Лекарства для нормализации работы желудочно кишечного тракта: Аптека Ригла – забронировать лекарства в аптеке и забрать самовывозом по низкой цене в Москва г.

Содержание

Иберогаст: рекомендован специалистами

Материал подготовлен на основании:
Mearin F., Lacy BE., Chang L., Chey WD., Lembo AJ., Simren M., Spiller R. Bowel Disorders. Gastroenterology. 2016 Feb 18. pii: S0016-5085(16)00222-5
Ottillinger B., Storr M., Malfertheiner P., Allescher HD. STW 5 (Iberogast®)—a safe and effective standard in the treatment of functional gastrointestinal disorders Wien Med Wochenschr. 2013 Feb;163(3-4):65-72.
Stanghellini V. et al. Gastroduodenal Disorders. Gastroenterology 2016;150:1380–1392.
В результате исследования 203 пациентов СРК определялось достоверное уменьшение выраженности общих абдоминальных симптомов, а также признаков СРК через 4 недели лечения (р˂0,0001). Переносимость лечения оценили как "очень хорошую" и "хорошую" 97,7% пациентов и врачей. Достоверной разницы в частоте нежелательных явлений по сравнению с группой плацебо не выявлено. Madisch A., Holtmann G., Plein K., Hotz J. Treatment of irritable bowel syndrome with herbal preparations: results of a double-blind, randomized, placebo-controlled, multi-centre trial. Aliment Pharmacol Ther. 2004 Feb 1;19(3):271-9.
При исследовании 315 пациентов с функциональной диспепсией на 56 день наблюдалось достоверное улучшение симптомов со стороны ЖКТ при приеме Иберогаста (на 6,9 ± 4,8 балла) по сравнению с группой плацебо (на 5,9 ± 4,3 балла, р < 0,05). Количество нежелательных явлений и переносимость в группе Иберогаста не отличались от группы плацебо. von Arnim U., Peitz U., Vinson B., Gundermann KJ., Malfertheiner P. STW 5, a phytopharmacon for patients with functional dyspepsia: results of a multicenter, placebo-controlled double-blind study. Am J Gastroenterol. 2007 Jun;102(6):1268-75.

Король Л.А., Скатков С.А. Иберогаст – эффективная фитотерапия функциональных заболеваний желудочно-кишечного тракта. Терапия. 2016;1(5):91–96.
По данным исследований 272 пациентов самое раннее значимое улучшение симптомов определялось через 5 минут, а клинически значимое улучшение симптомов происходило в среднем через 15-30 минут. Vinson BR., Holtmann G. Onset of Action and Efficiency of STW 5 in the Clinical Setting in Patients With Functional Dyspepsia and Irritable Bowel Syndrome // Gastroenterology. 2013. - V.144, Issue 5, S.1, S682.
Pilichiewicz AN, Horowitz M, Russo A, Maddox AF, Jones KL, Schemann M, Holtmann G, Feinle- Bisset C. Effects of Iberogast on proximal gastric volume,antropyloroduodenal (APD) motility and gastric emptying in healthy men. Am J. of Gastroenterol. 2007; 102: 1-8.
Schemann M, Michel K, Hohenester B, Rühl A. Region-specific effects of STW 5 and its components in gastric fundus, corpus and antrum. Phytomedicine 2006, 13, S V: 90-99.
Vinson B. Development of Iberogast®: clinical evidence for multicomponent herbal mixtures. In: Cooper R, Kronenberg F, editors. Botanical medicine: from bench to bedside. New Rochelle: Mary Ann Liebert; 2009. pp. 167 – 189.
Ивашкин В. Т., Маев И. В., Шептулин А. А. и соавт. Резолюция Экспертного совета «Как улучшить результаты лечения больных с функциональной диспепсией и синдромом раздраженного кишечника»? Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии, 2016, №2, С. 101-104.
* Уникальность комбинации 9 лекарственных растений подтверждается патентом Евразийского патентного ведомства № 019477 от 30.04.2014, дата подачи заявки 25.06.2009г. 
 

Лекарственные средства и препараты для желудочно-кишечного тракта Польфарма (Polpharma)

Сбои в работе желудочно-кишечного тракта могут привести к серьезным заболеваниям не только желудка, но и других органов. Нарушения пищеварения влекут за собой снижение иммунитета, общее ухудшение самочувствия, возникновение болей и ощущения дискомфорта в животе.

Состояние ЖКТ преимущественно зависит от перистальтики кишечника – ее нарушения (дискинезия) становятся первопричиной большинства распространенных заболеваний желудка. Чтобы предотвратить развитие патологий и восстановить перистальтику применяется целый ряд профилактических и терапевтических препаратов.

Какие лекарственные средства применяются для лечения заболеваний ЖКТ

  • Противоязвенные препараты

Применяются при терапии симптомов функциональных нарушений работы ЖКТ, связанных с повышенной выработкой соляной кислоты. Препараты понижают кислотность и купируют диспепсию (боль в эпигастральной области, тяжесть, чувство переполнения) и изжогу.

  • Пробиотические препараты

Пробиотики – это специально выведенные культуры бактерий для поддержки и восстановления микрофлоры кишечника. В основном нарушения в работе кишечника связаны с ускоренным размножением патогенных бактерий – когда их количество существенно превышает количество полезных бактерий, возникают такие неприятные симптомы, как расстройство стула, колиты, повышенное газообразование и пр. Пробиотики позволяют восстановить баланс флоры и предотвратить развитие функциональных нарушений в работе кишечника.

  • Препараты для уменьшения газообразования

В основном действующим веществом в этих препаратах выступает симетикон – вещество, расщепляющее крупные пузыри газа до формы, доступной для всасывания стенками кишечника. Препараты данной группы используются как при симптоматической терапии функциональных нарушений работы ЖКТ, так и при подготовке к диагностическим исследованиям органов брюшной полости и малого таза, оперативным вмешательствам и в послеоперационный период для предотвращения повышенного газообразования.

  • Противодиарейные средства

Препараты, замедляющие перистальтику кишечника, увеличивают время прохождения его содержимого и повышающие тонус сфинктера, что способствует уменьшению потребности в немедленном опорожнении кишечника. Препараты этой группы действуют довольно быстро – буквально в течение часа наблюдается улучшение состояния пациента.

Производство препаратов для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта

Препараты для профилактики и лечения заболеваний ЖКТ выпускаются на самом современном оборудовании в условиях стерильности и под строгим лабораторным контролем качества. Производственные линии регулярно модернизируются, улучшаются методы синтеза действующих веществ для повышения качества готового продукта и его максимальной терапевтической эффективности.

Линекс® экспертный подход к решению любых ситуаций для восстановления баланса микрофлоры

Москва. 30 июля 2015 г. Компания «Сандоз» расширяет линейку препаратов Линекс® - лидера безрецептурного портфеля компании и пробиотика №1 в России.*

Пробиотики являются одной из наиболее динамично развивающихся категорий на мировом фармацевтическом рынке. Связано это с тем, что характер питания населения развитых стран изменился: в рационе большинства современных горожан преобладают продукты, подвергшиеся рафинированию, термической обработке или замораживанию, генной модификации для улучшения вкусовых качеств и продления срока годности. Поэтому пробиотики – препараты, позволяющие поддерживать в норме состояние микрофлоры и здоровье желудочно-кишечного тракта – все чаще используются как в лечебных, так и в профилактических целях. Мировой рынок производства пробиотиков растет ежегодно на 7%. По данным Euromonitor, к 2017 году он составит 33,5 млрд евро

1.

Линекс® хорошо известен российским врачам и потребителям благодаря высочайшему качеству и широкой линейке препаратов, в которой каждый сможет найти для себя оптимальный вариант пробиотика. В июле 2015 году, помимо всеми любимого Линекс® и Линекс для детей®, линейка пополнилась новинкой - Линекс® Форте. Новинка содержит   комплекс из 2-х наиболее изученных бактерий BB-12 и LA-5 в высокой концентрации,что позволяет принимать от одной капсулы в день. что особенно удобно для проведения курсов лечения.Входящие в состав препарата пробиотические штаммы подавляют рост патогенных бактерий и оказывают благотворное влияние на состав кишечной микробиоты (микрофлоры).

Нормальная микрофлора снижая активность болезнетворных микроорганизмов,  подавляет  патогенные, гнилостные и газообразующие бактерии. Кроме того представители кишечной микробиоты принимают участие в жировом и пигментном обмене, стимулируют иммунную систему, принимают активное участие в переваривании пищи. Микробиоценоз желудочно-кишечного тракта – а это приблизительно 100 триллионов микроорганизмов (от 10

13 до 1014) весом около 1,5 кг у взрослого человека – в значительной степени определяет состояние здоровья человека, являясь, по существу, органом, ответственным за ряд ключевых метаболических процессов в организме1-3. Но существует множество факторов, оказывающих негативное влияние на микробиоту кишечника и приводящих к дисбалансу. Это особенности питания, заболевания органов пищеварения, кишечные инфекции, применение антибактериальных препаратов4. Для коррекции состояния кишечной микробиоты при различных патологических состояниях: дисбиозах, диареях различного происхождения, Clostridium difficile ассоциированных инфекциях и др. – используются препараты-пробиотики.

По словам директора по корпоративным связям компании «Сандоз» Юрия Головатчика, новинка станет значимым подспорьем в лечении ряда болезней:

«В состав пробиотика Линекс® Форте в суточной дозировке входят 2 хорошо изученные бактерии, являющие представителями нормальной микрофлоры кишечника — лакто- и бифидобактерии. Бактерии, содержащиеся в капсулах Линекс

® Форте, нормализуют и поддерживают физиологический баланс кишечной микрофлоры во всех отделах  кишечника. Линекс® Форте показан для профилактики и лечения дисбактериоза кишечника, симптомами которого могут быть диарея, запоры, нарушение пищеварения, тошнота, метеоризм, отрыжка и кожные аллергические реакции».

Д.м.н., профессор, заведующая кафедрой пропедевтики детских болезней Педиатрического факультета Первого Московского государственного медицинского университета (Первого МГМУ) им. И.М. Сеченова, Светлана Ильинична Эрдес отметила: «Кишечник не напрасно называют «вторым мозгом» человека. Наше здоровое состояние во многом зависит от микрофлоры кишечника, основы основ слаженной работы организма. Именно поэтому пробиотики  препараты, дающие возможность поддерживать в норме бактериальный состав кишечника – так важны в жизни современного человека. Погрешности в питании, стресс, прием антибиотиков и множество других факторов могут привести к нарушению состава кишечной микробиоты. Широкая  линейки Линекс

® позволяет  подобрать каждому пациенту подходящий для него робиотик    в любой ситуации нарушения микрофлоры!

 

О компании «Сандоз»

Компания «Сандоз», дженериковое подразделение группы компаний «Новартис», является лидером в отрасли воспроизведенных лекарственных средств и постоянно стремится к повышению уровня доступности высококачественной медицинской помощи для пациентов. «Сандоз» располагает штатом свыше 26 000 сотрудников по всему миру. Компания поставляет широкий спектр доступных по цене лекарственных препаратов пациентам в разных странах мира.

Достигнув объема продаж в 9,6 млрд. долларов США в 2014 г. и обладая портфелем лекарственных средств, состоящим из более чем 1100 химических соединений, компания «Сандоз» занимает лидирующую позицию в мире как в области биоаналогов, так и на рынке противоинфекционных и офтальмологических дженериков, а также дженериков применяемых в трансплантологии. Кроме того, компания «Сандоз» является одним из мировых лидеров на рынке дженериков в таких ключевых терапевтических областях как: инъекционные и дерматологические препараты, препараты для лечения заболеваний дыхательной, центральной нервной, сердечно-сосудистой и пищеварительной систем,  метаболических нарушений и болевых синдромов.

Компания «Сандоз» разрабатывает, производит и продает лекарственные средства, а также фармацевтические и биотехнологические активные субстанции действующих веществ. Около половины портфеля препаратов «Сандоз» состоит из различных категорий лекарственных средств, более сложных в разработке и производстве, чем стандартные дженерики.

Начиная с 2003 года, когда компания консолидировала различные направления производства дженериков под брендом «Сандоз», мы наблюдаем высокий естественный рост бизнеса за счет увеличения продаж. В дополнение к этому, рост обусловлен рядом целевых приобретений, которые компания «Сандоз» осуществила в различных регионах и направлениях бизнеса, в том числе «Гексал» (Германия), «Эбеве Фарма» (Австрия) и «Фуджера Фармасьютикалс» (США).

Компания «Сандоз» представлена в Twitter. Подписывайтесь на новости компании по ссылке http://twitter.com/Sandoz_Global.

 

**По продажам в упаковках по данным ООО “АЙ ЭМ ЭС Хэлс”, январь-декабрь 2014

 

  1. Amann R, Fuchs BM. Nat Rev Microbiol 2008; 6:339.

  2. Zhao L. Nature Review. Microbiology, Sept 2013; 11:639-47

  3. O’Hara AM&Shanahan F. Best Practice / Research Clinical Gastroenterology 2014; 28:585-97

  4. Приказ N 231 от 9 июня 2003 г. Об утверждении отраслевого стандарта «Протокол ведения больных. Дисбактериоз кишечника»

Ветеринарные препараты от компании Экохимтех

Споровит - отличный препарат при любых расстройствах жкт, а Тринорм хорошо помогает при нервных расстройствах

Всегда используем Нуклеопептид когда ростим щенков, в первый прикорм всегда включаем Споровит. Большое спасибо производителям за такие хорошие препараты

Сегодня получили долгожданную посылочку от ООО "Экохимтех". Мы, племенной питомник мопсов "С Бульвара Бриош" (РКФ - FCI), пользуемся продукцией этого предприятия на протяжении нескольких лет, используем ее для подрастающего поколения, подготовки собак к выставкам, а так...

Хочу посветить этот отзыв успокоительным средствам для животных, и выделить основные группы. Толчком к его написанию послужило многообразие успокоительных средств на зоорынке и их рост с геометрической прогрессией. Работая в зоосалоне уже несколько лет и параллельно занимаясь практической...

Продукция нужная, и полезная. Ветеринарные врачи в нашей клинике любят ее назначать, т.к. видят результаты. Хондро-Про — очень подходит «британам» и мейн-кунам, а так же тем животным у которых диагноз элементарный гиперпаратиреоз или травмы

Мы брали эти лакомства в прошлом году для своей старой овчарки. Отлично помогли! Даже не ожидала такого эффекта от лакомств! Собака начала легче вставать с лежачего положения. На улице тоже было видно, что суставам намного легче. Сейчас купили для молодой овчарки — весной, в целях профилактики...

Пользуюсь препаратом как для взрослых так и для котят для лечения и профилактики герпеса. Препарат очень хороший. После этого пользуюсь и другими препаратами этого производителя, благо они уже есть в продаже в Украине

Микровитам отличный препарат, поддерживает кошек и собак во время беременности и в период восстановления, помогает поддерживать шерсть в хорошей кондиции, пометы растут с ним более крепкими, улучшается аппетит и набор набор веса (только не забывать при этом про кальций для костяка)...

Я использую Микровитам для своих собак и рекомендую своим друзьям — собачникам и заводчикам. Не слышала ни от кого ни одного отрицательного отзыва. Особенно приятно использовать препарат, производимый в Уфе, а не за границей

Столкнулся со споровитом. Работаю ветврачом общей практики, использую его при лечении отравлений и инфекционных заболеваний в комплексе с другими лекарствами, в том числе с препаратом  микровитам, результаты прекрасные

Я давно пользуюсь Аминовитом (Микровитам) — очень довольна результатом, раньше еще и отправляла Микровитам и Нуклеопептид в Литву, Беларусь, в Москву и Питер (теперь стало сложнее, но по возможности — отправляю, там заводчики используют эти препараты). Моя близкая подруга (очень...

Про продукцию «Экохимтех» узнала от опытных заводчиков. Среди рекомендованных в том числе и Микровитам. Препарат отлично работает по улучшению качества шерсти кошек в отопительный сезон, уменьшает линьку и сухость волосяного покрова

Я заводчик кошек породы мейн кун — Ирина Никитина. Питомник Caramel. Уже несколько лет я использую этот препарат в своей работе. На практике наблюдаю за результатами применения этого препарата. И хочу подчеркнуть — это лучший препарат из всех испробованных мною для роста, развития, профилактики...

Соседи подобрали на улице больного облезлого котика, я и не спрашивала про него, недавно зашла к ним и вижу большого упитанного пушистого котика. Оказывается, Споровитом отпоили, и витаминчики давали. до того похорошел и помолодел, даже не узнать)) А еще он помогает нормализовать...

Покупал Споровит по рекомендации вет. врача, моя собака перенесла инфекционное заболевание, давал 2 раза в день. Она не только быстро выздоровела, но и набрала в весе. Шерсть стала лучше, пищеварение улучшилось, теперь всегда буду давать в качестве профилактики

Ингибиторы протонной помпы влияют на микробиом кишечника

Предпосылки и цели

Ингибиторы протонной помпы (ИПП) входят в десятку наиболее широко используемых лекарств в мире. В 2013 году омепразол употребляли 7% населения Нидерландов. В том же году эзомепразол был вторым по величине лекарственным средством в США с точки зрения выручки.1, 2 ИПП используются для лечения ГЭРБ и профилактики язвы желудка и двенадцатиперстной кишки.3, 4 Из общего населения 25% сообщают о изжоге. не реже одного раза в месяц, что объясняется большим спросом на ИЦП.4 Тем не менее, ИПП часто назначают или принимают в течение длительных периодов времени без доказательных показаний.5, 6

Использование ИПП было связано с повышенным риском кишечных инфекций.5, 7–9 Метаанализ 23 исследований, включающих почти У 300 000 пациентов наблюдалось 65% -ное увеличение заболеваемости Clostridium difficile -ассоциированной диареей среди пациентов, принимавших ИПП.9 В медицинских учреждениях использование ИПП также увеличивает риск повторных инфекций, вызванных C. difficile .5 Другой метаанализ 11 280 пациентов из шести исследований, оценивающих Salmonella , Campylobacter и другие кишечные инфекции, также обнаружил повышенный риск из-за подавления кислоты, с большей ассоциацией с ИПП, чем с рецептором H 2 . антагонисты.8 Недавно Голландский национальный институт общественного здравоохранения и окружающей среды заметил заметное увеличение случаев кампилобактериоза, связанного с увеличением использования ИПП в Нидерландах.7

Микробиом кишечника играет важную роль в этих кишечных инфекциях.10–13 Микробиота кишечника может противодействовать или способствовать микробной колонизации кишечника C. difficile и другим кишечным инфекциям с помощью нескольких механизмов, которые либо напрямую подавляют рост бактерий, либо усиливают иммунную систему.10, 11 Более того, замещая микробиоту кишечника Было доказано, что пациенты с диареей, ассоциированной с C. difficile , со здоровым микробиомом посредством фекальной трансплантации излечивают инфекцию C. difficile . 14 Повышенная частота кишечных инфекций у пользователей ИПП и важность состава микробиома кишечника в развитии Эти инфекции побудили нас исследовать влияние ИПП на микробиом кишечника.

Методы

Когорты

Мы изучили влияние ИПП на микробный состав кишечника в трех независимых когортах из Нидерландов. Эти когорты вместе составляют 1815 взрослых людей, включая здоровых субъектов и пациентов с заболеваниями желудочно-кишечного тракта. Когорта 1 состоит из 1174 человек, которые участвуют в общем популяционном исследовании LifeLines-DEEP в северных провинциях Нидерландов.15 Когорта 2 состоит из 300 пациентов с ВЗК из отделения гастроэнтерологии и гепатологии Медицинского центра Университета Гронингена (UMCG), Нидерланды. .Когорта 3 состоит из 189 пациентов с СРК и 152 контрольных пациентов из Медицинского центра Маастрихтского университета (MUMC), Нидерланды.

Использование лекарств

Текущее использование лекарств во время сбора стула у участников когорты 1 было извлечено из стандартизированной анкеты16. Два врача проверили все лекарства для 1174 участников. Использование ИПП оценивалось, если участники принимали омепразол, эзомепразол, пантопразол, лансопразол, декслансопразол или рабепразол.Чтобы исключить другие возможные эффекты лекарств на микробиом кишечника, их использование оценивалось по восьми категориям, что позволяло позднее скорректировать параметры или исключить некоторых участников. Эти категории были лекарствами, которые: (1) изменяют дефекацию или частоту стула, (2) понижают уровень триглицеридов, (3) понижают уровень холестерина, (4) противодиабетические препараты (пероральные и инсулиновые), (5) системные противовоспалительные препараты. лекарства (за исключением НПВП), (6) местные противовоспалительные препараты, (7) системные антибиотики, включая противогрибковые и противомалярийные препараты, и (8) антидепрессанты, включая серотонин-специфические ингибиторы обратного захвата (СИОЗС), ингибиторы обратного захвата серотонин-норадреналина (ИОЗСН) , миртазапин и трициклические антидепрессанты (ТЦА).Определения этих категорий описаны в дополнительном онлайн-приложении. Анализ лекарств, использованных в когорте 2, был основан на электронной карте пациента, относящейся к ВЗК, в UMCG. Текущее использование ИПП, а также текущие лекарства от ВЗК (месалазины, тиопурины, метотрексат, стероиды, ингибиторы фактора некроза опухоли (TNF) -α и другие биологические препараты) оценивались во время отбора проб гастроэнтерологом, лечащим пациента с ВЗК. Текущее потребление ИПП в когорте 3 случай-контроль СРК было основано на анкетах, заполненных самими пациентами.Исследователям были предоставлены псевдонимизированные данные по всем трем когортам.

Жалобы на кишечник и другие клинические характеристики

Информация о возрасте, поле и индексе массы тела (ИМТ) была доступна для всех трех групп. В когорте 1 жалобы на кишечник исследовались с использованием обширного вопросника, который включал частоту дефекации и Бристольскую шкалу стула. Возможный СРК и функциональная диарея или запор определялись с использованием критериев ROME III, о которых сообщали сами пациенты. Пациентам с ВЗК в когорте 2 был поставлен диагноз на основании принятой радиологической, эндоскопической и гистопатологической оценки.Все случаи ВЗК, включенные в наше исследование, соответствовали клиническим критериям ВЗК. СРК в когорте 3 был диагностирован гастроэнтерологом в соответствии с критериями ROME III.

Сбор образцов кала и слизи из ротовой полости

Всего было собрано 1815 образцов стула и 116 образцов слизи из полости рта. Когорты 1 и 2 использовали идентичные протоколы для сбора образцов стула. Участников когорты 1 и 2 попросили собрать один образец стула дома. Образцы стула замораживали в течение 15 минут после образования стула в домашнем морозильнике участников и оставались замороженными до выделения ДНК.Медсестра-исследователь посетила всех участников, чтобы собрать образцы стула вскоре после производства, и они были транспортированы и сохранены при –80 ° C. Участников когорты 3 попросили принести образец стула в исследовательский центр в течение 24 часов после производства стула. По прибытии эти образцы немедленно замораживали при температуре -80 ° C.

Образцы слизи из полости рта были собраны у 116 здоровых добровольцев с помощью буккальных мазков.

Выделение ДНК и анализ состава микробиоты

Микробную ДНК из образцов стула выделяли с помощью набора Qiagen AllPrep DNA / RNA Mini Kit (кат.№ 80204). Выделение ДНК из мазков из полости рта проводили с использованием набора для выделения микробной ДНК UltraClean (каталожный № 12224) от MoBio Laboratories (Карлсбад, Калифорния, США). Для определения бактериального состава образцов кала и слизи ротовой полости секвенирование вариабельной области V4 гена 16S рРНК проводили с помощью Illumina MiSeq. Выделение ДНК описано в разделе «Методы» дополнительного онлайн-приложения.

Определение таксономии

Бактериальная таксономия была определена путем кластеризации считываний последовательностей с помощью UCLUST (V.1.2.22q) с порогом расстояния 97%, используя Greengenes (V.13.8) в качестве справочной базы данных таксономии. Секвенирование и определение таксономии описаны в разделе «Методы» дополнительного онлайн-приложения.

Статистический анализ

В каждой когорте дифференциально распространенные таксоны в микробиоме кишечника между пользователями ИЦП и пользователями, не использующими ИПП, были проанализированы с использованием многомерной статистической основы MaAsLin.17 MaAsLin выполняет усиленные, аддитивные, общие линейные модели между метаданными и данными о численности микробов. .После проведения ассоциативных исследований в отдельных когортах мы выполнили метаанализ трех когорт, используя метод взвешенных Z-баллов. Q-критерий Кохрана использовался для проверки неоднородности. Граница значимости для Q-критерия Кохрана была определена поправкой Бонферрони для 92 значимых результатов: p <5,43 × 10 -4 . Различия в богатстве (количество видов в образце), анализе основных координат (PCoA) и анализе разнообразия Шеннона определяли с помощью программного обеспечения для анализа микробиома QIIME.18 Тест Вилкоксона и корреляции Спирмена использовались для выявления различий в разнообразии Шеннона и отношений между оценками PCoA пользователей PPI и пользователей, не использующих PPI, в то время как тест χ 2 , точный критерий Фишера, корреляция Спирмена и Уилкоксона-Манна-Уитни Тест (тест WMW) использовался для определения различий в возрасте, поле, ИМТ, использовании антибиотиков и кишечных жалобах между пользователями ИПП и непользователями. Во всех анализах микробиома множественные тестовые поправки основывались на частоте ложных обнаружений (FDR).Значение FDR 0,05 использовалось в качестве статистически значимого порогового значения.

В дополнение к эффекту ИПП, мы также протестировали влияние других часто используемых препаратов в когорте 1. Используя MaAsLin с настройками, аналогичными описанным выше, мы протестировали микробные изменения, связанные с использованием других препаратов, с коррекцией и без нее. для ИПП, а также изменения при включении этих распространенных препаратов в качестве корректирующего фактора в анализ ИПП по сравнению с не-ИПП.

Значимые результаты были графически представлены в кладограммах с использованием GraPhlAn.19 Более подробную информацию о статистическом анализе можно найти в разделе «Методы» (см. Дополнительное онлайн-приложение).

Поправка на факторы, влияющие на микробиоту кишечника

Дифференциально распространенные таксоны были скорректированы по нескольким параметрам, которые были идентифицированы статистическим анализом когортных фенотипов или однофакторными прогонами MaAsLin и впоследствии добавлены в качестве кофакторов в аддитивную линейную модель. Анализы в общей популяции Когорта 1 были скорректированы на возраст, пол, ИМТ, использование антибиотиков, глубину считывания последовательности и диагноз ROME III (СРК-запор (СРК-З), СРК-диарея (СРК-Д), смешанный СРК (СРК). -M), СРК-неопределенный (СРК-Н), функциональное вздутие живота, функциональный запор, функциональная диарея или ее отсутствие).Анализ пациентов с ВЗК в когорте 2 был скорректирован на возраст, пол, ИМТ, использование антибиотиков, глубину считывания последовательности, диагноз (болезнь Крона или ЯК) в сочетании с локализацией заболевания (толстая кишка, подвздошная кишка или и то, и другое) и лекарствами от ВЗК (использование месалазинов. , стероиды, тиопурины, метотрексат или антитела против TNF). Анализ Когорты 3 с СРК случай-контроль был скорректирован на возраст, пол, ИМТ, глубину считывания последовательности и статус СРК в соответствии с критериями ROME III. В метаанализе все данные микробиома были скорректированы с учетом возраста, пола, ИМТ, использования антибиотиков и глубины считывания последовательности.

Результаты

Использование ИПП связано с пожилым возрастом и более высоким ИМТ

ИПП использовали 211 (11,6%) из 1815 участников: 8,4% от общей популяции (когорта 1), 20,0% пациентов с ВЗК ( Когорта 2) и 15,2% участников Когорты 3 случай-контроль. Женщины используют ИПП чаще, чем мужчины: 9,2% против 7,4%, хотя это не было статистически значимым (p = 0,61, χ 2 тест ). Пользователи ИПП, как правило, были старше: 51,6 (стандартное отклонение 13,4) года по сравнению с 44,4 (стандартное отклонение 14.7) лет (p = 2,50 × 10 -11 WMW тест) и имеют более высокий ИМТ 26,9 (стандартное отклонение 5,0) по сравнению с 24,9 (стандартное отклонение 4,2) для лиц, не употребляющих наркотики (p = 1,89 × 10 -8 , WMW тест). Антибиотики одновременно использовали 2% из 99 пользователей ИПП в когорте 1 и 33% из 60 пользователей ИПП в когорте 2. Не было совпадения между пользователями ИПП и пользователями антибиотиков в когорте 3. На основе наших данных мы включили возраст, пол, ИМТ и антибиотики как кофакторы в анализе микробиома. В таблице 1 представлен обзор характеристик каждой когорты и использования ИЦП.

Таблица 1

Характеристики трех независимых когорт в этом исследовании

Состав кишечной микробиоты

Преобладающим типом в каждой когорте был Firmicutes с численностью 76,7%, 73,8% и 77,4% в когортах 1, 2 и 3, соответственно. . Информация о составе микробиома кишечника для всех трех когорт и на всех таксономических уровнях представлена ​​на дополнительных рисунках S1, S2 и в таблице S1. Независимо от использования ИПП, общий высокоуровневый бактериальный состав кишечника был однородным во всех трех когортах (по типу, классу и уровню порядка, корреляции Спирмена: r> 0.94; p <1,6 × 10 −13 ).

