THE ROLE OF THE INTESTINAL MICROBIOTA IN THE DEVELOPMENT OF INFLAMMATORY DISEASES OF THE INTESTINE


Cite item

Full Text

Abstract

Inflammatory bowel diseases (IBD) occupy a leading position in the structure of diseases of the gastrointestinal tract (GIT), as they are a progressive chronic pathology with an autoimmune type of inflammation. Changes in indicators of genus - species biodiversity can determine morphological changes at the latent stage of the disease. Target. Evaluation of the role of genus - species biodiversity of microbiota in patients with IBD. Materials and methods. Performed 16s-rRNA sequencing of the gut microbiota in 15 patients with confirmed ulcerative colitis (UC) and 3 patients with Crohn's disease and 20 healthy controls. Also, an analysis of the parameters of the general blood test (CBC), biochemical blood test (C - reactive protein (CRP)) was carried out. Statistical data processing was carried out using Statistics programs. Results. Among the studied laboratory parameters in patients with IBD, there was a significant increase in CRP - 19.6±1.5 mg/l, leukocytosis - 11.4±0.68 g/l, including neutrophilosis - 74±2,1% according to compared with the control group. As a result of sequencing of the intestinal microbiota, there was a decrease in the normobiota, as well as an increase in the representatives of the pathogenic cluster. Conclusion. A decrease in the biodiversity of the microbiota in patients with IBD compared with the control group, a significant change in the pathogenic cluster, an imbalance in the representatives of Bacteroidetes and Firmicutes were revealed, which confirms the role of the intestinal microbiota in the development of IBD.

Full Text

Актуальность. В настоящее время воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) занимают лидирующие позиции в структуре заболеваний желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). ВЗК являются прогрессирующими хроническими заболеваниями, преимущественно с аутоиммунным типом воспаления, основными формами которых являются язвенный колит (ЯК), болезнь Крона. Длительность, степень тяжести воспалительного процесса приводят к высокому риску развития осложнений, основным из которых, является колоректальный рак. Именно бактериальный состав толстого кишечника способен изменяться под воздействием различных факторов, что является эффективным средством для поддержания противовоспалительного состояния. В настоящее время, лабораторная диагностика ВЗК основана на определении провоспалительных цитокинов: фактор некроза опухоли α (ФНО-α), интерлейкины (ИЛ) различных типов [1]. При ЯК в развитии хронического воспаления участвуют клетки Th2 и Th17, с участием ИЛ. Основную роль во взаимодействии с микробиотой кишечника может играть ИЛ-33 типа. Сигнальная ось ИЛ-33/ST2 вовлекается в патогенез ВЗК через индукцию ИЛ - 4. Данный механизм способен определять тяжесть аутоиммунного воспаления в активной фазе заболевания, когда уже происходит образование язвенных дефектов в слизистой оболочке кишечника. Количественное и качественное изменение родового и видового составов кишечной микробиоты может определять признаки патологического воспаления на латентной стадии [2, 3]. Изучение роли представителей кишечной микробиоты может являться новым диагностическим признаком, влияющим на коррекцию лекарственной терапии, а также исход заболевания. 

Цель исследования: оценка роли кишечной микробиоты в развитии воспалительных заболеваний кишечника.

Материал и методы исследования.  Выполнено 16s – рРНК секвенирование микробиоты кишечника у 15 пациентов с подтвержденным (по результатам колоноскопии с прицельной биопсией) язвенным колитом (ЯК) и 3 пациентов с болезнью Крона (у 2 из которых был подтвержден колоректальный рак (T1N0M0, T2N0M0) и 20 здоровых лиц, которые являлись контрольной группой. Тяжесть атаки определялась согласно индексу Мейо. Средний возраст обследуемых групп пациентов составил 47±2,5 лет. У всех исследуемых был проведен анализ показателей ОАК (показатели лейкоцитарной формулы, СОЭ), СРБ. Статистическая обработка данных проводилась с использованием программ Statistics.

