Žarnų mikrobiota ir kraujodaros kamieninių ląstelių transplantacija: kur mes atsidursime? | kaulų čiulpų transplantacija

Žarnų mikrobiota ir kraujodaros kamieninių ląstelių transplantacija: kur mes atsidursime? | kaulų čiulpų transplantacija

Anonim

Dalykai

  • Vėžio imunoterapija
  • Genetiniai tyrimai

Anotacija

Biologinių metodų pažanga paskatino didelę pažangą suprantant žmonių sąveiką su 10–100 trilijonų mikrobų, gyvenančių jų virškinimo trakte: žarnų mikrobiota (GM). Šioje apžvalgoje mes aprašome naujausius duomenis apie GM vaidmenį atliekant kraujodaros kamieninių ląstelių transplantaciją, daugiausia dėmesio skiriant imunomoduliacinėms savybėms atkuriant imuninę sistemą ir poveikį pagrindinių komplikacijų, kaip GvHD ir infekcijų, išsivystymui.

Įvadas

Mikroorganizmai, gyvenantys kartu su žmogaus kūnu, bendrai vadinami mikrobiotomis. Žmonėms būdingas glaudus simbiozinis ryšys su 10–100 trilijonų mikrobų, gyvenančių jų virškinimo trakte. Biologinių metodų pažanga įdiegus masiškai lygiagrečią naujos kartos sekvenavimą (NGS), suteikė naujų žinių apie žarnyno mikrobiotos (GM) sudėtį ir sudėtingumą, nustatant bakterinius taksonus, kurie nėra lengvai auginami in vitro . 1, 2, 3

Mikrobiota vaidina svarbų vaidmenį žmonių sveikatai ir ligoms. Ypač GM dalyvauja energijos kaupime ir kaupime bei metabolinėse funkcijose 4 riboja enteropatogenų patekimą į virškinimo traktą 5 ir daro įtaką šeimininko imunitetui, būdamas strateginis mūsų imuninės homeostazės ugdymo ir išsaugojimo dalykas. 6, 7

Atsižvelgiant į glaudų GM ir imuninės sistemos pokalbį, po hematopoetinių kamieninių ląstelių transplantacijos (HSCT) vis svarbesnis vaidmuo tenka GM. Pastaraisiais metais buvo gauta naujų įžvalgų apie GM vaidmenį imuninės sistemos atsigavimui po HSCT ir prasidėjus infekcijoms bei GvHD.

Šioje apžvalgoje mes pateikiame atnaujintą imuninės homeostazės biologiją, susijusią su mikrobiota ir HSCT. GM apibūdinimo metodikos yra apibendrintos išsamia turimos literatūros apžvalga, kurioje įvertinamas GM poveikis HSCT rezultatams.

Žarnyno mikrobiotos apibūdinimo metodologinis metodas

Pastaraisiais metais buvo sukurti nauji, nuo kultūros priklausomi, GM apibūdinimo metodai, leidžiantys padidinti ekosistemos kultivuojamąją dalį iki 50%. 8 Tačiau faktas yra tas, kad šiais laikais metodas, pasirinktas atlikti GM tyrimą, tebėra gilus mikrobų DNR, paimto iš išmatų mėginių, sekos nustatymas 9, vienintelis metodas, leidžiantis atskleisti visą biologinį ekosistemos sudėtingumą. .

Giluminis mikrobų DNR sekos nustatymas iš esmės atliekamas naudojant NGS pagrįstas technologijas, iš esmės 454-pirosequencing (Life Sciences-Roche, Branford, CT, JAV), Illumina (San Diegas, CA, JAV) ir Ion Torrent NGS platformas (Thermo Fisher Mokslinis, Waltham, MA, JAV). Abi šios technologijos sujungia mažą vienos sekos kainą su didelio pralaidumo trumpų DNR fragmentų sekvenavimu.

Žmogaus GM molekulinis įvertinimas iš esmės remiasi dviem mikrobų DNR NGS metodais - 16S ribosominės DNR geno V3 – V4 sekų sekos nustatymu, kuris leidžia rekonstruoti filogenetinę ekosistemos struktūrą.

