Mikrobiom: metabolom odhaluje podíl osy střeva a ledvin na onemocnění ledvin

Yuan-Yuan Chen^1†, Dan-Qian Chen^1†a kol

Abstraktní

Dysbióza představuje změny ve složení a struktuře komunity střevního mikrobiomu (mikrobiomu), které mohou určovat fyziologický fenotyp (zdraví nebo nemoc). Nedávný technologický pokrok a úsilí v metagenomických a metabolomických analýzách vedly k dramatickému růstu našeho chápání mikrobiomu, ale přesto mechanismy, které jsou základem interakcí střevního mikrobiomu a hostitele ve zdravém nebo nemocném stavu, zůstávají nepolapitelné a jejich objasnění je v plenkách. Narušení normální střevní mikroflóry může vést ke střevní dysbióze, dysfunkci střevní bariéry a bakteriální translokaci. Nadměrné uremické toxiny jsou produkovány jako výsledek alterace střevní mikroflóry, včetně indoxylsulfátu, p-kresylsulfátu a trimethylamin-N-oxidu, které se všechny podílejí na různých procesechledvinanemocírozvoj. Tento přehled se zaměřuje na patogenní asociaci mezi střevní mikroflórou a onemocněním ledvin (osa střeva-ledviny), která zahrnujeCKD, IgA nefropatie, nefrolitiáza, hypertenze, akutledvinazranění, hemodialýza a peritoneální dialýza na klinice. Cílené intervence včetně probiotických, prebiotických a symbiotických opatření jsou diskutovány pro jejich potenciál obnovit symbiózu a účinnější strategie pro léčbuledvina nemocíjsou navrženi pacienti. Nové poznatky o dysbióze střevní mikroflóry u onemocnění ledvin jsou užitečné při vývoji nových terapeutických strategií pro prevenci nebo zmírnění onemocnění ledvin a komplikací.

klíčová slova:mikrobiom, střevní mikroflóra, metabolom,ledvinynemocí, Probiotika

Kontakt:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Pozadí

Mikrobiota ve zdravých lidských střevech je komplexní společenství více než 100 bilionů mikrobiálních buněk, mezi nimiž je více než 1000 různých druhů [1]. Ve zdravém stavu žijí tito mikrobi v komenzálním vztahu se svým hostitelem, modulují imunitní systém, chrání před patogeny a regulují endogenní metabolismus sacharidů a lipidů, čímž přispívají k nutriční rovnováze [2]. Změny v mikrobiomu jsou stále více spojeny s rozvojem různých onemocnění, jako je obezita, rakovina, cukrovka, zánětlivá onemocnění střev, kardiovaskulární onemocnění aledvinachoroba[3]. Obrázek 1 představuje dysbiózu střevního mikrobiomu na vliv různých onemocnění. Dysbióza ve střevní mikrobiotě se podílí na progresi různýchledvinanemocí[4–10]. Ve skutečnosti je dysbióza často pozorována u uremických stavů charakteristických pro retenci uremických toxinů, z nichž většina pochází z nevyvážené fermentace dusíkatých metabolitů. Tyto uremické toxiny přispívají k progresi a komplikacím CKD [11–15].

Tento přehled se zaměřuje na patogenní asociaci mezi střevní mikroflórou aledvinanemoci (střeva-ledvinaosa), dotýkající se CKD, hemodialýza, peritoneální dialýza, imunoglobulinová nefropatie (IgAN), nefrolitiáza, hypertenze a akutníledvinazranění(AKI) pacientů. Když se zamyslíme nad relevantními studiemi a shrneme nashromážděné poznatky, dojdeme k poznámce, že prebiotika a probiotika i jejich kombinace jsou důležitou adjuvantní terapií pro léčbu CKD. Dysbiotická střevní mikroflóra poskytuje potenciální terapeutický cíl pro prevenci nebo využití komplikací.

Aplikace přístupů střevního mikrobiomu – metabolomu ke studiu střevní mikroflóry

Zavedení pokročilých technologií sekvenování nové generace, včetně metagenomiky a sekvenční analýzy 16S ribozomální RNA (rRNA), usnadnilo analýzu mnohem většího počtu střevních mikroorganismů. Oba přístupy mají své jedinečné výhody. Metagenomické sekvenování je zaměřeno na určení toho, „co mohou dělat“ náhodným sekvenováním veškeré extrahované DNA ve vzorku [16], zatímco analýza 16S rRNA byla užitečnější při hledání „kdo je tam?“ sekvenováním konzervovaného genu 16S rRNA, který je přítomen ve všech bakteriích [17]. Funkční analýza pomocí metagenomiky brokovnice je vysoce závislá na našich základních znalostech o tom, jak genové sekvence kódují enzymatické nebo jiné funkce, a metabolické databáze jako KEGG a MetaCyc jsou v tomto ohledu skvělými zdroji. Obrázek 2 shrnuje některé metodologie používané při studiu mikrobiomu. Navzdory určitému pokroku v pracovních postupech sekvenování mikrobiomů čelí výzkum střevních mikrobiom mnoha výzvám. Omezené porozumění mikrobiální funkci v kauzalitě onemocnění vážně brání vytváření hypotéz týkajících se složitých mechanistických vazeb mezi střevním mikrobiomem a chorobami. Metabolomika by mohla poskytnout některé důležité informace ve střevním mikrobiomu.

