Влияние терапии язвенного колита на бактериальный профиль микробиоты толстой кишки

Современный взгляд на воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) — язвенный колит (ЯК) и болезнь Крона (БК) — был сформирован в результате последних достижений в области генетики, иммунологии и активного изучения микробиома кишечника. ЯК представляет собой хроническое рецидивирующее заболевание, опосредованное скоординированным взаимодействием иммунной системы, генетических и экологических факторов, а также комменсальной экосистемы толстой кишки [1]. Концепция патогенеза ЯК иллюстрирует обусловленные дисбиозом (патологическими изменениями в кишечном микробиоме) дефектные микробные функции, вызывающие у генетически предрасположенных лиц атипичный иммунный ответ и развитие хронического воспаления [2].

Толстокишечный микробиом формирует сложное и динамичное сообщество простейших, грибов, вирусов и преимущественно бактерий, включающее, по оценкам, более 5 млн уникальных генов и более 100 трлн клеток [3]. Количество бактериальных видов варьируется от 500 до нескольких тысяч. Технология изучения кишечной микробиоты путём секвенирования бактериального гена 16S рибосомальной РНК позволила выяснить, что около 90% представителей относятся к двум основным типам  —  Firmicutes (51%) и Bacteroidetes (48%), — а остальные 10% распределены среди Proteobacteria, Actinobacteria, Fusobacteria и Verrucomicrobia [4][5].

В настоящее время активно изучается роль кишечной микробиоты в развитии ВЗК, а также дисбиотические вариации бактериального сообщества у пациентов с ЯК. По данным литературы, у таких пациентов в микробиотическом составе наблюдается снижение общего микробного разнообразия и изменение количества определенных бактериальных таксономических единиц по сравнению со здоровыми людьми [6, 7]. При этом отмеченные закономерности являются общими в большинстве исследований: наблюдается снижение количества потенциально защитных Firmicutes (особенно Faecalibacterium prausnitzii), группы Ruminococci и Clostridium кластеров IV, XIVa, XVIII, а также увеличение Proteobacteria (Escherichia coli), Fusobacteria (Fusobacterium varium) [7][8].

X. X. He et al. (2021) продемонстрировали спектр изменений в бактериальной флоре в зависимости от активности патологического процесса в толстой кишке. Так, у пациентов с рецидивом ЯК количество Proteobacteria значительно увеличивалось, а в стадии ремиссии — уменьшалось; Firmicutes, напротив, демонстрировали противоположную закономерность. Кроме того, с увеличением тяжести воспаления кишки относительное количество некоторых семейств, таких как Lachnospiraceae и Ruminococcaceae, а также α-разнообразие кишечных бактерий снижались, в то время как у представителей Escherichia и Shigella был зафиксирован рост [9]. Поскольку изменения в структуре микробиоты при ЯК могут формироваться как вследствие заболевания, так и после воздействия терапии, вопрос об их причинно-следственной связи остается открытым [10].

Накапливаются данные о том, что измененная кишечная микробиота участвует в инициации воспалительного ответа, индуцируя Т-хелперы (Th) 1, 2, 9, 17 и врождённые лимфоидные клетки для производства провоспалительных цитокинов, таких как интерферон-γ, интерлейкин-17 и фактор некроза опухоли-α (ФНО-α) [11]. G. J. Britton et al. (2019) охарактеризовали иммунные реакции, индуцированные колонизацией кишечной микробиотой человека, стерильных мышей. На гнотобиотической модели колита они показали, что перенос микробиоты пациентов с ВЗК стерильным мышам по сравнению с микробиотой от здоровых доноров увеличивал количество кишечных клеток Th17 и Th2 и уменьшал количество клеток RORγt (RAR-related orphan receptor gamma) и  Treg,  что опосредовало восприимчивость к колиту у мышей [12].

Анализ исследований последних лет позволяет утверждать, что регуляция воспалительного статуса у пациентов с ЯК имеет связь с изменением структуры бактериального сообщества толстой кишки, а таксономический и функциональный состав кишечного микробиома играет роль в формировании ответа на терапию заболевания [13].

Основными группами препаратов, обладающих терапевтическим потенциалом в лечении ЯК, являются 5-аминосалицилаты (5-АСК), глюкокортикостероиды (ГКС), иммуномодуляторы и биологические препараты. Их лечебное действие основано на системной иммуномодуляции или воздействии на специфические цитокины в воспалительном каскаде [14]. Обзор недавних исследований показал, что профиль толстокишечной микробиоты может иллюстрировать множество возможных изменений, опосредованных применением этих лекарственных средств.