GM kompozicinės struktūros aprašymas atliekant 16S ribosomų DNR sekos nustatymą apima tvirtą ir gerai įtvirtintą vamzdyną, 10 apimantį DNR ekstrahavimą iš išmatų, 16S ribosominės DNR V3 – V4 srities amplifikaciją PCR, bibliotekos paruošimą, DNR sekos nustatymą, bioinformatiką ir biostatistikos analizės. 11 Be ne tik GM ekosistemos kompozicinės struktūros pateikimo įvairiais filogenetiniais lygiais (nuo prieglobsčio, bet ir iki genties lygio), kiekybinių įžvalgų į mikrobų ekologiją (QIIME) dujotiekis leidžia apskaičiuoti ir individų įvairovę (alfa įvairovę) ir vidinę įvairovę. - individuali ekosistemos įvairovė (beta įvairovė). Abu parametrai yra pagrindiniai veiksniai, apibūdinantys žarnyno mikrobų ekosistemos konfigūraciją. Pirmasis yra svarbiausias veiksnys, apibūdinantis disbiotinę GM struktūrą, kuriai visada būdingas ekosistemų įvairovės sumažėjimas. 12 Antrasis yra pagrindinis veiksnys, apibūdinantis ir kiekybiškai įvertinantis tiriamųjų grupių kompozicijos skirtumus, pavyzdžiui, atvejo kontrolės tyrimuose, tiriantys su GM susijusius kompozicijos nukrypimus.

Iš išmatų išgautos mikrobinės DNR kulkosvaidžiais NGS galima apibūdinti GM metagenomą, apibrėžtą kaip bendrą GM mikrobų genomo kiekį. 13, 14, 15, 16 Net jei reikia milžiniškų sekos nustatymo pastangų, GM mikrobiomo apibūdinimas leidžia pateikti naudingos informacijos apie ekosistemos funkcinę konfigūraciją, kurią lengvai galima paversti bendru metabolizmo polinkiu. 17

Žarnos mikrobiotos ir šeimininkų gynybos santykis

Virškinimo trakto barjeras yra didžiausias žmogaus kūno paviršius, be to, jis absorbuoja, taip pat atlieka keletą skirtingų funkcijų, tokių kaip mikrobų kolonizacijos reguliavimas ir gleivinės imuninis atsakas. GM kontroliuoja specializuotos žarnyno epitelio ląstelės (IEC), sekretorinės goblet ląstelės ir Paneth ląstelės, gamindamos viršūninį gleivinį sluoksnį, plačiai taikomų antimikrobinių baltymų (AMP) sekreciją ir sekrecinio IgA transcitozę. 18, 19, 20, 21 dienomis

GM sudėtį ir produktus galima laikyti savęs pratęsimu ir turėti netikėtą poveikį imuninei sistemai. Pavyzdžiui, du tariamai genetiškai identiški organizmai, tokie kaip tos pačios lyties įgimtos pelės, gali turėti labai skirtingą metabolinį ir uždegiminį atsaką, priklausomai nuo jų mikrobiotos struktūros. Esant imuninei homeostazei, abipusiai GM komponentai susisiekia su žarnos epiteliu ir po jais esančiais limfoidiniais audiniais, palaikydami normalią imuninio fenotipo funkciją ir neišryškindami ligos. 23 GM disbiozė, priešingai, gali sukelti arba sukelti polinkį į keletą uždegiminių sutrikimų, tokių kaip žarnyno uždegiminės ligos, astma, autoimuninis artritas ir diabetas. 24, 25, 26, 27

Žarnyno liumenuose sudėtingas ryšys tarp imuninės sistemos ir mikrobiotos pasiskirsto keliais lygmenimis. Imuninės sistemos reakcija gali būti tarpininkaujama atpažįstant mikrobinius ligandus arba tiesiogiai veikiant imuninės sistemos ląstelėms ir šviesai, ir mikroorganizmų komponentams, arba per sąveiką su jų metaboliniais galutiniais produktais, tokiais kaip riebalų trumpos grandinės. rūgštys (SCFA). Galutinė visų šių signalų pusiausvyra gali skatinti imuninę toleranciją arba uždegiminį imuninį atsaką. 28

Vieną šios sąveikos pavyzdį rodo IEC, kurie integruoja kommensalinių bakterijų išvestus signalus į antimikrobinius ir imunoreguliacinius atsakus, mikrobinius ligandus atpažindami iš Ag nepriklausomų modelio atpažinimo receptorių (PRR). PRR yra receptoriai, kurie specifiškai atpažįsta ir suriša išskirtinius mikrobinius molekulinius ligandus, tokius kaip lipopolisaharidas, flagellinas, peptidoglikanai ir formilinti peptidai. Labiausiai tirti PRR yra į rinkliavą panašūs receptoriai (TLR). Be IEC, TLR taip pat yra įgimtos imuninės sistemos ląstelės (makrofagai ir dendritinės ląstelės (DC)) ir adaptyviosios imuninės sistemos ląstelės (T- ir B ląstelės). Funkcinė TLR įsitraukimo pasekmė priklauso nuo reaguojančios ląstelės tipo, kurioje yra ligandas. Skirtingai nuo patogenų, kurie naudoja TLR kelius uždegimui sukelti, kommensalinės bakterijos išnaudoja TLR kelią žarnyno homeostazei palaikyti. 29, 30