Уменьшение разнообразия кишечного микробиома, связанного с использованием ИПП

Во всех трех когортах мы выявили более низкое видовое богатство и более низкое разнообразие Шеннона, хотя и незначительное (когорта 1, p = 0,85; когорта 2, p = 0,16; когорта 3, p = 0,53), однако при комбинированном анализе всех трех наборов данных, которые мы определили, умеренное, но значительное снижение α-разнообразия кишечника пользователей ИПП наблюдалось в метаанализе всех 1815 образцов микробиома кишечника: индекс Шеннона (p = 0.01) и видовое богатство (p = 0,02) (см. Дополнительные рисунки S3 и S4 в Интернете).

Мета-анализ: различия в микробиоме кишечника, связанные с использованием ИПП

Мета-анализ по всем трем когортам показал статистически значимые изменения в 92 из 460 бактериальных таксонов (FDR <0,05). Эти изменения отображены на кладограмме на рис. 1 и на тепловой карте на рис. 2, а также на дополнительном онлайн-рисунке S5. Подробная информация о каждом таксоне, включая индивидуальное направление, коэффициент, значение p и FDR для каждой когорты, а также метаанализ, представлены в дополнительных онлайн-таблицах S2 и S3.Q-тест Кохрана использовался для проверки неоднородности. Ни одна из 92 сообщенных ассоциаций не была существенно неоднородной при пороговом значении p, скорректированном по Бонферрони (p <5,43 × 10 -4 ) (см. Дополнительную онлайн-таблицу S2).

Рисунок 1

Связанные с ИПП статистически значимые различия в микробиоме кишечника. Метаанализ трех независимых когорт, включающих 1815 образцов фекалий, демонстрирующих кладограмму (круговое иерархическое дерево) 92 значительно увеличенных или уменьшенных бактериальных таксонов в микробиоме кишечника пользователей ИПП по сравнению с лицами, не принимающими ИПП (FDR <0.05). Каждая точка представляет бактериальный таксон. Две самые внутренние точки представляют собой высший уровень таксономии в наших данных: царства Archea и Bacteria (прокариоты), за которыми следуют более низкие уровни: тип, класс, порядок, семейство, род и вид. Красные точки представляют значительно увеличенные таксоны. Синие точки обозначают значительно уменьшившиеся таксоны. FDR - коэффициент ложного обнаружения; ИПП, ингибитор протонной помпы.

Рисунок 2

Значительно измененные семьи пользователей ИЦП соответствуют трем когортам.Мета-анализ трех независимых когорт, включающих 1815 проб фекалий. На тепловой карте показано, что в 19 семьях значительно увеличилось или уменьшилось количество ИПП в кишечном микробиоме для каждой когорты и для метаанализа (метаанализ FDR <0,05). FDR - коэффициент ложного обнаружения; ИПП, ингибитор протонной помпы.

Общее различие микробиома кишечника, связанное с использованием PPI, также наблюдалось в PCoA всех наборов данных вместе (рисунок 3 и см. Дополнительный рисунок S6 онлайн).Тот же PCoA с отдельными цветами для каждой когорты был добавлен на дополнительном онлайн-рисунке S7. Примечательно, что мы наблюдали статистически значимые различия между пользователями PPI и непользователями по двум основным координатам (PCoA1: p = 1,39 × 10 −20 , PCoA3: p = 0,0004, критерий Вилкоксона).

Рисунок 3

Анализ основных координат 1815 образцов микробиома кишечника и 116 образцов микробиома полости рта. Микробиом кишечника пользователей PPI значительно отличается от пользователей без PPI по первой координате (PCoA1: p = 1.39 × 10 −20 , критерий Вилкоксона). Для главной координаты 1 наблюдается значительный сдвиг микробиома кишечника пользователей ИПП в сторону микробиома полости рта. PCoA, анализ главных координат; ИПП, ингибитор протонной помпы.

Подобные изменения в трех независимых когортах были связаны с использованием ИПП.

Порядок Actinomycetales, семейства Streptococcoceae , Micrococcoceae , род Rothia и вид Lactobacillus salivarius были увеличены в каждой группе участников, использующих PPI .Ни одна из отдельных когорт не содержала значительно уменьшенных таксонов (FDR <0,05). В общей популяции (когорта 1) 41 из 829 бактериальных таксонов были значительно увеличены, включая класс Gammaproteobacteria, семейство Enterococcoceae и роды Streptococcus , Veillonella и Enterococcus (FDR <0,05) (см. интерактивная дополнительная таблица S4). У пациентов с ВЗК (когорта 2) использование ИПП было связано с увеличением на 12 из 667 бактериальных таксонов, включая семейство Lactobacillaceae , а также роды Streptococcus и Lactobacillus (FDR <0.05) (см. Дополнительную онлайн-таблицу S5). В Когорте 3 случай-контроль СРК 18 из 624 таксонов были значительно увеличены, включая отряд Lactobacillales (FDR <0,05) (см. Дополнительную онлайн-таблицу S6).

Бактерии полости рта более многочисленны в микробиоме кишечника пользователей ИПП

Мы предположили, что изменения в микробиоме кишечника, связанные с использованием ИПП, вызваны пониженной кислотностью желудка и последующим выживанием большего количества бактерий, которые попадают в организм с пищей. и слизь из ротовой полости.Действительно, некоторые из статистически значимо увеличенных бактерий у пользователей ИПП (например, Rothia dentocariosa , Rothia mucilaginosa , роды Scardovia и Actinomyces и семейство Micrococcaceae) обычно встречаются в микробиоме полости рта. Проанализировав 116 образцов микробиома полости рта от участников когорты 1, мы смогли сравнить общий состав бактерий в микробиоме полости рта с составом микробиома кишечника.Мы наблюдали статистически значимый сдвиг в главной координате 1 в образцах микробиома кишечника потребителей ИПП в сторону пероральных образцов по сравнению с теми, кто не принимал ИПП (p = 1,39 × 10 -20 , тест Вилкоксона) (рис. 3). На дополнительном онлайн-рисунке S8 чрезмерная представленность бактерий полости рта в кишечнике пользователей ИПП изображена на кладограмме.

Использование ИПП не зависит от частоты дефекации и консистенции стула.

Некоторые из значительно увеличенных таксонов были более распространены в тонкой кишке.11 Чтобы убедиться, что изменения, наблюдаемые в составе микробиоты, не были вызваны диареей и / или более частыми испражнениями, мы проверили среди нашей общей популяции, чаще ли клинические симптомы диареи проявлялись у пользователей ИПП. Ни диарейных жалоб (СРК-Д и функциональная диарея, p = 0,22, точный тест Фишера), ни консистенции стула, как определено по Бристольской шкале стула (r = 0,027, p = 0,36, корреляция Спирмена), ни частоты дефекации (r = -0,001). , p = 0,98, корреляция Спирмена) участников когорты 1 были связаны с использованием ИПП.

ИПП, антибиотики и другие часто используемые препараты

В когорте 1 16 таксонов были связаны с антибиотиками и другими часто используемыми категориями лекарств, помимо ИПП (см. Дополнительную онлайн-таблицу S7). После корректировки на использование ИПП, только шесть таксонов остались ассоциированными с определенными лекарствами: статинами, фибратами и лекарствами, изменяющими дефекацию. Все 92 изменения бактериальных таксонов, связанных с использованием ИПП, остались статистически значимыми, если мы исправим анализ микробиома на антибиотики и другие часто используемые препараты.

Выводы

Мы показываем, что использование ИПП неизменно связано с глубокими изменениями микробиома кишечника. В нашем исследовании эти изменения были более заметными, чем изменения, связанные либо с антибиотиками, либо с другими обычно используемыми лекарствами. Хотя ИПП доказали свою эффективность в профилактике и лечении язв и ГЭРБ, они также были связаны с повышенным риском заражения C. difficile , Salmonella spp, Shigella spp, Campylobacter spp , и другие кишечные инфекции.4, 5, 7–9 Повышенный риск заражения одной из этих кишечных инфекций, вероятно, связан с изменениями в микробиоме кишечника пользователя PPI. Микробиота кишечника может противостоять или способствовать колонизации C. difficile и другим кишечным инфекциям посредством механизмов, которые либо напрямую подавляют рост бактерий, либо усиливают иммунную систему.10–13 В случае C. difficile могут прорасти спор. легче из-за метаболитов, синтезируемых некоторыми кишечными бактериями.12, 13

Мы предположили, что ИПП изменяют микробиом кишечника за счет своего прямого воздействия на кислоту желудка.Эта кислотность образует одну из основных защит против притока бактерий, сопровождающих прием пищи и слизи из ротовой полости. ИПП снижают кислотность желудка, позволяя большему количеству бактерий преодолеть этот барьер. Мы показали здесь, что виды в микробиоме полости рта более многочисленны в микробиоме кишечника пользователей ИПП. Более того, исследование влияния ИПП на микробиом пищевода и желудка при эзофагите и пищеводе Баррета показало аналогичные бактериальные таксоны, связанные с использованием ИПП, включая повышенные уровни Enterobacteriaceae, Micrococcaceae, Actinomycetaceae и Erysipelotricha.21 Операция обходного желудочного анастомоза нарушает кислотный барьер желудка и приводит к изменениям микробиома кишечника, аналогичным изменениям, связанным с ИПП в этом исследовании, тем самым подтверждая нашу гипотезу 22

Таблица 2

Таксоны и аспекты микробиома, связанные с использованием ИПП и повышенным риском C .difficile , инфекция

Мы изучили роль микробиома кишечника в инфекциях C. difficile , которые вызывают 12,1% всех нозокомиальных инфекций и являются причиной полумиллиона инфекций и связаны с 29000 смертей в США в 2011 г. .23, 24 Вирулентные штаммы C. difficile могут колонизировать только чувствительный кишечник, после чего образуются токсины и разлетаются споры. Это приводит к широкому спектру симптомов, варьирующихся от легкой диареи до молниеносной рецидивирующей диареи и псевдомембранозного колита.25 Недавние исследования на людях, животных и in vitro показывают перекрытие между специфическими изменениями микробиоты кишечника, обнаруженными в этом исследовании, и бактериальными. изменения, приводящие к повышенной восприимчивости к C.difficile . Снижение α-разнообразия у пользователей ИПП связано с повышенной восприимчивостью к инфекции C. difficile .13, 27, 28 Связанное с ИПП снижение у семейства Ruminococcoceae и рода Bifidobacterium, , а также PPI- ассоциированное увеличение класса Gammaproteobacteria , семейств Enterobacteriaceae , Enterococcoceae, Lactobacillaceae и родов Enterococcus и Veillonella, были последовательно связаны с повышенной чувствительностью к C.difficile (таблица 2) 10, 13, 26–32

Семейство Ruminococcaceae значительно снижено у пациентов с C. difficile и обогащено у здоровых контролей.28, 29, 31 Более того, мыши, которые были заражены обработанные смесью антибиотиков, которые не вызывают клинического заболевания после заражения C. difficile , имеют более высокие уровни Ruminococcaceae .26 Внутри семейства Ruminococcaceae род Faecalibacterium значительно увеличился у пациентов, выздоровевших от С.difficile , тогда как он был значительно снижен у пациентов с C. difficile с активным заболеванием.31 Наконец, снижение Ruminococcus Torques в оперативной таксономической единице (OTU) было значительно связано с инфекцией C. difficile в другом исследовании, хотя их выборка OTU была сделана с использованием другой справочной базы данных, а ассоциации были выполнены с использованием уровня OTU, что затруднило прямое сравнение с нашим исследованием.13

Виды рода Bifidobacterium : Bifidobacterium longum , Bifidobacterium lactis , Bifidobacterium lactis , pseudocatenulatum , Bifidobacterium breve , Bifidobacterium pseudolongum , Bifidobacterium adolescentis и Было показано, что Bifidobacterium animalis lactis подавляет или предотвращает появление C.difficile .10 Введение антибиотиков, которые увеличивают восприимчивость к C. difficile на модели кишечника in vitro, также значительно снижает количество бактерий рода Bifidobacterium .30. Бифидобактерии у пожилых пациентов.29

Гаммапротеобактерии класса и семейство Enterobacteriaceae имеют с значительный рост у пользователей ИПП. Gammaproteobacteria обогащены у пациентов C. difficile по сравнению со здоровым контролем28. В пределах класса Gammaproteobacteria семейство Enterobacteriaceae доминирует в микробиоме кишечника мыши после введения клиндамицина. У тех мышей, которые заболели клинически после введения коктейля антибиотиков, содержащего клиндамицин, и контрольного заражения C. difficile , уровень Enterobacteriaceae значительно увеличился в микробиоме кишечника, в то время как у мышей, которые не заболели клинически, был микробиом кишечника, который преимущественно состояли из фирмикутов.26 Семейство Enterobacteriaceae также увеличивается у хомяков, которые лечились клиндамицином и впоследствии инфицированы C. difficile . 32

Род Enterococcus , который также более распространен среди пользователей ИПП, значительно обогащен C. difficile. -инфицированных пациентов по сравнению со здоровыми контрольными пациентами.28, 31 Enterococcus faecalis OTU и Enterococcus avium OTU значительно связаны с повышенной чувствительностью к C.difficile у мышей.13 Более того, OTU Enterococcus avium также в значительной степени ассоциирован с C. difficile у людей.13 Введение антибиотика цефтриаксона привело к увеличению количества Enterococcus рода и повысило восприимчивость к C. difficile в модели кишечника in vitro.30

Повышенная численность семейства Lactobacillaceae у пользователей ИПП была связана с повышенным риском заражения C.difficile в нескольких исследованиях. Мыши, получавшие коктейль из антибиотиков (состоящий из канамицина, гентамицина, колистина, метронидазола и ванкомицина), цефоперазона или комбинации клиндамицина и цефоперазона, имеют более высокие уровни Lactobacillaceae в кишечнике26. Инфекция C. difficile после заражения патогеном также имела более высокий уровень Lactobacillaceae .26 Внутри семейства Lactobacillaceae , род Lactobacillus значительно обогащен у пациентов с C.difficile по сравнению со здоровым контролем.28 Lactobacillus spp в микробиоме кишечника также связаны с активной диареей C. difficile у пациентов.29 В отличие от этих исследований, Lactobacillus видов Lactobacillus delbrueckii , , Lactobacillus delbrueckii plantarum и Lactobacillus reuteri OTU повысили устойчивость к колонизации до C. difficile .10, 13 Однако, в соответствии с повышенным риском, OTU Lactobacillus johnsonii увеличила C.difficile .13

Наконец, род Veillonella , который увеличивается у пользователей ИПП, значительно обогащен у пациентов с C. difficile по сравнению со здоровым контролем28

Профилактика связанных со здравоохранением C. difficile инфекции являются приоритетом в США, и были установлены целевые показатели сокращения на 2020 год.5, 33 Недавнее исследование, посвященное влиянию ИПП на риск развития рецидивов инфекций C. difficile , показало, что из 191 пользователя ИПП, госпитализированных в больницу , всего 47.1% имели доказательные показания к применению ИПП.5 Более того, использование ИПП было прекращено только в 0,6% случаев.5 Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США уже рекомендует ограничить использование ИПП минимальной дозой и продолжительностью.34 Несмотря на эти рекомендации , ИПП по-прежнему часто назначаются с завышением.5, 6 Риск ненужного использования антибиотиков уже учтен.35 Однако ограничение ненужного использования ИПП также следует учитывать для предотвращения C. difficile и других кишечных инфекций.

Микробиом интенсивно изучается при различных заболеваниях и состояниях, включая ВЗК, СРК, ожирение, пожилой возраст, неалкогольный стеатогепатит и неалкогольную жировую болезнь печени (НАЖБП).36 Пользователи ИПП чрезмерно представлены в этих группах, поскольку они с большей вероятностью будут иметь жалобы на желудочно-кишечный тракт или испытывать ГЭРБ из-за состояния здоровья или связанного с ними образа жизни. Известные исследования микробиома, изучающие ожирение, ВЗК и НАЖБП, включают результаты, которые исследователи внесли в изучаемое состояние, но мы показываем, что они также связаны с использованием ИПП.17, 37 Вполне возможно, что некоторые из наблюдаемых эффектов скорее должны были быть связано с использованием ИЦП. Поэтому в будущих исследованиях микробиома на людях всегда следует учитывать влияние ИПП на микробиом кишечника.

В этой статье сообщается о крупнейшем на сегодняшний день исследовании, посвященном влиянию ИПП на микробиом кишечника. Глубокие изменения, наблюдаемые в микробиоме кишечника, могут быть связаны с повышенным риском заражения C. difficile и других кишечных инфекций. Учитывая широкое использование ИПП, заболеваемость и смертность, связанные с кишечными инфекциями, а также растущее число исследований микробиома, практикующие врачи и исследователи микробиома должны полностью осознавать влияние ИПП на микробиом кишечника.

Метаболизм лекарственных средств, обусловленный кишечной микробиотой, при воспалительном заболевании кишечника | Журнал Крона и колита

Аннотация

Предпосылки и цели

Микробиота кишечника играет важную роль в метаболизме и модуляции некоторых типов лекарств. В этом исследовании мы стремились изучить литературу, касающуюся микробного метаболизма лекарств, назначаемых при воспалительных заболеваниях кишечника [ВЗК].

Методы

Систематический поиск литературы проводился в Embase и PubMed с момента создания до октября 2019 года.Поиск проводился по предопределенным MeSH / Emtree и текстовым терминам. Подходили все исследования метаболизма лекарств микробиотой лекарств, прописанных в практике ВЗК. Всего было обнаружено 1018 записей, и 89 статей были отобраны для полнотекстового чтения.

Результаты

На метаболизм или модуляцию кишечных бактерий влияют четыре конкретных препарата, используемых при ВЗК (месалазины, метотрексат, глюкокортикоиды и тиогуанин). Микробиота кишечника расщепляет азосвязь сульфасалазина, бальсалазида и олсалазина и высвобождает активный фрагмент 5-аминосалициловой кислоты.Он влияет на метаболизм и, возможно, на реакцию на терапию метотрексатом. В частности, тиогуанин может превращаться кишечными бактериями в фармакологически активные нуклеотиды 6-тиогуанина без необходимости метаболизма хозяина. Глюкокортикоидные соединения могут быть подвержены бактериальному разложению.

Заключение

Микробиота кишечника человека может иметь большое влияние на метаболизм лекарств и эффективность лекарств, назначаемых в практике ВЗК. Необходимо более глубокое понимание этих взаимодействий между микробиотой и лекарствами, которое должно стать неотъемлемой частью процесса разработки новых лекарств от ВЗК.

1. Введение

Микробиом - это совокупность геномов всех микроорганизмов в окружающей среде. С другой стороны, микробиота обычно относится к конкретным микроорганизмам [например, бактерии, вирусы и грибки], которые встречаются в определенной среде, что приводит к локальным различиям в микробиоте каждого человека в зависимости от того, где в организме собирается микробиота. Микробиом кишечника человека представляет собой сложное, плотное и разнообразное микробное сообщество.По оценкам, в его состав входит более пяти миллионов уникальных генов и более 100 триллионов клеток. 1 Несмотря на это разнообразие, кишечные микробы в основном распространены в четырех типах бактерий, а именно: Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes и Proteobacteria. 2 Микробиота кишечника играет важную роль во многих аспектах здоровья человека, включая метаболические, иммунные и нейроповеденческие особенности, но также является важной мишенью для лекарств. 3

Микробиота кишечника может активировать, инактивировать или сделать лекарство токсичным.Он может влиять на метаболизм лекарств напрямую через биотрансформацию, которая представляет собой преобразование органических соединений в другие химические формы или метаболиты, и этому могут способствовать микроорганизмы. 4 Наиболее распространенными механизмами метаболизма лекарств микробиоты кишечника являются гидролитические и восстановительные реакции. Кроме того, сообщалось о многих других химических реакциях, включая ацетилирование, дезаминирование, дегидроксилирование, декарбоксилирование, деметилирование, деконъюгацию и протеолиз. 5 Помимо биотрансформирующих лекарств, микробиота кишечника может косвенно контролировать эффективность лекарств, изменяя метаболизм хозяина и производя метаболиты, которые конкурируют с рецептором лекарства. 5

Важность взаимодействия между микробиотой и лекарствами была отмечена в 1993 году, когда соридувин был представлен на японском рынке в качестве лекарства для лечения инфекции, вызванной вирусом ветряной оспы и опоясывающего лишая. В течение 40 дней после введения 18 человек умерли после того, как им назначили соридувин вместе с пероральным 5-флуоурацилом, противораковым препаратом. Позже было обнаружено, что соридувин трансформируется микробиотой кишечника в ( E ) -5- (2-бромовинил) урацил, который ингибирует метаболизм 5-фторурацила, что приводит к токсическим уровням этого конкретного препарата. 6 Это лекарственное взаимодействие подчеркивает важность изучения метаболизма лекарств микробиотой кишечника.

Помимо этих возможных токсических эффектов, микробиота кишечника также может использоваться для активации или повышения эффективности лекарств, то есть для преобразования пролекарств в активные лекарства. Один из примеров этого механизма продемонстрирован в терапии лактулозой. Этот препарат гидролизуется кишечными бактериями с образованием уксусной и молочной кислоты, которые снижают pH в желудочно-кишечном тракте. Из-за более низкого pH аммиак и другие амины протонируются и, как правило, выводятся с фекалиями, что приводит к слабительному эффекту лактулозы и ее использованию для лечения гипераммонии и печеночной энцефалопатии. 7,8

В последние годы были проведены обширные исследования роли микробиома в патогенезе воспалительного заболевания кишечника [ВЗК] и терапевтического потенциала микробиоты кишечника при лечении ВЗК, включая трансплантацию фекальной микробиоты. 2 Меньше внимания уделялось роли кишечной микробиоты в метаболизме и модуляции некоторых лекарств, назначаемых для лечения ВЗК. В этом обзоре мы стремимся описать роль микробного метаболизма лекарств в ВЗК и, таким образом, потенциал таргетной терапии ВЗК.

2. Методы

Систематический электронный поиск литературы проводился с использованием электронных баз данных Embase и PubMed для сбора публикаций до октября 2019 года. Поиск проводился с использованием комбинации следующих слов MeSH / Emtree и текстовых терминов, отмеченных звездочками [*], где это применимо: «Воспаление кишечника. болезнь, болезнь Крона, язвенный колит, микробиом желудочно-кишечного тракта, микрофлора, метагеном, микробиота, бактерии, фармакокинетика, биотрансформация, активация, инактивация, метаболизм, пролекарства, конверсия, токсичность, эффективность и взаимодействие лекарственного микробиома ».Весь поиск был объединен с общими и фирменными названиями лекарств от ВЗК [Дополнительные данные 1]. Поиск не ограничивался исключительно людьми, чтобы собрать все доступные исследования по этой теме. Списки литературы идентифицированных статей были проверены, чтобы найти дополнительные релевантные исследования, пропущенные во время первоначального поиска. Любая оригинальная полная статья или тезисы конференции, написанные на голландском или английском языке, имели право, и не было никаких ограничений в отношении даты публикации.Неоригинальные статьи, отчеты о случаях, дубликаты и статьи, написанные на языке, отличном от голландского или английского, были исключены из этого обзора.

После поиска собранная литература была проверена по названию и аннотации первым и последним автором [F.C. и N.dB.] на право проведения полнотекстовой оценки. Разногласия относительно приемлемости исследования были разрешены путем консенсуса между первым и последним авторами [F.C. и N.d.B.]. Тот же процесс использовался для полнотекстового просмотра. Были включены исследования, если в них сообщалось об исходах метаболизма лекарств микробиотой, даже если этот метаболизм наблюдался у субъектов без ВЗК, но с лекарствами, регулярно прописываемыми в практике ВЗК.Когда в исследованиях сообщалось об использовании покрывающих соединений для замедленного высвобождения, таких как полисахарид, они не считались истинной системой доставки, активируемой микробиотой, и поэтому были исключены. Кроме того, исследования, в которых описывалось влияние лекарств на сам микробиом, не принимались во внимание. Также были исключены исследования, касающиеся микробного метаболизма экспериментальных препаратов против ВЗК или исследования пробиотиков.

2.1. Результатов

Стратегия поиска выявила 1018 статей, которые были проверены на соответствие критериям отбора.После удаления дубликатов было проверено 937 статей по названию и аннотации. В 89 отобранных полнотекстовых статьях описаны четыре конкретных препарата, используемых для лечения пациентов с ВЗК. Процесс отбора изображен на Рисунке 1. Консенсус в отношении правомочности был достигнут между двумя независимыми рецензентами на всех этапах отбора.

Рисунок 1.

Блок-схема выбора исследования.

Рисунок 1.

Блок-схема выбора исследования.

3.Микробный метаболизм лекарственных средств при ВБК

3.1. Сульфасалазин

Сульфасалазин, открытый в 1940-х годах, представляет собой лекарственное средство, состоящее из противовоспалительной составляющей [салициловой кислоты], связанной с противомикробным препаратом [сульфаномидом]. 9 Сульфасалазин был получен путем связывания сульфапиридина [молекула сульфаномида] с 5-аминосалициловой кислотой [5-ASA] путем диазосочетания. Первоначально сульфасалазин был разработан для лечения воспалительных состояний, которые, как предполагалось, имели бактериальное происхождение, но позже было обнаружено, что он полезен для лечения язвенного колита [UC]. 9

Сульфасалазин имеет ограниченную абсорбцию в верхних отделах кишечника, но в толстой кишке уменьшение диазо-связи происходит с помощью ферментов диазоредуктазы, продуцируемых кишечной микробиотой в толстой кишке. После этого расщепления 5-АСК и сульфапиридин становятся доступными для системной абсорбции; первый является активным лекарством для местного применения, а второй - нет [Рисунок 2]. 8,10 5-АСК эффективен при ЯК, поскольку он вызывает противовоспалительные эффекты путем ингибирования провоспалительных медиаторов, а сульфапиридин действует в основном как неактивная молекула-носитель. 11 Фармакологические действия 5-ASA до конца не изучены, но исследования показали, что его противовоспалительное действие проявляется за счет нацеливания на рецептор-γ, активируемого пролифератором пероксисом, а также модуляции активности множественного клеточного метаболизма. 12

Рисунок 2.

Расщепление сульфасалазина бактериальной диазоредуктазой.

Рисунок 2.

Расщепление сульфасалазина бактериальной диазоредуктазой.