Полученные результаты и их обсуждение. Среди пациентов с ВЗК индекс Мейо был равен 2 баллам (легкая степень тяжести) у 45% (пациенты с ЯК), 4 баллам (средняя степень тяжести) у 33% (5 пациентов с ЯК, 1 – с болезнью Крона), 6 баллам (тяжелая степень тяжести) у 22% (2 пациентов с ЯК, 2 – с болезнью Крона). Среди исследуемых лабораторных показателей у пациентов с ВЗК было отмечено значительное увеличение СРБ - 19,6±1,5 мг/л, лейкоцитов - 11,4±0,68 г/л, нейтрофилов - 74±2,1% по сравнению с группой контроля (0,95±0,06 мг/л, 5,6±0,75 г/л, 48±1,6% соответственно), (таблица 1).

Таблица 1 – Результаты лабораторной диагностики

Показатели

Группы исследования

Контрольная группа

Пациенты с ВЗК (ЯК, болезнь Крона

Лейкоциты, (*109/л)

6,8±0,06

11,4±0,6

Нейтрофилы палочкоядерные, (%)

3,55±0,05

7,4±0,05

Нейтрофилы сегментоядерные, (%)

55,6±0,05

74,0±2,0

СРБ, мг/л

4,15±0,05

19,6±1,5

 

В результате секвенирования кишечной микробиоты было выявлено отсутствие или крайне низкое значение показателей представителей нормобиоты (<0,02%) у пациентов с ВЗК, (таблица 2).

Таблица 2 – Показатели нормальной микрофлоры кишечника у пациентов с ВЗК

Состав бактерий, %

Контрольная группа, %

Пациенты с ЯК, %

Пациенты с болезнью Крона, %

Lactobacterium (0,02%-0,1%)

0,02±0,01

0

0

Bifidobacterium (0,1%-1%)

0,4±0,05

0

0

Faecalibacterium (5%-9%)

5,1±0,05

1,9±0,05

1,4±0,05

Bacteroides (9%-19%)

9,3±0,05

0,6±0,05

0,6±0,05

 

 Отмечалось увеличение показателей патогенного кластера, что также может настораживать в отношении воспалительных процессов и развития колоректального рака, (таблица 3).

Таблица 3 – Показатели патогенной микрофлоры кишечника у пациентов с ВЗК

Состав патогенных бактерий, %

Контрольная группа, %

Пациенты с ЯК, %

Пациенты с болезнью Крона, %

Escherichia coli (0%-1%)

1,6

6,3±0,05

8,1±0,05

Klebsiella (0%-0,02%)

0,08

3,4±0,1

9,3±0,1

Clostridium spp (0%-1%)

2,1

3,5±0,1

7,8±0,1

Fusobacterium (0%-0,02%)

0,03

3,1±0,1

3,6±0,1

Campylobacter (0%-0,02%)

1,1

2,6±0,1

3,0±0,1

 

Также было отмечено значительное увеличение показателей сульфатредуцирующих групп бактерий (Desulfovibrio, Methanobrevibacter), (рисунок).

 

 

Рис. Оценка значимых показателей представителей кишечной микробиоты.

 

Увеличение типа Firmicutes может настораживать в отношении воспалительных процессов и новообразований, за счет выделения активных метаболитов, которые способствуют значительному снижению барьера слизистой, что напрямую может способствовать развитию новообразований (среди пациентов с увеличенным значением максимальные показатели данного рода были у лиц с подтвержденной онкопатологией) [3].

Увеличение представителей сульфатредуцирующей группы бактерий может говорить о степени тяжести основного заболевания. Благодаря своей уникальной способности превращать водород и углекислый газ в метан, Desulfovibrio, Methanobrevibacter помогает бактериям эффективно расщеплять пищевые волокна, благотворно влияет на иммунные клетки организма и выработку антибактериальных пептидов, при этом отягощая течение заболевания за счет активации фактора некроза опухоли (ФНО - α), а также α4β7-интегрина [4, 5]. Избыточное количество коррелирует с кишечными расстройствами, включая ЯК, болезнь Крона. 