Kitas pavyzdys - mikrofoldos ląstelės, specializuotos IEC, koncentruotos su folikulais susijusiame epitelyje, 31 iš kurių nuolat imami luminaliniai AG, kad būtų galima pateikti į pagrindines dendritines ląsteles. 32, 33, 34 Šių ląstelių aktyvinimas kommensalinėmis bakterijomis, tokiomis kaip Lactobacillus reuteri ir L. casei , moduliuoja imuninę sistemą diferencijuodamas naivesnes T-pagalbininkų (Th) ląsteles į Trego ląsteles. 35

Imuninis atsakas taip pat yra susijęs su informacija, gauta iš vietinių žarnyno, esant DC galimybėms stebėti, ar nėra ATS, gauto iš kommensalinių bakterijų. 36 Su DC susiję ląstelių energijos išteklių jutikliai yra reguliuojami AMP aktyvuotomis baltymų kinazėmis, kaip žinduolių rapamicino taikiniu. Šis kelias veikia tiek įgimtas, tiek adaptacines imuninės sistemos dalis. Iš tikrųjų, reaguodamas į ATP stimuliaciją, aktyvuotų DC interleukino (IL) -6 ir IL-23 sekrecija skatina Th17 ląstelių diferenciaciją, 37 ir slopina Treg vystymąsi bei atminties T-ląstelių susidarymą, skatina Th1, Th2 ir Th17 diferenciaciją. ląstelių ir reguliuoja CD8 + T-ląstelių prekybą. 36, 38

Visi šie mechanizmai yra tik dalis sudėtingos sąveikos, reguliuojančios vietinį ir sisteminį uždegiminį atsaką, atsirandantį dėl imuninės sistemos ir GM santykio, ir pabrėžiantys, kaip GM atlieka pagrindinį vaidmenį šeimininko gynybinėje sistemoje.

Imunomoduliacinis žarnų mikrobiotos poveikis priešvėžiniam imuniniam atsakui

Mikrobiotos vaidmuo formuojant sisteminį imuninį atsaką buvo tiriamas vėžio modelyje ir stebinantys duomenys rodo, kad GM sudėtis gali reikšmingai paveikti priešvėžinį imuninį atsaką. Kommensalinės bakterijos skirtingai veikia uždegiminio tono tipą, reikalingą reaguojant į tradicinius chemoterapinius vaistus, pvz., Ciklofosfamidą, 39, 40, ir antikūnus, blokuojančius imuninės sistemos slopinimo kelius, kaip citotoksinį T-limfocitų antigeną (CTLA) -4 ir ašį tarp užprogramuotos ląstelių mirties. 1 baltymas (PD-1) ir jo ligadas 1 (PD-L1). 41, 42

Visų pirma, ciklofosfamidas keičia GM sudėtį plonojoje žarnoje ir skatina atrinktų gramneigiamų bakterijų perkėlimą į antrinius limfoidinius organus. Šios bakterijos skatina specifinių imuninių reakcijų, kurias perduoda „patogeninės“ Th17 ląstelės ir Th1 atmintis, susidarymą. Pelėms, neturinčioms gemalų ar gydomoms antibiotikais, siekiant sunaikinti gramteigiamas bakterijas, buvo sumažėjęs Th17 atsakas, o jų navikai buvo atsparūs ciklofosfamidui. Priimtas Th17 ląstelių perkėlimas iš dalies atstatė priešvėžinį ciklofosfamido veiksmingumą. 39

Kito eksperimento metu su pelėmis, kurios buvo gydomos antibiotikais ar be gemalų, iš naviko įsiskverbiančios mieloidinės ląstelės blogai reagavo į chemoterapiją iš platinos. Tai lemia mažesnę citokinų gamybą ir naviko nekrozę, taip pat nepakankamą reaktyviųjų deguonies rūšių gamybą ir citotoksiškumą po chemoterapijos. Taigi, norint optimaliai reaguoti į vėžio terapiją, reikalinga nepažeista kommensalinė mikrobiota, kurios poveikis tarpininkaujant modifikuojant mieloidinių ląstelių funkcijas naviko mikroaplinkoje. 40

Taip pat melanomos augimas buvo skirtingas pelėms, turinčioms skirtingas kommensalines GM kompozicijas. Šiame eksperimente buvęs kommensalinis Bifidobacterium modifikuoja naviko T-ląstelių infiltraciją, todėl gaunami palankūs rezultatai ir sustiprėja atsakas į imunoterapiją PD-L1 antikūnais. 41

Imunostimuliuojantis GM kompozicijos vaidmuo taip pat buvo tiriamas pelių melanomos, gydytos monokloniniu Ab, nukreiptu prieš CTLA-4, skirtingą neigiamą T-ląstelių aktyvacijos reguliatorių, modeliu. GM sudėtis, ypač Bacteroidales, veikia Th1 imuninį atsaką, palengvindama navikų kontrolę pelėms ir pacientams, nors ir menkinanti žarnyno vientisumą. Pelių, gautų pelėse, gydomose antibiotikais ar be gemalų, CTLA blokada nebuvo veiksminga. Šis trūkumas buvo pašalintas apdorojus B. fragilis imunizuojant B. fragilis polisacharidais arba pernešant B. fragilis specifines T ląsteles. Visi šie pastebėjimai patvirtina mintį, kad žarnyno mikrobų sudėtimi būtų galima manipuliuoti, kad būtų stimuliuojamos kommentalės, susijusios su priešvėžiniu imunitetu.

