Mikrobiota jelitowa w patogenezie choroby Leśniowskiego-Crohna

Mikrobiota jelitowa, składająca się z 15 000-36 000 różnych gatunków bakterii, licznych grzybów, wirusów i bakteriofagów, jest kluczowym składnikiem patogenezy choroby Leśniowskiego-Crohna¹. Znaczenie mikrobioty jelitowej w patogenezie choroby jest uderzająco demonstrowane klinicznie, gdzie odwrócenie strumienia kałowego leczy i zapobiega nawrotom choroby Leśniowskiego-Crohna². Rosnące dowody wskazują, że wśród potencjalnych czynników różnorodność i skład mikrobioty jelitowej są głównymi czynnikami środowiskowymi wpływającymi na homeostazę jelitową³.

Dysbiosis w chorobie Leśniowskiego-Crohna

Stało się oczywiste, że pacjenci z chorobą Leśniowskiego-Crohna wykazują jelitową dysbiosę charakteryzującą się zmniejszeniem liczby potencjalnie korzystnych bakterii, takich jak Bifidobacteria, Lactobacilli i Firmicutes, oraz wzrostem liczby potencjalnie patogennych bakterii, takich jak Escherichia coli i inne Enterobacteria⁴. Dysbiosę mikrobiom w chorobie charakteryzuje się również zmniejszoną różnorodnością biologiczną aktywnych bakterii u pacjentów w porównaniu do kontroli¹.

Zmiany w składzie normalnej flory bakteryjnej w kontekście predyspozycji genetycznej niekorzystnie wpływają na integralność nabłonka i ochronę immunologiczną śluzówki, nawet bez obecności patogenów⁵. Dysbiosę mikrobiom silnie koreluje z ciężkością choroby, mierzoną pediatrycznym wskaźnikiem aktywności choroby Leśniowskiego-Crohna (PCDAI)⁶.

Flora jelitowa jest jednym z kluczowych czynników środowiskowych wpływających na rozwój choroby. Organizm zwykle nie rozpoczyna reakcji obronnych przeciwko nieszkodliwym bakteriom i antygenom pokarmowym, hamując tak zwane kontrolowane zapalenie przez produkcję limfocytów T CD4+⁵. W chorobie ten mechanizm kontroli ulega zaburzeniu.

Rola adherentno-inwazyjnych szczepów E. coli (AIEC)

Około jednej trzeciej pacjentów z chorobą Leśniowskiego-Crohna ma zwiększoną ilość adherentno-inwazyjnych szczepów Escherichia coli związanych ze śluzówką⁷. Bakterie te przekraczają barierę śluzówkową, adherują do komórek nabłonkowych jelit i inwazyjnie je penetrują, a następnie replikują się w makrofagach, co prowokuje wydzielanie dużych ilości TNF-α⁷.

Grupa Darfeuille-Michaud wyróżniła potencjalne mechanizmy patologiczne AIEC w chorobie: AIEC ekspresuje rzęski typu 1, które umożliwiają wiązanie z receptorami CEACAM6 zwiększonymi w śluzówce jelita krętego u pacjentów; w komórkach nabłonkowych jelita krętego od pacjentów silna ekspresja białka stresu siateczki śródplazmatycznej Gp96 ułatwia inwazję poprzez rozpoznawanie bakteryjnego białka błony zewnętrznej OmpA AIEC⁸.

AIEC niosący gen wirulencji długich rzęsków polarnych (lpf) promuje translokację bakterii przez kępki Peyera, a mutacje w genach autophagy związanych z chorobą wzmacniają wewnątrzkomórkową replikację AIEC⁸. Chociaż AIEC został wyraźnie powiązany z chorobą, nie jest jasne, czy jest to pojedynczy etiologiczny najeźdźca, czy tylko podżegacz⁸.

Mechanizmy interakcji mikrobiota-gospodarz

Dynamiczna wymiana między mikrobiotą jelitową, komórkami nabłonkowymi jelit (IEC) i komórkami immunologicznymi śluzówki jest niezbędna do utrzymania homeostazy jelitowej². Mikrobiota jelitowa reguluje odpowiedzi komórek Th17 i Treg, które wydają się być wzajemnie powiązane².

Główna teoria sugeruje, że dysregulowana aktywacja immunologiczna u genetycznie podatnej osoby prowadzi do nadmiernej odpowiedzi na normalną florę drobnoustrojów. Jednak inni sugerują, że to zmieniona flora drobnoustrojów prowokuje nieprawidłową odpowiedź normalnego układu immunologicznego u tych pacjentów¹. Prawdopodobnie oba mechanizmy mogą współistnieć i wzajemnie się wzmacniać.

Zwiększony przepływ antygenów jelitowych przez barierę jelitową w chorobie, prawdopodobnie z powodu czynników genetycznych i środowiskowych/dietetycznych, skutkuje nadmierną odpowiedzią zapalną zależną od cytokin w tkance śluzówki⁶. Ten mechanizm podkreśla znaczenie integralności bariery nabłonkowej w utrzymaniu prawidłowych relacji z mikrobiotą.

