijenata ima disbiozu crijeva i da ocjena ozbiljnosti disbioze bila je gora u bolesnika s drugim popratnim bolestima, naime ILD, u korelaciji s povišenim serumskim upalnim markerima (npr. CRP i brzina sedimentacije eritrocita) [154].

U studiji Zhoua i sur. [155], komparativna analiza mikrobnog sastava crijevnih uzoraka fecesa od 18 pacijenata sa progresivnom plućnom fibrozom izazvanom silicijevim dioksidom i 21 zdravog subjekta, korištenjem tehnologije sekvenciranja gena 16S rRNA, pokazala je da pacijenti sa silikozom imaju poseban profil crijevne mikrobiote, pokazujući niže razine bakterija iz vrste Firmicutes i Actinobacteria, roda Devosia, reda Clostridiales, roda Alloprevotella i skupine crijeva Rikenellaceae RC9 te porast taksona koji pripadaju obitelji Lachnospiraceae i rodu Lachnoclostridium, što je bilo povezano s bolešću napredovanje.

Koristeći životinjske modele, Gong et al. [124] analizirali su crijevni mikrobiom i metabolite u plućnim fibroznim modelima silicijevog dioksida i bleomicina, a kombinatorni rezultati sekvenciranja 16S rDNA i metabolomike poduprli su specifičnu korelaciju između crijevne mikrobiote i plućne fibroze. Dobiveni rezultati pokazali su specifičnu promjenu neovisnu o modelu u 412 rodova crijevne mikrobiote i 28 vrsta metabolita u oba modela. Sedam reprezentativnih diferencijalnih crijevnih mikroorganizama (iz rodova Allopre Botella, Dubosiella, Helicobacter, OIsenella, Parasutterella, Rikenella i Rikenllaceae RC9 skupine) i devet metabolita (trigonelin, betain, citozin, timidin, glicerofokolin, tau čokolada, adenin, deoksiadenozin, deoksicitidin) bili su u visokoj korelaciji s fibroznim pokazateljima. Štoviše, radna karakteristična krivulja prijamnika (korištena za procjenu reprezentativne diferencijalne crijevne mikrobiote i metabolita za dijagnosticiranje fibroznog stanja u dva eksperimentalna modela) pokazala je da je moguće razlikovati dokazani plućni fibrozni status od normalne kontrole analizom crijevne mikrobiote i srodni metaboliti u mišjim modelima [124].

Nedavno je novi mišji model sklerodermije povezan s imunitetom protiv topoizomeraze-I ukazao na to da rane životne promjene u mikrobnoj zajednici crijeva mogu oblikovati fibrozne reakcije pacijenata tijekom života [156]. Iz druge perspektive, Wand i suradnici [157] otkrili su da su životinjski modeli izazvani crijevno-plućnom disbiozom rezultirali životinjama s dijabetes melitusom i plućnom fibrozom povezanom s NF-kB signalnim putem. Učinci fikocijanina (bjelančevine koja prikuplja svjetlost iz fotosinteze algi koju crijevna mikrobiota može fermentirati) na mišjim modelima plućne fibroze inducirane bleomicinom i zračenjem pokazali su da je intervencija fikocijaninom ublažila plućnu fibrozu i značajno inhibirala proizvodnju upalnih medijatora istovremeno povećavajući raznolikost i bogatstvo crijevnih bakterija [158,159]. U fibrotičnom modelu izazvanom bleomicinom, fikocijanin je inhibirao sintezu IL-1, čimbenika nekroze tumora (TNF-) i LPS-a, dok je značajno smanjio broj bakterija povezanih s upalom i povećao broj bakterija i probiotika koji proizvode SCFA [159]. ]. Kod plućne fibroze izazvane zračenjem, i prethodna i terapijska primjena fikocijanina smanjila je oštećenje upale i taloženje kolagenih vlakana te značajno smanjila razine TNF-a, LPS-a i IL-6 u plućima, crijevima i krvi [ 158].

In vitro, analiza učinka SCFA na TGF- 1-induciranu diferencijaciju stanične linije fibroblasta ljudskih fetusa pluća MRC5 pokazala je da butirat (C4), SCFA koji je rezultat metabolizma crijevnog mikrobioma, inhibira ekspresiju markera fibroze i poboljšava funkciju mitohondrija, čime se sprječava TGF- 1-inducirana diferencijacija alveolarnih miofibroblasta, ključni čimbenik u plućnoj fibrozi [160]. Sve u svemu, izravni i neizravni dokazi upućuju na mikrobiom crijeva u regulaciji imunoloških odgovora i upalnog stanja stvari, s posljedicama relevantnim za liječenje plućne fibroze.