Probiotikas aknu steatozes profilaksē un terapijā

Alkohola neizraisīta aknu taukainā slimība ir plaša spektra bojājums, kas var rezultēties ar vieglu steatozi, — tās ir labdabīgas izmaiņas, ko raksturo lipīdu uzkrāšanās līdz 5 % no aknu svara, bet ar nosacījumu, ka izslēgti pārējie etioloģiskie iemesli. Smagākos gadījumos var attīstīties alkohola neizraisīts steatohepatīts (NASH), fibroze, ciroze un hepatocelulāra karcinoma (HCC). NATAS izplatība pasaulē ir 25 %, visizplatītākais šis stāvoklis ir austrumu valstīs un Dienvidamerikā (attiecīgi 31,8 % un 30,5 %), iespējams, tas saistīts ar aptaukošanās un 2. tipa cukura diabēta epidēmiju pasaulē. [3]

Meta–analīze par NATAS izplatību Āzijas valstīs, kur tika analizēti 237 pētījumi, norāda, ka NATAS izplatība ir 29,6 %, turklāt ar tendenci uz pieaugumu gadu gaitā (1999—2005: 25,3 %; 2006—2011: 28,5 %; 2012—2017: 33,9 %). [1] Šādi dati liecina, ka tuvojas un, iespējams, jau ir sasniegts epidēmijas slieksnis un mums aizvien biežāk ikdienā būs jākonsultē pacienti, kuriem tiks diagnosticēta NATAS.

NATAS patoģenēze cieši saistīta ar aptaukošanos, insulīnrezistenci un dislipidēmiju. Starp NATAS riska faktoriem noteikti jāpiemin diētas faktori: pārlieku daudz kaloriju uzņemšana, fruktozes pārlieku bieža lietošana un fizisko aktivitāšu trūkums. Iespējams, kā arī individuāls NATAS fenotips var būt saistāms ar slimības attīstību. Ir zināma ģenētiska predispozīcija, kas saistās ar NATAS progresēšanu par NASH un fibrozi. Tomēr tikai mazāk nekā 10 % gadījumu varētu būt saistāmi ar iedzimtību, vairākumā gadījumu NATAS attīstās no gēnu—vides mijiedarbības, šos procesus dēvē par epiģenētiku, tie ir atgriezeniski procesi, kas ietekmē gēnu ekspresiju, neizmainot DNS struktūru (secīgi savienotos nukleotīdus, metilāciju). [5]

Pašlaik zināmais par NATAS norāda, ka slimības patoģenēzē iesaistītas zarnu mikrobiotas izmaiņas, kas rezultējas ar disbiozi, zarnu—aknu ass funkciju izmaiņām. Šīs izmaiņas varētu uzskatīt par palaidējmehānismu lokāliem iekaisīgiem procesiem. NATAS kā kompleksas slimības patofizioloģija nav līdz galam skaidra, zināms, ka to ietekmē multipli paralēli procesi: insulīnrezistence, oksidatīvais stress, iekaisums, epiģenētiskie modifikatori un citi faktori. 

Lai gan līdz šim zināmi vairāki NATAS riska faktori, pēdējie pētījumi norāda uz zarnu mikrobiotas un tās metabolītu lomu NATAS attīstībā. [7] Kvalitatīvās un kvantitatīvās zarnu mikrobiotas sastāva izmaiņas (disbioze) un izmaiņas zarnu—aknu ass funkcijās (no tā notiek baktēriju un to endotoksīnu translokācija asinsritē) tiek asociētas ar NATAS attīstību un tās progresēšanu par NASH un HCC (hepatocelulāru karcinomu). Tādējādi sugām raksturīgās mikrobu kopienas var noteikt NATAS stadijas, [8] aktivēt intestinālās floras izmaiņas, nosakot diagnostikas stratēģijas un, iespējams, terapeitiskās iespējas personalizētai NATAS terapijai. 

Līdz šim brīdim aknu punkcijas biopsija bijis “zelta standarts”, lai noteiktu NATAS diagnozi, un nav zināms neviens medikaments, kas varētu terapeitiski iedarboties uz aknu parenhīmu NATAS gadījumā.

