Автореферат (Исследование микробиоты кишечника при болезни Паркинсона), страница 3

Так, былоустановлено,чтокооперирующихсявкишечнойтаксонов,микробиотекотороеприБПнаблюдаетсясопровождается9снижениеуменьшениемчислаколичествакорреляционных взаимодействий между отдельными бактериями (снижение числа ребер иузлов в сети с 194 и 52 в контрольной группе до 51 и 36 при БП) и снижением плотности сети с0,146 до 0,081. Среднее число соседей в группе БП также снизилось с 7,462 до 2,833, чтоговорит о снижении числа связей между бактериями.По сравнению с микробиотой здоровых, флора пациентов на уровне родов имеет болеевыраженную тенденцию к кластеризации — наличию отдельных групп бактерий с активнымвзаимодействием между собой и слабо связанных с другими участками сети (коэффициенткластеризации при БП 0,531, в контрольной группе 0,492). Все эти факторы могутсвидетельствовать о нарушении кооперации в микробиоме при БП.У пациентов с БП наблюдается своеобразие состава микробиоты кишечника на всехтаксономических уровнях.

С точки зрения особенностей взаимодействия конкретныхмикроорганизмов с организмом-хозяином, бактерии с измененной представленностью можноразделить на несколько групп: ассоциированные с продукцией короткоцепочечных жирныхкислот, условно-патогенные бактерии, конкордантные микроорганизмы и микробы свозможными пробиотическими свойствами.В микробиоте пациентов с БП отмечается повышение представленности бактерийпотенциальных продуцентов короткоцепочечных жирных кислот — ацетата и бутирата.

Ктаким микроорганизмам можно отнести Succinivibrio (р=0,01), Acetanaerobacterium (р=0,003),Anaerococcus(р=0,023),Peptoniphilus(р=0,036),Eubacteriumcylindroides(р=0,003),Bifidobacterium breve (р<0,0001) и Bifidobacterium bifidum (р=0,035) (S.Fukuda et al, 2011;E.C.Murphy and I.M.Frick, 2013; V.Bunesova et al, 2018).Увеличение содержания бифидобактерий у пациентов с БП, определяемое как 16Sсеквенированием, так и ПЦР также отмечается в других исследованиях (M.M.Unger et al, 2016;E.M.Hill-Burns et al, 2017). Короткоцепочечные жирные кислоты являются продуктамибактериальной ферментации неперевариемых пищевых волокон растительного происхождения.Они являются важнейшими бактериальными метаболитами и обычно рассматриваются в ключетой пользы, которую приносят организму: противовоспалительный, антиканцерогенный иантиоксидантный эффект (H.M.Hamer et al, 2008; P.Rosignoli et al, 2001), участие в трофикеколоноцитов (D.Ríos-Covián et al, 2016) и защита от колонизации патогенами, ассоциированнаяс различными механизмами (G.T.Macfarlane and S.Macfarlane, 2012; H.M.Hamer et al, 2008).Одной из особенностей действия короткоцепочечных жирных кислот является влияние наэпигенетическую регуляцию генетической экспрессии в клетках организма человекапосредством ингибирования гистондеацетилазы (H.M.Hamer et al, 2008).

Показано, чтоингибирование гистондеацетилазы бутиратом натрия увеличивает экспрессию стрессчувствительных протеинкиназ дельта на культуре нейрональных клеток и в тканях мозга10модельных животных (H.Jin et al, 2014). Это приводит к увеличению чувствительностинейронов к проапоптотическим импульсам, исходящим от нейротоксинов и ускорениюпроцессов нейродегенерации (H.Jin et al, 2014). Кроме того, бутират способен увеличиватьсодержание α-синуклеина в нейронах коры головного мозга, что было показано на модельныхживотных (Y.Leng and D.M.Chuang, 2006).Таким образом, можно предположить, что увеличение представленности продуцентовбутирата в составе микробиоты, характерной для пациентов с БП, способно приводить кизменению эпигенетической регуляции в клетках организма-хозяина на местном уровне,увеличивать экспрессию α-синуклеина и способствовать развитию дегенеративных процессов внейронах кишечника.Интересным фактом при БП является увеличение представленности в кишечной микробиотеОТЕ бактерий, характеризующихся высокой степенью конкордантности.

Бактерии семействаChristensenellaceae по данным близнецовых исследований являются одними из наиболееконкордантных таксонов микробиоты кишечника человека, т.е. их представленность ублизнецов высоко коррелирует (J.K.Goodrich et al, 2014). В корреляционной сетимикроорганизмов с данной бактерией были взаимосвязаны представители таких таксонов, какMethanobacteriaceae, SHA-98, RF39, RF32 и ML615J-28, для которых также характерна высокаястепень наследуемости (J.K.Goodrich et al, 2014).

По результатам нашего исследования, упациентов с болезнью Паркинсона в кишечной микробиоте повышается содержание ОТЕпорядкаSHA-98(р=0,022),семействChristensenellaceaeиMethanobacteriaceae(родаChristensenella (р=0,017) и Methanobrevibacter (р=0,013), соответственно) по сравнению сконтрольной группой, а также класса RF (р=0,0004) порядков RF32 (р=0,022) и ML615J-28(р=0,0002) — по сравнению с пациентами с другими неврологическими заболеваниями.Увеличение представленности Christensenellaceae и бактерий рода Methanobrevibacter вкишечной флоре у пациентов с БП отмечается также по результатам других работ по даннойтематике (E.M.Hill-Burns et al, 2017; M.M.Unger et al, 2016).Наследственный фон рассматривается как один из этиологических факторов, опосредующихразвитие БП.