Это расщепление диазосвязи кишечной флорой было впервые описано у крыс Peppercorn и Goldman в 1972 году. 13 Они продемонстрировали, что обработанные антибиотиками или стерильные крысы, получавшие сульфасалазин, имели неизмененный сульфасалазин в их слепой кишке и фекалиях, в отличие от экскрементов нормальных крыс, которые не содержали неизмененного сульфасалазина. Когда стерильные крысы были инфицированы четырьмя специфическими бактериями, обычно обнаруживаемыми в желудочно-кишечном тракте, сульфасалазин метаболизировался так же, как и у нормальных крыс, и в их экскрементах не обнаруживался неизмененный сульфасалазин. Это расщепление диазосвязи было также обнаружено, когда штаммы бактерий, репрезентативные для штаммов, обнаруженных в кишечном тракте человека, культивировали в присутствии сульфасалазина. 13 Кроме того, Шредер и Кэмпбелл показали в фармакокинетическом исследовании на здоровых людях-добровольцах очень небольшое количество исходного лекарственного средства, выделяемого почками, и отсутствие экскреции с фекалиями. 14 Эти данные показывают, что кишечные бактерии необходимы для активации этого лекарства, а также частично объясняют, почему сульфасалазин оказывается более эффективным при ЯК, чем при болезни Крона [CD]. Последний может быть локализован во всем желудочно-кишечном тракте и не ограничен областью толстой кишки, что согласуется с тем, что лекарство более эффективно, когда воспаление кишечника находится в области, где более вероятно возникновение бактериального распада. 10 Различные виды бактерий участвуют в секреции диазоредуктазы в толстом кишечнике человека, но наибольшее количество продуцируется анаэробным родом Clostridium . 15 Множественные исследования in vitro подтвердили, что род Clostridium продуцирует наибольшее количество диазоредуктазы, но также показали, что бактерии всех основных типов бактерий способны метаболизировать сульфасалазин. 13,15,16

Кишечный метаболизм сульфасалазина может быть увеличен при совместном приеме с пробиотиками.Исследование in vitro показало, что после анаэробной инкубации содержимого толстой кишки крысы с сульфасалазином или сульфасалазином с пробиотиками [лиофилизированные культуры Lactobacillus acidophilus , Bifidobacterium lactus и Lactobacillus 5-A-Rhamonus выше и Lactobacillus 5-A-Rhamonus выше] в последнем был восстановлен сульфапиридин. 17 Это говорит о том, что эти виды пробиотиков обладают диазоредуктазной активностью. 17

Интересно, что метаболизм сульфасалазина в кишечнике может быть затруднен при совместном применении с холестирамином, секвестрантом желчных кислот, который может использоваться для лечения диареи желчных кислот у пациентов с [обширной] БК подвздошной кишки или после хирургической илеоцекальной резекции.Крысы, получавшие эту комбинацию, имели более высокую фекальную экстракцию интактного сульфасалазина по сравнению с контрольной группой, что указывает на индуцированное холестирамином ингибирование кишечного метаболизма сульфасалазина. 18 Есть много возможных объяснений этого открытия, но наиболее правдоподобным является возникновение прямого взаимодействия холестирамин-сульфасалазин, которое приводит к менее доступной диазосвязи сульфасалазина для бактериальной диазоредуктазы. 18 Результаты исследования Pieniaszek и Bates предполагают, что совместное введение холестирамина и сульфасалазина может вызвать значительное снижение абсорбции и метаболизма последнего, что приводит к снижению эффективности сульфасалазина из-за неполного бактериального метаболизма. 18 Время прохождения через желудочно-кишечный тракт также важно для полного бактериального метаболизма сульфасалазина, так как у пациентов с диареей, вызванной лекарствами, восстановление нерасщепленного сульфасалазина через 72 часа увеличилось с 0,5% до 45,4%. 19 Важность продолжительности контакта с микробиотой для метаболизма сульфасалазина была подтверждена исследованием in vitro , которое после инкубации с фекалиями человека продемонстрировало постепенное снижение содержания сульфасалазина и увеличение 5-АСК с течением времени.В отсутствие фекального материала сульфасалазин оставался стабильным во время эксперимента. 20

Хотя сульфасалазин является эффективным и недорогим средством лечения ЯК, он потерял популярность, поскольку до 30% пациентов испытывают нежелательные эффекты, такие как тошнота, кожная сыпь или анорексия, которые, по-видимому, связаны с циркулирующим сульфапиридином. . 21 Для уменьшения этих побочных эффектов в некоторых исследованиях использовались удерживающие клизмы с сульфасалазином, приводящие к значительному эндоскопическому и гистологическому улучшению по сравнению с плацебо без возникновения известных побочных эффектов, даже у пациентов, которые ранее испытывали гиперчувствительность к сульфасалазину. 22 Было продемонстрировано, что после ректального приема сульфасалазина у пациентов наблюдалось снижение уровня сульфапиридина в плазме, что позволяет предположить, что это может быть одной из причин снижения частоты нежелательных эффектов. 22,23 Хотя уровни 5-ASA в плазме не измерялись после ректального приема сульфасалазина, снижение этих уровней вряд ли снизит эффективность, поскольку механизм действия 5-ASA, по-видимому, носит местный, а не системный характер. 24

3.2. Различные пролекарства месалазина с диазосвязанными связями

При пероральном введении 5-АСК быстро и почти полностью всасывается в тонком кишечнике, тогда как известно, что 5-АСК действует локально в более дистальных отделах слизистой оболочки кишечника. Предпочтительно высвобождение 5-ASA из лекарственного препарата происходит в месте воспаления, то есть в дистальном отделе подвздошной кишки или толстой кишки, поскольку эффективность лекарственного средства больше связана с концентрацией лекарственного средства в слизистой оболочке, чем с концентрацией в крови. 24,25

Для решения проблемы токсичного носителя в сульфасалазине и быстрой системной абсорбции 5-ASA были разработаны другие пролекарства месалазина с диазосвязывающими связями.

Одним из этих пролекарств является олсалазин, который состоит из двух молекул 5-ASA, связанных диазосвязью между своими аминогруппами. Комплекс плохо всасывается в верхних отделах желудочно-кишечного тракта, но в толстом кишечнике диазосвязь расщепляется анаэробными и аэробными бактериями, что приводит к высвобождению двух молекул 5-ASA на каждый моль олсалазина. 26 У пациентов с илеостомией почти весь олсалазин восстанавливается в илеостомической жидкости, а 5-АСК не обнаруживается в моче, что позволяет предположить, что это пролекарство действительно проходит через тонкий кишечник с минимальной абсорбцией и без расщепления диазо-связь. 26 Эти результаты подтверждаются многочисленными исследованиями, которые показали, что концентрация диазосвязанного 5-ASA в фекалиях была менее 5% от принятой дозы почти во всех случаях, что свидетельствует о почти полном диазоредукции толстой кишки. 19,27 Степень метаболизма олсалазина также зависит от времени прохождения; У пациентов с ускоренным прохождением через желудочно-кишечный тракт 72-часовое извлечение олсалазина с фекалиями увеличивалось до 50%. 19,27 Важность продолжительности контакта между олсалазином и микробиотой также была продемонстрирована в исследовании in vitro , в котором наблюдалось снижение уровня олсалазина со временем и увеличение 5-АСК. 20

Бальсалазид - еще одно пролекарство с диазосвязывающими связями, которое было разработано в 1983 году и одобрено в 1997 году в Европе для лечения ЯК. Бальсалазид состоит из 4-аминобензоил-бета-аланина [4-ABA], диазо-связанного с 5-ASA. Этот носитель разработан таким образом, чтобы быть менее токсичным, чем сульфапиридин, из-за минимального всасывания этой пролекарства после диазо-восстановления в толстой кишке, при сохранении плохой абсорбции пролекарства в верхних отделах желудочно-кишечного тракта. 28 Восстановление диазосвязи бактериальной диазоредуктазой приводит к высвобождению эквимолярных количеств 5-ASA и 4-ABA.После перорального приема бальсалазида наблюдается почти полное диазо-редукция толстой кишки, при этом менее 1% исходного препарата выводится через почки или с фекалиями. Приблизительно 25% его метаболитов всасывается системно, и приблизительно 15% этих метаболитов, всасываемых системно, состоят из 4-ABA, хотя концентрации 4-ABA в плазме ниже уровня обнаружения. 29 Как ранее было продемонстрировано на примере сульфасалазина и олсалазина, продолжительность контакта с микробиотой также важна для степени бактериального метаболизма бальсалазида. 20

В отличие от ранее описанного диазо-восстановления пролекарства 5-ASA, некоторые исследования предложили более сложный механизм. Они предполагают, что сульфасалазин обладает более быстрым азовосстановительным механизмом по сравнению с другими пролекарствами 5-АСК, поскольку меньший процент неизмененного сульфасалазина восстанавливается с фекалиями по сравнению с олсалазином и бальсалазидом. 20,27,30 Это соответствует модели фекальных микробов in vitro , которая наблюдала более высокую скорость метаболизма сульфасалазина. 20 Напротив, Райан и др. . изучили субстратную специфичность трех генов, кодирующих азоредуктазу, из Pseudomonas aeruginosa и обнаружили, в зависимости от гена, более высокую специфичность связывания для бальсалазида или олсалазина по сравнению с сульфасалазином. 31 Эти результаты подчеркивают более сложный механизм диазо-восстановления пролекарства 5-ASA и предполагают, что бактериальный метаболизм пролекарств 5-ASA может зависеть не только от присутствия диазосвязи, но и от ферментного субстрата. специфичность молекулы, окружающей эту химическую связь. 20

После диазо-восстановления исходного лекарственного средства 5-АСК высвобождается в толстой кишке и может ацетилироваться ферментами N -ацетилтрансферазы [NAT], среди прочего, в метаболите N -ацетил-5 -ASA [Ac-5-ASA]. 25 Остается неясным, является ли эффективная составляющая 5-ASA или Ac-5-ASA, хотя систематический обзор эффективности Ac-5-ASA пришел к выводу, что два из трех плацебо-контролируемых исследований продемонстрировали, что этот метаболит неактивен. 29 Это ацетилирование до Ac-5-ASA в основном опосредуется ферментами слизистой оболочки, поскольку инкубация биоптатов толстой кишки с 5-ASA приводит к почти полному ацетилированию через 10 мин. 32 Однако после инкубации 5-ASA в образцах фекалий через 24 часа наблюдалось более медленное и ограниченное ацетилирование, что также свидетельствует о том, что ацетилирование может быть опосредовано фекальными бактериальными процессами. 32 Эти данные свидетельствуют о том, что микробиота, помимо снижения количества исходного пролекарства и высвобождения активного компонента, может также в определенной степени инактивировать 5-ASA путем ацетилирования. Кроме того, воспаление толстой кишки также может влиять на эффективность терапии 5-АСК; в модели на мышах острое воспаление толстой кишки снижает способность к метаболизму 5-ASA за счет нарушения экспрессии и функции одного из ферментов NAT. 33

Хотя другие диазосвязанные пероральные пролекарства с альтернативными молекулами-носителями были созданы в попытке уменьшить побочные эффекты, в настоящее время в основном лекарства, которые сочетают пролекарство 5-ASA с pH-зависимым и / или Композиции с зависимым от времени высвобождением используются для лечения ЯК. 34

3.3. Метотрексат

Метотрексат [метотрексат] был представлен в конце 1940-х годов в качестве противоопухолевой терапии для лечения острого лейкоза у детей, а затем и для лечения рака твердых органов. 35 В конце 1950-х годов низкие дозы метотрексата были разработаны в качестве противовоспалительной терапии ревматоидного артрита [РА], псориатического артрита и псориаза, а в 1987 году были опубликованы первые результаты внутримышечной терапии метотрексатом у пациентов с рефрактерной ВЗК. 36,37 В настоящее время метотрексат является хорошо известным иммуномодулятором, который может вызывать и поддерживать ремиссию у пациентов с CD и часто сочетается с биологическими препаратами. 38,39 Внутри клетки метотрексат полиглутамирован [PG] фолилполиглутаматсинтазой [FPGS] в MTX-PG.Внутриклеточный метотрексат и метотрексат-PG действуют как конкурентные ингибиторы дигидрофолической редуктазы [DHFR], что в конечном итоге приводит к снижению количества соединений, участвующих в синтезе ДНК и РНК. MTX-PG также может оказывать противовоспалительное действие за счет ингибирования 5-аминоимидазол-4-карбоксамид рибонуклеотид [AICAR] трансформилазы, которая заставляет накопленный аденозин покидать клетку и связывать рецепторы на окружающих клетках. 40

Одной из причин для исследования роли микробиоты в метаболизме метотрексата было наблюдение, что введение антибиотика неомицина до введения метотрексата увеличивает смертность мышей.Авторы пришли к выводу, что возможным объяснением этой повышенной летальности было снижение кишечной флоры, которая обычно метаболизирует метотрексат в нетоксичную форму. 41 Эти результаты были подтверждены другим исследованием на животных, в котором сравнивали уровень радиоактивности в фекалиях у нормальных мышей и мышей без микробов, получавших внутрибрюшинную инъекцию радиоактивно меченного метотрексата. Они обнаружили более высокое количество радиоактивности у стерильных мышей по сравнению с нормальными мышами, что указывает на то, что бактерии кишечного тракта, вероятно, играют заметную роль в деградации метотрексата и могут быть ответственны за изменение токсичности метотрексата, наблюдаемое во время лечения антибиотиками у мышей. . 41 Другое исследование на мышах in vitro показало, что содержимое слепой кишки мышей может расщеплять метотрексат до АРА [2,4-диаминометилптероевой кислоты], основного кишечного метаболита. Эта реакция расщепления в значительной степени предотвращается путем предварительной обработки мышей антибиотиками перед удалением слепой кишки. 42

Как упоминалось ранее, у человека внутриклеточный метотрексат превращается в метотрексат-PG, который плохо транспортируется в клетки и из них. MTX-PG может экспортироваться после удаления полиглутаматного хвоста либо глутаматкарбоксипептидазой II, либо фолатгидролазой, но это удаление снижает его эффективность как ингибитора DHFR. 40 Это удаление глутаматных структур может также выполняться карбоксипептидазой G2 [CPG2], продуцируемой штаммами Pseudomonas и другими ортологическими ферментами у видов бактерий. 43,44 Эти ферменты придают бактериям способность метаболизировать и инактивировать MTX in vitro , тем самым изменяя его эффективность. Помимо удаления глутамата с помощью карбоксипептидазы, по крайней мере два вида бактерий способны метаболизировать метотрексат до метотрексата-PG путем добавления глутамата к метотрексату через ферменты, подобные FPGS. 45 Маловероятно, что удаление глутамата из метотрексата с помощью бактериальной карбоксипептидазы приведет к снижению эффективности перорального метотрексата, поскольку это не повлияет на образование метотрексата после абсорбции. Однако переход от перорального к парентеральному введению метотрексата приводит к значительному увеличению [очень] длинноцепочечных MTX-PG, которые, как известно, являются более сильными ингибиторами. 46 Это предполагает, что пероральный путь может ингибировать образование более мощного MTX-PG, возможно, из-за превращения MTX бактериальной карбоксипептидазой.Однако при парентеральном введении метотрексат, как и при пероральном введении метотрексата, может вступать в контакт с кишечной микробиотой из-за секреции желчных протоков, а также может быть предрасположен к бактериальному метаболизму. 47 Это взаимодействие между парентерально введенным метотрексатом и микробиотой было подтверждено на мышах, колонизированных стулом от пациента с РА, ранее не получавшего метотрексата. После внутрибрюшинной инъекции метотрексата или перорального введения метотрексата тот же эффект наблюдался в составе микробиоты, а именно: уменьшение уровня Bacteroidetes и увеличение количества двух других типов, Proteobacteria и Firmicutes. 47 Эти результаты подтверждают, что у мелких лабораторных животных, независимо от пути введения, метотрексат вступает в контакт с кишечной микробиотой и может изменять ее состав; однако, чтобы действительно выяснить влияние метаболизма бактерий на вводимый перорально и парентерально метотрексат, необходимы дополнительные исследования [на людях].

В одном исследовании изучалась роль микробиоты в определении ответа на пероральный прием метотрексата у пациентов с РА. Авторы создали прогностические модели, используя данные микробиоты, и смогли различить хороших и плохих респондентов. 48 Это предполагает, что микробиота кишечника может вносить вклад в индивидуальные вариации фармакокинетики и клинических исходов у пациентов, получавших пероральный метотрексат.

3.4. Глюкокортикоиды

,00

С 1950-х годов первое поколение глюкокортикоидов, то есть преднизолон, метилпреднизолон и гидрокортизон, эффективно использовалось для индукции ремиссии у пациентов с ВЗК. 49 Они хорошо всасываются в верхних отделах кишечника, и лишь небольшая их часть попадает в воспаленную подвздошную или толстую кишку. 50 Вследствие этой системной абсорбции длительное введение глюкокортикоидов может вызвать серьезные системные побочные эффекты, такие как отек, остеопороз, гипертензия или диабет. Следовательно, пероральное или внутривенное введение глюкокортикоидов первого поколения обычно предназначено для лечения тяжелого активного заболевания, а не для длительной поддерживающей терапии. 50 Для уменьшения системных побочных эффектов были разработаны глюкокортикоиды второго поколения, например будесонид и беклометазон дипропионат [BDP], которые предназначены для высвобождения кортикостероидов в подвздошной или проксимальной части толстой кишки, и многоматричная система будесонида [MMX], которая была сконструирована для высвобождения кортикостероидов во всей толстой кишке. 51 Это местное высвобождение в основном достигается за счет pH-зависимого покрытия и дает преимущество в виде высокой местной доставки активного соединения и снижения системных побочных эффектов из-за, среди прочего, метаболизма первого прохождения в печени. Несмотря на эти преимущества, не наблюдается повышения эффективности по сравнению с глюкокортикоидами системного действия первого поколения. 52

Из-за местного высвобождения глюкокортикоидов в толстой кишке существует прямой контакт с микробиотой толстой кишки, и исследования показали, что кишечная микробиота играет роль в метаболизме глюкокортикоидов. 53,54

Для определения in vitro бактериального метаболизма в толстой кишке различных типов глюкокортикоидов, количество каждого глюкокортикоида измеряли с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) через различные интервалы времени после инкубации в содержимом слепой кишки крыс. . 53 Их исследование показало различную восприимчивость к метаболизму слепой кишки в зависимости от типа глюкокортикоидов. Концентрация кортизона снизилась наиболее резко и не поддалась измерению через 4 часа инкубации, в то время как концентрация флуоцинолона ацетонида не изменилась. 53 Метаболическая стабильность глюкокортикоидов, по-видимому, зависит от их химической структуры, то есть глюкокортикоиды с одинарной связью 1,2, такие как гидрокортизон и кортизон, очень чувствительны к метаболизму слепой кишки, в то время как глюкокортикоиды с заместителями на 6 и / или 9 положение, такие как ацетонид флуоцинолона и бетаметазон, более устойчивы, in vitro . 53 Продолжительность контакта между кишечной микробиотой и различными глюкокортикоидами также влияет на метаболизм этих препаратов.При инкубации разных типов глюкокортикоидов в содержимом толстой кишки крыс через 3 часа оставалось соответственно 22%, 35%, 53% и 92% кортизона, гидрокортизона, преднизолона и дексаметазона. Эти значения снизились до 0%, 8%, 28% и 85% после 7 часов инкубации. 55 Эта переменная деградация во времени в зависимости от типа глюкокортикоидов также наблюдалась в другом исследовании in vitro . 53 Кроме того, глюкокортикоиды в жидкости толстой кишки или фекалиях человека склонны к бактериальному разложению в толстой кишке. 54 Эта бактериальная деградация происходила в различной степени в зависимости от типа глюкокортикоида: преднизолон и BDP разлагались значительно быстрее, чем будесонид. 54 Этот метаболизм микрофлорой толстой кишки может повлиять на терапевтическую доступность в целевом участке, хотя in vivo исследований на этот счет отсутствуют.

Необходимы дополнительные исследования для выяснения влияния пути введения на бактериальную деградацию глюкокортикоидов, хотя энтерогепатическая циркуляция также известна как фактор метаболизма глюкокортикоидов, поэтому теоретически парентерально вводимые глюкокортикоиды могут быть подвержены бактериальному развитию. метаболизм. 56

3.5. Тиопурины

Тиогуанин [TG] и более известные традиционные тиопурины, азатиоприн [AZA] и меркаптопурин [MP] - это иммунодепрессанты, первоначально разработанные в качестве химиотерапевтических средств для лечения острого лимфобластного лейкоза. 57 Из-за своего иммуносупрессивного потенциала тиопурины в конце 1950-х - начале 1960-х годов постепенно вводились для профилактики отторжения трансплантата органов и лечения хронических идиопатических воспалительных заболеваний, таких как РА и ВЗК. 58,59 Сегодня тиопурины являются важными иммуномодулирующими агентами для поддержания ремиссии у пациентов с ВЗК, но с относительно медленным терапевтическим действием. 60 TG, AZA и MP внутриклеточно метаболизируются в одни и те же терапевтически эффективные конечные метаболиты, фосфорилированные нуклеотиды 6-тиогуанина [6-TGNs]. Их механизм действия частично объясняется включением 6-TGN в ДНК во время репликации. 60 Однако основной иммуносупрессивный механизм действия связан с конкуренцией с эндогенным GTP в связывании внутриклеточного Ras-связанного субстрата 1 ботулинического токсина C3 [RAC1], вызывая апоптоз и нарушение способности Т-лимфоцитов образовывать комплексы с антигеном. -представляющие клетки. 61

Метаболизм «обычных» тиопуринов, MP и его пролекарства AZA, сложен и требует нескольких ферментативных стадий. 62 Хотя чрезмерное превращение в 6-TGN может вызвать нежелательную лейкопению, токсичность обычных тиопуринов в основном связана с образованием потенциально гепатотоксичных метаболитов 6-метилмеркаптопурина [6-MMP]. 63 TG, напротив, имеет гораздо менее сложный метаболизм. После перорального всасывания TG быстро транспортируется в клетку, где гипоксантинфосфорибозилтрансфераза [HPRT] напрямую превращает TG в фармакологически активный 6-TGN.Конкурирующие тиопурин S -метилтрансфераза [TPMT] и ксантиноксидаза [XO] дают 6-метилтиогуанин [6-MTG] и 6-тиуровую кислоту [6-TUA] соответственно; на этом пути избегают генерации 6-ММП. 62

В отличие от этих хорошо установленных путей, требующих системного преобразования, Movva et al . продемонстрировали, что микробиота кишечника может метаболизировать TG и, в гораздо меньшей степени, MP, до терапевтически эффективного 6-TGN. 64 Они культивировали Escherichia coli DH5α в среде, содержащей TG или MP, и после лизирования бактерий внутриклеточно продуцируемый 6-TGN измеряли в соответствии с методом Dervieux et al . 64 Они обнаружили, что Escherichia coli DH5α способна преобразовывать TG и в минимальной степени MP в 6-TGN, что подчеркивается трехкратным увеличением продукции 6-TGN при инкубации TG по сравнению с MP. 64

Этот бактериальный метаболизм TG в 6-TGN также наблюдался in vitro с использованием Escherichia coli , Enterococcus faecalis и Bacteroides thetaiotaomicron , которые являются репрезентативными бактериями кишечных бактерий из бактериальных бактерий. и протеобактерии.После инкубации бактериальных осадков с TG были обнаружены 6-TGN, тогда как инкубация с MP привела к минимальному обнаружению 6-TGN. Это открытие метаболизма ТГ бактериями, принадлежащими к разным типам, согласуется со знаниями о том, что критический фермент, метаболизирующий ТГ, HPRT присутствует во многих формах жизни. Это говорит о том, что все кишечные бактерии способны производить это преобразование, и подразумевает, что индивидуальные вариации в составе микробиоты хозяина могут не иметь большого значения в способности локально метаболизировать ТГ, хотя это еще не исследовано.

In vivo было показано, что колит, вызванный декстрансульфатом натрия [DSS], у мышей с дефицитом HPRT улучшился после лечения пероральным TG, и что метаболиты 6-TGN были обнаружены в их фекальных суспензиях. Это предполагает локальный метаболизм TG из-за бактериального метаболизма, поскольку HPRT является ферментом хозяина, необходимым для превращения TG в 6-TGN, а мышиный хозяин с дефицитом HPRT не может осуществить это преобразование. В соответствии с неспособностью мыши-хозяина с дефицитом HPRT преобразовывать TG в 6-TGN, не было снижения количества лейкоцитов ни в мезентериальных лимфатических узлах [MLN], ни в компартментах периферической крови. 65 Кроме того, интраректальное лечение TG у мышей Winnie быстро привело к значительному уменьшению колита в областях толстой кишки, непосредственно контактирующих с введенными TG. Этого не было у мышей, получавших интраректальный МП.

Таким образом, местная доставка TG может привести к локальному превращению в 6-TGN под действием микробной HPRT, позволяя более быстрое терапевтическое действие с возможным предотвращением нежелательных системных побочных эффектов. 65 Следуя этим открытиям, разрабатываются пероральные препараты TG с контролируемым высвобождением, и несколько пациентов получали ежедневные клизмы или суппозитории с TG с многообещающим ответом на лечение и с низкими системными уровнями 6-TGN. 66

4. Обсуждение

Микробиота кишечника человека может иметь большое влияние на метаболизм лекарств, и это взаимодействие лекарств и микробиоты может изменять токсичность и эффективность лекарств, применяемых для лечения ВЗК. Микробиота кишечника может расщеплять азосвязь сульфасалазина, бальсалазида и олсалазина и высвобождать активную часть 5-ASA, она влияет на метаболизм метотрексата, она может превращать TG в фармакологически активный 6-TGN без необходимости хозяина. метаболизм, и глюкокортикоиды могут быть подвержены бактериальной деградации.Более того, индивидуальная реакция пациентов на лекарства от ВЗК может [частично] объясняться влиянием микробиоты хозяина на метаболизм этих лекарств. Необходимо более глубокое понимание микробиоты и взаимодействия лекарств, которое должно стать неотъемлемой частью процесса разработки новых лекарств от ВЗК.

В настоящее время для лечения ВЗК разрабатывается множество новых терапевтических соединений с системами пероральной доставки. В идеале эти пероральные препараты обладают минимальными системными побочными эффектами и являются мощными и эффективными в очаге воспаления.Этого можно добиться с помощью пероральных препаратов с фармакодинамическими эффектами в толстой кишке, но их эффективность зависит от того, доставляются ли адекватные концентрации лекарства к месту воспаления. Ранее использовались различные подходы для сайт-специфической доставки в толстую кишку с минимальным проксимальным желудочно-кишечным всасыванием лекарства, такие как использование систем с регулируемым высвобождением или использование pH-чувствительного покрытия. 67 Последний подход был оптимизирован в последние годы и в настоящее время используется для разработки таблеток будесонида нулевого порядка высвобождения, нацеленных на илео-толстую кишку, с многообещающими результатами in vitro и для производства перорального инфликсимаба для местного лечения ВЗК в подвздошно-ободочная область. 68,69

Микробиота кишечника также может использоваться для системы доставки лекарств, специфичной для толстой кишки, и, по-видимому, является наиболее специфичным для сайта подходом из-за резкого увеличения плотности микробиоты толстой кишки и связанной с ней ферментативной активности в нижних отделах. желудочно-кишечный тракт. Существует пролекарственный подход, когда неактивное производное молекулы лекарства требует бактериальных метаболических процессов в толстой кишке для высвобождения активной части лекарства из носителя лекарства, что имеет место в случае сульфасалазина. 70 Несколько исследований также изучали возможность пролекарства глюкокортикоидов, приводящего к уменьшению побочных эффектов и увеличению терапевтических концентраций в целевом участке. 71,72 Азополимеры или полисахариды также могут использоваться в качестве материала для покрытия ядер лекарств, которые могут разрушаться микробиотой кишечника и высвобождать захваченное лекарство в толстой кишке. 73,74 Комбинированные подходы с двойной активацией также разрабатываются для преодоления ограничений одного подхода, например, с помощью нового покрытия, которое сочетает в себе системы, запускаемые микробиотой, и pH-зависимые системы, используемые, среди прочего, для разработки системы 1600 раз в сутки. -мг таблетированный препарат месалазина. 75,76 Новые подходы для доставки лекарств, нацеленных на толстую кишку, все еще разрабатываются, такие как система доставки лекарств с контролируемым давлением, которая использует разницу в перистальтике в кишечнике, системы на основе заряда, доставка лекарств, опосредованная лигандом / рецептором системы, системы наночастиц или осмотически контролируемые способы доставки лекарств. 77

Эта локальная доставка лекарств может использоваться для разработки более стабильных и эффективных терапевтических средств с уменьшением системных побочных эффектов, связанных с лекарствами.Однако при применении доставки лекарств, специфичных для толстой кишки, существует прямой контакт между микробиотой в кишечнике и местно высвобождаемым лекарством, что приводит к возможному взаимодействию лекарств и микробиоты. Это взаимодействие может изменить эффективность и токсичность лекарства, что, как описано выше, имеет место в случае in vitro с бактериальной деградацией глюкокортикоидов. Хотя это еще не изучено in vivo , можно представить, что этот метаболизм микрофлорой толстой кишки может влиять на терапевтическую доступность в целевом участке с доставкой глюкокортикоидов, специфичной для толстой кишки. 53,54 Учитывая разработку новых лекарств от ВЗК, которые локально высвобождаются в толстой кишке, таких как пероральный инфликсимаб, важно, чтобы эти возможные взаимодействия между микробиотой и лекарствами были неотъемлемой частью пути разработки лекарств. При разработке лекарств также необходимо принимать во внимание межиндивидуальные и внутрииндивидуальные изменения микробного разнообразия, поскольку состав микробиома человека не статичен, и это также может повлиять на эффективность и токсичность лекарства с течением времени. 78,79

Учитывая влияние микробиоты на метаболизм лекарств, существует также возможность изменения микробиоты для повышения терапевтической эффективности или снижения токсичности лекарств от ВЗК. Антибиотики являются наиболее очевидной категорией лекарств для изменения микробиоты кишечника, и после приема наблюдаются значительные изменения в составе микробиоты, но трансплантация фекальной микробиоты также является способом изменения состава. 80 Степень, в которой пробиотики влияют на микробиоту кишечника хозяина, еще не ясна, но было продемонстрировано, что совместное введение пробиотиков, нацеленных на толстую кишку, улучшает эффективность сульфасалазина на моделях колита у грызунов. 81 Однако, прежде чем размышлять о модуляции микробиоты кишечника как потенциальной мишени для повышения терапевтической эффективности, необходимо лучше понять точное взаимодействие между микробами и лекарствами и то, как изменение состава микробиоты влияет на это взаимодействие.

Микробиота кишечника человека может иметь большое влияние на метаболизм лекарств, и лучшее понимание всех этих взаимодействий между микробиотой и лекарствами от ВЗК должно быть неотъемлемой частью процесса разработки лекарств.Этот вклад микробиоты кишечника можно использовать в качестве подхода точной медицины для разработки более стабильных и эффективных терапевтических средств при одновременном снижении побочных эффектов, связанных с лекарствами. Более того, модулирование микробиоты, например путем трансплантации фекальной микробиоты, одновременное введение антибиотиков или пробиотиков также может быть потенциальной мишенью для повышения терапевтической эффективности лекарств от ВЗК.

Финансирование

Для выполнения и написания этого исследования финансирование не требовалось.

Конфликт интересов

F.C. и H.B. нечего заявлять. N.d.B. выступал в качестве спикера в AbbVie и MSD, а также консультантом и главным исследователем в компаниях TEVA Pharma BV и Takeda. Он получил [неограниченный] исследовательский грант от доктора Фалька, TEVA Pharma BV, MLDS и Takeda.

Взносы авторов

F.C. провели систематический поиск литературы. F.C. и N.d.B. выполнил извлечение данных.F.C. подготовил первую версию рукописи. N.d.B. и H.B. критически переработал рукопись. Все авторы одобрили окончательную версию статьи, включая список авторов.

