ВЗАИМОСВЯЗЬ МИКРОБИОТЫ ТОЛСТОЙ КИШКИ И ИММУННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА

RELATIONSHIP BETWEEN THE COLON MICROBIOTA AND IMMUNE PARAMETERS IN THE CONDITIONS OF THE EUROPEAN NORTH

Alena Tulubenskaya

6th year student, Faculty of Medical and Preventive Affairs and Medical Biochemistry, Northern State Medical University,

Russia, Arkhangelsk

Tatyana Bazhukova

Scientific adviser, Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Department of Clinical Biochemistry, microbiology and laboratory diagnostics, Northern State Medical University,

Russia, Arkhangelsk

АННОТАЦИЯ

Известно, что микробиота толстой кишки обеспечивает иммунное реагирование и влияет на формирование иммунитета в целом.

Проведено изучение микробиоты толстого кишечника у детей 14 - 18 лет методом полимеразной цепной реакции в режиме реального времени и определены уровни противовоспалительного интерлейкина 6 и интерлейкина 8 и провоспалительного интерлейкина 10 методом иммуноферментного анализа.

По данным исследования у подростков обнаружен дефицит представителей микробиоты Blautia, Lactobaсillus, Bifidobacterium, Escherichia coli при избытке ИМТ. На этом фоне содержание ИЛ 10 достоверно выше, что свидетельствует об активации иммунорегуляторного действия, за счет повышения индекса Bacteroides fragilis/ Faecalibacterium prausnitzii/.

ABSTRACT

It is known that the microbiota of the colon provides an immune response and influences the formation of immunity in general.

The microbiota of the large intestine in children aged 14-18 was studied by real-time polymerase chain reaction, and the levels of anti-inflammatory interleukin 6 and interleukin 8 and pro-inflammatory interleukin 10 were determined by enzyme immunoassay.

According to the study, adolescents were found to have a deficiency of representatives of the microbiota Blautia, Lactobacillus, Bifidobacterium, Escherichia coli with an excess of BMI. Against this background, the content of IL-10 is significantly higher, which indicates the activation of the immunoregulatory action due to an increase in the Bacteroides fragilis/ Faecalibacterium prausnitzii index.

Ключевые слова: микробиота толстой кишки, интерлейкины, индекс массы тела.

Keywords: colon microbiota, interleukins, body mass index.

Введение

Нормальная микробиота толстой кишки активирует выработку секреторного иммуноглобулина A (sIgA), участвует в поддержании активности иммунной системы, обеспечивая иммуннологическую толерантность и иммунорегуляцию [8].

Противовоспалительная регуляторная активность описана у Bacteroides fragilis и B. thetaiotaomicron. В. fragilis синтезирует полисахариды А (polysaccharide A, PSA) влияющие на иммунитет слизистой оболочки. PSA индуцирует пул FOXP3+ Treg клеток в слизистой оболочке кишечника, которые предотвращают продукцию провоспалительного интерлейкина 17 (ИЛ-17) и стимулирует секрецию противовоспалительного интерлейкина 10 (ИЛ-10) [6].

При этом токсин фрагилизин, продуцируемый представителями Bacteroides fragilis активирует воспалительные реакций через интерлейкин-8 [10].

Roseburia inulinivorans и Ruminococcus obeum синтезируют пропионат, который регулирует дифференцировку CD4 ⁺ Т-клеток в клетки Th1, а также участвует в продукции противовоспалительных цитокинов, таких как ИЛ 10. Регулируют функции CD8 ⁺ T-клеток путем формирования более быстрого ответа клетками за счет стимулирования гликолиза [4].

Представители рода Blautia участвует в предотвращении развития воспаления путем продукции короткоцепочечных жирных кислот (бутират, ацетат) и активизации в толстой кишке регуляторных Т-клеток [2].

Faecalibacterium prausnitzii является одним из основных продуцентов бутирата в кишечнике, способствует синтезу интерлейкина 10 и активирует продукцию регуляторных Т-клеток [3].

Eubacterium rectalе участвует в производстве бутирата, угнетая таким образом синтез ИЛ 6 и активируя синтез Treg клеток [1].

Субпопуляция Th3, индуцируемая Lactobacillus, синтезирует трансформирующий фактор роста B, препятствующий развитию воспаления, а также интерлейкин 10, который переключает дифференцировку с Th2 на Th1 -иммунный ответ [9].