Žarnos mikrobiota ir kraujodaros kamieninių ląstelių transplantacija

GM sudėties raida HSCT metu

Genetiškai modifikuota GM struktūra iki transplantacijos, palyginti su suaugusiųjų ir vaikų ekosistemos turtingumu ir įvairove, gerai atitinka įprastą sveikai apibūdinamą profilį 1 . 43, 44, 45 Jis taip pat efektyvus SCFA gamybos prasme - patikimiausias mikrobiotos ir šeimininko tarpusavio konfigūracijos biomarkeris. Šis stebėjimas parodo didelį GM, kuris atkuria savo struktūrą prieš HSCT, dinamiškumą, nepaisant šių pacientų gydymo, atsižvelgiant į chemoterapiją ir antibiotikų poveikį (1 paveikslas).

Image

Hematopoetinių kamieninių ląstelių transplantacija (HSCT) laikinai sutrikdo žarnyno mikrobiotos įvairovę, individualų parašą ir trumpų grandinių riebalų rūgščių gamybą. Dėl HSCT buvo padarytas didelis žarnyno ekosistemos sutrikimas, kurį galima išmatuoti vidutiniškai ~ 30% pradinės HSCT alfa įvairovės praradimu. Spalvotą šio paveikslėlio versiją galite rasti „ Bone Marrow Transplantation“ žurnale internete.

Visas dydis

HSCT ir visos susijusios standartinės procedūros, tokios kaip kondicionavimo režimas, antibiotikų ekspozicija, dieta ir profilaktika nuo rūgščių, yra sutrikęs įvykis, iš esmės pakeitęs GM struktūrą ir sutrikdantis jo savitarpio turtą. 43, 44 Visų pirma, neutropenijos laikotarpiu, žarnų ekosistemos rūšių turtingumas (alfa įvairovė) sumažėjo ~ 30%, palyginti su ikikrobiniu HSCT. GM struktūrai būdinga didžiulė naujų rūšių invazija ir išsaugoma <10% ankstesnių rūšių. Dėl šių pakeitimų prarandamas individualus išdėstymas. Dviem trečdaliais pacientų buvo stebimi dideli žarnyno mikrobiotos poslinkiai, rodantys enterokokų ar streptokokų dominavimą. 46 Dėl šio gilaus GM modifikavimo prarandama ir sveikatą skatinančių rūšių, pavyzdžiui, Faecalibacterium ir Ruminococcus, gausa . 43

Buvo nustatyti specifiniai veiksniai, siejami su konkrečiu GM išdėstymu po HSCT. Pacientams, vartojantiems tiek geriamąjį ciprofloksaciną, tiek sisteminius plataus veikimo spektro antibiotikus, padidėjo enterokokų kiekis ir tuo pat metu sumažėjo kommensalinių bakterijų skaičius. Galimas šio reiškinio paaiškinimas yra tas, kad kommensalinės bakterijos yra svarbūs AMP induktoriai, pavyzdžiui, Paneth ląstelių gaminami α-defenzinai, selektyviai veikiantys ne kommensalines gramneigiamas ir gramneigiamas bakterijas, 47 nukreiptas į labai konservuotus ir esminius bakterijų biologija.

Po ilgo šių antibiotikų vartojimo sumažėja kommensalinių bakterijų buvimas GM, taigi ir AMP, tokių kaip C tipo lektiną regeneruojantis salelių išvestas baltymas III α (REG3α), kuris yra pagrindinis peptidas, užkertantis kelią enterokokų pervargimui. 48 Taip pat pacientams, sergantiems virškinimo trakto GvHD, aprašytas ryškus α-defensinų sekrecijos sumažėjimas dėl alogeninės T-ląstelių reakcijos, todėl padaryta didžiulė žala Paneth ląstelėms. Kaip minėta aukščiau, šie peptidai reguliuoja patogeno florą žarnyne, nors ir išsaugo kommensus. Taigi galutinis rezultatas yra endogeninių savivardininkų įvairovės praradimas, atveriantis kelią aloktoninių oportunistinių bakterijų dauginimuisi. 49