NATAS ārstēšanas iespējas ir limitētas, pie tām pieskaita dzīvesveida, diētas paradumu maiņu, fizisko aktivitāšu kāpināšanu un svara zaudēšanu. NATAS ārstēšana būtu jāsāk proaktīvi, jo slimībai ir potenciāls progresēt par aknu cirozi ar iespējamu komplikāciju — hepatocelulāru karcinomu. 

Šo iemeslu dēļ tiek meklētas atbildes par to, kā zarnu mikrobiotas disregulācija var ietekmēt NATAS attīstību un progresēšanu, un tiek izzināta mikrobiotas kā neinvazīva marķiera būtiskā loma NATAS diagnostikā un terapijā. Tiek meklētas specifiskas probiotikas, kas mazinātu disbiozes pazīmes pacientiem ar NATAS un terapeitiski iedarbotos uz aknu parenhīmu un ko varētu izmantot klīniskajā praksē.

Disbioze un tās ietekme uz organismu

Zarnu disbioze ietekmē resnās zarnas epitēlijšūnu vienotību, saraujot to savstarpējās saites, šis process veicina adaptīvās imunitātes atbildes reakciju. Ciešo savienojumu proteīnam (piemēram, zona occludens1 (ZO1)), kas tiek uzskatīts par vienu no svarīgākajiem savienojumu kompleksiem, ir būtiska loma epitēlijšūnu slāņa veseluma nodrošināšanā un uzturēšanā caur starpšūnu komunikācijām. [6]

Mikrobu endotoksīnu (piemēram, lipopolisaharīdu) translokācija veicina steatozi, iekaisumu, fibrozi, paaugstina iekaisīgo citokīnu, TNF alfa (TNFα) līmeni. [4] Zinot probiotiku ietekmi uz mikrobiotas sastāvu un to spēju modulēt intestinālo caurlaidību un lokālo gļotādas iekaisumu, tās varētu uzskatīt par potenciālu terapijas metodi.

Ir zināmas vairākas metodes, kas var izmainīt mikrobiotas sastāvu un ietekmēt zarnu—aknu asi, pie šīm metodēm var pieskaitīt prebiotiku, probiotiku, sinbiotiku lietošanu, kā arī fēču mikrobiotas transplantēšanu. Probiotikas ir dzīvi mikroorganismi, kas, rekomendēti pareizos apjomos, izraisa pozitīvu efektu saimnieka veselībai. [10]

Ir daudz pētījumu ar dzīvniekiem un par cilvēkiem, un tie uzrāda probiotiku un sinbiotiku labvēlīgo efektu saimniekorganismam NATAS gadījumā, uzlabojot aknu steatozes pazīmes, mazinot aknu iekaisumu, uzlabojot bioķīmiskos parametrus: AlAT, glikozi tukšā dūšā, holesterīna profilu un citus. [7]

Ieguvums, LIETOJOT probiotikas dažādu slimību gadījumā

Arī citu slimību gadījumā izmaiņas mikrobiotā var uzlabot slimības gaitu un iznākumu. Pētījumā ar dzīvniekiem šķiedrvielu izmantošana, kas maina zarnu mikrobiotas sastāvu, veicina butirātu ražojošo baktēriju aktīvāku augšanu, palēnina hroniskas nieru slimības progresēšanu pelēm, kam veikta ⅚ nefrektomija. [12] 

Pierādīts, ka L. mucosae A1 lietošana samazina lipīdu uzkrāšanos ApoE-/-(aterosklerozei pakļauts apolipoproteīna E deficīts) serumā, aknās un aortas sinusā pelēm, kuras lieto rietumu diētu, vienlaikus samazinot arī lipopolisaharīdus saistošo proteīnu, kas liecina par vielmaiņas endotoksēmijas mazināšanos. [13]

Ar Lactobacillus rhamnosus GG bagātināta piena maisījuma lietošana zīdaiņiem palielina panesību pret govs piena alerģiju, veicot butirātus producējošo baktēriju celmu augšanu zarnā. [11] Liela meta–analīze par Lactobacillus rhamnosus GG lietošanu norāda, ka mazinās ar antibiotikām saistītas caurejas biežums. [2] Sešus mēnešus pēc KRV operācijām lietojot probiotikas, kas satur sešus Lactobacillus un Bifidobacterium celmus, pacientiem pazeminās proinflamatoro citokīnu (TNFα, IL6, IL10, IL12, IL17A, IL17C, IL22) līmenis, salīdzinot ar līmeni, kāds bijis pirms terapijas ar probiotikām. [16]