Bifidobacterium проявляют антагонистические свойства к условно-патогенным бактериям, продуцируют антибиотические вещества и подавляют синтез провоспалительных цитокинов [5].

При развитии воспалительных заболеваний кишки (ВЗК) происходит снижение бутират-продуцирующих бактерий (Faecalibacterium prausnitzii, Eubacterium rectale, Roseburia spp., Blautia spp.), повышается отношение Bacteroides fragilis spp. к Faecalibacterium prausnitzii [11].

Происходят дисбиотические сдвиги в составе микробиоты и увеличивается численность E. coli, Ruminococcus gnavus, Enterococcus faecalis, Streptococcus, активирующих воспалительные цитокины, что способствует активизации провоспалительных T-клеток (Th17), вызывая Th17-опосредованный аутоиммунный ответ. Снижение микроорганизмов, способствующих противовоспалительному ответу, может привести к недоразвитию субпопуляции иммунорегуляторных клеток (Treg). Дисбаланс между Th17 и  Treg приведет к развитию воспаления [7].

Цель: изучить взаимосвязь микробиоты толстой кишки и иммунных показателей у подростков г. Архангельска.

Материалы и методы

Все исследования проводились на базе лаборатории клинической микробиологии и ПЦР диагностики кафедры клинической биохимии, микробиологии и лабораторной диагностики СГМУ. Проведено обследование 41 подростка от 14 до 18 лет. Все обследуемые были разделены на 2 группы с учетом индекса массы тела (ИМТ):

1. 30 человек с нормальным индексом
2. 11 с избытком ИМТ

Определение состава микробиоты проводили методом полимеразной цепной реакции в режиме реального времени (РТ– ПЦР) ДНК прайм “ДНК технологии” с использованием набора “Колонофлор 16-метаболом” производства АмплиСенс. Содержание интерлейкинов (ИЛ 6, ИЛ 8, ИЛ 10) определяли в сыворотке крови методом иммуноферментного анализа (ИФА) с использованием набора “Вектор Бест”.

Статистический анализ проводили с помощью статистического пакета STATA. Полученные данные проанализировали с помощью описательной статистики с определением медианы и квартилей. Нормальность распределения оценивали с критерем Шапиро—Уилка. Оценку статистической значимости различий данных с ненормальным распределем проводили с использованием двухвыборочного критерия Вилкоксона для независимых выборок. Полученные результаты оценивали как статистически значимые при уровне р <0,05.

Результаты и обсуждение

Установлены общие закономерности в составе микробиоты толстой кишки:

Содержание базовых представителей типа Firmicutes (Roseburia, Ruminococcus, Faecalibacterium, Eubacterium), относящихся к клостридиальному кластеру XIV и IV соответствовали нормальному уровню вне зависимости от ИМТ подростков.

Дефицит фирмикутов порядка Lactobacillales наблюдался у большинства подростков в обеих группах в 76,7% случаев при нормальном ИМТ и 72,7% при избыточном ИМТ соответственно.

Содержание представителей типа Bacterioidetes, относящихся к порядку Bacterioidales (Bacteroides spp, B.thetaiotaomicron) и Prevotella spp соответствовали нормальному уровню независимо от ИМТ.

Содержание представителей типа Proteobacteria, относящихся к порядку Pseudomonadales (Acinetobacter) было выше нормы вне зависимости от ИМТ.

Содержание Methanosphaera stadmanae, представителей типа Archaea, соответствовало нормальному уровню вне зависимости от ИМТ подростков.

Обнаружены следующие различия в составе отдельных представителей микробиоты толстой кишки:

Так Blautia не обнаружены при избытке ИМТ и присутствовали лишь у 20% подростков с нормальным ИМТ.

В 72,7% случаев наблюдался дефицит Bifidobacterium у детей с избытком ИМТ, а при нормальном ИМТ он был значительно реже (40,1% случаев).

Дефицит протеобактерий порядка Enterobacteriales (Escherichia coli) в 73% случаев при избыточном ИМТ и несколько реже (53,4% случаев) при нормальном индексе массы тела.

Дефицит представителей типа Verrucomicrobia (Akkermansia muciniphila) наблюдается в 20% случаев у детей с нормальным ИМТ и 36,6% случаев при избыточном ИМТ.