Įdomu tai, kad nedidelis procentas bakterijų rūšių priešinasi HSCT ir yra išsaugomos viso išilginio tyrimo metu, nes ekosistema yra nusiminusi, o vėliau vėl atsiranda. Šios išliekančios rūšys galėtų būti „įkūrėjos“ atstatyti į sveiką ekosistemą, kai tik sąlygos leis. 43 Iš tikrųjų žinoma, kad Bacteroides rūšys, kurios yra labiausiai paplitusios tarp išliekančių rūšių, veikia kaip bakterijų rezervuaras, kad galėtų palaikyti ilgalaikę kolonizaciją arba pakartotinai užpildyti žarnas po ekosistemos sutrikimo. 50, 51, 52 Atvirkščiai, didžioji dalis naujai įgytų filotipų, laikinai įsiveršiančių į ekosistemą, vėliau pakeičiami GM pasveikimo metu. Iš tikrųjų, praėjus maždaug 60–100 dienų po HSCT, ekosistema atgauna pradinį turtingumą, dar kartą patvirtindama didelę GM dinamiką.

GM vaidmuo HSCT

Neseniai buvo įrodytas atitinkamas GM poveikis HSCT. Visų pirma, žarnyno mikrobų bendruomenės įvairovė buvo patikimas bendrojo persodintų pacientų mirtingumo prognozė. Iš tiesų, per 80 transplantuotų suaugusiųjų kohortoje, mažo, vidutinio ir labai įvairaus pobūdžio žarnyno įvairovė per transplantaciją apibrėžė tris grupes, kurių bendras išgyvenamumas buvo 3 metai: atitinkamai 36, 60 ir 67%. 45 Mirtingumo lygio padidėjimą šiame tyrime pirmiausia lėmė su transplantacija susijusios priežastys, rodančios ryšį tarp šio mikrobų įvairovės trūkumo ir infekcijos ir (arba) GvHD. 45

Taip pat nustatyta, kad 3-indoksilo sulfato, netiesioginio GM sveikatos žymens, išsiskyrimas su šlapimu leidžia prognozuoti blogą, ankstyvą ir ilgalaikį transplantacijos pacientų rezultatą. 3-indoksilo sulfatas yra l-triptofano metabolizmo produktas, kurį sukelia kommensalinės bakterijos, ekspresuojančios triptofanazę, ir veikia kaip tarpląstelinis signalas mikrobų bendruomenėse, modifikuodamas gleivinės barjero funkciją ir pro- ir priešuždegiminių genų ekspresiją IEC. Mažas 3-indoksilo sulfato kiekis buvo sutrikdytas GM parašas ir buvo susijęs su žymiai didesniu su transplantacija susijusiu mirtingumu ir blogesniu išgyvenamumu praėjus vieneriems metams po HSCT. 53 (Klinikiniai tyrimai, vertinantys GM HSCT, apibendrinti 1 lentelėje).

Pilno dydžio lentelė

GvHD

GvHD yra susijęs su dideliais GM sudėties pokyčiais tiek pelėms, tiek žmonėms, gaunantiems HSCT. 54 Pelių modeliams būdinga specifinė disbiozė, susijusi su GvHD, būdinga bendrosios įvairovės praradimu, bakterijų grupių Enterobacteriales ( Escherichia , Klebsiella ir Enterobacter rūšimis) ir Lactobacillales ( Lactobacillus , Enterococcus ir Streptococcus rūšių) skaičiaus padidėjimu ir sumažėjimu. įpareigoti anaerobines bakterijas iš Clostridiales (Faecalibacterium, Roseburia, Ruminococcus ir Blautia) . 49, 54, 55

Eksperimentinis pelės modelis parodė, kad mikrobiota, savo ruožtu, gali modifikuoti žarnyno uždegimo sunkumą. Iš tiesų, GvHD buvo apsunkintas pašalinant Lactobacillales iš pelių floros prieš HSCT, tuo tarpu vėl įvedant vyraujančias Lactobacillus rūšis buvo reikšminga apsauga nuo GvHD. Kitas elegantiškas eksperimentinis pelės modelis palygino arba L.rhamnosus GG, arba ciprofloxaciną atskirai nuo 7 dienos iki transplantacijos ir visą laikotarpį po transplantacijos, arba ciprofloxacin 7 dienas, po to L. rhamnosus GG po transplantacijos, parodant, kad skiriama peroraliai. L. rhamnosus GG prieš ir po transplantacijos pagerina išgyvenamumą ir sumažina ūminį GvHD. Be to, mezenterinio limfmazgio audinio, kuris yra pažeistos gleivinės barjerinės funkcijos požymis dėl žarnyno uždegimo, auginimas parodė mažesnį žarnyno bakterijų perkėlimą. Šis pastebėjimas rodo, kad antibiotikų poveikis prieš HSCT keičia žarnyno GvHD riziką ir kad tikslingas pakartotinis floros atkūrimas gali sumažinti GvHD sunkumą.