Dowody na znaczenie mikrobioty w patogenezie

Wiele obserwacji wskazuje na bakterie jako wyzwalacz rozwoju choroby Leśniowskiego-Crohna: zmiany występują w regionach o wyższych stężeniach bakteryjnych; owrzodzenia aftoidalne występują w kępkach Peyera – miejscu pobierania próbek bakteryjnych; zapalenie ustępuje, gdy strumień kałowy jest odwrócony i reaktywuje się po ponownym wprowadzeniu zawartości jelitowej⁴.

Dodatkowo, ciężkość choroby koreluje z gęstością bakteryjną w śluzówce; ziarniniaki mogą zawierać bakterie; a podatne myszy hodowane w warunkach bezpłciowych rozwijają zapalenie tylko wtedy, gdy wprowadzone są bakterie niepatogenne⁴. Te obserwacje dostarczają silnych dowodów na rolę mikrobioty w patogenezie choroby.

Specyficzne bakterie i ich rola patogenetyczna

Na przestrzeni lat wiele organizmów zostało zaproponowanych jako czynniki etiologiczne choroby, do tego stopnia, że sugerowano, iż choroba jest manifestacją przewlekłej infekcji prątkowymi lub adherencją i inwazją E. coli⁴. Możliwość infekcyjnego pochodzenia została postulowana od pierwszego opisu choroby przez Dalziela w 1913 roku, który porównał chorobę z chorobą Johne u bydła, wywołaną przez Mycobacterium Avium Paratuberculosis⁸.

Najnowsze prace koncentrują się na E. coli, szczególnie w chorobie jelita krętego, ale istnieje literatura za i przeciw kilku bakteriom (prątkom, helicobakterom, campylobakterom itp.) i wirusom (wirus Ebsteina-Barr, cytomegalowirus, paramyksowirusy itp.) jako czynników przyczynowych⁸.

W modelach zwierzęcych bakterie jelitowe i niektóre specyficzne antygeny, takie jak niektóre patogenne szczepy Escherichia coli, mogą indukować jelitową śluzówkową Th1, która indukuje komórkową odpowiedź immunologiczną. Jednak immunność komórkowa może być indukowana w specyficznym podatnym modelu zwierzęcym, takim jak myszy z wybiciu genu IL-10, podczas gdy immunność komórkowa nie może być indukowana u myszy typu dzikiego⁹.

Metabolity bakteryjne i ich znaczenie

Mikrobiota jest również krytyczna dla zdrowia i niezbędna dla prawidłowego rozwoju immunologicznego oraz niektórych funkcji metabolicznych, takich jak fermentacja błonnika pokarmowego i białek oraz generowanie niektórych witamin i neuroprzekaźników⁶. Zmieniona relacja gospodarz-mikrob, częściowo mediowana przez metabolity drobnoustrojów (np. krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe), jest oczywista i często zmienia się wraz z aktywnością choroby¹⁰.

Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) produkowane przez korzystne bakterie jelitowe mają właściwości przeciwzapalne i są ważne dla prawidłowego funkcjonowania nabłonka jelitowego. Zmniejszenie produkcji tych metabolitów w wyniku dysbiosis może przyczyniać się do utrzymywania stanu zapalnego i zaburzeń funkcji bariery nabłonkowej.

Czynniki wpływające na mikrobiotę

Zmiany w endogennej mikrobiocie komensalnej w jelitach odgrywają centralną rolę w patogenezie choroby, nazywaną również stanem dysbiosis. Gdy ilość korzystnych bakterii jest mniejsza w porównaniu z bakteriami szkodliwymi, występuje wrodzona i nabyta odpowiedź immunologiczna, w przypadku choroby staje się ona nieproporcjonalna z powodu predyspozycji genetycznej, nawyków żywieniowych i palenia, a także stresowego stylu życia¹¹.

Te bakterie i ich składniki powodują zakłócenia w barierze nabłonkowej jelit, prowadząc do przepływu transepitelialnego składników bakteryjnych jelitowych i stymulacji komórek zapalnych¹¹. Czynniki środowiskowe, takie jak stosowanie antybiotyków, dieta o wysokiej zawartości tłuszczów czy infekcje jelitowe, mogą dodatkowo zakłócać równowagę mikrobioty i przyczyniać się do rozwoju choroby.

Przyszłe kierunki badań i terapii

Postępy w technikach bezhodowlanych, platformach sekwencjonowania nowej generacji o wysokiej przepustowości oraz wykorzystanie większych i bardziej wyrafinowanych kohort ludzkich zapoczątkowały dramatyczną erę w zrozumieniu roli mikrobioty jelitowej w chorobie². Zrozumienie mechanizmów interakcji mikrobiota-gospodarz otwiera nowe możliwości terapeutyczne.

Potencjalne strategie terapeutyczne obejmują modulację mikrobioty poprzez probiotyki, prebiotyki, transplantację mikrobioty kałowej (FMT) czy selektywne antybiotyki. Jednak skuteczność tych podejść wymaga dalszych badań, szczególnie w kontekście zrozumienia specyficznych mechanizmów, poprzez które mikrobiota wpływa na patogenezę choroby u poszczególnych pacjentów.