Анализ содержания провоспалительных и противовоспалительных цитокинов (ИЛ 6, Ил 8 и ИЛ 10) соответственно представлен в таблице 1.

Таблица 1.

Уровни интерлейкинов 6,8,10 в зависимости от ИМТ.

Содержание ИЛ 10 достоверно выше у лиц с избытком массы тела при дефиците Blautia (р=0,035).

Содержание ИЛ 10 выше у лиц с избытком массы тела при нормальном содержании Bifidobacterium (р=0,08).

В тоже время отмечали достоверное повышение уровня противовоспалительного ИЛ 10 у детей с избыточным ИМТ в 2 раза (р=0,035).

Установлено, что при увеличении ИМТ у подростков отмечали высокий уровень соотношения Bacteroides fragilis/ Faecalibacterium prausnitzii до 416,5 по сравнению с 183,5 при нормальном ИМТ, что свидетельствует о преобладании Bacteroides fragilis и возможном увеличении РSA, приводящее к увеличению содержания ИЛ 10 и к усилению иммунорегуляторного действия (таблица 2).

Таблица 2.

Уровни интерлейкинов 6,8,10 (пг/мл) в зависимости от соотношения Bacteroides fragilis/ Faecalibacterium prausnitzii.

^р=0,12; *р=0,07

Содержание провоспалительных цитокинов ИЛ 6, ИЛ 8 было низким в обоих группах, при этом у лиц с нормальным ИМТ содержание ИЛ 8 выше при дефиците Lactobaсillus, чем при избытке (р=0,08).

По данным исследования у подростков обнаружен дефицит представителей микробиоты Blautia, Lactobaсillus, Bifidobacterium, Escherichia coli при избытке ИМТ. На этом фоне содержание ИЛ 10 достоверно выше, что свидетельствует об активации иммунорегуляторного действия, за счет повышения индекса Bacteroides fragilis/ Faecalibacterium prausnitzii.

Список литературы:

1. Islam, S M Shamsul et al. Eubacterium rectale Attenuates HSV-1 Induced Systemic Inflammation in Mice by Inhibiting CD83 // Frontiers in immunology vol. 2021. 12. Published online.
2. Liu X, Mao B, Gu J, Wu J, Cui S, Wang G, Zhao J, Zhang H, Chen W. Blautia-a new functional genus with potential probiotic properties // Gut Microbes. 2021. 13(1): 1-21.
3. Lopez-Siles M, Duncan SH, Garcia-Gil LJ, Martinez-Medina M. Faecalibacterium prausnitzii: from microbiology to diagnostics and prognostics // ISME J. 2017;11(4): 841-852.
4. Yang, Wenjing, and Yingzi Cong. Gut microbiota-derived metabolites in the regulation of host immune responses and immune-related inflammatory diseases // Cellular & molecular immunology. 2021. vol. 18 (4): 866-877.
5. Бухарин О.В., Иванова Е.В., Перунова Н.Б., Чайникова И.Н. Роль бифидобактерий в формировании иммунного гомеостаза человека // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2015. №6: 98-104.
6. Макарова С. Г., Броева М. И. Влияние различных факторов на ранние этапы формирования кишечной микробиоты // Педиатрическая фармакология. 2016; 13 (3): 270–282.
7. Ситкин С.И., Вахитов Т.Я., Демьянова ЕВ. Микробиом, дисбиоз толстой кишки и воспалительные заболевания кишечника: когда функция важнее таксономии // Альманах клинической медицины 2018; 46(5): 396–425.
8. Творогова Т.М., Корниенко Е.А. Микронутритивный дефицит и кишечная микробиота как факторы, влияющие на иммунный ответ, роль микробиоты и ее метаболитов // Эффективная фармакотерапия. 2020. Т. 16. № 10. С. 6–11.
9. Хавкин А.И. Микрофлора и развитие иммунной системы // Вопросы современной педиатрии. 2012; 11 (5): 86–89.
10. Харченко Е.П., Соловьев И.А. Микробиота, иммунная система и колоректальный рак // Онкологическая колопроктология. 2017. Т. 7 (4): 11-19.
11. Черука Д. Перекрестное взаимодействие между микробиотой кишечника и иммунной системой в борьбе с инфекциями // Информационный вестник BIOCODEX. 2021. 1(12): 4-7.