Lai gan līdz šim zināmi daudzi riska faktori, pēdējie pētījumi norāda uz zarnu mikrobiotas un tās metabolītu lomu alkohola izraisītās aknas slimības (ATAS) un NATAS attīstībā. [9]

Kvalitatīvās un kvantitatīvās izmaiņas zarnu mikrobiotas sastāvā (disbioze) un izmaiņas zarnu—aknu ass funkcijās (kuru rezultātā notiek baktēriju un to endotoksīnu translokācija asinsritē) saistās ar NATAS attīstību un tās progresēšanu par NASH un HCC. Tāpat sugām raksturīgās mikrobu kopienas var noteikt NATAS stadijas, [14] aktivēt intestinālās floras izmaiņas, nosakot diagnostikas stratēģiju un, iespējams, arī terapeitiskās iespējas personalizētai NATAS ārstēšanai. Pašlaik tiek meklētas iespējas, kā zarnu mikrobiotas disregulācija var ietekmēt NATAS attīstību un progresēšanu, un mikrobiotas kā neinvazīva marķiera būtiskā loma NATAS diagnostikā un terapijā. Tiek meklētas specifiskas probiotikas, kas varētu uzlabot disbiozi pacientiem ar NATAS un nodrošināt aknu parenhīmas terapeitiskos efektus, ko varētu izmantot klīniskajā praksē.

Cilvēka zarnu trakts — raksturojums

Cilvēka zarnu traktā mīt vairāk nekā 100 triljoni mikroorganismu, kas ir ap 10 × vairāk nekā paša saimniekorganisma ķermeņa šūnu. Starp šiem mikroorganismiem ir arhaji, sēnes, raugi, baktērijas un vīrusi. [15]

Zarnās mītošie mikroorganismi dzīvo sinerģiski ar saimniekoorganismu un nodrošina bioloģiskās un metaboliskās funkcijas, kas labvēlīgi ietekmē saimnieku. Zarnu mikrobiotā ir vairāk nekā 160 dažādu baktēriju sugu, starp tām arī anaerobi. Resnās zarnas mikrobioms ietver vairāk nekā trīs miljonus unikālu gēnu. [17]

No baktērijām visbiežāk sastopamās ir Grama pozitīvās Firmicutes un Grama negatīvās Bacteroidetes, tās galvenokārt ir iesaistītas īso ķēžu taukskābju (acetātu, butirātu un propionātu), kā arī ūdeņraža veidošanā. Tāpat sastop arī Actinobacteria, Fusobacteria, Proteobacteria un Verrucomicrobia tipus. [18]

Precīzas zarnu floras funkcijas līdz šim nav skaidras, taču zināms, ka kompleksos un nesagremojamos polisaharīdus mikrobiota pārstrādā par īso ķēžu taukskābēm, nodrošinot saimnieku ar enerģijas rezervēm, tāpat mikrobiota piedalās vairāku vitamīnu (B un K), žultsskābju, aminoskābju sintēzes procesos, medikamentu un toksīnu vielmaiņas procesos un intestinālās barjerfunkcijas nodrošināšanā un saglabāšanā. Termins “disbioze” apzīmē disbalansu starp labvēlīgām un patogēnām baktērijām vai izmaiņas zarnu floras sastāvā un/vai funkcijās. [19] Izmaiņas zarnu mikrobiotas homeostāzē aprakstītas ne tikai NATAS, bet arī ATAS, [10] 2. tipa CD, [20] aptaukošanās [21] un daudzu citu slimību [22] patoģenēzē.

Visā zarnu traktā no mutes dobuma līdz pat resnajai zarnai baktēriju koncentrācija ir atšķirīga — kuņģī baktēriju ir mazāk, resnajā zarnā visvairāk. Tāpat atšķirības baktēriju daudzumā nosaka vecums, dzīvesveids, medikamentu lietošana un ēšanas paradumi. Zināms, ka diēta, kas bagāta ar dzīvnieku taukiem un ogļhidrātiem, īpaši t.s. rietumu diēta var veicināt baktēriju pārlieku vairošanos, imūnās sistēmas aktivēšanos un gļotādas iekaisumu — tas pierādīts gan preklīniskos, [23] gan klīniskos pētījumos. [24]

Ir vairākas metodes, lai pētītu zarnu floras daudzveidību, izmantojot kvantitatīvu reāllaika PĶR, 16S ribosomu RNS gēna sekvencēšanu, nākamās paaudzes DNS sekvencēšanu vai daļēju 16S rRNS sekvencēšanu V6—V8 reģionā, izmantojot pirosekvencēšanas metodi (izņemot Enterobacteriaceae un Enterococcaceae dzimtas). [25] Šīs metodes sniedz informāciju par mikrobu sugu daudzveidību resnās zarnas bioptātos un fēču paraugos. Visas šīs metodes papildina dārgākas metagenomiskās vai metatranskripcijas metodes.