Благодарности

Для этого исследования не требовалось письменной помощи. Этот документ, включая соответствующие данные и цифры, ранее не публиковался и больше нигде не рассматривается.

Список литературы

1.

Цинь

Дж

,

Li

R

,

Raes

J

и др..;

Консорциум MetaHIT

.

Каталог кишечных микробных генов человека, созданный методом метагеномного секвенирования

.

Природа

2010

;

464

:

59

-

65

.2.

Аггелетопулу

Я

,

Konstantakis

C

,

Assimakopoulos

SF

,

Triantos

C

.

Роль кишечной микробиоты в лечении воспалительных заболеваний кишечника

.

Microb Pathog

2019

;

137

:

103774

.3.

Вальдес

AM

,

Вальтер

J

,

Сигал

E

,

Spector

TD

.

Роль микробиоты кишечника в питании и здоровье

.

BMJ

2018

;

361

:

k2179

.4.

Sousa

т

,

Paterson

R

,

Moore

V

,

Carlsson

A

,

Abrahamsson

B

,

Basit

AW

.

Микробиота желудочно-кишечного тракта как место биотрансформации лекарственных средств

.

Int J Pharm

2008

;

363

:

1

-

25

. 5.

Уилсон

ID

,

Николсон

JK

.

Взаимодействие микробиома кишечника с метаболизмом, эффективностью и токсичностью лекарств

.

Transl Res

2017

;

179

:

204

-

22

.6.

Окуда

H

,

Ogura

K

,

Kato

A

,

Takubo

H

,

Watabe

T

.

Возможный механизм смерти восемнадцати пациентов, вызванный взаимодействием соривудина, нового противовирусного препарата, с пероральными пролекарствами 5-фторурацила

.

J Pharmacol Exp Ther

1998

;

287

:

791

-

9

.7.

Элкингтон

SG

,

Floch

MH

,

Conn

HO

.

Лактулоза в лечении хронической портально-системной энцефалопатии

.

N Eng J Med

1969

;

281

:

408

-

12

.8.

Перец

MA

.

Взаимодействие лекарств и бактерий

.

Drug Metab Drug Interact

1976

:

75

-

88

.9.

Бахрах

WH

.

Сульфасалазин: I. Историческая перспектива

.

Am J Gastroenterol

1988

;

83

:

487

-

96

. 10.

Перец

MA

,

Goldman

P

.

Исследования распределения салицилазосульфапиридина и его метаболитов

.

Гастроэнтерология

1973

;

64

:

240

-

5

.11.

Хайллар

Дж

,

Бьярнасон

I

.

Сульфасалазин при язвенном колите: наизусть?

Кишечник

1991

;

32

:

462

-

3

.12.

Лихтенштейн

ГР

,

Камм

MA

.

Обзорная статья: препараты 5-аминосалицилата для лечения язвенного колита - методы сравнения скорости высвобождения и доставки 5-аминосалицилата на слизистую оболочку толстой кишки

.

Алимент Фармакол Тер

2008

;

28

:

663

-

73

.13.

Перец

MA

,

Goldman

P

.

Роль кишечных бактерий в метаболизме салицилазосульфапиридина

.

J Pharmacol Exp Ther

1972

;

181

:

555

-

62

. 14.

Шредер

H

,

Кэмпбелл

DE

.

Абсорбция, метаболизм и выведение салицилазосульфапиридина у человека

.

Clin Pharmacol Ther

1972

;

13

:

539

-

51

. 15.

Рафии

Ф

,

Cerniglia

CE

.

Восстановление азокрасителей и нитроароматических соединений бактериальными ферментами из кишечного тракта человека

.

Environ Health Perspect

1995

;

103

[

Suppl 5

]:

17

9

. 16.

Азад Хан

АК

,

Guthrie

G

,

Johnston

HH

,

Truelove

SC

,

Williamson

DH

.

Тканевое и бактериальное расщепление сульфасалазина

.

Clin Sci (Лондон)

1983

;

64

:

349

-

54

. 17.

Ли

HJ

,

Чжан

H

,

Орлович

DA

,

Fawcett

JP

.

Влияние лечения пробиотиками на метаболизм сульфасалазина у крыс

.

Xenobiotica

2012

;

42

:

791

-

7

.18.

Pieniaszek

HJ

Младший ,

Бейтса

т.р.

.

Индуцированное холестирамином ингибирование метаболизма салицилазосульфапиридина (сульфасалазина) микрофлорой кишечника крыс

.

J Pharmacol Exp Ther

1976

;

198

:

240

-

5

.19.

Rijk

MC

,

van Hogezand

RA

,

van Schaik

A

,

van Tongeren

JH

.

Удаление 5-аминосалициловой кислоты из лекарственных средств, доставляющих 5-аминосалициловую кислоту, во время ускоренного кишечного транзита у здоровых добровольцев

.

Сканд Дж. Гастроэнтерол

1989

;

24

:

1179

-

85

.20.

Sousa

т

,

Yadav

V

,

Zann

V

,

Borde

A

,

Abrahamsson

B

,

Basit

AW

.

О бактериальном метаболизме азосвязанных пролекарств 5-аминосалициловой кислоты в толстой кишке

.

J Pharm Sci

2014

;

103

:

3171

-

5

. 21.

Нильсен

OH

.

Непереносимость сульфасалазина. Ретроспективный обзор причин прекращения лечения сульфасалазином у пациентов с хроническим воспалительным заболеванием кишечника

.

Scand J Gastroenterol

1982

;

17

:

389

-

93

.22.

Палмер

KR ,

Goepel

JR

,

Holdsworth

CD

.

Удерживающие клизмы сульфасалазина при язвенном колите: двойное слепое исследование

.

Br Med J (Clin Res Ed)

1981

;

282

:

1571

-

3

. 23.

Allgayer

H

,

Kruis

W

,

Eisenburg

J

,

Paumgartner

G

.

Сравнительная фармакокинетика сульфасалазина и сульфапиридина после ректального и перорального введения пациентам с язвенным колитом

.

Eur J Clin Pharmacol

1984

;

26

:

275

-

7

. 24.

Klotz

U

.

Клиническая фармакокинетика сульфасалазина, его метаболитов и других пролекарств 5-аминосалициловой кислоты

.

Clin Pharmacokinet

1985

;

10

:

285

-

302

.25.

De Vos

м

,

Verdievel

H

,

Schoonjans

R

,

Praet

M

,

Bogaert

M

,

Barbier

F

.

Концентрации 5-ASA и Ac-5-ASA в гомогенатах илеоколонической биопсии человека после пероральных препаратов 5-ASA

.

Gut

1992

;

33

:

1338

-

42

. 26.

Сандберг-Герцен

H

,

Райд

M

,

Ярнерот

G

.

Абсорбция и выведение однократной дозы 1 г азодисала натрия у пациентов с илеостомией

.

Сканд Дж Гастроэнтерол

1983

;

18

:

107

-

11

,27.

Уодворт

AN

,

Фиттон

А

.

Ольсалазин. Обзор его фармакодинамических и фармакокинетических свойств и терапевтического потенциала при воспалительном заболевании кишечника

.

Наркотики

1991

;

41

:

647

-

64

.28.

Зеленый

JRB

.

Лечение язвенного колита бальсалазидом натрия

.

ИнфламмоФармакология

1993

;

2

:

289

-

95

. 29.

Сэндборн

WJ

,

Hanauer

SB

.

Систематический обзор: фармакокинетические профили пероральных форм месалазина и пролекарств месалазина, используемых при лечении язвенного колита

.

Алимент Фармакол Тер

2003

;

17

:

29

-

42

.30.

Чан

RP

,

Поуп

DJ

,

Гилберт

AP

,

Sacra

PJ

,

Baron

JH

,

Lennard-Jones

JE

.

Исследования двух новых аналогов сульфасалазина, ипсалазида и бальсалазида

.

Dig Dis Sci

1983

;

28

:

609

-

15

.31.

Райан

А

,

Wang

CJ

,

Laurieri

N

,

Westwood

I

,

Sim

E

.

Механизм реакции азоредуктаз предполагает конвергентную эволюцию с хинон оксидоредуктазами

.

Protein Cell

2010

;

1

:

780

-

90

.32.

Allgayer

H

,

Ahnfelt

NO

,

Kruis

W

и др..

N-ацетилирование 5-аминосалициловой кислоты в толстой кишке при воспалительном заболевании кишечника

.

Гастроэнтерология

1989

;

97

:

38

-

41

. 33.

Рамирес-Алькантара

В

,

Монтроуз

MH

.

Острый мышиный колит снижает метаболизм 5-аминосалициловой кислоты в толстой кишке за счет регуляции N-ацетилтрансферазы-2

.

Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol

2014

;

306

:

G1002

-

10

.34.

Ye

Б

,

фургон Лангенберг

DR

.

Препараты месалазина для лечения язвенного колита: все ли созданы равными?

World J Gastrointest Pharmacol Ther

2015

;

6

:

137

-

44

.35.

Фарбер

S

.

Химиотерапия в лечении лейкемии и опухоли Вильмса

.

JAMA

1966

;

198

:

826

-

36

. 36.

Бенедек

ТГ

.

Метотрексат: от его введения в неонкологические терапевтические средства до анти-TNF-α

.

Clin Exp Rheumatol

2010

;

28

:

S3

-

8

.37.

Козарек

RA

,

Patterson

DJ

,

Gelfand

MD

,

Botoman

VA

,

Ball

TJ

,

Wilske

KR

.

Метотрексат вызывает клиническую и гистологическую ремиссию у пациентов с рефрактерным воспалительным заболеванием кишечника

.

Ann Intern Med

1989

;

110

:

353

-

6

0,38.

Фиган

BG

,

Fedorak

RN

,

Irvine

EJ

и др. .

Сравнение метотрексата и плацебо для поддержания ремиссии при болезни Крона.Исследователи Североамериканской исследовательской группы Крона

.

N Engl J Med

2000

;

342

:

1627

-

32

. 39.

Фиган

BG

,

Рочон

J

,

Fedorak

RN

и др. .

Метотрексат для лечения болезни Крона. Исследователи Североамериканской исследовательской группы Крона

.

N Engl J Med

1995

;

332

:

292

-

7

.40.

Тиан

H

,

Кронштейн

BN

.

Понимание механизмов действия метотрексата: значение для лечения ревматоидного артрита

.

Bull NYU Hosp Jt Dis

2007

;

65

:

168

-

73

.41.

Захарко

DS

,

Bruckner

H

,

Oliverio

VT

.

Антибиотики изменяют метаболизм и выведение метотрексата

.

Science

1969

;

166

:

887

-

8

.42.

Валерино

DM

,

Johns

DG

,

Zaharko

DS

,

Oliverio

VT

.

Исследования метаболизма метотрексата кишечной флорой. I. Идентификация и изучение биологических свойств метаболита 4-амино-4-дезокси-N 10 -метилптероевой кислоты

.

Biochem Pharmacol

1972

;

21

:

821

-

31

. 43.

Леви

CC

,

Goldman

P

.

Ферментативный гидролиз метотрексата и фолиевой кислоты

.

J Biol Chem

1967

;

242

:

2933

-

8

. 44.

Уэбб

м

.

Инактивация аналогов фолиевой кислоты некоторыми нетребовательными бактериями

.

Biochim Biophys Acta

1955

;

17

:

212

-

25

. 46.

Dervieux

т

,

Заблоцкий

Р

,

Кремер

Дж

.

Полиглутаматы метотрексата эритроцитов возникают в зависимости от интенсивности дозировки и пути введения во время импульсной терапии метотрексатом при ревматоидном артрите

.

Ревматология (Оксфорд)

2010

;

49

:

2337

-

45

.47.

Наяк

руб. ,

Александр

M

,

Стэплтон-Грей

K

и др.

Нарушение микробиома кишечника человека лекарственным средством, не являющимся антибиотиком, способствует разрешению аутоиммунного заболевания

.

bioRxiv

2019

:

600155

. 48.

Чжан

Х

,

Zhang

D

,

Jia

H

и др..

Микробиомы полости рта и кишечника нарушены при ревматоидном артрите и частично нормализованы после лечения

.

Nat Med

2015

;

21

:

895

-

905

.49.

Бенхимол

EI

,

Seow

CH

,

Steinhart

AH

,

Griffiths

AM

.

Традиционные кортикостероиды для индукции ремиссии при болезни Крона

.

Кокрановская база данных Syst Rev

2008

;

2008

:

CD006792-CD

.50.

Domènech

E

.

Воспалительное заболевание кишечника: современные терапевтические возможности

.

Пищеварение

2006

;

73

[

Suppl 1

]:

67

76

.51.

Трэвис

SP

,

Danese

S

,

Kupcinskas

L

, et al..

Будесонид MMX один раз в сутки при активном язвенном колите легкой и средней степени тяжести: результаты рандомизированного исследования CORE II

.

Гут

2014

;

63

:

433

-

41

,52.

Де Кассан

С

,

Fiorino

G

,

Danese

S

.

Кортикостероиды второго поколения для лечения болезни Крона и язвенного колита: более эффективны и меньше побочных эффектов?

Dig Dis

2012

;

30

:

368

-

75

.53.

Конг

H

,

Ли

Y

,

Kim

H

и др. .

Чувствительность глюкокортикоидов к метаболизму толстой кишки и фармакологическому вмешательству в метаболизм: влияние на терапевтическую активность специфичного для толстой кишки глюкокортикоида 21-сульфата натрия в целевом участке

.

J Pharm Pharmacol

2012

;

64

:

128

-

38

. 54.

Ядав

В

,

Gaisford

S

,

Merchant

HA

,

Basit

AW

.

Бактериальный метаболизм кортикостероидов в толстой кишке

.

Int J Pharm

2013

;

457

:

268

-

74

.55.

Ким

IH

,

Kong

HS

,

Choi

BI

, et al..

Синтез и in vitro свойства дексаметазона 21-сульфата натрия в качестве пролекарства дексаметазона, специфичного для толстой кишки

.

Лекарство Дев Инд Фарм

2006

;

32

:

389

-

97

. 56.

Гайд

PM

,

Уильямс

RH

.

Всасывание и метаболизм гидрокортизона-4-C14

.

J Biol Chem

1957

;

227

:

1063

-

81

.57.

Элион

ГБ

.

Пуриновый путь к химиотерапии

.

Science

1989

;

244

:

41

-

7

. 58.

Цвейман

Б

.

Иммуносупрессивные эффекты определенных классов агентов с особым упором на трансплантацию органов. Иммуносупрессия тиопуринами

.

Transplant Proc

1973

;

5

:

1197

-

201

.59.

Брук

БН

,

Hoffmann

DC

,

Swarbrick

ET

.

Азатиоприн при болезни Крона

.

Ланцет

1969

;

2

:

612

-

4

.60.

де Бур

НКХ

,

Peyrin-Biroulet

L

,

Jharap

B

и др. .

Тиопурины при воспалительных заболеваниях кишечника: новые открытия и перспективы

.

J Crohns Colitis

2018

;

12

:

610

-

20

.61.

Сейнен

мл

,

van Nieuw Amerongen

GP

,

de Boer

NK

,

van Bodegraven

AA

.

Rac-атака: модуляция малой GTPase Rac при воспалительном заболевании кишечника и тиопуриновой терапии

.

Мол Диаг Тер

2016

;

20

:

551

-

7

.62.

Дерикс

LJ

,

Гилиссен

LP

,

Hooymans

PM

,

Hommes

DW

.

Обзорная статья: тиопурины при воспалительном заболевании кишечника

.

Алимент Фармакол Тер

2006

;

24

:

715

-

29

0,63.

де Бур

NK

,

van Bodegraven

AA

,

Jharap

B

,

de Graaf

P

,

Mulder

CJ

.

Drug Insight: фармакология и токсичность тиопуриновой терапии у пациентов с ВЗК

.

Нат Клин Практ Гастроэнтерол Гепатол

2007

;

4

:

686

-

94

.64.

Мовва

R

,

Lobb

M

,

Ó Cuív

P

,

Florin

THJ

,

Duley

JA

,

Oancea

I

.

Микробный метаболизм тиопуринов: метод измерения нуклеотидов тиогуанина

.

J Microbiol Methods

2016

;

128

:

102

-

7

0,65.

Oancea

Я

,

Das

ID

,

De Carcer

DA

и др.

Микробиота толстой кишки может способствовать быстрому уменьшению колита у мышей с помощью тиогуанина независимо от Т-лимфоцитов и метаболизма хозяина

.

Гастроэнтерология

2016

;

150

:

S196

-

S7

.66.

Флорин

THJ

,

Wright

JD

,

Jambhrunkar

SD

,

Henman

MG

,

Popat

A

.

Хорошо переносимый и быстродействующий тиопурин при ВЗК?

Drug Discov Today

2019

;

24

:

37

-

41

0,67.

Газзанига

А

,

Iamartino

P

,

Maffione

G

,

Sangalli

ME

.

Оральная система с отсроченным высвобождением для специфической доставки в толстую кишку

.

Int J Pharm

1994

;

108

:

77

-

83

0,68.

Гареб

Б

,

Dijkstra

G

,

Kosterink

JGW

,

Frijlink

HW

.

Разработка новых таблеток будесонида с нулевым порядком высвобождения для лечения воспалительного заболевания кишечника и толстой кишки и сравнение с составами, используемыми в настоящее время в клинической практике

.

Int J Pharm

2019

;

554

:

366

-

75

0,69.

Гареб

Б

,

Posthumus

S

,

Beugeling

M

и др.

На пути к пероральному лечению воспалительных заболеваний кишечника и толстой кишки таблетками инфликсимаба: разработка и проверка производственного процесса

.

Фармацевтика

2019

;

11

:

428

.70.

Филипп

АК

,

Филип

B

.

Системы адресной доставки лекарств в толстую кишку: обзор основных и новых подходов

.

Oman Med J

2010

;

25

:

79

-

87

. 71.

Ким

Я

,

Kong

H

,

Lee

Y

и др. .

Дексаметазон 21-сульфат улучшает терапевтические свойства дексаметазона против экспериментального колита крыс, специфически доставляя стероид в толстую кишку

.

Pharm Res

2009

;

26

:

415

-

21

,72.

Chourasia

МК

,

Джайн

SK

.

Фармацевтические подходы к системам адресной доставки лекарств в толстую кишку

.

J Pharm Pharm Sci

2003

;

6

:

33

-

66

,73.

Van den Mooter

г

,

Самын

C

,

Kinget

R

.

Оценка in vivo специфической системы доставки лекарств в толстую кишку: исследование абсорбции теофиллина из капсул, покрытых азополимерами, на крысах

.

Pharm Res

1995

;

12

:

244

-

7

0,74.

Эшфорд

м

,

Fell

J

,

Attwood

D

,

Sharma

H

,

Woodhead

P

.

Оценка пектина как носителя для доставки лекарств в толстую кишку

.

J Control Release

1993

;

26

:

213

-

20

0,75.

Ибекве

VC

,

Khela

MK

,

Evans

DF

,

Basit

AW

.

Новая концепция нацеливания лекарств на толстую кишку: комбинированная технология доставки лекарств, реагирующая на pH и запускаемая бактериями

.

Алимент Фармакол Тер

2008

;

28

:

911

-

6

.76.

D’Haens

ГР

,

Sandborn

WJ

,

Zou

G

и др. .

Рандомизированное исследование не меньшей эффективности: 1600 мг против 400 мг таблеток месалазина для лечения язвенного колита легкой и средней степени тяжести

.

Алимент Фармакол Тер

2017

;

46

:

292

-

302

0,77.

Явдан

Б

,

Lopez

JG

,

Chankhamjon

P

и др..

Персонализированное картирование метаболизма лекарств микробиомом кишечника человека

.

Ячейка

2020

;

181

:

1661

-

1679.e22

.78.

Скарпеллини

E

,

Ianiro

G

,

Attili

F

,

Bassanelli

C

,

De Santis

A

,

Gasbarrini

A

.

Микробиота кишечника человека и виром: потенциальные терапевтические последствия

.

Dig Liver Dis

2015

;

47

:

1007

-

12

,79.

Войт

RM

,

Forsyth

CB

,

Green

SJ

и др. .

Циркадная дезорганизация изменяет кишечную микробиоту

.

PLoS One

2014

;

9

:

e97500

.80.

Йернберг

С

,

Löfmark

S

,

Edlund

C

,

Jansson

JK

.

Долгосрочное воздействие антибиотиков на микробиоту кишечника человека

.

Микробиология

2010

;

156

:

3216

-

23

.81.

Prudhviraj

г

,

Vaidya

Y

,

Singh

SK

и др. .

Эффект от совместного введения пробиотиков с системами адресной доставки на основе полисахаридов в толстую кишку для оптимизации высвобождения лекарственного средства в конкретном месте

.

Eur J Pharm Biopharm

2015

;

97

:

164

-

72

.

© Автор (ы) 2020. Опубликовано Oxford University Press от имени Европейской организации Крона и колита.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/), которая разрешает некоммерческое повторное использование, распространение, и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинала.По вопросам коммерческого повторного использования обращайтесь по адресу [email protected]

границ | Взаимодействие между кишечной микробиотой, хозяином и растительными лекарственными средствами: обзор новых взглядов на патогенез и лечение диабета 2 типа

Введение

Сахарный диабет (СД) - широко распространенное хроническое заболевание, связанное со значительными проблемами здравоохранения во всем мире. По данным Международной федерации диабета (IDF), около 425 миллионов взрослых пострадали от СД в 2017 году, и ожидается, что к 2045 году их число увеличится до 629 миллионов (Cho et al., 2018). Распространенность СД варьируется между развивающимися и развитыми странами и, по оценкам, вырастет в этих странах на 69 и 20% с 2010 по 2030 год, соответственно (Shaw et al., 2010). Длительный СД может привести к множественным осложнениям и сопутствующим заболеваниям, поражающим глаза, почки, сердечно-сосудистую и нервную системы (Inzucchi et al., 2012). По имеющимся данным, смертность взрослых пациентов с СД в два-четыре раза выше, чем у взрослых без диабета (Gerrits et al., 2015).Сахарный диабет 2 типа (СД2) - один из основных типов СД. Он характеризуется гипергликемией в результате прогрессирующей дисфункции β-клеток на фоне инсулинорезистентности (Американская диабетическая ассоциация, 2019). Кроме того, на СД2 приходится более 90% всех пациентов с диабетом, что приводит к общественной пандемии (Chatterjee et al., 2017). Распространенность СД2 с годами заметно возросла, что стало причиной значительного глобального бремени смертности и инвалидности (Zheng et al., 2017). Ожирение - наиболее значимый фактор риска развития СД2.К другим факторам риска относятся диета с низким содержанием клетчатки и нездоровый образ жизни, в том числе малоподвижный образ жизни, курение и употребление алкоголя (Wu et al., 2014; Kautzky-Willer et al., 2016). Существуют различные терапевтические подходы к лечению СД2, такие как управление образом жизни (Schellenberg et al., 2013) (обучение и поддержка самоконтролю, диетотерапия, физическая активность, планирование диеты и психосоциальная помощь), пероральные препараты (Qaseem et al., 2017) (метформин, сульфонилмочевины, тиазолидиндионы, ингибиторы α-глюкозидов, ингибиторы дипептидилпептидазы-4 и натрийзависимый переносчик глюкозы 2), инъекционные препараты (Tran et al., 2015) (инсулин и глюкагоноподобный пептид-1), хирургия (Maleckas et al., 2015), а также дополнительные и альтернативные лекарства (Nahas and Moher, 2009).

С ростом значения дополнительной и альтернативной медицины в соответствии с рекомендациями Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) (Zhang Q. et al., 2019) применение и исследования альтернативных лекарств для лечения СД2 в последнее время заметно увеличились. лет (Al-Eidi et al., 2016; Pang et al., 2019). Как один из важнейших видов альтернативной медицины, фитотерапия (ТМ) имеет тысячелетнюю историю и включает систематические медицинские теории, основанные на длительных периодах фенотипических и персонализированных клинических испытаний (Li and Weng, 2017).По оценкам ВОЗ, 70–80% населения, проживающего в развивающихся странах, рассматривают ТМ как метод первичной медико-санитарной помощи, в то время как исследования ТМ все еще находятся на предварительной стадии и требуют дальнейших исследований механизмов эффективности (Ekor, 2014). В течение последних двух десятилетий HM играл активную роль в лечении DM и доказал свою ценность для предотвращения прогрессирования заболевания как в европейских, так и в азиатских странах (Banjari et al., 2019). Согласно мировой этноботанической информации, для борьбы с сахарным диабетом было применено около 800 трав (Alarcon-Aguilara et al., 1998). Большое количество клинических испытаний и испытаний на животных продемонстрировало эффект различных форм ТМ, таких как использование отдельных трав и их экстрактов (Pang et al., 2015; Mirfeizi et al., 2016), отваров лечебных трав (Zhang et al., 2011; Ryuk et al., 2017) и китайских патентованных лекарств (Pang et al., 2017; Chen et al., 2019). Помимо установления эффективности ТМ против СД2, исследования также были направлены на определение их терапевтических механизмов с использованием современной науки и технологий; однако эти механизмы еще предстоит выяснить.

Кишечник представляет собой крупнейший пищеварительный и иммунный орган человеческого тела, в котором обитают триллионы микробов. Микробы, населяющие кишечник, также известные как кишечная микробиота, составляют сложное экологическое сообщество и сильно влияют на здоровье хозяина (Lozupone et al., 2012). В настоящее время все большее число исследователей уделяют внимание роли микробиоты кишечника в лечении заболеваний и лекарственной терапии, включая взаимодействие микробиоты кишечника, СД2 и ТМ. Новые взгляды, основанные на микробиоте кишечника, предоставили интересное понимание механизма действия ТМ при лечении СД2.

Здесь мы стремимся предоставить обзор взаимосвязи между микробиотой кишечника, хозяином и СД2 с патологической точки зрения, включая изменения микробиоты кишечника и то, как они взаимодействуют с хозяином при СД2. Затем мы описываем взаимодействие микробиоты кишечника, хозяина и ТМ при лечении СД2, что облегчает понимание потенциальных терапевтических механизмов ТМ. Наконец, мы резюмируем и обсуждаем терапевтическую стратегию HM, основанную на микробиоте кишечника, и представляем наши перспективы.

Хозяин, кишечная микробиота и СД2: патогенез

Взаимодействие между кишечной микробиотой и хозяином

Кишечник человека - сложная экосистема. Микробиота и хозяин разделяют обширную платформу для межклеточной передачи сигналов и защиты от потенциальных патогенов (Sekirov et al., 2010). У здоровых людей ~ 3,8 × 10 13 бактерий колонизируют кишечник, которые вместе кодируют более трех миллионов генов (Qin et al., 2010). Классификация бактерий по филогенетическому разнообразию вариабельных нуклеотидных последовательностей малых субъединиц оперонов рибосомной РНК или генов 16S рРНК позволяет анализировать огромное микробное сообщество.Разнообразие совокупностей организмов может давать основную единицу на функциональном уровне, и отклонения от этого ядра связаны с разными физиологическими состояниями (Turnbaugh et al., 2009).

Анализ микробиома показал, что прогрессирование болезни связано с изменениями в микробиоме кала. Исследования на животных моделях показали, что разные ответы, основанные на генотипах хозяина, могут способствовать развитию фенотипов метаболических нарушений, связанных с изменениями микробиоты кишечника (Miranda-Ribera et al., 2019; Ван Дж. Х. и др., 2019). У здоровых людей большинство кишечных бактерий можно разделить на пять типов: Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria и Verrucomicrobia (Tremaroli and Backhed, 2012). Все эти микробы экспрессируют гены продукции короткоцепочечных жирных кислот (SCFA) (Krautkramer et al., 2016), лиганды для рецепторов, связанных с G-белком (GPCR) (Cohen et al., 2017), нейротрансмиттеров (Asano et al. ., 2012) и других метаболитов.В свою очередь, метаболиты генетически и эпигенетически влияют на ответы хозяина (Sharkey et al., 2018). Что касается хозяев, как внутренние, так и внешние факторы влияют на бактериальный состав кишечника. В результате родов при рождении, вскармливания младенцев, генетики, инфекций, лекарств и диеты внутренняя среда хозяина часто меняется, что приводит к соответствующим изменениям микробиоты кишечника (Wen and Duffy, 2017). По сути, жизненные движения хозяина влияют на численность микробиоты кишечника, тогда как микробиота кишечника контролирует метаболическое физиологическое состояние и иммунологические функции хозяина с помощью ряда механизмов, регулируемых генами.

Большинство взаимодействий между хозяином и микробиотой кишечника происходит на желудочно-кишечном барьере, который состоит из двух частей: бактериального барьера и барьера слизистой оболочки. Оба имеют решающее значение для предотвращения проникновения комменсальных бактерий, патогенов и пищевых антигенов из просвета в ткань кишечника и системный кровоток хозяина (Sorini et al., 2019). Бактериальный барьер является первой линией защиты от проникновения содержимого просвета и выполняет множество биологических функций. Микробиота кишечника различается по продольной оси кишечника.Таким образом, различные бактерии заселяют разные места кишечника. Из-за радиального градиента кислорода микробы, проживающие на слизистой оболочке толстой кишки, обладают более высокой толерантностью к кислороду и экспрессией каталазы по сравнению с бактериями, связанными с просветом или стулом (Albenberg et al., 2014). Что касается слизистого барьера, эпителий кишечника содержит большую поверхность, выстланную монослоем эпителиальных клеток кишечника (IEC) (Wu et al., 2019). Они создают барьеры слизистой оболочки, включая физические и химические барьеры, для поддержания симбиотических отношений между кишечной микробиотой и хозяином (Okumura and Takeda, 2017).После нарушения кишечного барьера некоторые физиологические функции кишечника будут нарушены, что может вызвать круговые реакции кишечного дисбактериоза, воспаления, ферментативных механизмов и нарушений иммунного ответа.