Metabolomika byla definována jako „kvantitativní měření dynamické multiparametrické metabolické odpovědi živých organismů na patofyziologickou stimulaci nebo genetické modifikace“ [18–21]. Jako důležitý nástroj pro pochopení funkce střevní mikroflóry se metabolomika objevila jako systematický přístup k endogenním metabolitům s nízkou molekulovou hmotností a může zkoumat jejich změny po onemocnění, toxické expozici nebo genetické variaci [22–24]. Protonová nukleární magnetická rezonanční spektroskopie a přístupy založené na hmotnostní spektrometrii jsou hlavními analytickými nástroji pro výzkum metabolomiky [24, 25]. Metabolomika jako výkonná analytická platforma byla v poslední době široce používána k usnadnění diagnostiky a prognózy různých onemocnění, objevování biomarkerů, farmaceutického vývoje a hodnocení účinnosti/toxicity léčiv [26–31]. Metabolomika je široce používána ve studiích různých onemocnění ledvin [18–20]. Nicméně aplikace metabolomiky na vzorky ovlivněné střevním mikrobiomem z onemocnění ledvin je vzácná. Taková studie je nezbytná pro pochopení souvislostí mezi střevní mikroflórou a onemocněními ledvin.

Celkově vzato, dětství v údajích o střevním mikrobiomu i metabolomu vyžaduje potřebu prohloubit naše chápání mechanismů a fenotypů ve spojeních mezi střevní mikroflórou a onemocněními ledvin prostřednictvím multi-omického výzkumu.

Přeslechy ležící pod osou střevo – ledviny

Střevní mikrobiom jako potenciální zdroj uremických toxinů

Uremické toxiny jsou tradičně kategorizovány na základě fyzikálně-chemických charakteristik ovlivňujících jejich clearance během dialýzy. Tese obsahoval molekuly s nízkou rozpustností ve vodě (molekulární hmotnost < 500="" da),="" větší="" střední="" molekuly="" (molekulární="" hmotnost=""> 500 Da) a molekuly vázané na proteiny. Uremické toxiny lze také klasifikovat na základě jejich místa původu: endogenní (savčí metabolismus), exogenní (strava) nebo mikrobiální. V současnosti známé uremické toxiny pocházející ze střeva zahrnují indoxylsulfát, p-kresylsulfát, kyselinu indol-3}octovou, TMAO a fenylacetylglutamin; bylo zjištěno, že tyto jsou spojeny s kardiovaskulárními chorobami, úmrtností na CKD a toxicitou pro jiné koncové orgány.

Indoxylsulfát a kyselina indol{0}}octová jsou produkovány dietním metabolismem tryptofanu [32, 33]. Tryptofan je metabolizován na indol tryptofanázou střevních bakterií, jako je Escherichia coli; po střevní absorpci je indol v játrech sulfatován na indoxylsulfát. Indoxylsulfát je normálně vylučován močí; nelze jej účinně vyčistit konvenční hemodialýzou kvůli jeho vysoké vazebné afinitě k albuminu [34].

p-kresol/p-kresylsulfát se vyrábí z katabolismu fenylalaninu a tyrosinu anaerobními střevními bakteriemi. p-kresol je konjugován střevními mikroby na p-kresylsulfát a p-kresylglukuronid. p-kresylsulfát je toxin kvůli své vysoké koncentraci v oběhu a biochemickému dopadu na tělo [35]. p-kresol je konjugován také v játrech a může soutěžit s xenobiotiky, která mají buď podobnou strukturu, nebo část ve své kosterní struktuře, což zase může ovlivnit jejich odpovídající farmakokinetické/farmakodynamické profily (včetně toxicity/nežádoucích účinků) [25] .

TMAO je toxický metabolit pocházející ze střeva z bakteriálního metabolismu kvartérních aminů, které zahrnují betain, l-karnitin nebo fosfatidylcholin, které uvolňují trimethylamin [36]. Trimethylamin je absorbován a přeměněn na TMAO enzymy flavinmonooxygenázy v játrech. Na rozdíl od toxických metabolitů vázaných na proteiny, jako je indoxylsulfát a p-kresylsulfát, lze TMAO účinně odstranit dialýzou.

Fenylacetylglutamin je další mikrobiální produkt tlustého střeva, který se vyrábí fermentací fenylalaninu. Mikroby metabolizují fenylalanin na kyselinu fenyloctovou, která podléhá konjugaci glutaminu za vzniku fenylacetylglutaminu. Stejně jako TMAO je dialyzovatelný. Bylo prokázáno, že uremický stav vyvolává změny střevní mikroflóry. Přes žádné významné rozdíly v celkovém množství mikroorganismů byla popsána eroze aerobních bakterií anaerobními bakteriemi (zejména Lactobacillus a Bifidobacterium) [37, 38]. Nárůst anaerobních bakterií podpořil degradaci sloučenin dusíku v deteriorativním uremickém stavu [39].