Duomenys apie žmones, tiek suaugusius, tiek vaikus, yra tokie patys kaip pelių modeliuose. Visų pirma, GvHD atsiradimas buvo susijęs su žinomo sveikumą skatinančio faecalibacterium gausumo sumažėjimu pagal Clostridiales kategoriją ir dideliu procentiniu Enterococcus skaičiumi . 43, 44. Pastarieji mikroorganizmai gali prisidėti prie padidėjusio žarnyno uždegimo tiek pelėms, tiek žmonėms, sukeldami IL-1 ir IL-6 gamybą, dėl ko vėliau suaktyvėja Th1 ir Th17. 44 Taigi enterokokų vyravimas kartu su famencalibacterium ir Clostridiales, laikomų svarbiais palaikant toleranciją žarnyno mikrobiomui, skaičiavimu , 57, 58, gali padėti palaikyti žarnyno uždegimą. Kita vertus, žarnyno floros įvairovė ir didelis Clostridiales kategorijos Blautia bakterijų genties procentas GM ankstyvuoju laikotarpiu po HSCT buvo susijęs su sumažėjusiu GvHD letališkumu. 59

Galiausiai sėkmingai pademonstravome skirtingą GM ekosistemos atkūrimo po HSCT laikinąją trajektoriją tarp GvHD ir ne GvHD asmenų. 43 Įdomu tai, kad GvHD ir ne GvHD tiriamieji taip pat skiriasi iki HSCT GM parašo, kuris prognozuojamas savita trajektorija po HSCT GM rekonstrukcijos. Ne GvHD tiriamųjų tarpe yra daugiau Bacteroidetes prieglobsčio narių, kurie, kaip žinoma, gamina SCFA iš maistinių skaidulų, 55 ir daro įtaką imuninio atsako dydžiui ir kokybei. 60 SCFA yra galutiniai kompleksinių augalinių polisacharidų fermentacijos produktai, kurių vien tik žmogus nesuvirškina, nes mūsų genomai neužkoduoja tinkamo glikozidų hidrolazių repertuaro. 61 SCFA yra vienas aiškiausių pavyzdžių, kaip mityba ir maistinių medžiagų perdirbimas mikrobiotoje formuoja imuninį atsaką.

Kompleksiniai polisacharidų fermentatoriai, priklausantys Clostridia rūšims, yra susiję su padidėjusia SCFA (acetato, propionato ir butirato) gamyba ir iš to išplaukiančiomis ir aktyvinančiomis storosios žarnos reguliuojamąsias T ląsteles (Tregs) IEC gaminant transformuojantį augimo faktorių β. 57, 62 Visų pirma butiratas modifikuoja citokinų gamybos profilį, sukeldamas stiprų priešuždegiminį citokiną IL-10, sukeldamas storosios žarnos Tregus, padidindamas žarnyne esančių molekulių 61 ir Foxp3. Tai taip pat skatina žarnyno epitelio barjero vientisumą, 64 ribojant gleivinės imuninės sistemos ekspoziciją šviesių mikrobų poveikiui, užkertant kelią abejotiniems uždegiminiams atsakams ir sustiprinant DC pirmtakų, turinčių mažą gebėjimą suaktyvinti su alergija susijusias 2 tipo Th tipo ląsteles, kraujodaros procesą. 26

Įdomu tai, kad pacientų, sergančių GvHD, disbioze būdingi panašūs požymiai, kaip ir pacientams, sergantiems uždegiminėmis žarnyno ligomis. Iš tikrųjų sumažėjęs mikrobų turtingumas, sutrikusi butiratų gamintojų ir gramneigiamų bakterijų (ypač Clostridium grupių IV ir XIVa) gausa buvo susijusi su žarnyno uždegimo intensyvumu abiejuose. Enterobakterijų kiekis diagnozės metu buvo neigiamai susijęs su tolesniais klinikiniais rezultatais, o padidėjęs gausumas buvo susijęs su uždegimo laipsniu. 66 Kaip ir GvHD, taip pat sergant Crhono liga, buvo nustatytas žemesnis Firmicutes, tokių kaip Faecalibacterium prausnitizi, kuris yra pagrindinis SCFA butirato gamintojas, kiekis. 67, 68

Infekcija

Išankstinis transplantacijos kondicionavimas palaipsniui pašalina cirkuliuojančius granulocitus ir monocitus ir žymiai padidina jautrumą išplitusioms infekcijoms. 69, 70 Be to, dėl radiacijos ir chemoterapijos sukelto žarnyno epitelio ląstelių sunaikinimo kommensaliniai mikrobai gali įsiskverbti į audinius ir kraujotaką. 71