У 15% пациентов в родословной имеются больные родственники и, по разнымданным, в 5-10% случаев заболевание наследуется по моногенному типу (H.Deng et al, 2018). Вэтой связи повышение содержание бактерий с высокой наследуемостью при БП может бытьсвязаносвлияниемгенетическихфакторов,опосредующихпредрасположенностькзаболеванию, на состав микробиоты.Крометого,известно,чтоналичиебактерийродаChristensenellaиархеевMethanobrevibacter в кишечной микробиоте ассоциировано с изменением веса (J.K.Goodrich etal, 2014).

Известно, что при заболевании БП у пациентов наблюдается снижение веса, что11может быть вызвано, в том числе, и повышением представленности данных бактерий вкишечной микробиоте (U.Akbar et al, 2015).ИнтереснойособенностьюпредставленностикишечнойпотенциальномикробиотыпробиотическихприбактерийБПявляетсяродовповышениеBifidobacteriumиLactobacillus. В результате нашего исследования у пациентов с БП показано повышениесодержания микроорганизмов Bifidobacterium breve (р<0,0001), Lactobacillus mucosae (р=0,027),Bifidobacterium bifidum (р=0,035) по сравнению с контрольной группой и Bifidobacterium breve(р=0,017) по сравнению с пациентами с другими неврологическими заболеваниями.

Этот фактописывается и в рамках других метагеномных исследований, посвященных данному вопросу:на различных популяциях показано повышение содержания Lactobacillaceae (F.Scheperjans et al,2015), Lactobacillaceae, Bifidobacterium, и Bifidobacteriaceae (E.M.Hill-Burns et al, 2017). Оценкасодержания данных микроорганизмов с помощью ПЦР расходится: по результатам работыM.M.Unger et al у больных отмечается увеличение количества Bifidobacterium и снижениеLactobacillaceae по сравнению с контрольной группой (M.M.Unger et al, 2016), в работеS.Hasegawa et al напротив, представленность лактобактерий у пациентов выше, тогда как посодержанию бифидобактерий различия отсутствуют (S.Hasegawa et al, 2015).Известно, что бактерии рода Lactobacillus способны взаимодействовать с n.vagus инейронами кишечника, и посредством этого потенциально влиять на секрецию α-синуклеина(F.Scheperjans et al, 2015).

Кроме того, увеличение содержания лактобактерий ассоциировано снизким уровнем кишечного гормона грелина. Данный гормон оказывает нейропротективноедействие, и у пациентов с БП его сывороточный уровень снижается по сравнению с контролем(M.M.Unger et al, 2011).Ранее было показано, что при БП в микробиоте кишечника увеличивается содержаниемуциндеградирующих бактерий, в частности рода Akkermansia и вида A.muciniphila (J.R.Bedarfet al, 2017; E.M.Hill-Burns et al, 2017; A.Heintz-Buschart, 20174; M.M.Unger et al, 2016). Врезультате нашего исследования было получено, что у пациентов в микробиоте кишечникаповышается содержание бактерий Bifidobacterium bifidum (р=0,035), которые также способны кдеградации муцина (K.Nishiyama et al, 2017). Хотя муциндеградирующие бактерии обычноотносят к микроорганизмам с потенциальной пробиотической активностью, в данном случаеувеличениетемповрасщеплениямуцинамикроорганизмамиспособноувеличиватьпроницаемость кишечной стенки, в том числе и для условно патогенных бактерий.

Кроме того,повышенная кишечная проницаемость является одним из маркеров ранней стадии БП(C.B.Forsyth et al, 2011). В этой связи увеличение представленности муциндеградирующихбактерий может рассматриваться в качестве одного из факторов, приводящих к установлениюболее тесного контакта между флорой и тканями кишечника.12Также к потенциальным пробиотикам с повышенной представленностью при болезниПаркинсона можно отнести и бактерий рода Oxalobacter (р=0,035), повышенные в микробиотепациентов с БП по сравнению с пациентами объединенной группы контроля и сравнения. Этимикроорганизмы участвуют в метаболизме оксалата и рассматриваются вкачествеперспективного пробиотика для лечения почечно-каменной болезни (M.L.Ellis et al, 2016).Увеличение содержания Oxalobacteriaceae в микробиоте слизистой кишечника такжеотмечается у пациентов с БП американской популяции (A.Keshavarzian et al, 2015).Среди причин возникновения нейродегенеративных заболеваний, в частности болезниПаркинсона, в настоящий момент все чаще рассматривается процесс нейровоспаления, в рамкахкоторого обсуждается модулирующий эффект микробиоты (V.Calabrese et al, 2018).

Врезультате нашего исследования установлен «провоспалительный» сдвиг в композициикишечной флоры пациентов с БП за счет повышения содержания условно-патогенных бактерийв кишечной микробиоте.Так, у пациентов группы БП отмечается увеличение содержания бактерий рода Desulfovibrio(р=0,0129). Данные микроорганизмы способны вызывать колит и потерю веса на модельныхживотных (V.R.Figliuolo et al, 2017), увеличение их представленности также наблюдается приаутизме(D.F.MacFabe,2015).Cloacibacillus(р=0,026),такжеповышенныеприБПрассматриваются в качестве потенциально патогенных микробов. Отмечается их способностьвызывать бактериемию у пациентов со сниженным иммунитетом и на фоне онкологическихзаболеваний (M-C.Domingo et al, 2015). Содержание бактерий рода Sphingomonas, содержаниекоторых было увеличено при БП, повышается при раке кишечника (р=0,017), ассоциированнымс колитом (M.L.Richard et al, 2017); известны также случаи язв ротовой полости, бактериемии,сепсиса и госпитализма, вызванные данным микробом (A.Santarelli et al, 2016; Y.Yozgat et al,2014; C.Del Borgo et al, 2015; M.Meric et al, 2009).