Dysbióza střevní mikroflóry a dysfunkcestřevně-epiteliální bariéry

Střevní epitel je jedna vrstva cylindrických epiteliálních buněk, která odděluje lumen střeva od spodní lamina propria [40]. Hraje důležitou roli při vstřebávání živin a je přirozenou bariérou, která zabraňuje nebo inhibuje systémovou translokaci patogenů a antigenů [40]. Tyto buňky jsou spolu vázány těsnými spoji, které tvoří multifunkční komplex jako těsnění mezi sousedními epiteliálními buňkami [40]. Probiotické bakterie zlepšují funkci střevní epiteliální bariéry u zvířat i lidí [41]. Ošetření monovrstev lidských epiteliálních buněk metabolity z kojenců Bifidobacterium vedlo ke zvýšení proteinů těsného spojení ZO-1 a okludinu, avšak ke snížení claudinu-2, a proto byla selektivita těsného spojení indikována [42]. Kromě toho komenzální bakterie pomáhají udržovat střevní epiteliální bariéru potlačením střevního zánětu [43].

Nejprve se močovina hydrolyzuje ureázou za vzniku amoniaku a karbamátu, který se spontánně rozkládá za vzniku druhé molekuly amoniaku a hydrogenuhličitanu. Amoniak pak podléhá acidobazické reakci s vodou za vzniku hydroxidu amonného. Močovina z krve difunduje do lumen střeva a byla metabolizována ureázou pocházející z bakterií, produkující NH3, který je hydrolyzován na NH4OH, který narušuje epiteliální bariéru [38, 44]. To dále stimulovalo příliv leukocytů, což vyvolalo druhý mechanismus, kdy lokální zánět a produkce cytokinů vyvolaly retrakci a endocytózu transcelulárních proteinů těsného spojení (claudinů a okludinu) [45]. Jak bylo uvedeno výše, SCFA ze střevních bakterií byl důležitým zdrojem živin pro enterocyty a teoreticky posun v bakteriální populaci ohrozil zdraví epiteliální bariéry.

Střevní mikrobiom u pacientů s onemocněním ledvin

Onemocnění ledvin byla spojena s překrvením střevní stěny, edémem střevní stěny, pomalým tranzitem tlustým střevem, metabolickou acidózou, častým užíváním antibiotik, sníženou spotřebou vlákniny a perorálním příjmem železa, což má dopad na těsná spojení střev, vede ke zvýšené propustnosti střeva translokace bakteriálních metabolických produktů přes střevní bariéru [46–49]. V důsledku toho je vyvolána imunitní odpověď [46]. Imunitní odpověď vysvětluje systémový zánět, který přispívá ke zhoršení onemocnění ledvin [3, 50]. Navíc zvýšená gastrointestinální sekrece močoviny vedla k dysbióze střevní mikroflóry a zvýšené tvorbě toxického amoniaku. Suplementace močoviny v pitné vodě navíc přispěla ke změně bakteriální střevní mikroflóry [51]. Obrázek 3 ukazuje příspěvek osy střevo-ledviny na renální fibróze prostřednictvím dysbiózy střevní mikroflóry a dysregulace endogenních metabolitů.

Střevní mikroflóra u CKD

Stále více důkazů naznačuje, že střevní mikrobiom byl u pacientů s CKD změněn. Přibližně 190 mikrobiálních operačních taxonomických jednotek (OTU) se významně lišilo v četnosti, když byl střevní mikrobiom pacientů s terminálním onemocněním ledvin (ESRD) srovnáván se zdravými kontrolami [52]. U pacientů s CKD byl stanoven nižší počet čeledí Lactobacillaceae a Prevotellaceae (obě jsou považovány za normální mikrobiotu tlustého střeva) a 100krát vyšší počet druhů Enterobacteria a Enterococci (které jsou normálně přítomny v nižším podílu) [52]. Počet aerobních bakterií, včetně druhů Enterococci a Enterobacteria, byl vyšší u pacientů s ESRD než u zdravých kontrol [53]. Dysbióza střevní mikroflóry u pacientů s CKD přispěla ke zvýšené koncentraci uremického toxinu, což následně podpořilo progresi CKD [54, 55]. Nerovnováha střevní mikroflóry u CKD se vyskytla kvantitativně i kvalitativně, je často doprovázena zvýšením počtu Lachnospiraceae, Enterobacteriaceae a některých Ruminococcaceae a poklesem některých druhů Prevotellaceae, Bacteroidaceae a zejména druhů Lactobacillus a Bifidobacterium [56]. Absolutní množství celkových bakterií bylo významně sníženo u pacientů s ESRD. Prevotella převládala u zdravých kontrol, zatímco Bacteroides byla obohacena u pacientů s ESRD. Bakterie produkující butyrát, včetně Roseburia, Faecalibacterium, Clostridium, Coprococcus a Prevotella, byly u pacientů s ESRD sníženy [57].