Производные 5-АСК являются первой линией препаратов для индукции ремиссии и поддерживающей терапии у пациентов с ЯК легкой и средней степени тяжести. Модельные доклинические исследования демонстрируют изменения структуры бактериального сообщества толстой кишки при использовании 5-АСК. Так, в работе S.A. Cevallos et. аl. (2021) у мышей с колитом, вызванным декстрансульфатом натрия (DSS), применение 5-АСК привело к уменьшению проявлений воспалительной реакции и снижению количества Escherichia coli [15].

У пациентов с ЯК при приёме месалазина в исследовании L. Dai et al. (2020) отмечено снижение количества представителей родов Escherichia-Shigella, Enterococcus и Citrobacter и увеличение Megamonas (Eubacterium), Roseburia, Parabacteroides, Butyricicoccus. Интересным представляется тот факт, что относительное количество Bacillus, Enterococcus и Streptococcus, сниженное применением 5-АСК, показало значительную положительную корреляцию с оценкой Мейо и течением заболевания, а количество Butyricicoccus, Parabacteroides и Pseudomonas увеличивалось под действием месалазина и, напротив, имело отрицательную корреляцию с индексом активности заболевания [16].

Препаратами выбора для пациентов, не отвечающих на терапию 5-АСК, являются ГКС [17]. Данные об их влиянии на бактериальный профиль толстой кишки ограничены и отображены в немногочисленных исследованиях. Так, в экспериментальной работе T. Atherly et al. (2019) продемонстрировано влияние преднизона, пролекарства преднизолона на бактериальную популяцию кишечника у собак. Авторами было отмечено увеличение количества Bifidobacteria (Actinobacteria), Streptococci (Firmicutes) и Faecalibacterium species (Firmicutes) [18]. Интегративный анализ кишечной микробиоты мышей в исследовании J. Zhang et al. (2021) показал снижение относительной численности родов Eisenbergiella и Clostridium XIVb (относятся к Firmicutes) и Alistipes (Bacteroidetes) после 6-недельного лечения преднизоном [19].  

В крупном исследовании М. Schimer et al. (2018) за педиатрическими пациентами с ЯК проводили наблюдение в течение одного года после начала лечения (терапия проводилась 5-АСК (месалазин) или кортикостероидами (КС), а затем месалазином)  и анализировали микробный профиль. Явный сдвиг в таксономическом составе сопровождался изменением активности заболевания и уровня кальпротектина в кале после начала терапии. У пациентов, получавших КС и достигших ремиссии на 4-й неделе, увеличилась численность актиномицетов (но снизилась у пациентов с устойчивым заболеванием), а несколько видов показали значительные различия в их средней численности между этими группами (Wilcoxon, p<0,05):  Bifidobacterium, Fusobacterium, Dialister, Blautia , Ruminococcaceae, Eikenella [20].

Иммуномодуляторы, применяющиеся в лечении ЯК, включают тиопурины (азатиоприн и меркаптопурин), метотрексат и ингибиторы кальциневрина (циклоспорин А и такролимус) [21]. В исследовании F. Liu et al. (2017) изучалось влияние азатиоприна и меркаптопурина на рост культивированных бактерий, ассоциированных с ВЗК — 15 штаммов 5 видов бактерий (Campylobacter concisus, Bacteroides fragilis, Bacteroides vulgatus, Enterococcus faecalis и Escherichia coli). Согласно полученным данным, оба препарата подавляли рост Bacteroides fragilis и Bacteroides vulgatus, азатиоприн показал более высокую эффективность в ингибировании роста Campylobacter concisus и Escherichia coli, при этом  значительного влияния на Enterococcus faecalis препараты не оказали [22].

Малочисленные исследования описывают влияние применения метотрексата на бактериальное сообщество толстой кишки. B. Zhou et al. (2018) характеризуют индуцированные метотрексатом изменения в микробиоте мышей в виде снижения α-разнообразия, резкого сокращения семейства Ruminococcaceae и Bacteroidetes, а также увеличение представителей Lachnospiraceae [23]. Другое исследование M. P. M. Letertre  et al. (2020) на здоровых самцах крыс показало, что лечение низкими дозами метотрексата повышает концентрацию Firmicutes по сравнению с Bacteroidetes, а высокие дозы увеличивают количество Peptostreptococcaceae (Firmicutes), Porphyromonadaceae (Bacteroidetes) и снижают уровни Clostridium, Eubacterium, Ruminococcus (Firmicutes) и Bifidobacterium (Actinobacteria) [24].