Todėl ankstyvuoju transplantacijos laikotarpiu sisteminės bakterinės infekcijos yra dažnos. 72 Vankomicinui atsparus enterokokas (VRE), Streptococcus grupės virusai ir aerobinės gramneigiamos bakterijos yra dažniausios kraujotakos infekcijos priežastys po HSCT. 73, 74 Sudėtinės kommensalinės mikrobų populiacijos, kolonizuojančios žmogaus žarnyną, suteikia atsparumą infekcijai, o patogenų padidėjimas žarnyne skatina atsparių bakterijų vystymąsi. 75 Neseniai Tauras ir kt. 46 išilgai apibūdinta 94 pacientų, kuriems atlikta HSCT, išmatų mikrobiota ir stebimi dideli žarnyno mikrobiotos pokyčiai dviem trečdaliams pacientų, kuriems vyravo enterokokų ar streptokokų padėtis , o žarnyno dominavimui nustatyta 30% riba. Šie pasipiktinimai koreliavo su vėlesniu atitinkamos kraujotakos infekcijos išsivystymu VRE arba gramneigiamomis bakterijomis.

Įdomu tai, kad Streptococci ir VRE grupės viridai buvo istoriškai dažniausiai HSCT sergančių pacientų kraujotakos infekcijos, pasireiškusios prieš transplantaciją. 72, 73, 76 enterokokų dominavimas buvo susijęs su padidėjusia VRE bakteriemijos rizika, tuo tarpu, kai proteobakterijos dominavo žarnyne, padidėjo bakteriemijos rizika, vartojant aerobines gramneigiamas bakterijas. Beveik 50% pacientų, sergančių bakteriemija, buvo įrodyta, kad atitinkamas organizmas anksčiau dominavo žarnyne, o mediana tarp dominavimo ir bakteriemijos tiems pacientams buvo 7 dienos. 46

HSCT metu paskirtų antibiotikų vaidmuo GM įvairovei buvo išsamiai įvertintas. Metronidazolas buvo susijęs su padidėjusia enterokokų dominavimo rizika, 77 palaikydamas mintį, kad anaerobinės bakterijos prisideda prie atsparumo kolonizacijai. Fluorokvinolonai apsaugoti nuo proteobakterijų dominavimo, sumažinant gramneigiamų kraujotakos infekcijų riziką. Ši išvada patvirtina ankstesnius fluorokvinolonų profilaktikos tyrimus pacientams, sergantiems neutropenija 79, ir atskleidžia apsaugos mechanizmą.

Plaučių komplikacijos

Keletas tyrimų parodė, kad žarnų disbiozė gali sukelti uždegimą sergant astma ir alerginėmis kvėpavimo takų ligomis, 26 cistine fibroze 80 ir infekcijos sukeltu plaučių uždegimu 81, taip pat nesant plaučių kolonizacijos ar infekcijos. Žarnyno pralaidumas gali būti susijęs su bakterijų ir (arba) mikrodalelių, tokių kaip lipopolisaharidas, persikėlimu pakeliui į ūminį plaučių pažeidimą ir su sepsiu susijusį ūminio kvėpavimo distreso sindromą.

Harris ir kt. Neseniai atliktas HSCT tyrimas, kurio metu buvo įvertintas GM vaidmuo plaučių komplikacijų (PC) metu, tyrė GM vaidmenį atliekant kryžminimą žarnyno ir plaučių srityje. 66 pacientams, kuriems persodinti persodinti pacientai, jie rado 112 kompiuterių (kuriuos apibūdino rentgenografiniai parenchiminiai anomalijos nustatant kvėpavimo takų simptomus / simptomus ir su tuo susijęs mirtingumas). Aukštas bendro sergamumo indeksas, fluorokvinolonai, maža pradinė įvairovė ir įdomiai gammaproteobakterijų dominavimas išmatų mikrobiotos prognozuojamuose kompiuteriuose. Gamaproteobakterijos yra bakterijų klasė, kuriai priskiriami kvėpavimo sistemos patogenai, tokie kaip Klebsiella pneumoniae ir K. oxytoca . Šie radiniai gali reikšti tiesioginį bakterijų perkėlimą į plaučius ankstyvo persodinimo metu arba netiesioginį plaučių sužalojimą, kurį sukelia sisteminės ar vietinės uždegiminės reakcijos stimuliavimas kaip galimus mechanizmus; taip pat asociacijos gali atspindėti bendrą mikrobiotos būklę arba antimikrobinių medžiagų vartojimą.