Naše studie dále ukázaly, že dysregulace oxidačního stresu a zánětu byly spojeny s poruchami metabolismu sérových aminokyselin, lipidů, purinů a lipidů u CKD [58, 59], které jsou spojeny s metabolismem střevní mikroflóry. Nedávné klinické studie navíc ukázaly, že hladina triglyceridů v krvi a HDL-cholesterolu a předpokládaná metabolická odpověď na dietu a léky byly spojeny se složením střevní mikroflóry [60]. Poškozený

renální funkce a dysbióza střevní mikroflóry přispěly ke zvýšení TMAO u pacientů s CKD [61]. Vzorky stolice od pacientů s CKD a zdravých kontrol byly podávány myším C57BL/6 léčeným antibiotiky a myši, které dostávaly střevní mikroflóru od pacientů s CKD, měly významně vyšší TMAO v plazmě a jiné složení střevní mikroflóry než srovnávací myši [61]. Kromě toho byl amoniak metabolizován z močoviny mikrobiální ureázou. Amoniak by mohl způsobit masivní narušení struktury a funkce střevní epiteliální bariéry, což by vedlo k translokaci uremických toxinů, antigenů, endotoxinu a střevních mikrobiálních organismů/produktů do oběhu [44, 62, 63]. Indoxylsulfát a p-kresylsulfát byly spojeny se zvýšenými zánětlivými biomarkery u pacientů s CKD ve stadiu 3–4, jako je glutathionperoxidáza a interleukin-6 [64]. Další studie odhalila, že 19 mikrobiálních rodin, které byly dominantní u pacientů s ESRD, 12 vlastnilo ureázu (Alteromona-onemocnění, Clostridiaceae, Cellulomonadaceae, Dermabacteraceae, Halomonadaceae, Enterobacteriaceae, Methylococcaceae, Moraxellaceae, Micronaedaceae, Microaxellaceae, Microaecosaceae a urikáza (Cellulomonadaceae, Micrococcaceae, Dermabacteraceaea, Xanthomonadaceae a Polyangiaceae čeledi) a 3 měly indol a p-kresyl tvořící enzymy (tj. tryptofanázu mající čeledi: Clostridiaceae, Verrucomicrobiaceae) a Enterucomicrobiaceae. Prevotellaceae a Lactobacillaceae, dvě čeledi, které mají SCFA(butyrát) tvořící enzymy, patřily mezi čtyři mikrobiální rodiny, které byly u pacientů s ESRD deplecí [65].

Na základě metabolomiky naše předchozí studie prokázaly, že poruchy metabolismu aminokyselin, lipidů a purinů v séru [66–70] a také metabolismu žlučových kyselin a fosfolipidů ve stolici souvisí s CKD potkanů ​​[71, 72]. Narušení střevní bariéry u CKD vedlo k translokaci uremických toxinů pocházejících z bakterií do systémové cirkulace, a tím vyvolalo zánět a stimulaci leukocytů. Pomocí metabolomických metod naše předchozí studie prokázaly, že dysregulace oxidačního stresu a zánětu byly spojeny s poruchami metabolismu sérových aminokyselin, methylaminu, purinu a lipidů u pacientů s CKD [31, 73–75].

Střevní mikrobiota u pacientů na hemodialýze a peritoneální dialýze

Nahrazením vylučovací funkce ledvin má dialýza eliminovat komplex symptomů známý jako uremický syndrom. Hemodialýza umožnila přežití více než milionu lidí na celém světě, kteří mají ESRD s omezenou nebo žádnou funkcí ledvin [76, 77]. Prostřednictvím metabolomických metod naše předchozí studie ukázaly, že uremické toxiny a odpadní produkty při hemodialýze odstranily velké množství identifikovaných a dosud neidentifikovaných metabolitů [78]. Fygenetická analýza mikročipů prokázala střevní mikrobiom pacientů s ESRD na hemodialýze a porovnala je se zdravými jedinci, přičemž prokázala nárůst proteobakterií (především gamaproteobakterií), aktinobakterií a Firmicutes (zejména podkmen Clostridia) [52]. Hemodialyzovaní pacienti však vykazovali vyšší zánětlivé biomarkery a uremické toxiny než nedialyzovaní pacienti [79]. Interleukin-6 a MCP-1, dva zánětlivé biomarkery, pozitivně korelovaly s indoxylsulfátem a p-kresylsulfátem [79]. Snížené hladiny uremických toxinů měly za následek sníženou expresi zánětlivých biomarkerů [80]. Střevní mikrobiom u pediatrických pacientů podstupujících hemodialýzu byl porovnáván s mikrobiomy zdravých jedinců [81]. Bacteroidetes byly významně zvýšeny, zatímco proteobakterie byly významně sníženy u hemodialyzovaných pacientů ve srovnání se zdravými jedinci [81]. Kromě toho analýza stolice prokázala, že dialyzovaní pacienti vykazovali snížený počet bakterií, které jsme schopni produkovat SCFA butyrát [65].

Jedna studie popsala pokles střevních Firmicutes a Actinobacteria, zejména Bifidobacterium catenulatum, Bifidobacterium bifdum, Bifidobacterium long, Lactobacillus Plantarum a Lactobacillus paracasei u pacientů na peritoneální dialýze [82]. Obecně platí, že pacienti s CKD vykazovali nižší střevní kolonizaci Bifidobacterium a Lactobacillus species [56]. Proto byly snížené populace a diverzita Lactobacillus a Bifdobacterium u pacientů na peritoneální dialýze spojeny s několika nežádoucími účinky. Pediatričtí pacienti na peritoneální dialýze vykazovali relativně nižší výskyt střevních bakterií v rámci Firmicutes a Actinobacteria, zatímco proteobakterie byly významně zvýšené [81]. Zvýšený počet proteobakterií (bakterie oxidující železo) byl spojen s perorálním doplňováním železa u pacientů na peritoneální dialýze. Pacienti na peritoneální dialýze navíc zvýšili střevní absorpci glukózy z dialyzátu peritoneální dialýzy, který podporoval bakterie Enterobacteriaceae fermentovatelné glukózou [81]. S ohledem na translokaci střevní mikroflóry do peritoneální dutiny se předpokládalo, že nárůst Enterobacteriaceae byl zodpovědný za rozvoj peritonitidy u pacientů na peritoneální dialýze, protože čeleď Enterobacteriaceae představovala až 12 procent všech epizod peritonitidy u těchto pacientů [83].

Střevní mikroflóra v IgAN

Vzhledem k tomu, že imunoglobulin A (IgA) se široce nachází v imunitním systému střevní sliznice, hraje v patogenezi IgAN roli dysbióza střevní mikroflóry [55]. Chronické bakteriální infekce a dysbióza střevní mikroflóry posílily epiteliální buňky k sekreci faktorů aktivujících B buňky a ligandu indukujícího proliferaci, který urychlil nadprodukci IgA. U IgAN byla navíc nalezena dysbióza střevní mikroflóry [55]. Exkluzivní rozdíly ve složení střevní mikroflóry a metabolomu byly zkoumány u pacientů s IgAN a zdravých kontrol [84, 85] a střevní mikroflóra a močové metabolity (včetně volných aminokyselin a organických těkavých metabolitů) byly významně změněny mezi pacienty s progresí a non- progresivní IgAN [86]. Spekulovalo se, že zvýšené volné aminokyseliny v séru přispívající k patologii IgAN jsou pravděpodobně spojeny se sníženou absorpcí gastrointestinálních proteinů, což pravděpodobně zvyšuje mikrobiální proteolýzu, mění mikrobiotu a přispívá ke zvýšené hladině p-kresolu ve stolici. Existovala potenciální vazba mezi bakteriálními lipopolysacharidy a hypo galaktosylací IgA. Bakteriální lipopolysacharid mohl stimulovat systémovou zánětlivou odpověď a lipopolysacharidy se podílely na hyperprodukci a hypogalaktosylaci IgA1, důležité patogenezi zahrnuté v IgAN [87].

Střevní mikroflóra u nefrolitiázy

Nefrolitiáza je komplexní onemocnění, které může být způsobeno genetickými faktory a různými faktory prostředí. Ledvinové kameny jsou malá ložiska, která se hromadí v ledvinách a jsou tvořena vápníkem, fosfátem a dalšími složkami potravy. Hyperoxalurie je důležitým rizikovým faktorem pro výskyt nefrolitiázy, protože 75 procent ledvinových kamenů obsahuje oxalát vápenatý [88]. Vzhledem k tomu, že lidské tělo se při homeostáze oxalátů spoléhá hlavně na střevní mikroflóru, cizinci s oxalobakteriemi přitahují pozornost v medicíně [89]. Te Oxalobacterformigenes, jakožto bakterie degradující oxalát ve střevním traktu, vykazovala zdravotní přínosy prostřednictvím homeostázy kyseliny šťavelové [90]. Byl prokázán inverzní vztah mezi recidivujícími ledvinovými kameny a střevní kolonizací Oxalobacterformigenes, která snížila koncentraci oxalátu, která byla k dispozici pro absorpci konstantní rychlostí ve střevě. Oxalobacterformigenes by mohly snížit vylučování oxalátů močí a chránit před tvorbou kalciumoxalátových ledvinových kamenů [91, 92]. Kromě toho se střevní mikrobiom podílel na patofyziologii tvorby ledvinových kamenů [92]. Pacienti s nefrolitiázou měli ve srovnání se zdravými kontrolami jedinečnou střevní mikroflóru [93]. Bacteroides spp. byl častější u původců ledvinových kamenů, zatímco Prevotella spp. byl hojnější u zdravých kontrol [93].