Ингибиторы кальциневрина — циклоспорин А и такролимус — являются иммунодепрессантами, используемыми в терапии резистентного к стероидам острого тяжелого ЯК [25]. Интересные результаты получены C. O'Reilly et al. (2020), которые  оценивали влияние циклоспорина А, инкапсулированного в минисферы, на разнообразие и относительную численность кишечной микробиоты в модели толстой кишки и у здоровых добровольцев. Было установлено, что циклоспорин А не влиял на α- и β-разнообразие фекальной микробиоты как in vivo у здоровых людей, которым препарат вводили в течение 7 дней, так и в условиях ферментации ex vivo [26].

Значительные изменения в микробиоте кишечника мышей под влиянием такролимуса наблюдались в исследовании Z. Zhang et al. (2018). На уровне родов количество Allobaculum (Firmicutes), Bacteroides (Bacteroidetes) и Lactobacillus (Firmicutes) было значительно выше в группе такролимуса по сравнению с контролем. Согласно полученным результатам, только в группе лечения высокими дозами препарата наблюдались значительные изменения в микробиоте кишечника, из чего авторы делают вывод, что такролимус оказывает на неё дозозависимое действие [27].

Применение биологических агентов, включающих ингибиторы провоспалительных цитокинов и антагонисты интегрина, позволило повысить эффективность терапии ЯК у пациентов, резистентных к традиционным терапевтическим подходам. Инфликсимаб, адалимумаб и голимумаб представляют собой антитела к ФНО-α, тофацитиниб  — ингибитор янус-киназ (JAK), ведолизумаб  — является антагонистом интегрина [28]. Обзор немногочисленных исследований по теме влияния биологических препаратов на состав кишечной микробиоты показал, что индуцированные изменения бактериального сообщества имеют общие закономерности и существенно не различаются среди биологических агентов. Все они опосредовали уменьшение относительной численности Escherichia и Enterococcus, а также увеличение представителей родов, продуцирующих короткоцепочечные жирные кислоты (SCFAs) [29].

В проспективном исследовании G. Seong et al. (2020) в результате 8 недель применения инфликсимаба кишечная микробиота пациентов, ответивших на лечение и имеющих заживление слизистой оболочки, характеризовалась повышенным видовым α- и β-разнообразием и увеличением таксономического состава типов Firmicutes и Bacteroidetes, в частности, представителей Bacteroides, Faecalibacterium, Blautia и низкой численностью Prevotella. Авторы делают вывод, что состав микробиоты кишечника связан с реакцией на применение анти-ФНО-α и рассматривают потенциал фекальной микробиоты в качестве индикатора ответа на лечение [30]. В исследовании Y. Zhou et al. (2018) у пациентов, ответивших на лечение инфликсимабом, наблюдалось восстановление α-разнообразия кишечной микробиоты и значительное увеличение относительной численности Clostridiales по сравнению с группой пациентов, у которых произошел рецидив заболевания [31].

Первичное отсутствие ответа после завершения индукционного периода терапии адалимумабом или инфликсимабом у пациентов с ВЗК в исследовании H. Аlatawi et al. (2022) характеризовалось снижением биоразнообразия, увеличением условно-патогенной микробиоты и снижением численности бактерий, продуцирующих SCFA (Anaerostipes, Coprococcus, Lachnospira, Roseburia и Ruminococcus). Биомаркеры, которые были идентифицированы авторами как предикторы отсутствия клинического ответа, включали Klebsiella, Eubacteriaceae, Bifidobacterium animalis и Muribaculaceae [32].

Изучение влияния на микробиоту антител, нацеленных на интегрин, проводилось в исследовании A.N. Ananthakrishnan et al. (2017). Значительных дифференциальных изменений в таксонах не отмечено, однако у пациентов с ЯК, не достигших ремиссии при применении ведолизумаба, наблюдалось увеличение Strepotococcus salivarium [33].

M. Effenberger et al. (2020) предположили, что показатели разнообразия кишечного микробиома функционально не отражают основные метаболические изменения, которые могут свидетельствовать о терапевтическом результате. Авторами было показано, что применение как азатиоприна, так и анти-ФНО агентов у пациентов с ЯК, достигших клинико-эндоскопической ремиссии, сопровождается восстановлением микробного разнообразия кишечника, а также повышенной продукцией бутирата, по сравнению с пациентами без ремиссии [34].

На сегодняшний день формируется понимание микробиома кишечника как влиятельного динамического сообщества и инструктора иммунитета слизистой оболочки, который можно использовать в диагностических и терапевтических целях. Взаимодействие микробиоты кишечника и лекарственных препаратов при ЯК всё ещё остается сложным и открытым вопросом. Обзор литературы по данной теме продемонстрировал многообещающие перспективные направления в изучении опосредованной неантибиотическими препаратами модуляции микробиоты, необходимые для улучшения терапевтических эффектов и клинических результатов.