Как микробиота кишечника влияет на СД2

Дисбактериоз кишечника

Дисбиоз характеризуется потерей полезных микроорганизмов, увеличением количества потенциально вредных микробов и / или потерей общего микробного разнообразия (Olesen and Alm, 2016).Ожирение и полиметаболические нарушения приводят к дисбалансу кишечной микробиоты, который считается характерным признаком СД2. Дисбактериоз кишечника приводит к транслокации бактериальных метаболитов, таких как триметиламин (ТМА), медиаторов метаболической дисрегуляции и патоген-ассоциированных молекулярных паттернов (PAMP) (Tilg et al., 2020). Bacteroidetes и Firmicutes являются двумя доминирующими бактериальными типами микробиоты кишечника пациентов с СД2. Интересно, что соотношение Bacteroidetes к Firmicutes положительно и значительно коррелировало с концентрациями глюкозы в плазме во многих предыдущих исследованиях (Turnbaugh et al., 2009; Ларсен и др., 2010; Schwiertz et al., 2010). Содержание Bacteroidetes повышается с потерей веса и низкокалорийной диетой, что способствует выздоровлению от СД2 (Ley et al., 2006). У пациентов с СД2 увеличивается количество продуцирующих липополисахариды Escherichia coli (тип Proteobacteria ). Они способствуют усилению системного воспаления кишечника (Qin et al., 2012). Напротив, Akkermansia muciniphila и Faecalibacterium prausnitzii представляют собой очень распространенные кишечные микробы человека у здоровых людей, и их пониженные уровни связаны с воспалением и изменениями метаболических процессов, участвующих в развитии СД2 (Verhoog et al., 2019). Недавно было установлено значение Akkermansia muciniphila для поддержания целостности желудочно-кишечного тракта. Его метаболиты влияют на ряд факторов транскрипции и генов, участвующих в метаболизме липидов в клетках, что имеет решающее значение для прецессии метаболического синдрома и СД2. Akkermansia muciniphila и его метаболит пропионат модулируют экспрессию Fiaf, GPR43, гистондеацетилаз (HDAC) и рецептора гамма, активируемого пролифератором пероксисом (PPAR гамма), и они играют важную роль в регуляции функции фактора транскрипции, клеточного цикла. , липолиз и насыщение (Lukovac et al., 2014). Дисбиоз кишечника изменяет микробиом, повышая регуляцию мембранного транспорта сахаров и аминокислот с разветвленной цепью, а также подавляя биосинтез бутирата (Luca et al., 2019). Обогащенные микробные гены, сопоставленные с передачей сигналов окислительного стресса, предполагают прямую связь между измененным составом микробиоты и воспалительным состоянием у пациентов с СД2 (Tilg et al., 2020). Разрыв кишечного барьера, вызванный дисбактериозом, приводит к местному и системному воспалению, которое имеет отношение к развитию СД2 (Belizario et al., 2018).

Метаболическое воспаление, вызванное эндотоксинами

T2DM в определенной степени является воспалительным заболеванием, и несколько воспалительных молекул указывают на развитие T2DM (Zhou W. Y. et al., 2019). Микробиота модулирует экспрессию PPAR в кишечных эпителиальных и иммуномодулирующих клетках и изменяет воспалительные реакции хозяина (Hasan et al., 2019). Между тем, гомеостатический дисбаланс или нарушение способствует перемещению эндотоксинов, таких как липополисахарид (ЛПС), в кровоток, что приводит к усилению системного и кишечного воспаления и проницаемости стенок желудочно-кишечного тракта.При диабете микробиота кишечника вносит вклад в патофизиологическую регуляцию эндотоксемии и увеличивает проницаемость кишечника из-за нарушения функции белков плотного соединения, таких как оккуладин и ZO-1 (Cani et al., 2007b, 2008). Это увеличивает уровни ЛПС в плазме, что вызывает легкое воспаление в кровообращении и, в конечном итоге, инсулинорезистентность (ИР) (Cani et al., 2007a). В качестве корецептора дифференцировочного антигена моноцитов CD14 + TLR4 опосредует различные воспалительные каскады, вызванные LPS, и развитие врожденного иммунного ответа, который состоит из рецепторов распознавания (PRR), антимикробных пептидов и секретируемого IgA (Creely et al., 2007; Джиалал и Раджамани, 2014). Хроническое воспаление средней степени тяжести следует за активацией провоспалительных путей, что способствует ожирению, ИР, снижению уровня β-клеток поджелудочной железы и, в конечном итоге, СД2 (Lew et al., 2019). LPS является одним из PAMP, которые распознаются PRR, включая Toll-подобные рецепторы (TLR) и Nod-подобные рецепторы (NLR). Взаимодействие между PRR и LPS индуцирует продукцию цитокинов и интерферона. В свою очередь, они запускают провоспалительные сигнальные каскады в периферических тканях человека (Zhao C.и др., 2019). Воспаление способствует окислительному состоянию, что увеличивает обогащение аэротолерантных типов. Это также увеличивает производство концевых акцепторов электронов для факультативных анаэробов. Это означает, что воспалительное состояние способствует серьезности дисбактериоза кишечника, что способствует разрушению бактериального барьера (Winter et al., 2013).

Сниженное производство жирных кислот с короткой цепью

SCFAs являются побочными продуктами анаэробной микробной ферментации непереваренной пищи в толстой кишке (Wisniewski et al., 2019). Они могут модулировать энергетический гомеостаз хозяина посредством взаимодействия между хемосенсорными энтероэндокринными клетками, которые принадлежат эпителиальным клеткам и могут сами обеспечивать энергией (Kuwahara, 2014). Имеются данные о том, что SCFAs увеличивают массу β-клеток поджелудочной железы и секрецию инсулина, снижают секрецию глюкагона и регулируют метаболизм глюкозы (Mandaliya and Seshadri, 2019b). Дисбактериоз кишечника может изменить соотношение анаэробных и аэробных бактерий, что напрямую приводит к снижению уровня SCFA. SCFAs, включая пропионат, бутират и ацетат, могут запускать локальное высвобождение пептида YY (PYY) и GLP1.Рецепторы SCFA сильно экспрессируются на L-клетках, продуцирующих GLP1, в дистальных отделах подвздошной кишки и толстой кишки (Mandaliya and Seshadri, 2019a). Пропионат является субстратом для глюконеогенеза, который защищает хозяина от ожирения, вызванного диетой, и непереносимости глюкозы (Ohira et al., 2017). Бутират, SCFA, ферментированный микробиотой, является энергетическим субстратом для колоноцитов, который снижает проницаемость кишечного барьера, способствуя высвобождению GLP-2 и увеличивая секрецию слизи (Sonnenburg and Backhed, 2016). Бутират может подавлять аномально увеличенную пролиферацию эпителиальных клеток толстой кишки при диабете, воздействуя на HMGB1 (Wang S.Ю. и др., 2019). Кроме того, как ингибитор гистондеацетилазы (HDAC), бутират может способствовать дифференцировке, пролиферации, функции β-клеток и улучшению инсулина, который имеет тесную связь с диабетом (Khan and Jena, 2015). Исследователи также продемонстрировали, что бутират и пропионат активируют кишечный глюконеогенез (IGN) посредством цАМФ-зависимого механизма и нейронной цепи кишечник-мозг с участием рецептора жирных кислот FFARS, который оказывает метаболическое влияние на контроль глюкозы у мышей (De Vadder et al., 2016 ).Что касается ацетата, обнаружено, что повышенное производство этого SCFA способствует увеличению секреции инсулина, стимулированной глюкозой, за счет активации парасимпатической нервной системы (Perry et al., 2016).

Таким образом, из-за дисбактериоза кишечника опосредованное эндотоксинами стимулирование метаболического воспаления и снижение уровней SCFA являются двумя основными механизмами, лежащими в основе взаимодействия между микробиотой кишечника и хозяином при СД2 (рис. 1).

Рисунок 1 . СД2 регулирует численность определенных кишечных бактерий, чтобы уменьшить количество продуцирующих слизь видов и нескольких бактерий, продуцирующих короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA).Затем эти бактерии продуцируют ЛПС, который может разрушить барьерную функцию кишечника и просачиваться во внутреннюю среду через окклюдин и ZO-1, что приводит к воспалительному статусу. Низкие циркулирующие уровни SCFA могут способствовать нарушению сытости у хозяина и снижению чувствительности к инсулину или его секреции через GPR. Нарушение углеводного обмена может вызвать нарушение кишечного барьера, что приводит к более тяжелому дисбактериозу кишечника. При стимуляции LPS IECs секретируют провоспалительные цитокины MCP-1, TNF-α, IL-18 и IL-6.Врожденные иммунные клетки, такие как макрофаги и DC, используют рецепторы распознавания образов для присоединения к патогенам или токсинам, таким как LPS, что приводит к активации воспалительного каскада.

Метаболическая дисфункция, вызванная бактериальными компонентами и метаболитами

Во время переваривания пищи метаболизм ксенобиотиков и жизненные движения хозяина активируют серию событий через ферментативные пути для функционирования в сочетании с кишечником (Tremaroli and Backhed, 2012). Бактериальные компоненты способствуют производству многих биоактивных типов молекул, таких как желчные кислоты и адипокины, которые необходимы для взаимосвязанных путей гликолиза, цикла трикарбоновых кислот / Кребса, окислительного фосфорилирования (OXPHOS) и метаболизма аминокислот и жирных кислот (Belizario et al. ., 2018). Желчные кислоты - это молекулы, вырабатываемые из холестерина микробиотой нижних отделов тонкой и толстой кишки. Сообщается, что они подавляют ожирение, вызванное диетой, и предотвращают развитие ИР путем активации рецептора желчных кислот (фарнезоид-рецептор, FXR) и мембранного рецептора G-белка TGR5, что указывает на их влияние на энергетический гомеостаз (Gastaldelli et al., 2010; Gerard and Видаль, 2019). Способность метаболизировать естественный антагонист FXR тауро-b-мюрихоловую кислоту является важным шагом на пути к нарушению толерантности к глюкозе и инсулину (Lazar et al., 2019). Жировая ткань обычно считается активным органом, выполняющим ключевые метаболические и эндокринные функции, секретируя биоактивные пептиды и белки, называемые адипокинами, которые играют решающую роль в метаболизме хозяина. Под влиянием кишечной микробиоты он высвобождает воспалительные адипокины, такие как белок, связывающий жирные кислоты 4 (FABP-4), белок, стимулирующий ацилирование (ASP), ретинол-связывающий белок 4 (RBP4), липокалин-2 (LCN2) и хемерин. и т. д., которые связаны с усилением воспаления, ожирением, инсулинорезистентностью и, в конечном итоге, с СД2 (Lee et al., 2019) (рисунок 2).

Рисунок 2 . Метаболическая дисфункция, вызванная бактериальными компонентами и метаболитами, серией ферментативных реакций, приводящих к инсулинорезистентности.

Взаимодействие микробиоты кишечника и лекарственных растений во время лечения СД2

HM регулируют состав полезных и вредных бактерий

Существенная разница между составом кишечной микробиоты пациентов с СД2 и здоровых людей была обнаружена еще в 2010 году.Отношение Bacteroidetes к Firmicutes и группы Bacteroides-Prevotella к C. coccoides-E. rectale были тесно связаны с концентрацией глюкозы в крови; кроме того, представители Betaproteobacteria были высоко обогащены у пациентов с СД2 (Larsen et al., 2010). В связи с растущими данными исследований дисбаланс полезных и вредных бактерий считается важным для патогенеза СД2. SCFAs, включая бутират, пропионат и ацетат, связаны с уменьшением ожирения и СД2 (Ju et al., 2019). Бутират SCFA особенно полезен для лечения СД2 за счет повышения чувствительности к инсулину и улучшения функции митохондрий (Gao et al., 2009). Увеличение количества SCFA-продуцирующих и особенно бутират-продуцирующих бактерий и снижение количества условно-патогенных микроорганизмов являются ключевыми механизмами, лежащими в основе лечения СД2 (Zhang B. et al., 2019).

Ревень - это многолетнее растение, используемое для лечения воспалительных заболеваний, включая острый панкреатит и гастроэнтерит, а также диабета и его осложнений в сочетании с другими травами (Li et al., 2004; Чжоу и др., 2016; Cao et al., 2017). Антрахинон, содержащий свободные антрахиноны и гликозиды, является одним из его основных компонентов (Arvindekar et al., 2015). Недавнее исследование на животных показало, что терапевтический механизм очищенного антрахинон-гликозидного препарата из ревеня (RAGP) для лечения СД2 включает улучшение дисбактериоза кишечника за счет обогащения пробиотиком Lactobacillus и бактериями, продуцирующими короткоцепочечные жирные кислоты, и снижением численности бактерий. группа Lachnospiraceae NK4A136 и бактерии-продуценты ЛПС Desulfovibrio (Cui et al., 2019).

Водный экстракт Caulis Spatholobi (WECS) эффективно поддерживал гомеостаз глюкозы в крови и снижал инсулинорезистентность в исследовании с использованием модели мышей с ожирением, вызванным диетой (DIO). Он улучшил не только лабораторные показатели, связанные с диабетом, но и дисбактериоз микробиоты, в основном за счет увеличения количества родов бактерий, связанных с ожирением и диабетом, включая Parabacteroides, Bacteroidetes, Anaerotruncus и Bifidobacterium (Zhang C.и др., 2019).

Xiexin Tang (XXT) - китайская травяная формула, обычно применяемая для лечения диабета. В исследовании in vivo XXT заметно изменил микробиоту кишечника крыс T2DM. Он увеличивал численность SCFA-продуцирующих и противовоспалительных бактерий, таких как Adlercreutzia, Alloprevotella, Barnesiella , [ Eubacterium ] Ventriosum group, Blautia, Lachnospiraceae UCG-001 Pre-001, Papillibacter 9291 группа в разной степени.Изменения состава кишечной микробиоты соответствовали уменьшению гипергликемии у крыс с СД2, нарушению липидного обмена и воспалительной активности (Wei et al., 2018).

Отвар Хуан-Лянь-Цзе-Ду (HLJDD), известная китайская травяная формула, происходящая из династии Тан, широко применялась в лечении СД2 в течение тысяч лет (Zhang et al., 2014). Несмотря на его клинический гипогликемический эффект, основной механизм неясен. Недавно исследование на животных показало, что HLJDD улучшает уровень глюкозы в крови и восстанавливает дисрегулируемый состав микробиоты.Улучшение индуцированной HLJDD гипергликемии было в основном связано с увеличением численности бактерий, продуцирующих SCFA, таких как Adlercreutzia, Porphyromonadaceae (включая Parabacteroides ), Lachnospiraceae (включая Blautia ) и уменьшение количества патогенных бактерий. бактерии, такие как Corynebacteriaceae (в том числе Corynebacterium ), Staphylococcaceae (включая Staphylococcus ) и Aerococcaceae (включая Corynebacterium и Facklamia., 2018).

Помимо экспериментов на животных, постепенно накапливаются клинические исследования, изучающие и проверяющие микробные механизмы кишечника, лежащие в основе гипогликемического эффекта ТМ при лечении СД2. В основном они сосредоточены на изменении состава микробиоты кишечника. Клиническое испытание антидиабетических эффектов традиционной китайской травяной формулы под названием отвар Gegen Qinlian (GQD) обнаружило корреляцию между увеличением количества полезной микробиоты кишечника и ее клинической эффективностью, включая уровень глюкозы в крови и функцию островковых β-клеток. .Кроме того, бактерии, продуцирующие бутират Faecalibacterium prausnitzii , были значительно обогащены в кале пациентов с СД2 после 12 недель вмешательства (Xu et al., 2015). Рандомизированное клиническое испытание эффективности специально разработанной китайской травяной смеси под названием AMC для лечения СД2 с гиперлипидемией показало, что AMC значительно улучшил уровни глюкозы и липидов в крови и улучшил уровни HOMA-IR и триглицеридов с большей эффективностью, чем метформин. Исследование подтвердило, что эти эффекты были связаны с бактериями, продуцирующими бутират, такими как Faecalibacterium spp.и Blautia (Tong et al., 2018) (таблица 1).

Таблица 1 . HM регулирует состав микробиоты кишечника.

ТМ уменьшают воспаление, вызванное кишечной микробиотой и иммунитетом хозяина

Патогенез T2DM тесно связан с воспалительным состоянием низкой степени и активацией иммунного ответа хозяина, также называемым продолжающимся цитокин-индуцированным ответом острой фазы (Pickup, 2004; Donath and Shoelson, 2011). При патогенезе СД2 ЛПС, выделяемый грамотрицательными бактериями, попадает в энтерогепатическую циркуляцию из-за кишечного микроэкологического нарушения, которое может инициировать иммунный ответ в жировой ткани.Активируется экспрессия TLR и высвобождаются провоспалительные адипоцитокины, такие как IL-1, IL-6 и TNF-α, что приводит к воспалительному состоянию слабой степени (Creely et al., 2007). Т-клетки, как критический эффектор клеточно-опосредованного иммунитета, имеют решающее значение для развития СД2 и связанного с ним воспаления. Метаболизм Т-клеток тесно связан с инсулином и его нисходящей передачей сигналов через рецептор инсулина, а отсутствие рецепторов инсулина на Т-клетках может ингибировать гликолиз (Tsai et al., 2018). Кроме того, накопление доказательств связывает CD4 + Т-лимфоциты с ожирением и инсулинорезистентностью, которые являются основными факторами риска СД2 (Xia et al., 2017). Подтипы CD4 + Т-клеток, включая клетки Th2 и Th3, могут продуцировать большое количество провоспалительных цитокинов после их активации для регулирования воспалительных процессов (Kahn et al., 2006; Raphael et al., 2015). По мере накопления доказательств того, что микробиота кишечника играет значительную роль в иммунитете хозяина и последующем воспалении, постепенно появляются связанные механизмы HM в лечении T2DM.Терапевтические механизмы, лежащие в основе их эффективности, связаны с кишечным противовоспалительным действием и иммуномодуляцией.

Scutellaria Radix (SR) и Coptidis Rhizome (CR) - хорошо известные травы, применяемые для лечения диабета на протяжении тысячелетий, и продемонстрировали гипогликемические эффекты как в клинических испытаниях, так и в базовых экспериментах (Zhang et al., 2018; Ran et al., 2019). Комбинация SR и CR (SC) проявляла антидиабетическую активность через сигнальный путь TLR4, участвующий в противовоспалительной регуляции и регуляции микробиоты кишечника.Введение SC на мышиной модели T2DM KK-Ay было связано со значительным снижением уровней белков LPS, IL-6, TNF-α, TLR4 и MyD88 и улучшением содержания глюкозы, инсулина и липидов в крови; кроме того, Lactobacillus Кишечник считался возможным целевым пробиотиком (Zhang C.H. et al., 2019).

Potentilla disolor Bunge (PDB) - это многолетнее растение, обычно используемое в качестве антидиабетического средства. В исследовании на животных его гипогликемический эффект был тесно связан с регуляцией кишечной эндотоксемии и воспаления.По сравнению с контрольными мышами, мыши T2D, получавшие PDB, показали значительное снижение уровней TNF-α, IL-1β и IL-6 в сыворотке и LPS в кале и сыворотке. Кроме того, численность Bacteroidales_S24-7_group увеличилась после введения PDB, что сопровождалось уменьшением численности Helicobacteraceae (Han et al., 2019).

Dendrobium - это HM, клинически используемый для лечения T2DM и его осложнений, а полифенолы дендробия являются его основными составляющими, которые оказывают различные фармакологические эффекты (Paudel et al., 2018). Исследование эффектов богатого полифенолами экстракта Dendrobium loddigesii (DJP) у мышей с диабетом выявило противовоспалительную активность DJP для лечения СД2 за счет снижения экспрессии IL-6 и TNF-α, что коррелировало с модуляция кишечной микробиоты, включая увеличение соотношения Bacteroidetes до Firmicutes и Prevotella / Akkermansia и снижение численности S24-7 / Rikenella / Escherichia coli ., 2018) (таблица 1).

Метаболизм, опосредованный кишечной микробиотой, модулирует биотрансформацию ТМ

Клиническое применение ТМ для лечения СД2 широко распространено во всем мире. Тем не менее, все еще существует огромный пробел с точки зрения одобрения Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США и открытия новых лекарств из-за низкой биодоступности и биологической активности ТМ после перорального приема (Kesarwani et al., 2013). В последние годы ученые обнаружили, что микробиота кишечника критически влияет на биотрансформацию гипогликемических ТМ, превращая полярные и бедные липофильные соединения в менее полярные и более липофильные соединения и улучшая скорость их перорального всасывания при лечении СД2.В частности, микробиомы кишечника кодируют различные ферменты, которые могут метаболизировать ТМ, изменять структуру исходных химических веществ и производить новые соединения (Koppel et al., 2017). После метаболизма кишечных микробиомов биодоступность и биоактивность вновь продуцируемых химических соединений отличаются от таковых у исходных химических веществ ТМ, а соединения с более высокой биодоступностью и биоактивностью могут легко абсорбироваться кишечником и оказывать терапевтическое действие на хозяина. В процессе биотрансформации ТМ штамм кишечных бактерий может трансформировать различные химические соединения.Между тем, соединение также может быть преобразовано синергическим действием различных бактерий.

Берберин (BBR) является типичным компонентом широко используемого гипогликемического HM CR (Wang J. et al., 2019). Многочисленные исследования продемонстрировали гипогликемические эффекты BBR при СД2 (Zhang et al., 2010; Liang et al., 2019). Однако, как изохинолиновый алкалоид с плохой растворимостью в воде, BBR плохо всасывается эпителиальными клетками кишечника, что приводит к его чрезвычайно низкой биодоступности (Liu et al., 2016). Недавние исследования показали, что микробиота кишечника играет важную роль в биотрансформации BBR и его антидиабетических эффектах. В кишечнике хозяина микробиота кишечника превращает BBR в более легко усваиваемый, но неактивный метаболит, дигидроберберин (dhBBR), посредством катализа нитроредуктаз. После абсорбции dhBBR тканью стенки кишечника он немедленно окисляется до BBR и оказывает фармакологическое действие в кровообращении (Feng et al., 2015).

Женьшень - это HM, который применялся для лечения СД2 на протяжении тысяч лет.Положительные эффекты женьшеня в клинических испытаниях включают улучшение контроля уровня глюкозы в крови и чувствительности к инсулину у пациентов с СД2 (Gui et al., 2016). Гинзенозиды, основные активные компоненты женьшеня, обладают гипогликемическим действием у крыс с диабетом 2 типа, включая снижение уровня глюкозы в крови, модуляцию инсулиновой реакции и уменьшение массы тела (Tian et al., 2018). Метаболизм микробиоты кишечника оказывает заметное влияние на фармакологические эффекты гинсенозидов. Гинсенозид Rb1, антидиабетический агент, относящийся к тетрациклическим тритерпеноидным сапонинам, имеет низкую биодоступность (Yu et al., 2018; Чжоу П. и др., 2019). Однако после катализа β-глюкозидаз, продуцируемых кишечными бактериями, гинсенозид Rb1 может метаболизироваться до более биологически активных соединений, таких как гинзенозид 20 (S) -Rg3 и соединение K (Jung et al., 2012; Quan et al., 2012; Ким, 2013). Гинсенозиды Re и Rg1 также трансформируются в новые метаболиты, такие как редкие гинзенозиды Rd, GypXVII, Rg2 и протопанаксатриол, которые обладают более высокой биологической и фармакологической активностью (Yu et al., 2017).

Куркумин, один из основных активных компонентов куркумы HM, обладает рядом фармакологических свойств, включая антидиабетические, противовоспалительные и антиоксидантные эффекты, и защищает от диабета и его осложнений (Nabavi et al., 2015; Парсаманеш и др., 2018). Однако, как полифенольное соединение, низкая биодоступность куркумина при пероральном приеме представляет собой большой барьер на пути к его клинической эффективности (Lopresti, 2018). Микробиота кишечника была определена как ключевой момент в биотрансформации куркумина. Куркумин может метаболизироваться посредством метаболизма кишечной бактерии человека Blautia sp . MRG-PMF1 превращается в деметилкуркумин и бисдеметилкуркумин в результате реакции расщепления метиларилового эфира (Burapan et al., 2017).Кроме того, в эксперименте in vitro по инкубации человеческих фекалий были обнаружены три метаболита, тетрагидрокуркумин (THC), дигидроферуловая кислота (DFA) и метаболит, предварительно идентифицированный как 1- (4-гидрокси-3-метоксифенил) -2-пропанол. в смеси, содержащей куркумин, после ферментации фекалий человека (Tan et al., 2015). Бактерия Escherichia coli из фекалий человека была обнаружена при микробной биотрансформации куркумина. Посредством двухступенчатого восстановления с помощью уникального фермента, очищенного от Escherichia coli , который был назван «НАДФН-зависимый куркумин / дигидрокуркумин редуктаза», куркумин может быть преобразован в дигидрокуркумин в качестве промежуточного метаболита и тетрагидрокуркумин в качестве конечного продукта (Hassaninasab et al. ., 2011).

Кверцитрин представляет собой биофлавоноид, присутствующий в различных антидиабетических ТМ, таких как Mori Folium, Bupleurum Radix и боярышник, который положительно влияет на метаболизм углеводов и антиоксидантную активность во время лечения диабета (Babujanarthanam et al., 2010, 2011). Однако из-за его относительно низкой биодоступности ключевые факторы, опосредующие его полезные эффекты, и лежащий в основе механизм остаются неуловимыми. Эксперимент in vivo , инкубирующий кверцетин с кишечными бактериями человека, показал, что продуцируются метаболиты с более высокой биологической активностью, включая кверцетин, 3,4-дигидроксифенилуксусную кислоту и 4-гидроксибензойную кислоту. Fusobacterium K-60 была обнаружена как основная бактерия, которая трансформировала кверцитрин в кверцетин (Kim et al., 1999).

Обсуждение и перспективы

В последние годы постоянно исследуются механизмы изменений микробиоты кишечника, связанных с СД2. Дисбактериоз кишечника, индуцированное эндотоксином метаболическое воспаление, нарушение иммунного ответа, бактериальные компоненты и метаболиты, а также снижение продукции SCFAs тесно связаны с патогенезом T2DM и представляют собой механизм взаимодействия микробиоты кишечника с хозяином.Однако исследования гипогликемических эффектов ТМ на кишечную микробиоту находятся только в зачаточном состоянии. Наш анализ соответствующих клинических исследований показал, что большинство из них просто анализировали модуляцию состава микробиоты кишечника ТМ, тогда как основные механизмы, включая режим взаимодействия флор с ТМ, затронутые пути хозяина и терапевтические мишени, изучались редко. Таким образом, мы считаем, что с точки зрения микробиоты кишечника исследование терапевтических механизмов гипогликемических ТМ имеет большой потенциал.

HM является основным компонентом системы традиционной китайской медицины (TCM) и считается «основой всех других лекарств» (An et al., 2019). На протяжении тысячелетий это не было научно признано, потому что эта система и ее теория полностью отличаются от современной науки. Ядром системы традиционной китайской медицины является баланс и дисбаланс Инь и Ян, которые трудно количественно оценить и охарактеризовать, тогда как современная наука фокусируется на объективных и поддающихся количественной оценке свидетельствах. Хотя назначения нескольких комбинаций ТМ, основанные на теории ТКМ, достигли заметной клинической эффективности, плохое знание их механизмов сильно ограничило прогресс в ТКМ и ТМ.Однако исследования взаимодействия микробиоты кишечника и ТМ представляют научные доказательства полезности ТКМ и ТМ и рациональной совместимости, что значительно повышает оптимизм в отношении их использования в клинической практике. В рецептах TCM несколько комбинаций HM проявляют синергетические или антагонистические эффекты, чтобы получить лучшую эффективность или снизить токсичность и побочные эффекты. Например, для лечения T2DM, CR и SR обычно комбинируются для снижения уровня глюкозы в крови, потому что, согласно теории TCM, они оба имеют горький вкус и могут бороться с высоким содержанием сахара.Как бы неясна эта теория, микробиота кишечника может быть прекрасным объяснением того, почему основные компоненты CR и SR, а именно берберин и байкалин, могут улучшить дисбаланс кишечного микробиома у хозяина, увеличить численность различных бактерий, продуцирующих SCFA, и уменьшить количество вредных бактерий (Zhang et al., 2015; Ju et al., 2019). Однако антагонизм между CR и SR в кишечнике также существует. В эксперименте in vitro с использованием суспензий фекалий крыс CR снижал биодоступность антрахинонов за счет ингибирования превращения конъюгированных антрахинонов в свободные антрахиноны, опосредованного кишечной микробиотой, тогда как SR противостоял CR, ингибируя глюкуронидирование антрахинонов в кишечнике (Yan et al. ., 2015).