Kromě toho byla kyselina kyanurová produkována z melaminu ve střevě mikrobiální transformací a sloužila jako integrální složka ledvinových kamenů odpovědných za renální toxicitu vyvolanou melaminem u potkanů ​​[94]. Klebsiella byla následně identifikována ve stolici a mohla přímo přeměnit melamin na kyselinu kyanurovou. Potkani kolonizovaní Klebsiella terrigenous vykazovali exacerbovanou melaminem indukovanou nefrotoxicitu [94]. V současnosti dostupné údaje podporují, že manipulace se střevními bakteriemi může v budoucnu poskytnout novou terapii u pacientů s ledvinovými kameny.

Střevní mikrobiom u hypertenze

Pacienti se zvýšeným systolickým krevním tlakem a CKD odhalili změněné bakteriální složení a sníženou bakteriální bohatost [95]. Množství střevních mikrobů Firmicutes a Bacteroidetes je u několika modelů hypertenze spojeno se zvýšeným krevním tlakem [96]. Bylo hlášeno, že hlavní složkou čichové dráhy v ledvinách, Olfr78, byl čichový receptor exprimovaný v renálním juxtaglomerulárním aparátu, kde zprostředkovával sekreci reninu v reakci na SCFA. SCFA byly konečnými produkty fermentace střevní mikroflórou a byly absorbovány do oběhu [97]. Další možnou souvislostí mezi střevní mikroflórou a hypertenzí byl metabolismus střevní mikroflóry cholinu a fosfatidylcholinu, které metabolizovaly trimethylamin na TMAO. Trimethylamin se hojně vyskytuje v červeném mase a může být metabolizován střevní mikrobiotou dietního l-karnitinu a dále může být metabolizován na TMAO a urychlit aterosklerózu u myší [98].

Střevní mikrobiom při akutním poškození ledvin

Nedávno několik studií ukázalo, že střevní mikrobiota může regulovat AKI. Jedním z možných mechanismů bylo renoprotektivní působení SCFA proti ischemicko-reperfuznímu poškození v modelech. SCFA s protidětskými vlastnostmi byly produkovány střevní mikroflórou [99]. Léčba třemi hlavními SCFA (acetát, propionát a butyrát) zlepšila renální dysfunkci a snížila zánět. Kromě toho střevní mikroflóra prokázala širší vliv a roli v autoimunitních onemocněních ledvin prostřednictvím svých imunomodulačních účinků, které jsou známé svým účinkem na polarizaci podskupin T-buněk a přirozených zabíječských buněk [32].

Probiotické, prebiotické a synbiotické intervence ke zmírnění poruch střevního mikrobiomu u onemocnění ledvin

Používání probiotik a prebiotik jsou běžná terapeutika. Probiotika jsou živé organismy přijímané potravou nebo doplňky, které by mohly podporovat zdraví hostitele. Probiotika se skládají z živých bakterií, jako jsou druhy Lactobacilli, Streptococci a Bifidobacteria, které by mohly změnit střevní mikroflóru a ovlivnit zánětlivý stav, aby produkovaly méně patogenní mikroflóru, a tím snížily tvorbu uremických toxinů. Pilotní mezinárodní studie u pacientů s CKD stadia 3 a 4 prokázala významně sníženou hladinu močoviny v krvi a zlepšení kvality života po léčbě přípravkem Renadyl Lactobacillus acidophilus, Streptococcus thermophileslus a Bifidobacterium po dobu delší než 6 měsíců [100]. Následná randomizovaná kontrolovaná studie u 22 pacientů však nedokázala snížit plazmatické uremické toxiny a nezlepšila kvalitu života [101]. Několik přínosů probiotik lze vysvětlit přetrvávajícími změnami ve střevním biochemickém prostředí a dietních a léčebných režimech vyvolaných urémií, které vedly k nepříznivému prostředí pro symbiotickou mikrobiotu [102]. K vyřešení tohoto deficitu jedna studie zkoumala kombinaci probiotické a prebiotické terapie v průběhu 6 týdnů u pacientů s CKD před dialýzou a prokázala snížený sérový p-kresylsulfát a změny střevního mikrobiomu [103]. Proto je výběr probiotického mikroba důležitý. Zahrnutí bakterií, které exprimovaly ureázu se záměrem metabolizovat střevní močovinu, způsobilo zvýšené následné produkty NH3 a NH4OH a podpořilo zánět střevní stěny [102, 104].

Prebiotika jsou nestravitelné sacharidy, které selektivně stimulují růst a aktivitu prospěšných střevních bakterií v tlustém střevě, jako jsou bifidobakterie [105]. Prebiotika podporují růst druhů Bifidobacteria a Lactobacilli na úkor jiných skupin bakterií ve střevě [105]. Prebiotický p-inulin obohacený oligofruktózou také reguloval úbytek hmotnosti, inhiboval zánět a zlepšoval metabolické funkce [105]. Sérový p-kresol a indoxylsulfát jsou u hemodialyzovaných pacientů sníženy perorálním příjmem p-inulinu [106]. Krmení uremických potkanů ​​léčených kukuřičným škrobem rezistentním na amylózu by však mohlo zlepšit clearance kreatininu a snížit zánět a renální fibrózu [107]. Polopurifikovaná dieta s nízkým obsahem vlákniny nebo dieta s vysokým obsahem vlákniny významně zlepšily metabolomy v séru, moči a střevní tekutině doprovázené snížením dysbiózy střevní mikrobioty [108]. Rezistentní škroby přecházely do tlustého střeva nestrávené a byly metabolizovány bakteriemi na SCFA, které byly důležitými živinami pro enterocyty. Suplementace oligofruktóza-inulínem nebo rezistentním škrobem významně snížila cirkulující indoxylsulfát a p-kresylsulfát u hemodialyzovaných pacientů [106, 109].