Lai pētītu saimniekorganisma—mikrobioma mijiedarbības, jāpievērš uzmanība baktēriju metabolītu produktiem — īso ķēžu taukskābēm un endotoksīniem. Tos var noteikt, lietojot proteomiskās un metabolomiskās metodes, un šos gala produktus jeb metabolītus var uzskatīt par intestināliem, sistēmiskiem, urīna vai fekāliem diagnostiskiem neinvazīviem marķieriem, kas norāda uz mikrobiotas sastāvu.

Cilvēka zarnu mikrobiota un NATAS

Daudzi pētījumi rāda, ka baktēriju pāraktīvāka augšana var būtiski ietekmēt metaboliskos procesus un imūnās atbildes, veicinot aptaukošanos un ar to saistītās blakusslimības: NATAS insulīnrezistenci un citas. [26]

Jāņem vērā, ka joprojām nav precīzi skaidras mikrobiotas izmaiņas tieši NATAS gadījumā.

Miele ar līdzautoriem konstatēja būtiski pastiprinātu zarnu caurlaidību 35 pacientiem ar morfoloģiski pierādītu NATAS, salīdzinot ar veseliem indivīdiem, un tievo zarnu baktēriju pāraktīvas augšanas izplatība šiem pacientiem stingri korelēja ar steatozes smagumu, taču ne ar fibrozi. [27]

Pacientiem ar NATAS tika diagnosticēta baktēriju pāraktīva augšana tievajā zarnā, ko pierādīja ar (14)C–D–kzilozes–laktulozes elptesta palīdzību, tāpat šiem pacientiem novēroja palielinātu endotoksīnu un iekaisīgo citokīnu koncentrāciju asinīs. [28] Tādējādi ir norādes, ka NATAS korelē ar disbiozi un ar zarnu floras metaboliskām izmaiņām. [29] Galvenās baktēriju sastāva izmaiņas, ko novēro NATAS pacientiem, ir Proteobacteria, Enterobacteriaceae, Lachnospiraceae, Escherichia un Bacteroidetes aktīvāka augšana. [30]

Uz Bacteroidetes un Firmicutes attiecības disbalansu norādīja Zhu ar kolēģiem, pētot fēču paraugus bērniem ar aptaukošanos un NATAS. [31] Tika novērtēts zarnu baktēriju sastāvs 22 bērniem ar morfoloģiski pierādītu NATAS, 25 bērniem ar aptaukošanos un 12 veseliem kontroles subjektiem, izmantojot 16S ribosomālo RNS pirosekvencēšanu; bērnu ar NATAS un aptaukošanos fēču paraugos tika konstatēta aktīvāka Bacteroidetes un kūtrāka Firmicutes augšana. NATAS grupā novēroja zemāku Actinobacteria līmeni, bet paaugstināts Proteobacteria līmenis pozitīvi korelēja ar aptaukošanās un NATAS smagumu. [31]

Šā pētījuma galvenā atrade — bērniem ar NATAS asinīs lielākā koncentrācijā konstatēja alkoholu un lielāku alkoholdehidrogenāzes aktivitāti, visticamāk, tas varētu būt saistīts ar Escherichia coli skaita pieaugumu — šīs baktērijas ogļhidrātu katabolisma rezultātā producē etanolu. Arī fizioloģiskos procesos zarnu mikrobiota pastāvīgi producē endogēno alkoholu, taču tas momentā tiek neitralizēts portālā asinsritē ar alkoholdehidrogenāzes, katālāzes un mikrosomālās alkohola oksigenēšanas sistēmas starpniecību. [32] Savukārt NASH inducētas disbiozes gadījumā pārmērīga alkoholu ražojošo baktēriju augšana veicināja pārmērīgu etanola izdalīšanos asinsritē, vēl vairāk sekmējot aknu iekaisumu [33] un zarnu caurlaidīgumu. [32]