Исследование взаимодействия микробиоты кишечника-хозяина-HM также предлагает новые взгляды на прецизионную терапию HM и открытие лекарств. Метформин повсеместно признан антидиабетическим средством первой линии для лечения СД2 и улучшает бактериальный дисбактериоз кишечника. Было подтверждено, что одним из терапевтических эффектов метформина при СД2 является продукция SCFA, а также увеличение численности Escarianha (Forslund et al., 2015). Метформин оказывает антигипергликемический эффект за счет увеличения содержания желчной кислоты гкурсодезоксихолевой кислоты в кишечнике за счет уменьшения численности видов B.fragilis и его гидролазной активностью желчных солей (Sun et al., 2018). Однако менее известно, что происхождение метформина можно проследить до традиционного европейского HM, а именно Galega officinalis (также известного как козья рута) (Bailey, 2017). Этот классический и успешный пример демонстрирует, что травы очень ценны для медицины и вносят значительный вклад в открытие лекарств. В связи с возросшим в последнее время интересом и накоплением научных данных о ТМ и их фармакологическом действии и связанных с ними механизмах, открытие и разработка новых лекарств на основе ТМ, как ожидается, станет важной тенденцией будущего.В качестве определенной мишени микробиота кишечника может быть направлением для точно направленной терапии ТМ и открытия новых лекарств с использованием экстрактов из природных ТМ.

Кроме того, многие травы Китайской фармакопеи, обогащенные клетчаткой и растительными веществами, также присутствуют в нашем ежедневном рационе и называются растительными пищевыми добавками (Di Giorgi Gerevini et al., 2005). Например, Momordica charantia и китайский ямс являются обычными продуктами повседневного рациона, а также используются в качестве HM для лечения диабета и регулирования микробиоты кишечника (Li et al., 2017; Wang et al., 2017). Диета тесно связана с СД2, а микробиота кишечника считается пересечением диеты и болезни (Sonnenburg and Backhed, 2016). Кроме того, многочисленные исследования подтвердили, что ежедневный распорядок дня важен для лечения диабета (Nie et al., 2019). Следовательно, изучение растительных продуктов, регулирующих флору, может помочь в разработке гипогликемических пищевых добавок и лекарств для достижения цели: «Пусть пища будет лекарством, а лекарства - пищей.”

Авторские взносы

Идея была предоставлена ​​

XT и ML. YZ, XG, JT и LZ написали черновик рукописи. LZ, HG и YW искали данные и помогали с цифрами. XY и BP проанализировали данные. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Работа поддержана грантами Государственной ключевой программы национального естествознания Китая (№ 81430097), китайско-австрийского проекта сотрудничества (Gh3017-03-06), Национального фонда естественных наук Китая (№81

7) и Capital Health Development Research Project (CD2020-4-4155).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Аларкон-Агилара, Ф. Дж., Роман-Рамос, Р., Перес-Гутьеррес, С., Агилар-Контрерас, А., Контрерас-Вебер, К. К., и Флорес-Саенс, Дж. Л. (1998). Изучение антигипергликемического действия растений, применяемых в качестве противодиабетических средств. J. Ethnopharmacol. 61, 101–110. DOI: 10.1016 / S0378-8741 (98) 00020-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Альбенберг, Л., Есипова, Т. В., судья, К. П., Биттингер, К., Чен, Дж., Лафлин, А. и др. (2014). Корреляция между внутрипросветным градиентом кислорода и радиальным разделением кишечной микробиоты. Гастроэнтерология 147, 1055–63. DOI: 10.1053 / j.gastro.2014.07.020

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Аль-Эди, С., Tayel, S., Al-Slail, F., Qureshi, N.A., Sohaibani, I., Khalil, M., et al. (2016). Знания, отношение и практика пациентов с сахарным диабетом 2 типа в отношении дополнительной и альтернативной медицины. J. Integr. Med. 14, 187–96. DOI: 10,1016 / с2095-4964 (16) 60244-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ань, X., Бао, Q., Ди, S., Zhao, Y., Zhao, S., Zhang, H., et al. (2019). Взаимодействие микробиоты кишечника и лекарственных растений. Биомед. Фармакотер. 118: 109252. DOI: 10.1016 / j.biopha.2019.109252

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Арвиндекар А. У., Перейра Г. Р. и Ладда К. С. (2015). Оценка эффективности экстракции пяти антрахинонов из rheum emodi с помощью традиционных и новых методов экстракции. J. Food Sci. Technol. 52, 6574–6582. DOI: 10.1007 / s13197-015-1814-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Асано, Ю., Хирамото, Т., Нишино, Р., Айба, Ю., Кимура, Т., Йошихара, К. и др. (2012). Решающая роль микробиоты кишечника в производстве биологически активных свободных катехоламинов в просвете кишечника мышей. Am. J. Physiol. Гастроинтест. Liver Physiol. 303, G1288 – G1295. DOI: 10.1152 / ajpgi.00341.2012

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бабуджанартханам Р., Кавита П., Махадева Р. У. и Пандиан М. Р. (2011). Биофлавоноид кверцитрин улучшает антиоксидантный статус в стрептозотоцине: индуцированном диабетом в тканях крыс. Мол. Клетка. Biochem. 358, 121–129. DOI: 10.1007 / s11010-011-0927-x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бабуджанартханам Р., Кавита П. и Пандиан М. Р. (2010). Кверцитрин, биофлавоноид, улучшает гомеостаз глюкозы в тканях, вызванных стрептозотоцином, диабетом, изменяя гликолитические и глюконеогенные ферменты. Фундамент. Clin. Pharmacol. 24, 357–364. DOI: 10.1111 / j.1472-8206.2009.00771.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Банджари, И., Мисир А., Павлик М., Херат П. Н., Вайсундара В. Ю. (2019). Традиционные лечебные травы для лечения диабета, используемые в Европе и Азии: средства из Хорватии и Шри-Ланки. Альтерн. Ther. Health Med. 25, 40–52.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Белизарио, Дж. Э., Файнтуч Дж. И Гарай-Мальпартида, М. (2018). Дисбактериоз кишечного микробиома и иммунометаболизм: новые рубежи лечения метаболических заболеваний. Медиаторы воспаления. 2018, 1–12. DOI: 10.1155/2018/2037838

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бурапан, С., Ким, М., и Хан, Дж. (2017). Деметилирование куркуминоидов как альтернативный метаболизм кишечной микробиоты человека. J. Agric. Food Chem. 65, 3305–3310. DOI: 10.1021 / acs.jafc.7b00943

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Cani, P. D., Amar, J., Iglesias, M. A., Poggi, M., Knauf, C., Bastelica, D., et al. (2007a). Метаболическая эндотоксемия вызывает ожирение и инсулинорезистентность. Диабет 56, 1761–1772. DOI: 10.2337 / db06-1491

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кани, П. Д., Бибилони, Р., Кнауф, К., Нейринк, А. М., Нейринк, А. М., Дельценн, Н. М. и др. (2008). Изменения микробиоты кишечника контролируют воспаление, вызванное метаболической эндотоксемией, при ожирении и диабете, вызванном диетой с высоким содержанием жиров. Диабет 57, 1470–1481. DOI: 10.2337 / db07-1403

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кани, П.D., Neyrinck, A.M., Fava, F., Knauf, C., Burcelin, R.G., Tuohy, K.M, et al. (2007b). Избирательное увеличение бифидобактерий в микрофлоре кишечника улучшает диабет, вызванный диетой с высоким содержанием жиров, у мышей за счет механизма, связанного с эндотоксемией. Diabetologia 50, 2374–2383. DOI: 10.1007 / s00125-007-0791-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цао, Ю. Дж., Пу, З. Дж., Тан, Ю. П., Шен, Дж., Чен, Ю. Ю., Канг, А. и др. (2017). Достижения в области биоактивных компонентов, фармакологии и клинического применения ревеня. Подбородок. Med. 12:36. DOI: 10.1186 / s13020-017-0158-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, J., Zheng, L., Hu, Z., Wang, F., Huang, S., Li, Z., et al. (2019). Metabolomics показывает эффект zishen jiangtang pill, китайского травяного продукта на сахарный диабет 2 типа, вызванный диетой с высоким содержанием жиров, у мышей. Фронт. Pharmacol. 10: 256. DOI: 10.3389 / fphar.2019.00256

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, М.Y., Liao, Z. Q., Lu, B. Y., Wang, M. X., Lin, L., Zhang, S. B., et al. (2018). Отвар Хуан-лиан-цзе-ду уменьшает гипергликемию и резистентность к инсулину в сочетании с модуляцией кишечной микробиоты. Фронт. Microbiol. 9: 2380. DOI: 10.3389 / fmicb.2018.02380

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чо, Н. Х., Шоу, Дж. Э., Каруранга, С., Хуанг, Ю., Да, Р. Ф. Дж., Олрогге, А. В. и др. (2018). Атлас диабета IDF: глобальные оценки распространенности диабета на 2017 год и прогнозы на 2045 год. Diabetes Res. Clin. Практик. 138, 271–281. DOI: 10.1016 / j.diabres.2018.02.023

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коэн, Л. Дж., Эстерхази, Д., Ким, С. Х., Леметр, К., Агилар, Р. Р., Гордон, Э. А. и др. (2017). Комменсальные бактерии вырабатывают лиганды GPCR, имитирующие человеческие сигнальные молекулы. Природа 549, 48–53. DOI: 10.1038 / природа23874

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крили, С.Дж., МакТернан, П. Г., Кусмински, К. М., Фишер, Ф. М., Да Силва, Н. Ф., Канолкар, М. и др. (2007). Липополисахарид активирует ответ врожденной иммунной системы в жировой ткани человека при ожирении и диабете 2 типа. Am. J. Physiol. Эндокринол. Метаб. 292, E740 – E747. DOI: 10.1152 / ajpendo.00302.2006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цуй, Х. Х., Чжан, Л. С., Ло, Ю., Юань, К., Хуан, З. Ю., и Го, Ю. (2019). Очищенный антрахинон-гликозидный препарат из ревеня облегчает сахарный диабет 2 типа, регулируя микробиоту кишечника и уменьшая воспаление. Фронт. Microbiol. 10: 1423. DOI: 10.3389 / fmicb.2019.01423

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Де Ваддер, Ф., Ковачева-Датчари, П., Зитун, К., Дюшан, А., Бэкхед, Ф., и Митье, Г. (2016). Вырабатываемый микробиотой сукцинат улучшает гомеостаз глюкозы за счет глюконеогенеза в кишечнике. Ячейка. Метаб. 24, 151–157. DOI: 10.1016 / j.cmet.2016.06.013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ди Джорджи Геревини, В., Коппарони, Р., Дальфра, С., Леонарди, М., и Гуидарелли, Л. (2005). Пищевые добавки на травах. Ann. Супер Санита 41, 55–59.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Экор, М. (2014). Растущее использование лекарственных трав: проблемы, связанные с побочными реакциями, и проблемы с мониторингом безопасности. Фронт. Pharmacol. 4: 177. DOI: 10.3389 / fphar.2013.00177

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фэн Р., Шоу Дж.W., Zhao, Z. X., He, C. Y., Ma, C., Huang, M., et al. (2015). Преобразование берберина в его абсорбируемую в кишечнике форму кишечной микробиотой. Sci. Реп. 5: 12155. DOI: 10.1038 / srep12155

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Forslund, K., Hildebrand, F., Nielsen, T., Falony, G., Le Chatelier, E., Sunagawa, S., et al. (2015). Выявление противоречий между диабетом 2 типа и метформином в микробиоте кишечника человека. Природа 528, 262–266.DOI: 10.1038 / природа15766

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Gao, Z., Yin, J., Zhang, J., Ward, R.E., Martin, R.J., Lefevre, M., et al. (2009). Бутират улучшает чувствительность к инсулину и увеличивает расход энергии у мышей. Диабет 58, 1509–1517. DOI: 10.2337 / db08-1637

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гастальделли А., Натали А., Веттор Р. и Коррадини С. Г. (2010). Инсулинорезистентность, жировые отложения и кишечник: взаимодействия и патологические последствия. Дайджест. Liver Dis. 42, 310–319. DOI: 10.1016 / j.dld.2010.01.013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гуй, К. Ф., Сюй, З. Р., Сюй, К. Ю. и Ян, Ю. М. (2016). Эффективность терапии с применением женьшеня при сахарном диабете 2 типа: обновленный систематический обзор и метаанализ. Медицина (Балтимор) 95: e2584. DOI: 10.1097 / MD.0000000000002584

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хан, Л.Х., Ли, Т. Г., Ду, М., Чанг, Р., Чжан, Б. Ю., и Мао, X. Y. (2019). Благоприятное влияние водного экстракта на высвобождение воспалительных цитокинов и микробиоту кишечника у мышей с высоким содержанием жиров и у мышей с диабетом 2 типа, индуцированного стрептозотоцином. Питательные вещества 11: 670. DOI: 10.3390 / nu11030670

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хассанинасаб А., Хашимото Ю., Томита-Йокотани К. и Кобаяши М. (2011). Открытие метаболического пути куркумина с участием уникального фермента в кишечном микроорганизме. Proc. Natl. Акад. Sci. США 108, 6615–6620. DOI: 10.1073 / pnas.1016217108

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Inzucchi, S. E., Bergenstal, R. M., Buse, J. B., Diamant, M., Ferrannini, E., Nauck, M., et al. (2012). Управление гипергликемией при диабете 2 типа: подход, ориентированный на пациента: заявление о позиции Американской диабетической ассоциации (ADA) и Европейской ассоциации по изучению диабета (EASD). Уход за диабетом 35, 1364–1379.DOI: 10.2337 / dc12-0413

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джиалал И., Раджамани У. (2014). Эндотоксемия метаболического синдрома: основной медиатор мета-воспаления. Метаб. Syndr. Relat. Disord. 12, 454–6. DOI: 10.1089 / met.2014.1504

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзюй, М., Лю, Ю., Ли, М., Ченг, М., Чжан, Ю., Дэн, Г. и др. (2019). Байкалин улучшает микроэкологию кишечника и улучшает метаболизм, вызванный диетой с высоким содержанием жиров. Eur. J. Pharmacol. 857: 172457. DOI: 10.1016 / j.ejphar.2019.172457

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Юнг И. Х., Ли Дж. Х., Хён Ю. Дж. И Ким Д. Х. (2012). Метаболизм гинсенозида Rb1 микрофлорой кишечника человека и клонирование его метаболизирующей бета-D-глюкозидазы из Bifidobacterium longum H-1. Biol. Pharm. Бык. 35, 573–581. DOI: 10.1248 / bpb.35.573

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Каутцки-Виллер, А., Харрейтер Дж. И Пачини Г. (2016). Половые и гендерные различия в риске, патофизиологии и осложнениях сахарного диабета 2 типа. Endocr. Rev. 37, 278–316. DOI: 10.1210 / er.2015-1137

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кесарвани К., Гупта Р. и Мукерджи А. (2013). Усилители биодоступности растительного происхождения: обзор. Asian Pac. J. Trop. Биомед. 3, 253–266. DOI: 10.1016 / S2221-1691 (13) 60060-X

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хан, С., и Йена, Г. (2015). Роль бутирата, ингибитора гистоновой деацетилазы при сахарном диабете: экспериментальные данные для терапевтического вмешательства. Эпигеномика 7, 669–680. DOI: 10.2217 / epi.15.20

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, Д. Х., Ким, С. Ю., Парк, С. Ю., и Хан, М. Дж. (1999). Метаболизм кверцитрина кишечными бактериями человека и его связь с некоторыми биологическими активностями. Biol. Pharm. Бык. 22, 749–751.DOI: 10.1248 / bpb.22.749

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, Х. К. (2013). Фармакокинетика гинсенозида Rb1 и его метаболита K после перорального приема экстракта корейского красного женьшеня. J. Ginseng. Res. 37, 451–456. DOI: 10.5142 / jgr.2013.37.451

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крауткрамер, К. А., Крезнар, Дж. Х., Романо, К. А., Вивас, Э. И., Барретт-Уилт, Г. А., Рабалья, М.E., et al. (2016). Взаимодействие диеты и микробиоты опосредует глобальное эпигенетическое программирование в нескольких тканях хозяина. Мол. Клетка. 64, 982–992. DOI: 10.1016 / j.molcel.2016.10.025

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ларсен, Н., Фогенсен, Ф. К., ван ден Берг, Ф. В., Нильсен, Д. С., Андреасен, А. С., Педерсен, Б. К. и др. (2010). Микробиота кишечника взрослых людей с диабетом 2 типа отличается от взрослых людей, не страдающих диабетом. PLoS ONE 5: e9085.DOI: 10.1371 / journal.pone.0009085

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лазар В., Диту, Л. М., Пиркалабиору, Г. Г., Пику, А., Петку, Л., Куку, Н. и др. (2019). Микробиота кишечника, организм хозяина и триалог диеты при диабете и ожирении. Фронт. Nutr. 6:21. DOI: 10.3389 / fnut.2019.00021

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, М. У., Ли, М. и О, К. Дж. (2019). Сигнатуры ожирения и диабета 2 типа, полученные из жировой ткани: адипокины, батокины и микроРНК. J. Clin. Med. 8: 854. DOI: 10.3390 / jcm8060854

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лью, К. Н., Старквезер, А., Конг, X. М., и Джадж, М. (2019). Механистическая модель нарушения оси кишечника и мозга и путей диеты с высоким содержанием жиров к нарушению гомеостаза кишечного микробиома, системному воспалению и диабету 2 типа. Biol. Res. Nurs. 21, 384–399. DOI: 10.1177 / 1099800419849109

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Li, Q., Ли, В., Гао, К., и Цзоу, Ю. (2017). Гипогликемический эффект полисахарида китайского ямса (dioscorea opposita rhizoma) различной структуры и молекулярной массы. J. Food Sci. 82, 2487–2494. DOI: 10.1111 / 1750-3841.13919

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, В. Л., Чжэн, Х. К., Букуру, Дж., И Де Кимпе, Н. (2004). Природные лекарства, используемые в традиционной китайской медицинской системе для лечения сахарного диабета. J. Ethnopharmacol. 92, 1–21. DOI: 10.1016 / j.jep.2003.12.031

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, X. W., Chen, H.P., He, Y.Y., Chen, W. L., Chen, J. W., Gao, L., et al. (2018). Эффекты богатого полифенолами экстракта dendrobium loddigesii на антидиабетическую, противовоспалительную, антиоксидантную модуляцию микробиоты кишечника у мышей db / db. Молекулы 23: 3245. DOI: 10.3390 / молекулы23123245

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лян, Ю., Xu, X., Yin, M., Zhang, Y., Huang, L., Chen, R., et al. (2019). Влияние берберина на уровень глюкозы в крови у пациентов с сахарным диабетом 2 типа: систематический обзор литературы и метаанализ. Endocr. J. 66, 51–63. DOI: 10.1507 / endocrj.EJ18-0109

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю, С. С., Чжэн, Ю. Р., Чжан, Ю. Ф., и Лонг, X. Y. (2016). Прогресс исследований берберина с особым вниманием к его пероральной биодоступности. Фитотерапия 109, 274–282.DOI: 10.1016 / j.fitote.2016.02.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лопрести, А. Л. (2018). Проблема куркумина и его биодоступности: может ли его влияние на желудочно-кишечный тракт способствовать его общему оздоровительному эффекту? Adv. Nutr. 9, 41–50. DOI: 10.1093 / авансы / nmx011

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лозупоне, К.А., Стомбо, Дж. И., Гордон, Дж. И., Янссон, Дж. К., и Найт, Р.(2012). Разнообразие, стабильность и устойчивость микробиоты кишечника человека. Природа 489, 220–230. DOI: 10.1038 / природа11550

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лука М., Ди Мауро М., Ди Мауро М. и Лука А. (2019). Микробиота кишечника при болезни Альцгеймера, депрессии и сахарном диабете 2 типа: роль окислительного стресса. Оксид. Med. Клетка. Longev. 2019: 4730539. DOI: 10.1155 / 2019/4730539

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Луковац, С., Belzer, C., Pellis, L., Keijser, B.J., de Vos, W.M., Montijn, R.C., et al. (2014). Дифференциальная модуляция akkermansia muciniphila и faecalibacterium prausnitzii метаболизма периферических липидов хозяина и ацетилирования гистонов в органоидах кишечника мышей. Мбио 5: e01438-14. DOI: 10.1128 / mBio.01438-14

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Maleckas, A., Venclauskas, L., Wallenius, V., Lonroth, H., and Fandriks, L. (2015). Хирургия в лечении сахарного диабета 2 типа. Сканирование. J. Surg. 104, 40–47. DOI: 10.1177 / 1457496

1140

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миранда-Рибера А., Эннаморати М., Серена Г., Цетинбас М., Лан Дж., Садреев Р. И. и др. (2019). Использование мышиной модели зонулина для установления роли первичного нарушения функции кишечного барьера в составе микробиоты и иммунных профилях. Фронт. Иммунол. 10: 2233. DOI: 10.3389 / fimmu.2019.02233

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мирфейзи, М., Мехдизаде, Т. З., Мирфейзи, С. З., Асгари, Дж. М., Резвани, Х. Р. и Афзали, М. (2016). Контроль сахарного диабета 2 типа с помощью лекарственных трав: тройное слепое рандомизированное клиническое испытание эффективности и безопасности. J. Диабет 8, 647–656. DOI: 10.1111 / 1753-0407.12342

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Набави, С.Ф., Тиагараджан, Р., Растрелли, Л., Даглия, М., Собарзо-Санчес, Э., Алинежад, Х. и др. (2015). Куркумин: натуральный продукт от диабета и его осложнений. Curr. Верхний. Med. Chem. 15, 2445–2455. DOI: 10.2174 / 156802661566615061

19

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нахас Р. и Мохер М. (2009). Дополнительная и альтернативная медицина для лечения диабета 2 типа. Банка. Fam. Врач. 55, 591–596.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Не, К. Х., Чен, Х. Х., Ху, Дж. Л., Фан, С. Т., и Не, С. П. (2019). Диетические соединения и традиционная китайская медицина улучшают диабет 2 типа, регулируя микробиоту кишечника. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 59, 848–863. DOI: 10.1080 / 10408398.2018.1536646

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Охира, Х., Цуцуи, В., Фудзиока, Ю. (2017). Являются ли короткоцепочечные жирные кислоты защитными игроками микробиоты кишечника от воспаления и атеросклероза? Дж. Атеросклер. Тромб. 24, 660–672. DOI: 10.5551 / jat.RV17006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Панг, Б., Лиан, Ф.M., Zhao, X.Y., Zhao, X.M., Jin Lin, Y.Q., Zheng, Y.J. и др. (2017). Профилактика диабета 2 типа с помощью традиционной китайской патентной медицины: систематический обзор и метаанализ. Diabetes Res. Clin. Практик. 131, 242–259. DOI: 10.1016 / j.diabres.2017.07.020

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пан Б., Чжао, Л. Х., Чжоу, К., Чжао, Т. Ю., Ван, Х., Гу, К. Дж. И др. (2015). Применение берберина при лечении сахарного диабета 2 типа. Внутр. J. Endocrinol. 2015: 9. DOI: 10.1155 / 2015/9

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Панг, Г. М., Ли, Ф. X., Янь, Ю., Чжан, Ю., Конг, Л. Л., Чжу, П. и др. (2019). Фитотерапия в лечении больных сахарным диабетом 2 типа. Подбородок. Med. J. (англ.). 132, 78–85. DOI: 10.1097 / CM9.0000000000000006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парсаманеш, Н., Моссави, М., Бахрами А., Батлер А. Э. и Сахебкар А. (2018). Терапевтический потенциал куркумина при диабетических осложнениях. Pharmacol. Res. 136, 181–193. DOI: 10.1016 / j.phrs.2018.09.012

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Паудель, М. Р., Чанд, М. Б., Пант, Б., и Пант, Б. (2018). Антиоксидантная и цитотоксическая активность экстрактов dendrobium moniliforme и обнаружение родственных соединений с помощью ГХ-МС. BMC Дополнение Альтерн. Med. 18: 134.DOI: 10.1186 / s12906-018-2197-6

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Перри Р. Дж., Пэн Л., Барри Н. А., Клайн Г. В., Чжан Д., Кардоне Р. Л. и др. (2016). Ацетат опосредует ось микробиом-мозг-β-клетки, способствуя метаболическому синдрому. Природа 534, 213–217. DOI: 10.1038 / природа18309

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Казим А., Барри М. Дж., Хамфри Л. Л. и Форсиа М. А. (2017).Пероральное фармакологическое лечение сахарного диабета 2 типа: обновленное руководство по клинической практике американского колледжа врачей. Ann. Междунар. Med. 166, 279–290. DOI: 10.7326 / M16-1860

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Qin, J., Li, R., Raes, J., Arumugam, M., Burgdorf, K. S., Manichanh, C., et al. (2010). Каталог микробных генов кишечника человека, созданный путем метагеномного секвенирования. Природа 464, 59–65. DOI: 10.1038 / nature08821

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цинь, Дж., Li, Y., Cai, Z., Li, S., Zhu, J., Zhang, F., et al. (2012). Метагеномное ассоциативное исследование микробиоты кишечника при диабете 2 типа. Природа 490, 55–60. DOI: 10.1038 / природа11450

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Куан, Л. Х., Мин, Дж. У., Янг, Д. У., Ким, Ю. Дж., И Янг, Д. К. (2012). Ферментативная биотрансформация гинсенозида Rb1 в 20 (S) -Rg3 рекомбинантной бета-глюкозидазой из микробактерий esteraromaticum. Заявл. Microbiol.Biotechnol. 94, 377–384. DOI: 10.1007 / s00253-011-3861-7

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ран, К., Ван, Дж., Ван, Л., Цзэн, Х. Р., Янг, X. Б. и Хуанг, К. В. (2019). Rhizoma coptidis как потенциальное средство лечения сахарного диабета 2 типа и лежащие в его основе механизмы: обзор. Фронт. Pharmacol. 10: 805. DOI: 10.3389 / fphar.2019.00805

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рафаэль, И., Налаваде, С., Игар, Т. Н., и Форстхубер, Т. Г. (2015). Подмножества Т-клеток и их характерные цитокины при аутоиммунных и воспалительных заболеваниях. Цитокин 74, 5–17. DOI: 10.1016 / j.cyto.2014.09.011

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рюк, Дж. А., Ликсия, М., Цао, С., Ко, Б. С. и Парк, С. (2017). Эффективность и безопасность отвара геген циньлянь для нормализации гипергликемии у пациентов с диабетом: систематический обзор и метаанализ рандомизированных клинических исследований. Complement Ther. Med. 33, 6–13. DOI: 10.1016 / j.ctim.2017.05.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шелленберг, Э. С., Драйден, Д. М., Вандермейер, Б., Ха, К., и Коровник, К. (2013). Вмешательства в образ жизни для пациентов с диабетом 2 типа и из группы риска по нему: систематический обзор и метаанализ. Ann. Междунар. Мед . 159, 543–551. DOI: 10.7326 / 0003-4819-159-8-201310150-00007

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Швирц, А., Тарас, Д., Шафер, К., Бейер, С., Бос, Н.А., Донус, К. и др. (2010). Микробиота и SCFA у здоровых людей с худым и избыточным весом. Ожирение (Сильвер Спринг) 18, 190–195. DOI: 10.1038 / oby.2009.167

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шарки, К. А., Бек, П. Л., и Маккей, Д. М. (2018). Нейроиммунофизиология кишечника: достижения и новые концепции с упором на эпителий. Нат. Преподобный Гастроэнтерол. Гепатол. 15, 765–784.DOI: 10.1038 / s41575-018-0051-4

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шоу, Дж. Э., Сикри, Р. А., и Зиммет, П. З. (2010). Глобальные оценки распространенности диабета на 2010 и 2030 годы. Diabetes Res. Clin. Практик. 87, 4–14. DOI: 10.1016 / j.diabres.2009.10.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сорини, К., Косорич, И., Ло Конте, М., Де Джорджи, Л., Фаччиотти, Ф., Лучиано, Р. и др. (2019). Нарушение целостности кишечного барьера вызывает активацию островковых Т-лимфоцитов и аутоиммунный диабет. Proc. Natl. Акад. Sci. США. 116, 15140–15149. DOI: 10.1073 / pnas.1814558116

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Sun, L., Xie, C., Wang, G., Wu, Y., Wu, Q., Wang, X., et al. (2018). Микробиота кишечника и кишечная FXR опосредуют клинические преимущества метформина. Нат. Med. 24, 1919–1929. DOI: 10.1038 / s41591-018-0222-4

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан, С., Калани, Л., Брешиани, Л., Далл'Аста, М., Фаччини, А., Августин, М.А., и др. (2015). Разложение куркуминоидов в модели фекальной ферментации человека. Внутр. J. Food Sci. Nutr. 66, 790–796. DOI: 10.3109 / 09637486.2015.1095865

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тиан, З., Рен, Н., Ван, Дж., Чжан, Д., и Чжоу, Ю. (2018). Гинсенозид улучшает когнитивную дисфункцию у крыс goto-kakizaki с диабетом 2 типа. Med. Sci. Монит. 24, 3922–3928. DOI: 10.12659 / MSM.7