Снижение бутират – продуцирующих бактерий, которые являются важным метаболитом за счет защиты целостности эпителиального барьера кишечника и сохранения иммунного гомеостаза хозяина, индуцируя дифференцировку регуляторных Т-клеток. Снижение уровня бутирата вызывает дисфункцию кишечного эпителиального барьера и приводит к экспрессии нескольких воспалительных компонентов, таких как патоген-ассоциированный молекулярный паттерн. Кроме того, данные метаболиты в высоких концентрациях оказывают провоспалительное действие и усугубляют повреждение эпителиального барьера кишечника, что отмечается у лиц с ВЗК [6].

Выводы. Установлено значимое уменьшение биоразнообразия микробиоты у пациентов с ВЗК по сравнению с группой контроля. Исследование биоразнообразия кишечной микробиоты может являться новым диагностическим признаком и способствовать раннему скринингу, коррекции лечебных мероприятий.

×

About the authors

Svetlana N. Lagutina

Voronezh State Medical University

Author for correspondence.
Email: svlagutina97@mail.ru
SPIN-code: 3165-2380

ассистент кафедры поликлинической терапии

Russian Federation

Anna A. Zuikova

Voronezh State Medical University

Email: zuikova-therapia@vrngmu.ru
SPIN-code: 7605-1630

д.м.н., профессор, заведующая кафедрой поликлинической терапии

Russian Federation

Pavel A. Chizhkov

VGU

Email: qooleer@yandex.ru

аспирант кафедры генетики, цитологии, биоинженерии

Russian Federation

Mikhail Yu. Syromyatnikov

VGU

Email: mikha@vsuit.ru

к.б.н., доцент кафедры  генетики, цитологии, биоинженерии

Russian Federation

Elena Yu. Esina

Voronezh State Medical University

Email: esina62@mail.ru
SPIN-code: 7732-7427

д.м.н., профессор кафедры поликлинической терапии

Russian Federation

References

  1. Burakova I, Smirnova Yu, Gryaznova M, Syromyatnikov M, Chizhkov P, Popov E, Popov V. The Effect of Short-Term Consumption of Lactic Acid Bacteria on the Gut Microbiota in Obese People. Nutrients. 2022;14(16):3384:doi: 10.3390/nu14163384.
  2. Loke YL, Chew MT, Ngeow YF, Lim WWD, Peh SC. Colon Carcinogenesis. The Interplay Between Diet and Gut Microbiota. Front Cell Infect Microbiol. 2020;8(10):603086:doi: 10.3389/fcimb.2020.603086.
  3. Glassner KL, Abraham BP, Quigley EM. The microbiome and inflammatory bowel disease. J Allergy Clin Immunol. 2020;145(1):16-27. doi: 10.1016/j.jaci.2019.11.003.
  4. Новые пути диагностики неспецифического язвенного колита / С. Н. Лагутина, А. А. Зуйкова, И. С. Добрынина, Ю. А. Котова // Терапия. – 2022. – № S4. – С. 71-74. – doi: 10.18565/therapy.2022.4suppl.71-75.
  5. Оценка биоразнообразия микробиоты кишечника как вероятный предиктор развития колоректального рака / С. Н. Лагутина, П. А. Чижков, И. С. Добрынина, И. С. Ханина // Санкт-Петербургские научные чтения - 2022 : сборник тезисов, Санкт-Петербург, 07–09 декабря 2022 года. – Санкт-Петербург: Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени акад. И.П. Павлова, 2022. – С. 309-310.
  6. Изменение кишечной микробиоты как предиктор развития колоректального рака у лиц пожилого возраста: клинический случай / С. Н. Лагутина, А. А. Зуйкова, И. С. Добрынина [и др.] // Клиническая практика. – 2022. – Т. 13. – № 3. – С. 109-113. – doi: 10.17816/clinpract110706.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies