Chronic kidney disease: pathophysiological role of dysbiosis of intestine and renoprotective effectiveness of interventions concerning its modulation

Full Text

Введение Установлено, что желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) взрослого человека содержит примерно 1014 микроорганизмов, представляющих около 5000 видов. На протяжении веков состав кишечной микробиоты (КМ) человека непрерывно эволюционировал и менялся в зависимости от изменений в образе жизни ее хозяина. Сдвиги в составе КМ, как полагают, были обусловлены в основном изменениями в характере питания человека. Наглядное тому доказательство - результаты сравнительного исследования КМ у детей Буркина-Фасо, ведущих первобытный образ жизни и потребляющих богатую пищевыми волокнами пищу, и итальянских детей, получающих традиционную «западную» диету. У детей Буркина-Фасо доминирующим классом бактерий оказались Bacteroidetes, а у итальянцев - Firmicutes [1]. Нормальная КМ поддерживает все физиологические функции (питание, метаболизм, иммунитет и др.) хозяи- на, благотворно влияя на его здоровье. В то же время изменения в составе КМ (дисбиоз) могут способствовать развитию таких заболеваний, как ожирение [2], сахарный диабет 2-го типа [3], воспалительные заболевания кишечника [4], кардиоваскулярные заболевания [5]. Количественные и качественные сдвиги в КМ выявлены также у пациентов с хронической болезнью почек (ХБП) и диализных больных [6]. Предварительные данные свидетельствуют о том, что в основе негативных эффектов, способствующих прогрессированию ХБП и развитию ХБП-ассоциированных осложнений лежат токсичные продукты, генерированные дисбиотической КМ [7]. КМ как новый эндогенный «орган» Бактерии, обитающие в ЖКТ, имеют весьма разнообразный видовой состав, олнако большая часть их (приблизительно 90%) принадлежит классу Bacteroidetes, состоящему в основном из грамотрицательных бактерий, и классу Firmicutes, состоящему главным образом из грамположительных бактерий. Каждый вид бактерий колонизирует особую нишу, в результате бактериальный состав разных отделов ЖКТ различается. КМ выполняет множество функций и может рассматриваться в качестве метаболически активного эндогенного «органа». В физиологических условиях он как бы дополняет некоторые метаболические функции, которые не полностью развиты у человека. К ним относятся: расщепление не- перевариваемых растительных полисахаридов, синтез некоторых витаминов, биотрансформация коньюгиро- ваных жирных кислот и деградация пищевых оксалатов. Важной функцией КМ является также «воспитание» иммунной системы хозяина и снижение аллергического ответа на потребляемую им пищу и средовые антигены. Дисбиоз кишечника при ХБП Исследуя кишечную микробиоту при ХБП, выявили значительные изменения как в количественном, так и качественном ее составе. Так, в норме у здоровых людей верхние отделы ЖКТ (двенадцатиперстная и тощая кишки) обычно не сильно колонизированы бактериями, в то время как у пациентов с уремией отмечается значительное повышение количества аэробных (приблизительно 106 бактерий/мл) и анаэробных (приблизительно 107 бактерий/мл) микроорганизмов. M. Hida и соавт. [8] изучили состав микробиоты у здоровых (контроль) и гемодиализных пациентов. При анализе фекальной микробиоты выявили нарушение ее состава, которое охарактеризовали как избыток аэробных бактерий. Хотя в этом исследовании не отмечено значительных различий в общем числе бактерий, количество аэробных бактерий (Enterobacteria и Enterococci) у гемодиализных пациентов было приблизительно в 100 раз выше. Что касается анаэробных бактерий, у гемодиализных пациентов отмечены существенно низкие количества Bifidobacteria и более высокие - Clostridium perfringers [8]. У пациентов с терминальными стадиями почечной недостаточности (ТСПН) обнаружены повышенные количества также бактерий Clostridium difficile [9]. В другом исследовании выявлены существенные различия между контролем и пациентами с ТСПН в содержании 190 таксономических единиц микрофлоры кишечника [6]. Чтобы выделить эффект именно почечной недостаточности, исследователи изучали кишечную микробиоту у нефрэктомированных крыс [6]. Оказалось, что нефрэктомированные крысы имеют достоверно меньшее количество таксономических единиц микробиоты по сравнению с контролем. Кишечный дисбиоз при нарушении функции почек может быть обусловлен различными причинами. Одна из них заключается в том, что потеря почечной функции способствует секреции мочевины в ЖКТ с последующим ее гидролизом уреазой. В результате этого в кишечнике образуется большое количество аммония, который губительно действует на рост симбионтных бактерий [10]. Другими способствующими факторами являются снижение потребления пищевых волокон [11], частое использование антибиотиков [12], замедленный толстокишечный транзит содержимого ЖКТ [13], метаболический ацидоз [14], отек кишечной стенки [15] и, возможно, оральный прием препаратов железа [16]. Среди пациентов с ХБП и ТСПН отмечается высокая частота распространенности недостаточности витамина К. Как следует из пионерской работы H.Almquist и E. Stokstad [17], кишечные бактерии осуществляют Reviews биосинтез витамина К у животных и человека. В соответствии с этим редукция числа бактерий при недостаточной функции почек может вызвать симптоматический дефицит витамина К и тяжелую геморрагию у больных ХБП. Функция кишечного барьера при ХБП Система ЖКТ является границей раздела фаз между кровью и потенциально токсическим содержимым кишечника. Гистологические изменения, включающие редукцию высоты ворсинок, углубление крипт и инфильтрацию воспалительными клетками собственной пластинки слизистой оболочки, были отмечены при ХБП. Уремия повышала кишечную проницаемость как у крыс, так и у пациентов с ХБП вследствие повреждения межклеточных стыков и способствовала транслокации бактерий и эндотоксина через стенку кишечника [18]. У крыс с уремией выявлена выраженная азотемия, системный оксидативный стресс и заметное истощение ключевых белков - компонентов межклеточных стыков (claudin-1, occludin, Zo1) в желудке, тощей и подвздошной кишках, так же как и пенетрация бактерий через кишечную стенку и локализация в мезентериальных лимфоузлах. Индуцированный гемодиализом системный циркуляторный стресс и периодическая региональная ишемия также могут повредить механический барьер кишечника. Кроме того, вклад в ослабление кишечного барьера при ХБП вносят и факторы, которые способствуют дисбиозу кишечника. Дисбиоз микробиоты кишечника ассоциирован с бактериальной транслокацией, которая способствует микровоспалению как при экспериментальной уремии, так и у больных с ТСПН. Эндотоксин как причина воспаления при ХБП Эндотоксин - гидрофобный компонент липополи- сахаридов (ЛПС) - является фосфолипидом, который составляет наружную мембрану большинства грамо- трицательных бактерий. Он непрерывно продуцируется в кишечнике и транспортируется в капилляры кишечника; циркулирует в плазме здоровых людей в низких концентрациях (1-200 нг/мл); захватывается печенью и мононуклеарными фагоцитарными клетками и в конце концов выводится из организма. Эндотоксин вызывает комплекс ответов хозяина путем связывания с антигеном CD14. ЛПС-связанный эндотоксин является ключевым модулятором клеточного ответа на эндотоксин, стимулируя клетки иммунной системы, особенно макрофаги и эндотелиальные клетки. В результате этого они активируются и начинают синтезировать и секре- тировать различные эффекторные молекулы, которые вызывают воспалительный ответ. Данные современных исследований свидетельствуют о том, что субклиниче- ская эндотоксемия является потенциальной причиной воспаления у пациентов с ХБП [19]. Уремические токсины кишечного происхождения и ХБП Определенные кишечные бактерии могут генерировать уремические токсины, которые абсорбируются в кровь и в норме выводятся через почки. Ферментация белка кишечной микробиотой приводит к генерации различных метаболитов, включая фенолы и индолы. P. Aronov и соавт. [20] сравнили плазму гемодиализных больных с толстой кишкой и без и подтвердили «коло- ническое» (толстокишечное) происхождение индоксил Обзоры сульфата и п-крезола. Они являются прототипами целого семейства связанных с белками уремических токсинов, которые резистентны к клиренсу посредством диализа. п-Крезол является продуктом ферментации аминокислот тирозина и фенилаланина в толстой кишке. Большая часть п-крезола, генерированная кишечной микрофлорой, представлена в организме его конъюгированными метаболитами: п-крезил сульфатом (в стенке кишечника) и п-крезил глюкуронидом (в печени). Кишечные бактерии также имеют триптофаназу, которая конвертирует триптофан в индол, последний затем абсорбируется в кровь и метаболизируется в индоксил сульфат в печени. Концентрации индоксил сульфата и п-крезил сульфата в сыворотке крови негативно коррелируют с уровнем почечной функции [21]. В проспективном наблюдательном исследовании, выполненном у 268 пациентов с ХБП, выявлено, что базовые уровни индоксил сульфата и п-крезил сульфата являются предикторами прогрессирования ХБП [7]. Экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что эти уремические токсины могут повреждать тубулярные клетки почки. У крыс с уремией администрация индоксил сульфата медиирует ренальную экспрессию генов, связанных с фиброзом интерстиция канальцев, таких как TGFPj, тканевой ингибитор металлопротеиназы и pro-dj, сопровождающихся значительным снижением ренальной функции и прогрессированием склероза гломерул. Индоксил сульфат также индуцирует нефротоксичность через органический анион транспортер-медиированный захват в базолатеральной мембране почечных проксимальных тубулярных клеток, где он активирует экспрессию NF-kB и ингибитора-1 активатора плазминогена. F. Barreto и соавт. [22] показали, что повышенный уровень индоксил сульфата связан с васкулярной жесткостью, кальцификацией аорты и повышением кардиоваскулярной смертности. Индоксил сульфат является потенциальным васкулярным токсином, который индуцирует оксидативный стресс в эндотелиальных клетках, увеличивает высвобождение эндотелиальных микрочастиц, повреждает механизм восстановления эндотелиальных клеток, усиливает клеточную пролиферацию васкулярных гладкомышечных клеток. B.Bammens и соавт. [23] установили, что уровни сывороточного п-крезола связаны со смертностью гемодиализных больных. Данные исследований in vitro показывают, что п-крезол ингибирует цитокинстимулированную экспрессию эндотелиальных адгезивных молекул - межклеточной адгезивной молекулы 1 и адгезивной молекулы васкулярной клетки - и индуцирует повышение проницаемости эндотелия. Таким образом, уремические токсины кишечного происхождения способствуют прогрессированию ХБП, а также развитию кардиоваскулярных осложнений. Полученные новые знания о физиологических функциях и патологических последствиях дисбиоза КМ, изложенные выше, способствовали исследованию различных путей восстановления дисбиоза у больных ХБП. Большинство терапевтических мишеней при этом имеет целью модулировать КМ, блокировать ЛПС или ослабить субклиническое воспаление, адсорбировать уремические токсины - конечные продукты микробной ферментации. Модуляция кишечной микробиоты Модулировать КМ можно путем использования различных средств, в том числе таких, как диета, антибиотики, пребиотики, пробиотики, акарбоза, трансплантация КМ, эссенциальные (эфирные) масла, а также хирургическое вмешательство. Последний метод применяется главным образом для снижения массы при ожирении. Некоторые из этих подходов вкратце обсуждаются ниже. Пребиотики. Пребиотики являются непереваривае- мыми (хозяином) ингредиентами пищи, которые имеют полезные свойства через их селективную стимуляцию роста или активности одного или ограниченного числа бактерий в толстой кишке. Кандидатами в пребиотики являются фрукто-, галакто-, сойя-, ксилоолигосахариды и пиродекстрины. Пребиотики способствуют росту Bifidobacteria и Lactobacilli за счет других групп кишечных бактерий, таких как Bacteroides, Clostridia и Enterobacteria [24]. Предварительные данные показывают, что пребиотик инулин, обогащенный олигофруктозой (p-инулин), способствует росту Bifidobacteria и потере массы, редуцирует воспаление и улучшает метаболическую функцию [25]. Обильное потребление пищевых волокон связано с низким риском воспаления и сниженной смертностью пациентов с ХБП [26]. B. Meijers и соавт. [27] сообщили, что сывороточная концентрация п-крезола и индоксил сульфата снижалась при оральном потреблении p-инулина у гемодиа- лизных пациентов. Одним из механизмов, посредством которого p-инулин способствует потере массы, может быть увеличение насыщения вследствие бактериальной ферментации и повышение продукции короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) в просвете кишечника [20]. КЦЖК секретируют глюкагоноподобный пептид-1 (GLP-1) и пептид YY (PYY). GLP-1 оказывает антижи- ровое и антидиабетическое действие посредством таких механизмов, как ингибирование приема пищи, стимуляция секреции инсулина и индуцирование пролиферации Р-клеток [29]. PYY группируется вместе с GLP-1 в кишечных L-клетках и также считается анорексигенным пептидом. Концентрация GLP-1 и PYY снижена у индивидов с ожирением, а добавление олигофруктозы вызывает у крыс редукцию в потреблении энергии и повышение концентрации в плазме GLP-1 и PYY [29]. Пробиотики. По определению Федерального агентства по лекарствам и пищевым продуктам (США) и ВОЗ, пробиотики - это «живые микроорганизмы, которые, будучи введенными в организм в адекватных количествах, способствуют укреплению здоровья хозяина» [30]. Пробиотиками являются живые бактерии таких видов, как Bifidobacteria, Lactobacilli и Streptococci [31], которые могут изменять состав кишечной микробиоты и воздействовать на воспалительный статус [32, 33]. Лечение Bacillus pasteurii и Sporlac улучшало азотемию и пролонгировало продолжительность жизни у нефрэкто- мических крыс [34]. У гемодиализных больных, леченных орально Lactobacillus acidophilus, снижалось содержание сывороточного диметиламина, потенциального уремического токсина. В другом исследовании лечение L. acidophilus AT CC-4356 снижало бремя атеросклероза у мышей Apo E-- [35]. Это сопровождалось ингибици- ей транслокации NF-kB p65 из цитоплазмы к ядру, супрессией деградации аортального ингибитора kBa, и улучшением состава кишечной микробиоты. S. Prakash и T. Chang [36] наблюдали снижение уровня азота мочевины крови у уремических крыс, которым вводили орально микрокапсулированные трансгенные живые клетки, содержащие продуцирующий уреазу пробиотик Escherichia coli-DH5. Акарбоза. Акарбоза ингибирует в проксимальном отделе тонкой кишки фермент a-гликозидазу, который выделяется клетками щеточной каймы. Связываясь конкурентно, обратимо и дозозависимо с a-гликозидазой, акарбоза предупреждает расщепление сложных пищевых углеводов и дисахаридов, таких как крахмал, декстрин и сукроза, в тонкой кишке. В результате эти углеводы и дисахариды поступают в толстую кишку в неизмененном виде и уже там подвергаются ферментации полезными микроорганизмами, что способствует увеличению микробной массы в толстой кишке. P.Evenepoel и соавт. [37] показали, что лечение акарбозой снижает генерацию в кишечнике п-крезола у здоровых людей. Трансплантация кишечной микробиоты. C Mani- chanh и соавт. [38] исследовали (на модели крыс) эффекты трансплантации экзогенной микробиоты после предварительной терапии антибиотиками. Кратковременный прием антибиотиков оказывал глубокое длительное влияние на микробиоту кишечника крыс, уменьшая разнообразие кишечной микробиоты. Последующая трансплантация экзогенных бактерий с обогащенным пулом способствовала изменению микробиоты реципиентов, приближая ее к таковой у доноров, и увеличению бактериального разнообразия. Трансплантация человеческих фекалий оказалась полезной при колите, вызванном Clostridium difficile [39]. Эссенциальные масла. В последнее время интерес к природным лекарственным средствам, в том числе и к эссенциальным маслам, начинает возрастать в связи с отсутствием у них побочных эффектов. Эссенциальные масла нашли применение при лечении многих заболеваний, однако в качестве потенциальных агентов для лечения дисбиоза они изучены еще недостаточно. В этом плане имеется лишь одно исследование in vitro [40], в котором показано, что такие эфирные масла, как Carum carvi, Lavandula angustifolia, Trachyspermum copticum и Citrus aurantium var. Amara, проявляют заметную степень селективности, ингибируя рост потенциальных патогенов при концентрациях, которые не оказывают влияния на полезные бактерии. По мнению авторов исследования, эти масла могли бы найти применение для балансировки микрофлоры кишечника. Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы оценить толерантность и безопасность, а также подтвердить селективность действия этих агентов. Блокирование LPS/Снижение воспаления Sevelamer. Sevelamer является большим катионным полимерным фосфатом, который связывает эндотоксин в исследованиях как in vitro, так и in vivo [41, 42]. При исследованиях типа случай/контроль у гемодиализных пациентов показано, что уровень эндотоксина был ниже у пациентов, использующих Sevelamer [42]. В проспективном, рандомизированном открытом исследовании было подтверждено, что лечение с помощью Sevelamer снижает уровень эндотоксина и SCD14 у гемодиализ- ных пациентов [43]. Синтетические антагонисты TLR4. Как известно, биологическая активность ЛПС всецело зависит от его липид А-компонента [44]. Синтетический аналог липида А eritoran (E5564) и липид А миметик CRX-526 [45] ингибировали ЛПС-сигналы [46, 47]. У здоровых людей E5564 блокировал все эффекты ЛПС со значительной редукцией числа белых кровяных клеток, уровня С-реактивного протеина, а также уровня цитокинов TNFa и IL-6 [48]. Reviews Совсем недавно был разработан новый ингибитор TLR-4 - C-34 (2-ацетоамидо-пиранозид). Он ингибировал TLR4 в энтероцитах и макрофагах in vitro, а также редуцировал системное воспаление на мышиной модели эндотоксемии и некротическом энтероколите [49]. Адсорбция уремических токсинов Оральные адсорбенты. AST-120 является оральным адсорбентом, состоящим из микросфер, изготовленных из пористого углеродного материала. Введение AST-120 частично восстанавливает белки межклеточных стыков в эпителиальной выстилке кишечника и снижает таким образом содержание плазменного эндотоксина и маркеров оксидативного стресса в циркуляции, а также воспаление при ХБП у крыс [50]. В другом исследовании AST-120 снижал уровни индоксил сульфата и замедлял прогрессию ХБП путем редуцирования экспрессии про- фибротического гена у крыс с ремнантной почкой [51]. У пациентов с ХБП администрация AST-120 значительно снижала уровни индоксил сульфата в сыворотке крови и моче [52, 53]. Лечение пациентов ХБП с помощью AST-120 замедляло время начала диализа [54]. Статины. Ингибиторы 3-гидрокси-3-метилглутарил коэнзим А редуктазы (статины) являются липидснижаю- щими препаратами с антивоспалительными свойствами. M. Abe и соавт. [55] показали, что статины частично снижают развитие воспаления в жировой ткани у мышей с ожирением, что может быть связано с ингибиторным воздействием статинов на запускаемый TLR4 механизм экспрессии IFN-P через MyD88-независимый сигнальный путь в макрофагах. Аторвастатин, как известно, косвенно влияет на ЛПС, вызывая повреждение TLR4- рекрутмента и таким образом изменяя антивоспалитель- ный ответ [56]. В небольшом исследовании антигипер- тензивные агенты также снижали уровень эндотоксина [57], однако механизм этого полезного эффекта пока остается неизвестным. Заключение Появление в последние годы новых знаний о метаболическом потенциале КМ и его решающей роли в патогенезе некоторых хронических воспалительных заболеваний способствовало повышению интереса к исследованию кишечника как потенциальной причины ХБП-осложнений и органа-мишени для уменьшения осложнений, связанных с уремией. Проведение больших клинических и фундаментальных научных исследований даст возможность расширить наши знания о роли КМ в прогрессировании ХБП и связанных с ней осложнений. Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

K. A Aytbaev

National center of cardiology and therapy

The research institute of molecular biology and medicine under 720040, Beshkek, the Republic of Kirghizia

I. T Murkamilov

I.K. Akhunbaiev Kirghizia state medical academy

Email: murkamilov.i@mail.ru
assistant of the chair of therapy of general practice with course of family medicine, physician-nephrologist Beshkek, the Republic of Kirghizia

R. R Kaliev

I.K. Akhunbaiev Kirghizia state medical academy

The chair of therapy of general practice with course of family medicine Beshkek, the Republic of Kirghizia

References

Supplementary files