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тонг, X. L., Xu, J., Lian, F. M., Yu, X. T., Zhao, Y. F., Xu, L. P., et al. (2018). Структурные изменения микробиоты кишечника во время улучшения диабета типа 2 у человека с гиперлипидемией метформином и традиционной китайской травяной формулой: многоцентровое рандомизированное открытое клиническое испытание. Мбио 9: e02392–17. DOI: 10.1128 / mBio.02392-17

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тран, Л., Зелински А., Роуч А. Х., Дженде Дж. А., Хаусхолдер А. М., Коул Е. Е. и др. (2015). Фармакологическое лечение сахарного диабета 2 типа: инъекционные препараты. Ann. Фармакотер. 49, 700–714. DOI: 10.1177 / 1060028015573010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Tsai, S., Clemente-Casares, X., Zhou, A.C., Lei, H., Ahn, J.J., Chan, Y.T., et al. (2018). Стимуляция, опосредованная рецепторами инсулина, повышает Т-клеточный иммунитет во время воспаления и инфекции. Ячейка.Метаб. 28, 922–934.e4. DOI: 10.1016 / j.cmet.2018.08.003

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тернбо, П. Дж., Хамади, М., Яцуненко, Т., Кантарел, Б. Л., Дункан, А., Лей, Р. Э. и др. (2009). Основной микробиом кишечника у тучных и худых близнецов. Природа 457, 480–484. DOI: 10.1038 / nature07540

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Верхуг, С., Танери, П. Э., Диас, З. М. Р., Маркес-Видаль, П., Труп, Дж. П., Балли, Л. и др. (2019). Диетические факторы и модуляция штаммов бактерий akkermansia muciniphila и faecalibacterium prausnitzii: систематический обзор. Питательные вещества 11: 1565. DOI: 10.3390 / nu11071565

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wang, J., Wang, L., Lou, G.H., Zeng, H.R., Hu, J., Huang, Q. W., et al. (2019). Coptidis rhizoma: всесторонний обзор традиционного использования, ботаники, фитохимии, фармакологии и токсикологии. Pharm. Биол. 57, 193–225. DOI: 10.1080 / 13880209.2019.1577466

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Дж. Х., Шин, Н. Р., Лим, С. К., Им, У., Сонг, Э. Дж., Нам, Й. Д. и др. (2019). Контроль за диетой более интенсивно нарушает микробиоту кишечника, чем генетический фон у мышей дикого типа и мышей ob / ob. Фронт. Microbiol. 10: 1292. DOI: 10.3389 / fmicb.2019.01292

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, С., Ли, З., Ян, Г., Хо, К. Т., и Ли, С. (2017). Momordica charantia: популярный многофункциональный овощ, способствующий укреплению здоровья. Food Funct. 8, 1749–1762. DOI: 10.1039 / C6FO01812B

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wang, S. Y., Li, J. Y., Xu, J. H., Xia, Z. S., Cheng, D., Zhong, W., et al. (2019). Бутират подавляет аномальную пролиферацию эпителиальных клеток толстой кишки в диабетическом состоянии, воздействуя на HMGB1. J. Pharmacol. Sci. 139, 266–274. DOI: 10.1016 / j.jphs.2018.07.012

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wei, X. Y., Tao, J. H., Xiao, S. W., Jiang, S., Shang, E. X., Zhu, Z. H., et al. (2018). Xiexin tang улучшает симптомы у крыс с диабетом 2 типа за счет модуляции микробиоты кишечника. Sci. Реп. 8: 3685. DOI: 10.1038 / s41598-018-22094-2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Винтер, С. Э., Лопес, К. А., Баумлер, А.J. (2013). Динамика кишечных микробных сообществ во время воспаления. Embo. Rep. 14, 319–327. DOI: 10.1038 / embor.2013.27

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вишневски, П. Дж., Дауден, Р. А., и Кэмпбелл, С. К. (2019). Роль пищевых липидов в модуляции воспаления через микробиоту кишечника. Питательные вещества 11: 117. DOI: 10.3390 / nu11010117

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ву, Ю., Динг, Ю., Танака, Ю., и Чжан, В. (2014). Факторы риска, способствующие развитию диабета 2 типа, и последние достижения в лечении и профилактике. Внутр. J. Med. Sci. 11, 1185–1200. DOI: 10.7150 / ijms.10001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ву, Ю. П., Тан, Л., Ван, Б. К., Сунь, К. М., Чжао, П. В., и Ли, В. Ф. (2019). Роль аутофагии в поддержании барьера слизистой оболочки кишечника. J. Cell. Physiol. 234, 19406–19419. DOI: 10.1002 / jcp.28722

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ся, К., Рао, X. Q., и Чжун, Дж. X. (2017). Роль Т-лимфоцитов в диабете 2 типа и воспалении, связанном с диабетом. Дж. Диабет Рес . 2017: 64. DOI: 10.1155 / 2017/64

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xu, J., Lian, F.M, Zhao, L.H., Zhao, Y.F, Chen, X.Y., Zhang, X., et al. (2015). Структурная модуляция микробиоты кишечника во время облегчения диабета 2 типа с помощью китайской травяной формулы. Isme J. 9, 552–562. DOI: 10.1038 / ismej.2014.177

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янь Д., Ма, Б., Ши, Р., Ван, Т., и Ма, Ю. (2015). Участие травяных взаимодействий во влиянии Radix scutellaria и coptis chinensis на биодоступность антрахинонов из ризомы rhei у крыс. Eur. J. Drug Metab. Фармакокинет. 40, 103–10. DOI: 10.1007 / s13318-014-0188-7

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю., Х., Wang, Y., Liu, C., Yang, J., Xu, L., Li, G., et al. (2018). Превращение гинсенозида Rb1 в шесть типов высокобиоактивного гинсенозида Rg3 и его производных с помощью катализа FeCl3. Chem. Pharm. Бык . (Токио) 66, 901–906. DOI: 10.1248 / cpb.c18-00426

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Yu, S., Zhou, X., Li, F., Xu, C., Zheng, F., Li, J., et al. (2017). Микробная трансформация гинсенозидов Rb1, Re и Rg1 и ее вклад в улучшение противовоспалительной активности женьшеня. Sci. Реп. 7: 138. DOI: 10.1038 / s41598-017-00262-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, B., Yue, R., Chen, Y., Yang, M., Huang, X., Shui, J., et al. (2019). Микробиота кишечника - потенциальная новая мишень для китайских лекарственных трав при лечении сахарного диабета. Evid. На основе Complement Alternat. Med. 2019: 2634898. DOI: 10.1155 / 2019/2634898

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, К., Liu, J., He, X., Sheng, Y., Yang, C., Li, H., et al. (2019). Caulis spatholobi уменьшает ожирение за счет активации коричневой жировой ткани и изменения состава кишечной микробиоты. Внутр. J. Mol. Sci. 20: 5150. DOI: 10.3390 / ijms20205150

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, C.H., Sheng, J.Q., Sarsaiya, S., Shu, F.X., Liu, T.T., Tu, X.Y., et al. (2019). Антидиабетическая активность, состав микробиоты кишечника, противовоспалительные эффекты пары трав scutellaria-coptis против инсулинорезистентной модели диабета, включающей сигнальный путь толл-подобного рецептора 4. J. Ethnopharmacol. 237, 202–214. DOI: 10.1016 / j.jep.2019.02.040

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, H., Wei, J., Xue, R., Wu, J. D., Zhao, W., Wang, Z. Z., et al. (2010). Берберин снижает уровень глюкозы в крови у пациентов с сахарным диабетом 2 типа за счет увеличения экспрессии рецепторов инсулина. Метаболизм 59, 285–292. DOI: 10.1016 / j.metabol.2009.07.029

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, К., Шаан, А., Эспиноза, С.А., Гальего-Перес, Д., и Уикс, Дж. (2019). Путь к интеграции традиционной и дополнительной медицины в системы здравоохранения во всем мире: отчет Всемирной организации здравоохранения о реализации стратегии на 2014–2023 гг. J. Altern. Дополнение Med. 25, 869–871. DOI: 10.1089 / acm.2019.29077.jjw

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, X., Zhao, Y. F., Xu, J., Xue, Z. S., Zhang, M. H., Pang, X. Y., et al.(2015). Модуляция кишечной микробиоты берберином и метформином во время лечения ожирения у крыс, вызванного диетой с высоким содержанием жиров. Sci. Реп. 5: 14405. DOI: 10.1038 / srep14405

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, X. J., Дэн, Y. X., Ши, Q. Z., He, M. Y., Chen, B., and Qiu, X. M. (2014). Гиполипидемический эффект китайского многотравного отвара huanglian jiedu у крыс с диабетом 2 типа и его возможные механизмы. Фитомедицина 21, 615–623.DOI: 10.1016 / j.phymed.2013.11.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, X. J., Лю, С., Син, Дж. П., Лю, З. К., и Сун, Ф. Р. (2018). Влияние сахарного диабета 2 типа на фармакокинетику флавоноидов и распределение в тканях после перорального введения экстракта Radix scutellaria у крыс. Подбородок. J. Nat. Med. 16, 418–427. DOI: 10.1016 / S1875-5364 (18) 30075-X

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, З., Сюэ, Х. Л., Лю, Ю., и Ван, В. Дж. (2011). И-Ци-Цзэн-Мин-Тан, китайское лекарство, снижает инсулинорезистентность у крыс с диабетом 2 типа. World J. Gastroenterol. 17, 987–995. DOI: 10.3748 / wjg.v17.i8.987

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhao, C., Yang, C., Wai, S. T. C., Zhang, Y. M. P. P, Paoli, P, Wu, Y., et al. (2019). Регулирование метаболизма глюкозы биоактивными фитохимическими веществами для лечения сахарного диабета 2 типа. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 59, 830–847. DOI: 10.1080 / 10408398.2018.1501658

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжэн Ю., Лей С. Х. и Ху Ф. Б. (2017). Глобальная этиология и эпидемиология сахарного диабета 2 типа и его осложнений. Нат. Rev. Endocrinol. 14, 88–98. DOI: 10.1038 / nrendo.2017.151

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжоу, П., Се, В., Хэ, С., Сунь, Ю., Мэн, X., Sun, G., et al. (2019). Гинсенозид Rb1 как антидиабетический агент и анализ механизмов, лежащих в его основе. Ячейки 8: 204. DOI: 10.3390 / Cell8030204

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhou, W. Y., Sailani, M. R., Contrepois, K., Zhou, Y. J., Ahadi, S., Leopold, S. R., et al. (2019). Лонгитюдная мультиомика динамики микробов-хозяев при предиабете. Природа 569, 663–671. DOI: 10.1038 / s41586-019-1236-x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжоу, Ю., Ван, Л., Хуанг, X., Ли, Х., и Xiong, Y. (2016). Дополнительный эффект сырого ревеня к соматостатину при остром панкреатите: метаанализ рандомизированных контролируемых исследований. J. Ethnopharmacol. 194, 495–505. DOI: 10.1016 / j.jep.2016.09.053

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фармацевтика | Бесплатный полнотекстовый | Распределение лекарств в нижних отделах желудочно-кишечного тракта: нацеливание и мониторинг

Для оценки лекарственных средств настройки кишечника должны отражать биохимические (метаболизм, активные механизмы транспорта) и физические (площадь поверхности, типы клеток, образование слизи, водный слой без перемешивания) характеристики Желудочно-кишечный тракт для точного прогнозирования биодоступности (лекарство, которое высвобождается из матрицы и становится доступным для абсорбции), проницаемости и стабильности.Мы обсудим различные традиционные, а также недавно появившиеся новые кишечные инструменты in vitro и сравним их в отношении пригодности для оценки поведения лекарств в толстой кишке. Кишечные инструменты in vitro можно разделить на системы, полученные из (i) иммортализованных клеток («золотой стандарт для исследований проницаемости»; Caco-2), (ii) ex vivo (камера Уссинга) и (iii) первичных систем (первичные энтероциты, криоконсервированные). слизистая оболочка кишечника человека (CHIM TM )), (iv) модели, полученные из стволовых клеток (кишечные органоиды, модели на основе каркаса и Gut-on-a-Chip), и (v) инструменты in vitro для изучения роли микробиом (TIM и SHIME ® ).Традиционно доступные кишечные системы in vitro в прошлом успешно использовались для идентификации лекарственных средств с высокой и низкой проницаемостью (Caco-2) и для CYP3A4-зависимого метаболизма (кишечная субклеточная фракция, intS9). Однако точная оценка транспортер-зависимого оттока или поглощения иногда может быть сложной задачей для системы Caco-2 из-за различных паттернов ее экспрессии по сравнению с тканью кишечника человека [155]. Для точной оценки кишечного метаболизма традиционно используются кишечные микросомы или intS9, содержащие только микросомальные или микросомальные и цитозольные ферменты фазы I (CYP450) и II (особенно UGT), соответственно, но лишенные нескольких митохондриальных (моноаминоксидазных) ферментов, которые в целом часто не захватывают метаболизм nonCYP3A. хорошо [156].Системы ex vivo, такие как камера Уссинга и системы первичных энтероцитов, напоминают физиологию кишечника, но страдают от ограниченной доступности и отсутствия способности к расширению. Срок, в течение которого можно использовать ткани и клетки, также является ограничивающим фактором. Системы, полученные из стволовых клеток, изначально использовались для моделирования заболеваний и исследований регенерации. В последнее время эти системы также использовались для характеристики распределения и безопасности лекарств [2,157,158,159]. Эти системы имитируют физиологию кишечника и предназначены для длительного культивирования.Некоторые из обсуждаемых ниже моделей, полученных из стволовых клеток, в настоящее время доступны (или описаны в литературе) только как модели тонкого кишечника и поэтому отличаются от объема обзора. Однако, поскольку методологии и платформы также могут быть применены к моделям толстой и толстой кишки, часто либо находятся в стадии разработки, либо уже доступны (но данные, касающиеся DME, транспортеров и функциональных характеристик, часто все еще ограничены или еще не доступны в открытом доступе), либо могут быть Как и следовало ожидать, мы включаем здесь краткое изложение имеющихся в настоящее время моделей тонкой и толстой кишки.
6.2.3.1. Доступны в виде моделей толстой кишки
Одной из наиболее часто используемых in vitro установок для прогнозирования абсорбции лекарств у человека является модель культуры клеток Caco-2. Клеточная линия, культивируемая как монослой, происходит из клеток колоректальной карциномы, которые спонтанно дифференцируются в столбчатые энтероциты после достижения слияния на пористой мембране (рис. 2) [1]. Через три недели (21–28 дней) клетки напоминают эпителий человека, который по морфологии (полярность, плотные соединения, щеточные границы с микроворсинками) и функциональным возможностям (пассивные и активные транспортные механизмы, ограниченная метаболическая способность) во многих отношениях является более представительна тонкая кишка, чем толстая кишка.Кроме того, отсутствие бокаловидных клеток, продуцирующих слизь, делает монослой более похожим на тонкий кишечник, чем на толстую кишку. Система показала сильную корреляцию между F a и кажущейся проницаемостью для ряда пассивных диффузионных лекарств с гетерогенными структурами [160, 161], позволяет классифицировать на полностью абсорбируемые и плохо абсорбируемые препараты [162] и может делать это с высокой пропускной способностью. и воспроизводимый способ. Tannergren et al. смогли установить сигмоидальную связь (R 2 = 0.74) между кажущимися коэффициентами проницаемости (P прибл. ) 18 лекарственных препаратов и их соответствующей абсорбцией в толстой кишке у людей, выраженной как F rel (см. Раздел 3.1) [61], вероятно, из-за их происхождения из толстой кишки. Это подтверждает ценность использования Caco-2 для ранней оценки потенциала абсорбции в толстой кишке лекарств с контролируемым высвобождением. Тем не менее, есть несколько недостатков: монослои клеток Caco-2 обладают физиологически высокой плотностью (радиус пор плотного соединения меньше, чем у нативной ткани) [163], в энтероцитах отсутствуют основные метаболизирующие ферменты кишечника (т.е.е., CYP3A4), а уровни экспрессии переносчика лекарств не всегда отражают уровни in vivo, что частично объясняет, почему существует плохая корреляция для лекарств, которые транспортируются с помощью механизмов, опосредованных носителями [160]. Кроме того, толщина неперемешиваемого слоя воды может отличаться от состояния in vivo, и слизистая оболочка отсутствует. Хотя подвижность и низкое содержание воды в толстой кишке минимизируют толщину слоя невозмешиваемой воды in vivo (165), но мешалки, имитирующие перистальтику кишечника, могут уменьшить ее.Второй барьер in vivo - это наличие толстого слоя слизи толстой кишки, который может влиять на проникновение лекарства и степень взаимодействия между лекарствами и эпителием, что обсуждалось ранее. Чтобы обойти недостаток слизи в модели Caco-2, можно использовать несколько стратегий. Неочищенный и свиной муцин напоминают муцины человека по молекулярной массе, структуре и размеру ячеек [166]. Этот раствор муцина можно пипетировать поверх монослоя Caco-2 [81]. Stappaerts et al. применили этот подход и показали, как слизь действительно может ограничивать диффузию и как это зависит от лекарств: более липофильный гептилпарабен диффундирует медленнее в присутствии слизи, в то время как эффект был незначительным для метилпарабена, который является лишь слегка липогильным [167].Системы кокультивирования также являются вариантом изучения влияния слизи как транспортного барьера. Например, HT29-MTX (линия клеток колоректальной аденокарциномы человека, дифференцированная в зрелые бокаловидные клетки с использованием метотрексата) позволяет производить слизь, а также более точно имитирует физиологию кишечника человека. Интересно, что включение HT29-MTX не привело к лучшей корреляции с человеческим F a для пассивно диффундирующих лекарственных средств [168]. Однако уровни переносчика и метаболизирующего лекарственное средство фермента не всегда точно фиксируются моделью Caco-2.Хотя присутствуют DME, такие как UGT, некоторые метаболизирующие ферменты отсутствуют или не экспрессируются на физиологически значимых уровнях. Например, карбоксилэстераза-1 (CES) сверхэкспрессируется, тогда как CES-2 недоэкспрессируется в клетках Caco-2 по сравнению с тонкой кишкой. В частности, недостаток CYP3A4, на который приходится 80% общего CYP в тонком кишечнике человека, является невыгодным, когда интересующее лекарство чувствительно к CYP-опосредованному метаболизму во время абсорбции. [157]. Englund et al. исследовали, как экспрессия и активность транспортных белков SLC (PEPT1, MCT1, OATPB, OCT1, OCTN2) и семейства ABC (P-gp, BCRP, MRP2 и MRP3) экспрессируются в клетках Caco-2 по отношению к различным областям кишечника. .В целом, уровень экспрессии транспортеров in vivo – in vitro отчетливо различается, но часто сильно зависит от одного транспортера. Например, уровни экспрессии BCRP были заметно ниже, а MRP2 и OATPB были выше в Caco-2 по сравнению с двенадцатиперстной, подвздошной и толстой кишкой. Для толстой кишки также наблюдалась значительная разница для PEPT1. Эта же группа также описала, как время культивирования может влиять на уровни транскриптов; уровень мРНК PEPT1 и OATPB более чем удвоился в период с 4 по 21 день, а экспрессия P-gp была даже в четыре раза выше [169].Также следует отметить, что существует большая меж- и внутрилабораторная, клоновая и зависимая от пассажей вариабельность метаболизируемых и переносящих белков [157]. Например, уровень экспрессии и функциональность BCRP сильно различаются между лабораториями, что может быть связано с разным происхождением клеток Caco-2 [170] и нестандартными условиями культивирования [171, 172]. Более сложной трансляционной моделью является камера Уссинга. метод, который включает ткань, биопсию (присутствуют только слизь и слизистая оболочка) или монослой эпителиальных клеток, помещенный между двумя половинами камер, которые могут быть заполнены физиологически релевантным раствором (рис. 3).Кишечная ткань обеспечивает лучшее представление морфологии и физиологии in vivo (несколько типов клеток, слой слизи, кислый микроклимат, площадь поверхности) и приближается к уровням экспрессии ферментов и транспортеров in vivo более точно, чем несколько иммортализованных клеточных линий [173, 174, 175, 176, 177, 178] , но зависит от донора. Таким образом, он хорошо подходит для изучения как пассивно, так и активно транспортируемых препаратов [179]. Система камеры Уссинга имеет большой опыт предсказания человеческих F и и делает это надежным и надежным способом [175, 180, 181].Более того, модель пригодна для использования на различных доклинических видах, включая крыс, кроликов, собак или обезьян, что может поддержать интерпретацию доклинических исследований in vivo [182], но межвидовые различия в проницаемости и метаболической способности могут быть ограничивающим фактором. для экстраполяции человека [183,184]. При рассмотрении поглощения лекарств в толстой кишке метод камеры Уссинга позволяет исследователям оценивать лекарственные препараты-кандидаты, предназначенные для пролонгированного высвобождения, что может предотвратить истощение на более поздних стадиях разработки лекарств.Группа Сьоберга и Таннергрена продемонстрировала четкую сигмовидную зависимость между кажущейся проницаемостью ткани толстой кишки человека, установленной в системе камер Уссинга, и толстой кишки человека F a , соответственно, причем обе кривые согласуются друг с другом [61, 180]. Группа Шёберга также смогла сообщить о региональных различиях в абсорбции пассивно транспортируемых лекарств: полярные препараты (атенолол, креатинин, маннит, ксимелагатран, розувастатин) имели самые низкие коэффициенты проницаемости в толстой кишке (тощая кишка> подвздошная кишка ≥ толстой кишки), тогда как обратное было наблюдается для неполярных и более проницаемых препаратов (антипирин, окспренолол, метопролол и пропранолол), для которых самые высокие значения были зарегистрированы в толстой кишке (тощая кишка 180).Точный основной механизм неясен, поэтому авторы ссылаются на общие физиологические различия. Важно отметить, что P-gp-субстраты могут демонстрировать более высокие значения кажущейся проницаемости в толстой кишке по сравнению с другими областями кишечника, что, вероятно, связано с их более низкой экспрессией в ткани толстой кишки (см. Раздел 2.1) [186]. Наконец, следует иметь в виду, что когда человеческая ткань используется для оценки проницаемости, различный анамнез, тип операции, перенесенной донором, и возраст пациентов могут повлиять на целостность и жизнеспособность резецированной ткани и, следовательно, на абсорбцию. [180].Наконец, два отдельных исследования [175,184] показали, как включение возможного накопления лекарственного средства в ткани (соответственно обозначенные «P app , Total» и «Транспортный индекс»), которое не покрывается стандартной кажущейся проницаемостью, может улучшить прогноз человек F a . Розегнал показал, что корреляция между P app , total и человеческим F a была лишь незначительно лучше, чем P app , за исключением метопролола, ибупрофена и правастатина, препаратов, которые значительно накапливались в слизистой оболочке.Мияке показал, что порядок ранжирования декстрана, атенолола и метопролола, меченных 4 кДа, совпадал с F a у людей, но только когда учитывалось накопление в тканях. Отсутствие учета накопленной фракции лекарственного средства, которая может способствовать абсорбции на более поздней стадии, приведет к недооценке проницаемости лекарственного средства. Кроме того, оценка накопления в толстой кишке может иметь значение, поскольку системы доставки, нацеленные на толстую кишку, нацелены на локальное накопление для эффективного лечения, а также минимизируют системную абсорбцию.Хотя низкая пропускная способность этого метода ограничивает его применение на ранних этапах открытия лекарств, учитывая дефицит кишечной ткани человека, он может улучшить прогноз абсорбции лекарственного средства на поздней стадии открытия или ранней стадии разработки и способствовать оптимизации Создание кишечных органоидов, полученных из LGFR5-положительных стволовых клеток, для длительного культивирования и размножения в присутствии факторов роста (WNT, R-Spondin и Noggin, обеспечивающих важную передачу сигналов стволовых клеток) было первоначально описано для тонкая кишка мыши [187], а затем толстая кишка мыши, тонкая кишка человека и толстая кишка человека [188] (рис. 4).Условия культивирования могут быть изменены для обогащения основными эпителиальными клетками кишечника с физиологическим соответствием биологическим показаниям [189,190]. Эти кишечные органоиды выращивают в виде трехмерных культур, встроенных во внеклеточный матрикс (Matrigel). Xu et al. [191] использовали полые трехмерные органоиды с хорошо дифференцированным одиночным слоем эпителиальных клеток, полученные из проксимальных биопсий толстой кишки пациентов с БК в стадии ремиссии, для изучения эпителиальной целостности культуры эпителиальных органоидов. Стабильная экспрессия генов ключевых соединительных белков, таких как zonula occludens-1 (ZO-1, также известный как протеин плотных соединений 1), окклюдин и бета-катенин, была идентифицирована в трехмерной структуре.При нанесении 2 мМ эгтазиновой кислоты на культуру эпителиальных органоидов потеря целостности эпителия наблюдалась за счет миграции декстрана 4 кДа, меченного флуоресцеин-изотиоцианатом (FITC-декстран 4), в просвет. Это согласуется с результатами, полученными с монослоями клеток Caco-2 с использованием увеличения миграции FITC-декстрана 4 и снижения экспрессии ZO-1 и окклюзии в качестве маркеров дисфункции барьера [192]. Эти данные показывают, что плотные соединения обеспечивают целостность мембран в органоидах и что разрушение мембраны может быть идентифицировано с помощью обычных маркеров утечки.Изучая экспрессию переносчиков, Mizutani et al. [193] идентифицировали апикальное присутствие P-gp в трехмерных органоидах тонкого кишечника, созданных у взрослых мышей, и подтвердили его функциональность, инкубируя органоиды с субстратом P-gp (например, родамином123) и ингибитором (например, верапамилом). Сообщалось, что эти трехмерные органоиды выстланы дифференцированным эпителиальным монослоем с апикальными мембранами, обращенными к просвету внутри. Аналогичным образом Zhang et al. [194] сообщили о функциональности BCRP на апикальной мембране трехмерных органоидов из тонкого кишечника мышей и сообщили о сопоставимой экспрессии с эпителием тонкого кишечника мышей.Onozato et al. [195] использовали индуцированные человеком плюрипотентные (iPS) стволовые клетки, которые были дифференцированы до функциональных органоидов, представляющих микроворсинки и плотные соединения. Также были идентифицированы несколько типов кишечных клеток, таких как энтероциты, кишечные стволовые клетки, бокаловидные клетки, энтероэндокринные клетки, клетки Панета и поддерживающие типы клеток, такие как гладкомышечные клетки и фибробласты. В этих дифференцированных органоидных условиях авторы продемонстрировали активность переносчиков оттока P-gp и BCRP и активность DME, таких как CYP3A4.Верапамил и Ко143 ингибировали отток родамина123 и транспорта hoechst33342, субстратов MDR1 и BCRP, соответственно. Активность CYP3A4 тестировали с использованием субстрата мидазолама, а также наблюдали после индукции рифампицином и 1a, 25-дигидроксивитамином D3. Специфичность CYP3A4 была дополнительно подтверждена ингибированием кетоконазолом. Помимо переносчиков оттока, экспрессию переносчика захвата PEPT1 определяли с помощью иммунофлуоресцентного окрашивания. Другие ферменты CYP не тестировались на их активность, но уровни мРНК CYP3A4, 2C9, 2C19 и 2D6 были определены и описаны как аналогичные уровням в тонком кишечнике человека.Однако следует отметить, что все данные по экспрессии мРНК функциональных клеточных маркеров, некоторых метаболизирующих ферментов и транспортеров были ниже, чем в ткани кишечника. Использование взрослых кишечных стволовых клеток или ИПС в качестве источника для генерации кишечных органоидов может влиять на потенциал дифференцировки и, следовательно, на экспрессию и функциональность метаболизирующих ферментов и транспортеров. Было бы интересно сравнить уровни экспрессии в этих органоидах, полученных из iPS, по сравнению с органоидами, полученными из взрослых стволовых клеток.Кроме того, экспрессия и функциональность могут различаться в зависимости от протоколов дифференциации и могут отражать видовые (например, мыши и люди) и региональные различия (например, тонкая кишка и толстая кишка), поскольку органоиды из разных видов и регионов могут быть созданы и сравнены. Это делает модель органоидов привлекательной моделью для исследований по утилизации лекарств не только в «общих» условиях, но и для изучения утилизации лекарств в конкретных обстоятельствах, поскольку органоиды могут быть получены от любого донора e.g., здоровые, больные, гериатрические, педиатрические, неонатальные и т. д., тем самым приближаясь к индивидуализированной медицине. Например, Dotti et al. [196] продемонстрировали возможность исследования изменений эпителия и слизистых оболочек у пациентов с ВЗК на этих трехмерных моделях органоидов кишечника. Они сообщили о различии в регуляции генов, связанных с противомикробной защитой, секреторной и абсорбционной функциями, а также желудочными фенотипами между культурами, размноженными из кишечных крипт контрольной группы, не относящейся к IBD, и пациентов с ЯК.Для проведения исследований по распределению лекарственных средств необходимо воздействие препарата на апикальную и базолатеральную стороны. Поскольку традиционные методы 3D-культивирования органоидов позволяют прямое воздействие лекарственного средства только на базолатеральную сторону органоида (апикальная сторона обращена внутрь органоида), 2D-культивирование через лунки необходимо для исследований проницаемости и было разработано в течение последних нескольких лет. Moon et al. [197] впервые описали условия культивирования через лунки органоидов толстой кишки мышей. Впоследствии VanDussen et al.[49] разработали методы трансвеллерного культивирования органоидов прямой кишки и подвздошной кишки человека в виде монослоев эпителиальных клеток на мембранных вставках. Через одну неделю после посева стволовых клеток, полученных из органоидов, на покрытые матригелем вставки трансвеллеров, был получен единственный слой кишечных эпителиальных клеток с бокаловидными клетками, экспрессирующими MUC2, и белками плотных контактов (ZO-1 и клаудин 3). Наблюдаемый в этом исследовании слой слизи толщиной 36 мкм для ректального монослоя и 26 мкм для монослоя подвздошной кишки (определяемый осаждением красных флуоресцентных шариков, обнаруженных с помощью конфокальной микроскопии) может добавить преимущество модели органоида в качестве возможного препарата для толстой кишки. модель диспозиции, как обсуждалось ранее (см. раздел 2.2). Поскольку культивирование органоидов на вставках трансвелл в виде поляризованных монослоев позволяет раздельный доступ и отбор образцов из апикального и базолатерального компартментов, эта модель может стать интересным инструментом для оценки проницаемости толстой кишки и изучения основных транспортных механизмов, подобных системе Caco-2 (см. 6.2.3.1). Как обсуждалось выше (раздел 6.2.3.1), особенно для соединений, нацеленных на толстую кишку, фактическое накопление в тканях может иметь большое значение. Будучи более похожими на физиологию кишечника, чем иммортализованные клеточные линии, органоиды могут быть полезным новым инструментом для исследования накопления соединений в тканях.Однако, хотя описано культивирование органоидов через лунки, до сих пор не поступало данных, относящихся к экспрессии или активности транспортеров в органоидах толстой кишки, культивируемых через лунки. VanDussen et al. [49] описали, а Noben et al. [198] рассмотрели также разработку модели однослойных органоидов из разных частей желудочно-кишечного тракта, а также из разных болезненных состояний (рис. 4). В дополнение к этому и на основании их протокола [49] Vancamelbeke et al. [199] использовали органоидную модель для исследования потери функции эпителиального барьера, вызванной воспалением.Таким образом, протокол был оптимизирован для создания монослоев из эпителиальных клеток пациентов без ЯК и ЯК. Хотя Noben et al. [200] сообщили, что воспалительный статус тканей пациентов не сохраняется при культивировании органоидов, модель органоида имеет потенциал для исследования распределения лекарственного средства на стадии заболевания (воспаления) после индукции дисфункции барьера путем добавления обеих опухолей. фактор некроза альфа и гамма-интерферон в культуру, как сообщалось Capaldo et al.[201].