Wong ar līdzautoriem 16 NATAS pacientus salīdzināja ar 22 kontroles indivīdiem. Pacientiem ar NATAS tika konstatēta kūtrāka Faecalibacterium un Anaerosporobacter augšana un aktīvāka Parabacteroides un Allisonella augšana. [33] Sobhonslidsuk ar līdzautoriem 16 pieaugušajiem ar NATAS konstatēja Bacteroidetes/Firmicutes attiecības pieaugumu neatkarīgi no vecuma, ķermeņa masas indeksa, cukura diabēta esības vai medikamentu lietošanas. No visām Bacteroidetes dzimtas baktērijām tieši Bacteroides un Prevotella ģintis visbiežāk sastop indivīdiem ar NATAS. [34]

Atšķirības aknu fibrozes un cirozes gadījumā

Loomba un līdzautori noskaidrojuši, ka ir konkrētas zarnu mikrobiotas pazīmes, kas var norādīt iespēju, vai NATAS pacientam attīstīsies smaga aknu fibroze. [35] Sekvencējot genomu fēču paraugos, tika analizēta baktēriju taksonomiskā kompozīcija 86 pacientiem ar morfoloģiski pierādītu NATAS (72 bija viegla un 14 bija smaga 3.—4. stadijas fibroze). Tika identificētas 37 dažādas baktēriju sugas, ar kuru palīdzību var atšķirt pacientus ar vieglu un smagu fibrozi. Tika noskaidrots, ka smagu fibrozi raksturo aktīvāka Proteobacteria un Escherichia coli augšana un Firmicutes samazinājums. [36] Turklāt ir identificēta specifiska zarnu mikrobiota NATAS pacientiem ar cirozi, nosakot 27 baktēriju paneli. [36]

Boursier ar līdzautoriem noteica, ka NATAS pacientiem ar smagu fibrozi aktīvāk aug Ruminococcus, taču Prevotella augšana ir kūtrāka, [29] lielāka Escherichia coli un Staphylococcus koncentrācija fēcēs tika konstatēta pacientiem ar cirozi un vieglu encefalopātiju. [37] Kvantitatīvas metagenomiskās analīzes identificēja 75 245 gēnus, kas atšķīrās veseliem indivīdiem un pacientiem ar aknu cirozi,  norādot uz kūtrāku Bacteroidetes un aktīvāku Proteobacteria un Fusobacteria augšanu. [37]

Ren ar līdzautoriem pētīja zarnu mikrobiotas sastāvu pacientiem ar HCC, 75 pacientiem novēroja Actinobacteria tipa baktēriju aktīvāku augšanu, piemēram, Gemmiger un Parabacteroides dzimtas, salīdzinot ar 40 aknu cirozes pacientiem.

Pacientiem ar HCC agrīnās stadijās īpaši samazināts bija butirātus producējošo baktēriju skaits, taču lipopolisaharīdus producējošo baktēriju skaits bija palielināts. [38]

Šo pētījumu rezultāti norāda, ka iejaukšanās zarnu mikroflorā varētu būt apsverama stratēģija, lai novērstu vai ārstētu NATAS un citas metaboliskā sindroma izpausmes.

Noslēgumā

Zarnu mikrobiotas sastāvs un funkcija cieši saistīti ar aknu bojājumu patoģenēzi un progresēšanu pacientiem ar metabolisko sindromu un NATAS.

Zarnu baktēriju pāraktīva augšana, disbioze un zarnu barjeras nepilnīgās funkcijas pastiprina individuālo jutību pret NATAS. Ir svarīgi veikt pētījumus, lai pilnībā saprastu cēloņsakarību starp izmaiņām, kas novērotas NATAS un blakusslimību kontekstā, kā arī lai precīzi noteiktu mehānismus, ar kuriem mikrobiotas izmaiņas ietekmē aknu patoloģiju.

Līdz šim klīniskās vadlīnijas norādījušas uz uztura un dzīvesveida izmaiņām kā “zelta standartu” NATAS un tās blakusslimību ārstēšanai, lai gan rezultāti nav iepriecinoši pacientu sliktās līdzestības dēļ. Nepieciešams identificēt alternatīvas terapeitiskas metodes, lai uzlabotu NATAS un citu metabolisko slimību vadību.