Synbiotika jsou kombinací prebiotické a probiotické léčby. Léčba synbiotickou léčbou Probinul neutro prokázala snížení celkového plazmatického p-kresolu bez zlepšení gastrointestinálních symptomů u 30 pacientů s CKD ve stádiu 3–4 po dobu 4 týdnů [110]. Studie SINERGY prokázala pokles sérového p-kresylsulfátu, nikoli však indoxylsulfátu, a příznivou změnu mikrobiomu stolice u 37 pacientů s chronickým onemocněním ledvin ve stádiu 4–5 [103]. Léčba kombinací Lactobacillus casei kmen Shirota a Bifidobacterium breve kmen Yakult plus galaktooligosacharidy prokázala významný pokles sérového p-kresolu a zlepšení kvantity a kvality stolice u devíti hemodialyzovaných pacientů po dobu 2 týdnů [39]. V nedávné době prokázala multicentrická studie u 42 hemodialyzovaných pacientů zlepšení gastrointestinálních symptomů a snížení C-reaktivního proteinu po 2 měsících léčby [111].

Závěrečné poznámky

Stále více důkazů prokázalo, že mezi hostitelem a střevním mikrobiomem existoval obousměrný vztah u pacientů s různými onemocněními ledvin. Existuje naléhavá potřeba dalších studií, které by dále charakterizovaly střevní mikrobiom u onemocnění ledvin a prozkoumaly vztah mezi různými onemocněními ledvin a střevním mikrobiomem. Střevní zánět a narušení epiteliální bariéry urychlují systémovou translokaci uremických toxinů odvozených od bakterií, včetně indoxylsulfátu, p-kresylsulfátu a TMAO, a způsobují poškození ledvin, kardiovaskulárního a endokrinního systému oxidativním stresem. Nedávno studie osy střevo-ledviny otevřela nové terapeutické cesty pro léčbu zánětu, poškození ledvin a urémie, aby se zabránilo nepříznivým výsledkům u pacientů s CKD. Bylo uplatněno několik slibných intervencí, aby se zvrátila nerovnováha střevní mikroflóry a zpomalila se progrese onemocnění ledvin. Probiotika nebo jejich vedlejší produkty byly použity k vývoji inovativních signálně cílených intervencí, které překonávají tradiční léky se zjevnými vedlejšími účinky. Výběr konkrétních probiotických druhů s dobře známými metabolickými funkcemi by mohl zmírnit různé chorobné stavy. Například Streptococcus thermophiles lze použít ke snížení močoviny z urémie. Budoucí pozornost a zkoumání těchto intervencí jsou nutné k tomu, aby znalosti o mikrobiotě byly pro pacienty s CKD praktické. Intervence však musí být dále zkoumány ve velkých studiích, než se mohou stát primární terapií pro pacienty s onemocněním ledvin.

Metagenomika a metabolomika byly použity ke zkoumání funkce klíčových endogenních metabolitů s nízkou molekulovou hmotností pocházejících ze střevního mikrobiomu u onemocnění ledvin. Pochopení metabolických schopností střevní mikroflóry je velmi důležité při objasňování jejich funkcí na zdraví a nemoci. Ačkoli byla k pohodlnému průzkumu složení a struktury střevního mikrobiomu použita sekvenační analýza 16S rRNA, informace o účincích jejich metabolitů byly omezeny neúplnými znalostmi v bakteriálních genomických databázích. Metagenomické sekvenování získává více znalostí o existujících genech, ale funkce většiny těchto genů zůstávají neznámé. KEGG a MetaCyc jsou nejkomplexnější databáze pro spojování ortologních genových skupin s reakcemi a metabolity. K dosažení efektivnější kombinace mikrobiomu a metabolomu pro pochopení střevních mikrobiálních metabolismů v kontextu onemocnění ledvin je třeba vyvinout pokročilé multiomické integrační metody. Abychom dále pochopili funkční potenciál střevní mikroflóry spojené s hostitelem, můžeme vyplnit mezery ve výše uvedených databázích pomocí sekvenování genomu, necílené biochemie a funkčních studií. I přes tyto obrovské výzvy tedy stále více studií našlo klíčové mikroby a jejich enzymy/metabolity jako potenciální cíle lékařských zásahů v souvislosti s onemocněními ledvin. Díky lepšímu porozumění metabolické souhře mezi mikrobiomem a hostitelem lze prozkoumat nová prebiotika a probiotika a bude proveditelná personalizovaná léčba CKD, která využívá znalosti střevního mikrobiomu a jejich interakcí s hostitelem.