Transplantatas prieš naviką

Atsižvelgiant į tai, kad žarnyno bakterijos yra sisteminio imuninio atsako moduliatoriai, Peled et al. 83 taip pat iškėlė hipotezę, kad žarnyno floros komponentai gali būti siejami su transplantato ir auglio veikla, pakeisdami atkryčio greitį po HSCT. Pirmą kartą buvo nustatytas ryšys tarp atkryčio po HSCT ir GM sudėties. Iš 160 paskirstytų suaugusiųjų, sergančių onkologine liga, grupėje taksonai, labiausiai susiję su atkryčio nuo atkryčio priežastimi, buvo žmogaus burnos floros, įskaitant Streptococcus anginosus, nariai . Pacientams, kurių organizme gausu šios bakterijos, po transplantacijos recidyvas buvo mažesnis, tuo tarpu Enterococcus faecium buvo susijęs su padidėjusia atkryčio rizika. 83

Ateities perspektyvos

Didėjančios žinios apie GM ir imuninės sistemos ryšį atveria daugybę diagnostinių ir terapinių galimybių persodintiems pacientams. Gali būti keliamos kelios diagnostinės ir terapinės strategijos, leidžiančios perduoti šias žinias iš suolo ant lovos.

Aukštos rizikos pacientų, kuriems padidėja su transplantacija susijusio mirtingumo tikimybė, nustatymas galėtų padėti išvengti ankstyvų gyvybei pavojingų komplikacijų, susijusių su GM disbioze, prevencijos ar gydymo. Greitas biomarkeris, galintis nustatyti GM eubiotinę būklę, būtų neįkainojama priemonė. Neseniai buvo įrodyta, kad šlapime esantis 3-indoksilo sulfato lygis, mikrobiotos sveikatos žymeklis, gali nustatyti didelės rizikos pacientus ankstyvuoju laikotarpiu po HSCT, 53, nors REG3α, antimikrobinio produkto, kurį gamina IEC, koncentracija buvo koreliuojama su mažesne. virškinimo trakto GvHD ir leido numatyti atsaką į GvHD gydymą. 84

Galimą intervenciją galima būtų hipotezuoti tiek prieš, tiek po HSCT ir pradedant nuo prebiotikų, tokių kaip dieta, turinti daug skaidulų, ir probiotikų, fekalinių mikrobiotų perkėlimo (FMT), iki tikslinės antibiotikų terapijos, pritaikytos GM sudėčiai.

Įrodyta, kad probiotikai keičia GM sudėtį ir tokiu būdu tarpina priešuždegiminį poveikį. Nors yra tam tikrų problemų dėl probiotikų vartojimo pacientams, turintiems imunodeficitą, strategijos, skirtos pakartotinai įnešti sudėtines mikrobų populiacijas į žarnyną po HSCT, gali būti naudingos. Jų naudojimas gali pasiūlyti naują požiūrį į GvHD silpninimą ir kraujotakos infekcijų riziką. Probiotiko L. plantarum paskyrimas buvo patikrintas didelėje grupėje vaikų, kuriems buvo atliktas alogeninis HSCT ir kurie kasdien buvo papildomi 1 savaitę prieš transplantaciją iki +14 dienos. Buvo įrodytas saugumas ir įgyvendinamumas, o L. Planarum bakteriemijos atvejų nepastebėta. 85

FMT susideda iš sveiko donoro išmatų suspensijos įvedimo. Tai buvo sėkmingai atlikta pacientui, kuriam buvo pasikartojanti su Clostridium difficile susijusi liga. 86 Po FMT gavėjo bakterinė sudėtis buvo labai panaši į donoro, o tai rodo, kad donoro bakterijos gali gyventi savo būtinose nišose atnaujindamos esamas mikrobų bendrijas. Nors reikės išspręsti susirūpinimą dėl infekcinių organizmų, perduodamų per FMT, du HSCT pacientai sėkmingai gavo FMT. 87, 88

Be to, galėtų būti parengtos manipuliavimo GM parašu strategijos, siekiant palankių sąlygų abipusiam išdėstymui. Pavyzdžiui, neseniai atliktas tyrimas parodė, kad GM gali greitai reaguoti į dietų, kurias sudaro vien tik gyvūniniai ar augaliniai produktai, vartojimą arba fermentuojamų oligosacharidų, disacharidų, monosacharidų ir poliolių suvartojimo pokyčius. 89, 90 Šių tyrimų metu dietos pakeitimas užgožė individualius mikrobų genų raiškos skirtumus. Taigi, skaidulų turtinga dieta arba fermentuojamų sacharidų, modifikuotų prieš HSCT ir galbūt anksti po HSCT, suvartojimo modifikacija galėtų būti panaudota teikiant pirmenybę SCFA gaminančių bakterijų grupėms, kurios gali dalyvauti modifikuojant imunologinį atsistatymą po HSCT, kaip pabrėžta pacientams, sergantiems Krono liga. 89, 90

Dar reikia dar daug nuveikti, kad geriau suprastume žarnyno bakterijų vaidmenį atkuriant imunitetą ir esant infekcijos rizikai po HSCT, tačiau didėjančios žinios apie GM vaidmenį turėtų paruošti kelią racionaliam mikrobiotos taikymui eksperimentiniu ir klinikiniai tyrimai, būtini norint ištirti jo teigiamą poveikį HSCT.