Cistanche deserticola zabraňuje onemocnění ledvin, kliknutím sem získáte vzorek

Reference

1. De Sordi L, Khanna V, Debarbieux L. Střevní mikroflóra usnadňuje posuny v genetické diverzitě a infekčnosti bakteriálních virů. Buněčný hostitelský mikrob. 2017;22(801–808):e803.

2. Rooks MG, Garrett WS. Střevní mikroflóra, metabolity a imunita hostitele. Nat Rev Immunol. 2016;16:341–52.

3. Li DY, Tang WHW. Úloha střevní mikroflóry a jejích metabolitů ke kardiovaskulárním komplikacím u chronického onemocnění ledvin. Semin Nephrol. 2018;38:193–205.

4. Afsar B, Vaziri ND, Aslan G, Tarim K, Kanbay M. Střevní hormony a střevní mikrobiota: důsledky pro funkci ledvin a hypertenzi. J Am Soc Hypertens. 2016;10:954–61.

5. Liu R, Hong J, Xu X, Feng Q, Zhang D, Gu Y, Shi J, Zhao S, Liu W, Wang X a kol. Změny střevního mikrobiomu a sérového metabolomu u obezity a po intervenci na snížení hmotnosti. Nat Med. 2017;23:859–68.

6. Wu H, Esteve E, Tremaroli V, Khan MT, Caesar R, Manners-Holm L, Stahlman M, Olsson LM, Serino M, Planas-Felix M a kol. Metformin mění střevní mikrobiom jedinců s dosud neléčeným diabetem 2. typu, čímž přispívá k terapeutickým účinkům léku. Nat Med. 2017;23:850–8.

7. Imhann F, Vich Vila A, Bonder MJ, Fu J, Gevers D, Visschedijk MC, Spekhorst LM, Alberts R, Franke L, van Dullemen HM a kol. Souhra genetiky hostitele a střevní mikroflóry, která je základem nástupu a klinické prezentace zánětlivého onemocnění střev. Střevo. 2018;67:108–19.

8. Böhm M, Schumacher H, Teo KK, Lonn EM, Mahfoud F, Mann JFE, Mancia G, Redon J, Schmieder RE, Sliwa K, et al. Dosažený krevní tlak a kardiovaskulární výsledky u vysoce rizikových pacientů: výsledky studií ONTARGET a transcend. Lanceta. 2017;389:2226–37.

9. Levin A, Tonelli M, Bonventre J, Coresh J, Donner J-A, Fogo AB, Fox CS, Gansevoort RT, Heerspink HJL, Jardine M a kol. Globální zdraví ledvin

2017 a dále: plán pro odstranění mezer v péči, výzkumu a politice. Lanceta. 2017;390:1888–917.

10. Al Chodor S, Shatat IF. Střevní mikrobiom a onemocnění ledvin: obousměrný vztah. Pediatr Nephrol. 2017;32:921–31.

11. Nallu A, Sharma S, Ramezani A, Muralidharan J, Raj D. Střevní mikrobiom u chronického onemocnění ledvin: výzvy a příležitosti. Transl Res. 2017;179:24–37.

12. Ramezani A, Massy ZA, Meijers B, Evenepoel P, Vanholder R, Raj DS. Role střevního mikrobiomu u urémie: potenciální terapeutický cíl. Am J Kidney Dis. 2016;67:483–98.

13. Di Iorio BR, Marzocco S, Nardone L, Sirico M, De Simone E, Di Natale G, Di Micco L. Močovina a poškození osy střevo-ledviny u chronického onemocnění ledvin. G Ita Nefrol. 2017;34:1–11.

14. Ma SX, Shang YQ, Zhang HQ, Su W. Akční mechanismy a terapeutické cíle renální fibrózy. J Nephrol Adv. 2018;1:4–14.

15. Chen DQ, Hu HH, Wang YN, Feng YL, Cao G, Zhao YY. Přírodní produkty pro prevenci a léčbu onemocnění ledvin. Fytomedicína. 2018;50:50–60.

16. Lepage P, Leclerc MC, Joossens M, Mondot S, Blottiere HM, Raes J, Ehr‑ lich D, Dore J. Metagenomický pohled do mikrobiomu našeho střeva. Střevo. 2013;62:146–58.

17. Cole JR, Chai B, Farris RJ, Wang Q, Kulam-Syed-Mohideen AS, McGarrell DM, Bandela AM, Cardenas E, Garrity GM, Tiedje JM. Projekt ribozomální databáze (RDP‑II): představení prostoru myRDP a veřejných dat s kontrolovanou kvalitou. Nucleic Acids Res. 2007;35:D169–72.

18. Zhao YY, Lin RC. Metabolomika při nefrotoxicitě. Adv Clin Chem. 2014;65:69–89.

19. Zhao YY, Vaziri ND, Lin RC. Lipidomika: nový pohled na onemocnění ledvin. Adv Clin Chem. 2015;68:153–75.

20. Zhao YY. Metabolomika u chronického onemocnění ledvin. Clin Chim Acta. 2013;422:59–69.