Возможность выращивания органоидов на мембранах трансвеллеров для создания поляризованных монослоев, поддержание целостности, экспрессия региональных переносчиков и наличие слизистых бокаловидных клеток в дифференцированных условиях делают органоиды многообещающей моделью распределения лекарств в толстой кишке по сравнению с традиционные модели. Кроме того, органоидная модель дает возможность создавать, изучать и сравнивать модели для конкретных регионов, болезней и возрастов, которые могут позволить оценить распределение лекарств в конкретных целевых популяциях. E.г., пациенты с ВЗК, педиатрические пациенты, гериатрические пациенты и другие. Кроме того, могут быть созданы доклинические модели, которые позволяют сравнивать доклинические данные in vivo с данными in vitro для дальнейшей проверки модели. Однако характеристика органоидов кишечника в качестве модели распределения лекарственного средства все еще нуждается в дальнейшей оценке.

За последние несколько лет для кишечника был описан ряд микросхем органов, также называемых микрофизиологическими системами (MPS) (рис. 5). Первые появляющиеся модели особенно использовали Caco-2 в качестве источника эпителиальных клеток [202, 203, 204].«Орган на чипе» отделяется от других систем за счет включения микрососудов, механических сил потока жидкости (напряжение сдвига) и перистальтики кишечника, хотя можно сомневаться, приведет ли это к улучшению свойств абсорбции и метаболизма по сравнению с традиционными моделями. В зависимости от поставщика эти чипы обычно состоят из двух слоев микрофлюидных каналов, разделенных либо тонкой пористой мембраной (полидиметилсилоксан (PDMS)), покрытой внеклеточным матриксом (ECM), поверх которого размещены клетки Caco-2 [202, 203, 205] или только с помощью ECM, на котором клетки Caco-2 засеваются в одной боковой линии, образуя поляризованную эпителиальную трубку [204].Затем питательная среда перфузируется через оба канала, и, таким образом, апикальная и базальная стороны доступны для воздействия лекарственного средства. Использование напряжения сдвига (потока) продемонстрировало некоторые преимущества по сравнению с традиционно используемым культивированием через лунки, особенно в отношении дифференциации и поляризации, которые достигаются. в чипах Caco-2 уже через 3–4 дня после посева клеток по сравнению с 21 днем ​​культивирования, необходимым для традиционных монослоев трансвеллеров [204,205,206]. Применение напряжения сдвига не только значительно уменьшило время дифференцировки, но также увеличило размер клеток и статус поляризации (эпителиальные клетки были в 6 раз выше по размеру по сравнению скультивирование через лунки с чистыми базальными ядрами) по сравнению со статическими клетками Сасо-2 через лунки, представляющими довольно уплощенные, почти плоские эпителиальные клетки [202, 203]. Добавление механического стресса (циклическая механическая деформация, имитирующая перистальтику), в частности, позволило спонтанно формировать неровности и складки, демонстрирующие морфологию ворсинок кишечника, и дифференцировать кишечник. Однако, подобно традиционному статическому монослою, клетки несколько более репрезентативны для тонкого кишечника в отношении наблюдаемых типов клеток (энтероциты, бокаловидные клетки, энтероэндокринные клетки и клетки Панета) [202, 203].Однако, в отличие от статических культур, бокаловидные клетки, присутствующие в чипе Caco-2, как было показано, продуцируют MUC2. Интересно, что уровни пикового трансэпителиального электрического сопротивления (TEER) были в 3–4 раза выше в чипе Caco-2 в условиях потока, чем в статических культурах через лунки, независимо от того, применялось ли механическое напряжение или нет. Однако значение P app для флуоресцентного декстрана увеличивалось (в 4 раза) только в присутствии механического стресса [202], подразумевая, что циклическое механическое напряжение может влиять на механизмы параклеточного транспорта.Несмотря на эти интересные наблюдения, не было четко показано, что основные недостатки системы Caco-2, такие как отсутствие экспрессии CYP3A4 (повышенная активность была показана Кимом и др. [205], но только для очень ограниченного набора данных), отклонение экспрессии переносчиков захвата и оттока из ткани кишечника человека, большая дисперсия, зависящая от клонов и пассажей, и повышенная целостность монослоя по сравнению с ситуацией in vivo, могут быть преодолены путем включения клеток Caco-2 в более физиологическую среду [202,203,204,205].Недавно был описан чип толстой кишки с использованием органоидов толстой кишки из сигмовидной и восходящей области в качестве источника эпителиальных клеток [50], с особым акцентом на образование слизи. Авт. Продемонстрировали, что созревание и дифференцировка бокаловидных клеток в ободочной кишке происходит спонтанно в условиях экспансии стволовых клеток. Этого не наблюдается в «традиционно культивируемых» органоидах в матригеле или на вставках трансвелл, которые требуют среды для дифференцировки, истощающей стволовые клетки [49,188,207].Подобно чипу Caco-2, при использовании органоидов толстой кишки формировался поляризованный столбчатый эпителий с волнообразными структурами (только напряжение сдвига, механическое напряжение не применялось), и внешний вид ZO-1, содержащего плотные контакты и кисть, богатую F-актином пансионеры подтвердились. Наиболее поразительными были высокие уровни бокаловидных клеток, продуцирующих MUC2, сходные по морфологии и количеству (примерно 15% всех типов клеток) с теми, которые наблюдаются в гистологических срезах толстой кишки человека (примерно 10–30% в зависимости от донора), которые наблюдались в толстой кишке. органоидный чип.Более того, эти функциональные и дифференцированные бокаловидные клетки продуцировали слой слизи, который был сопоставим с двухслойной слизью толстой кишки in vivo по толщине и структурной организации в проницаемый (для бактерий) внешний и непроницаемый (для бактерий) внутренний слой.

Таким образом, доступно несколько моделей «орган на чипе». Некоторые чипы используют клетки Caco-2 в качестве источника эпителиальных клеток. Хотя могут быть выявлены некоторые преимущества перед традиционным культивированием через лунки, особенно в отношении созревания, дифференциации и образования слизи, большинство специфических для Caco-2 недостатков сохраняется даже при использовании чип-технологий.Однако недавно описанная модель органоидного чипа толстой кишки, по-видимому, является очень многообещающим инструментом для исследований проникновения лекарственного средства в толстую кишку из-за ее физиологического представления о двухслойной слизи. Кроме того, система чипов обеспечивает гибкость в отношении источника кишечного эпителия. Таким образом, можно было бы в принципе обратиться к различным пациентам и возрастным группам, а также к доклиническим видам и различным областям кишечника. Хотя кишечная микросхема является высокофизиологической системой, она имеет некоторые недостатки, особенно в отношении высокой производительности, рентабельности и простоты анализа (необходимо учитывать скорость потока).Дальнейшая функциональная характеристика будет представлять большой интерес.

6.2.3.2. Доступные модели тонкого кишечника
Перспективной моделью является RepliGut ® . Применяя технологию стволовых клеток млекопитающих, которая использует водородный каркас коллагена, воссоздается поляризованная и самообновляющаяся планарная монослойная культура эпителиальных клеток толстой кишки (рис. 6). Эти первичные тканевые монослои содержат все типы клеток толстой кишки (включая бокаловидные, энтероциты и энтероэндокринные клетки), экспрессируют адгезивы и плотные соединения (локализованные ZO-1, E-кадгерин и окклюдин) и имеют микроворсинки [208].Также существует возможность использовать 3D-модель, которая точно отражает структуру крипт толстой кишки, поляризованную градиентом факторов роста. Преимущество монослоя состоит в том, что доступны как просветная, так и базолатеральная поверхности, что позволяет проводить исследования проницаемости лекарственного средства. Кроме того, модель доступна из разных регионов и от разных доноров, что позволяет проводить исследования абсорбции лекарств в зависимости от региона, моделирование заболеваний и исследования микробиома [209]. Хотя и многообещающе, характеристика абсорбции, распределения, метаболизма и экскреции (ADME) не так продвинута.EpiIntestinal TM (MatTek, Словацкая Республика) - это новая органотипическая трехмерная микроткань, которая в настоящее время доступна в виде модели тонкой кишки, полученной из подвздошной кишки 19-летней женщины-донора. Разработка этой микротканевой платформы для других областей кишечника открывает большие перспективы для исследований доставки лекарств в толстую кишку в будущем. EpiIntestinal TM можно использовать в двух разных установках, либо только в качестве эпителиального слоя (EpiIntestinal TM ), либо в сококультуре с человеческими фибробластами, которые приобретаются коммерчески и, таким образом, получены от другого донора (EpiIntestinal-FT ™) .Слой эпителиальных клеток культивируется на границе раздела воздух-жидкость (ALI) на вставке трансвелл, создавая, таким образом, двухкомпартментную установку с апикальной и базолатеральной сторонами (рис. 7). Недавно было опубликовано несколько отчетов, в которых EpiIntestinal ™ описывается как модель для оценки распределения лекарств в кишечнике [2,157] и безопасности [159]. Ayehunie et al. [2] выполнили всестороннюю характеристику EpiIntestinal ™, подробно остановившись на структурных особенностях, транспортерах лекарств и экспрессии метаболизирующих ферментов, а также функциональную оценку двунаправленного транспорта 11 тестируемых лекарств.Значения TEER, измеренные с помощью EpiIntestinal ™ (152,5 ± 39 Ом * см 2 ), находятся в непосредственной близости от ткани кишечника человека ex vivo (50-100 Ом * см 2 ), что указывает на то, что структурные особенности могут более точно имитировать ткань тонкого кишечника. чем монослои клеток Caco-2 со значениями TEER в диапазоне 250–2400 Ом * см 2 [211]. Это дополнительно подтверждается микроскопическими изображениями, демонстрирующими архитектуру крипта-ворсинки, положительное окрашивание цитокератина-19 (маркер эпителиальной дифференцировки), ворсин (маркер энтероцитов) и виментина (маркер фибробластов), а также просвечивающие электронные микрофотографии, подтверждающие мембраны щеточной границы и плотные соединения. в ткани ЭпиИнтесинталь ™.Учитывая архитектуру крипта-ворсинка и присутствие микроворсинок, площадь поверхности может быть увеличена по сравнению с традиционными 2D моделями клеточных культур. Функциональная характеристика была проведена с использованием 11 эталонных препаратов (BCS I – III, большинство из которых были BCS III) путем определения P app и сравнения этих значений с данными, полученными из Caco-2, а также с известными пероральными препаратами человека. биодоступность этих препаратов. Для EpiIntestinal ™ значения P app более тесно коррелировали с известной абсорбцией у человека (R 2 = 0.91), чем полученные с моделью Caco-2 (R 2 = 0,71), скорее всего, из-за более близкой структуры, подобной in vivo, барьерной функции и экспрессии транспортера, как предполагают авторы. EpiIntestinal ™ также подходит для изучения проницаемости, зависящей от переносчика. Данные qPCR подтвердили экспрессию ABCG2, ABCC1, ABCC2 и ABCB1, кодирующих BCRP, MRP1, MRP2 и P-gp, соответственно. К сожалению, отсутствует прямое сравнение с тканью эксплантата для данных по экспрессии метаболизирующих ферментов.Однако функциональная активность транспортера была подтверждена с использованием субстратов P-gp, BCRP и MRP2 и специфических ингибиторов транспортера. Коэффициенты оттока> 2 были достигнуты для всех субстратов-транспортеров, и отток существенно снизился в присутствии специфичного для транспортера ингибитора. Уровень экспрессии и функциональная активность нескольких важных транспортеров захвата (включая OCT1, OATP и PEPT1) не оценивалась и требует дальнейшего изучения. Наконец, экспрессия и функциональная активность кишечных CYP450 DME (CYP3A4, CYP3A5, CYP2C9, CYP2C19) также были подтверждены Ayehunie et al.[2] и были дополнительно исследованы Cui et al. [157]. Исследование, описанное Куи и соавторами, в основном было сосредоточено на характеристике EpiIntestinal TM как инструмента in vitro для прогнозирования доступности лекарств для первого прохождения через желудочно-кишечный тракт человека (F - фракция ×, ускользающая от метаболизма энтероцитов (F g )), поскольку обе абсорбции и метаболизм можно определить с помощью EpiIntesintal TM . Они убедительно показывают, что доступность GI для первого прохождения, определенная с помощью EpiIntestinal TM , находится в хорошей корреляции с F a × F g у людей для 12 эталонных препаратов (диапазон низкой, средней и высокой биодоступности, в основном метаболизируемый CYP3A4. ), использованных в исследовании.Кроме того, они предоставляют данные о метаболической активности CYP3A4, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2J2, UGT, SULT и карбоксилэстеразы 1 и 2 (CES 1 и 2) по сравнению с Caco-2. Интересно, что, несмотря на подтверждение хорошо описанного отсутствия активности CYP3A4 в Caco-2, другие ферменты CYP, такие как CYP2C9, CYP2C19 и CYP2D6, могут быть обнаружены в Caco-2 и лишь незначительно отличаются от EpiIntestinal TM . Хотя активность SULT и UGT1A1 была в 3–4 раза выше в EpiIntestinal TM, она также могла быть обнаружена в Caco-2.Неожиданно и в отличие от обилия тканей [212] с высоким CES2 и низким присутствием CES1 в кишечнике, CES1 и CES2 продемонстрировали аналогичную активность в EpiIntestinal ™ [157], используя этексилат дабигатрана в качестве субстрата. Однако этексилат дабигатрана также подвергается значительному оттоку, опосредованному P-gp, что может ограничивать доступность лекарственного средства для обоих ферментов. Следовательно, чтобы сделать более объективные выводы об активности CES1 и CES2, может оказаться полезным использование дополнительных субстратов CES1 и CES2 для валидации.Учитывая результаты вышеописанных исследований, кажется очевидным, что EpiIntestinal TM может также применяться для оценки безопасности лекарств для кишечника, поскольку, например, токсичность, опосредованная метаболитами, или опосредованные транспортером межлекарственные взаимодействия потенциально могут быть идентифицированы с Эпиинтестинал ТМ . Это было элегантно продемонстрировано Peters и соавторами [159], использовавшими набор из 39 препаратов с известной реакцией на диарею у людей. Авторы использовали измерение TEER в качестве функционального показателя диареи.Когда значения TEER были скорректированы с учетом клинического воздействия, можно было установить порог, позволяющий отличить лекарства, вызывающие диарею, от тех, которые не вызывают.

Таким образом, эта трехмерная микроткань подвздошной кишки является привлекательной для изучения кишечной проницаемости, метаболизма, DDI и безопасности лекарств из-за ее структурной и физиологической аналогии с тонкой кишкой, ее поляризованной ориентации с доступом к апикальному и базолатеральному компартментам, ее способности к точно предсказать F a × F g , его способность к долгосрочному культивированию (до 6 недель) и доступность различных установок (6-луночный, 24-луночный, 96-луночный).Модель выиграет от характеристики транспортеров захвата и разъяснения потенциальных различий между тканью полной толщины и тканью, состоящей только из эпителиального слоя. В настоящее время эта система доступна от одного конкретного донора, который, особенно для исследований метаболизма, не будет репрезентативным для всей целевой популяции. Было бы выгодно иметь эту сконструированную трехмерную ткань, доступную из других областей кишечника, например толстой кишки, а также из доклинических видов.

Созданная с помощью биопечати (система Organovo 3D NovoGen Bioprinter), эта трехмерная микроткань тонкой кишки (подвздошной кишки) (рис. 8) также подходит для определения профиля абсорбции и стабильности лекарственного средства [3].Подобно ранее обсуждавшимся биоинженерным микротканям, он демонстрирует морфологию поляризованного столбчатого эпителия, поддерживаемую слоем фибробластов с щеточной границей и образованием плотных соединений, а также присутствие специализированных клеток, таких как энтероциты, бокаловидные клетки, клетки Панета и энтероэндокринные клетки. Данные по экспрессии генов продемонстрировали присутствие метаболизирующих ферментов фазы I основного кишечника (CYP3A4, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2J2) и некоторых ферментов фазы II (только UGT1A1 и GSTP1), а также основных отток (P-gp; BCRP) и транспортеров захвата. (PEPT1; OATP2B1), которые более точно отражают экспрессию нативной кишечной ткани по сравнению с монослоями Caco-2.Дальнейшие исследования с использованием преобразования люминогенного субстрата P450 подтвердили активность CYP3A4 и CYP2C9, а также способность индуцировать CYP3A рифампицином и ингибировать кетоконазолом. Точно так же трехмерная ткань правильно различила небольшой набор лекарств с низкой, средней и высокой проницаемостью, что подтверждается поразительно физиологическим значением TEER 50–100 Ом * см 2 [211], которое можно поддерживать в течение 10–21 лет. дневной период культивирования. Наконец, активность P-gp и BCRP была подтверждена с использованием дигоксина и топотекана, соответственно, в качестве субстратов, что дало коэффициент оттока> 2.Эти коэффициенты оттока были уменьшены. Трехмерная ткань тонкой кишки, описанная Madden et al. имеет большой потенциал для профилирования лекарств в отношении проницаемости (доступны апикальная и базолатеральная стороны), метаболизма и безопасности (не обсуждаются в этом обзоре), хотя для модели было бы полезно установить корреляцию между доступностью желудочно-кишечного тракта при первом прохождении по отношению к людям. Другие многообещающие особенности заключаются в том, что можно использовать разных доноров и, возможно, другие области кишечника (уже описанные Madden et al. [3]).Однако удобство использования, формат платформы и доступность могут иметь ограничивающий характер и требуют дальнейшего уточнения. Первичные системы энтероцитов, продаваемые компанией in Vitro ADMET Laboratories (iVAL, Колумбия, Мэриленд, США), можно разделить на (1) энтероциты, (2) MetMax ™ и (3) криоконсервированная слизистая оболочка кишечника человека (CHIM ™). Все системы происходят из тонкой кишки; модель толстой кишки в настоящее время недоступна. Первая описанная система [213], криоконсервированные энтероциты, представляют собой первичные энтероциты человека (доступны другие виды), которые были выделены, расщеплены коллагеназой, частично очищены дифференциальным центрифугированием и, наконец, криоконсервированы.Энтероциты MetMax TM представляют собой проницаемые энтероциты с максимальным метаболизмом (запатентованная методика, сохраненные метаболические пути эндоплазматического ретикулума, цитозоль, митохондрии, лизосомы и плазматическая мембрана согласно производителю), которые требуют добавления кофакторов для определения активности метаболических ферментов [214 ]. Последним дополнением к этим первичным моделям энтероцитов является CHIM ™. CHIM ™ был получен путем переваривания коллагеназой ткани кишечника, но переваривания только ворсинок кишечника, а не отдельных клеток, с последующей частичной очисткой с использованием дифференциального центрифугирования, мягкой гомогенизации и, наконец, криоконсервации в запатентованной среде [215].Все три системы просты в использовании (инкубация суспензии), доступны как для людей, так и для доклинических видов, и могут быть получены от конкретных доноров или пулов доноров. Кроме того, доступен метод CHIM TM для двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишок, что позволяет проводить региональное сравнение активности DME. Однако ни одна из систем не подходит для длительного культивирования (энтероциты выдерживают максимум 4 часа, CHIM TM - 24 часа), для исследований проницаемости (без поляризованного эпителия) или для оценки безопасности (ограниченные возможности CHIM TM. ).В криоконсервированных энтероцитах активность CYP2C9, CYP2C19, CYP3A4, CYP2J2, CES2, UGT и SULT могла быть подтверждена [213], но была подвержена существенным межличностным различиям и в целом была низкой по сравнению с MetMax ™ и CHIM . Это может быть связано со значительным улучшением жизнеспособности CHIM TM и добавлением кофактора для системы MetMax ™ по сравнению только с энтероцитами. В то время как MetMax ™ демонстрирует хорошую ферментативную активность в отношении основных кишечных ферментов CYP450, UGT и SULT, что согласуется с данными по экспрессии генов и белков, касающимися соотношений / представлений различных ферментов [27], CHIM ™ представляет собой интактную систему энтероцитов ( без добавления кофактора), что дает поразительно высокую метаболическую активность ферментов CYP450 и фазы II [215].Интересно, что активность CYP2D6 не была обнаружена во всех трех системах энтероцитов, тогда как активность в EpiIntestinal ™ (см. Раздел 6.2.3.2) была сопоставима с CYP2C19 (2% круговой диаграммы CYP450), что аналогично данным протеомики из тощей кишки и кишечника. подвздошная ткань [28]. Однако это может быть результатом различий, зависящих от донора или региона. CHIM ™ также подходит для исследований индукции CYP и может использоваться для определения регионально-зависимого метаболизма от одного и того же или разных доноров, при этом тощая кишка демонстрирует самую высокую метаболическую активность, а подвздошная кишка, как правило, демонстрирует самую низкую активность областей тонкой кишки в исследование, проведенное Li et al.[214]. В целом, нормализация концентрации белка позволит лучше сравнить активности ферментов в различных системах. Это было рассмотрено в недавнем исследовании Дэвиса с соавторами [216]. В этом всестороннем исследовании авторы сравнили кишечные микросомы, MetMax ™ и CHIM ™ в их способности точно определять F g разнообразного набора из 32 препаратов, включая субстраты для оксидоредуктивных, гидролитических и конъюгативных метаболических путей. Они продемонстрировали, что все три модели демонстрируют надежную активность CYP450 и UGT, но MetMax ™ и CHIM ™ могут предложить преимущества при оценке лекарств с низким клиренсом и лекарств, метаболизируемых e.например, сульфатирование, гидролазы, флавинсодержащие монооксигеназы и другие альтернативные пути [216]. Ли и соавторы [215] также предлагают CHIM TM в качестве модели для оценки энтеротоксического потенциала лекарств. Однако токсичность, зависящая от концентрации, была показана только для двух препаратов, демонстрирующих относительно высокие значения IC 50 и несравнимых с воздействием in vivo. Более того, использование для оценки безопасности существенно ограничено максимальным временем культивирования 24 ч. В целом системы энтероцитов хорошо подходят для определения кишечного метаболизма, они просты в использовании, могут быть выбраны в соответствии с интересующими областями кишечника. демографические данные доноров или используются в качестве объединенных выборок для представления большого разнообразия популяции пациентов.Они доступны от доклинических видов и, таким образом, позволяют сравнивать in vitro / in vivo. Более того, система CHIM TM позволяет проводить исследования DDI, поскольку могут индуцироваться ферменты CYP. MetMax ™ может быть особенно полезным для оценки метаболизма лекарств с низкой проницаемостью и лекарств с небольшой цитотоксичностью [216] из-за его повышенной проницаемости. Из-за ограниченной устойчивости и характера этих моделей, основанных на суспензии, испытания на токсичность и оценка проницаемости имеют явные ограничения. Здесь мы сосредоточимся на обзоре дуоденального чипа, коммерциализированного Emulate (Бостон, США), для которого базовая характеристика как инструмент ADME имеет выполнено [158].Чип двенадцатиперстной кишки состоит из эпителиальных клеток, полученных из взрослых кишечных стволовых клеток (крипт), которые были получены путем ферментативной диссоциации органоидов и затем засеяны в микропробирку, и первичных эндотелиальных клеток микрососудов кишечника (HIMEC, разные доноры), засеянных в «сосудистые». канал дуоденального чипа (рисунок 9). К обоим каналам подавали поток среды, и по достижении слияния применяли циклическую механическую нагрузку, чтобы имитировать перистальтику кишечника. Такая установка привела к ускоренной поляризации (за 72 ч), формированию ворсинчатых структур и апикальных микроворсинок.Напряжение сдвига по сравнению со статическими условиями культивирования клеток увеличивало созревание и дифференцировку клеток в энтероциты, бокаловидные клетки, энтероэндокринные клетки и клетки Панета, причем соотношение клеток близко отражало соотношения in vivo. Авторы далее охарактеризовали чип, применив анализ дифференциальной экспрессии генов к кишечным чипам, полученным из кишечных органоидов, и сравнив эти данные с кишечной тканью и источником органоидов. Органоиды двенадцатиперстной кишки и кишечные чипы, используемые для анализа дифференциальной экспрессии генов, сначала размножались в течение 6 дней, а затем дифференцировались в течение 2 дней.Интересно, что хотя органоиды двенадцатиперстной кишки и чип двенадцатиперстной кишки происходят из одного и того же источника ткани, 472 гена были идентифицированы со значительно разными уровнями экспрессии. Более того, 305 генов, связанных с пищеварением, транспортом питательных веществ и ионов, организацией внеклеточного матрикса, заживлением ран, метаболизмом и развитием тканей, одинаково экспрессировались в дуоденальном чипе и исходной ткани, но по-разному экспрессировались в культурах органоидов. Хотя эти данные убедительно свидетельствуют о том, что транскриптом двенадцатиперстной кишки больше похож на двенадцатиперстную кишку взрослого человека, следует принимать во внимание, что дифференциация и созревание в чипе усиливаются и, следовательно, по сравнению с 2-дневными дифференцированными органоидами культура органоидов возможно, еще не полностью созрели.Дальнейшая оценка дуоденального чипа подтвердила апикальную экспрессию гена MDR1, BCRP1 и PEPT1, сравнимую с тканью происхождения и функциональной активностью MDR1, что продемонстрировано увеличением накопления клеток родамина 123 в присутствии ингибитора MDR1 винбластина. Наконец, можно продемонстрировать метаболизм CYP3A4 с использованием тестостерона в качестве субстрата и индукцию CYP3A4 рифампицином и 1,25-дигидроксивитамином D3. Дуоденальный чип (органоиды от взрослого донора), описанный Kasendra et al.является продолжением ранее описанного дуоденального чипа с использованием педиатрических доноров [158]. Авторы убедительно показывают, что добавление микрососудистого канала, напряжения сдвига и механической деформации, имитирующей перистальтику, создает кишечную микросреду, которая, по-видимому, очень похожа на ситуацию in vivo, особенно, что продемонстрировано данными экспрессии генов, методами визуализации и некоторыми функциональными данными.

Нарушение микробной экосистемы желудочно-кишечного тракта человека пероральными препаратами для лечения хронических заболеваний приводит к целому ряду индивидуальных специфических моделей исчезновения и сохранения доминирующих штаммов микробов

Аннотация

Фон

Пероральные препараты могут иметь побочные эффекты, такие как диарея, которые указывают на нарушение микробного сообщества кишечника.Чтобы лучше понять динамику возмущения, мы оценили родство образцов с деформацией из ранее опубликованных наборов данных от до и после опорожнения кишечника, эпизодов диареи и приема пероральных препаратов для лечения диабета и ревматоидного артрита.

Методы

Мы проанализировали в общей сложности пять опубликованных наборов данных с помощью нашего инструмента отслеживания штаммов под названием «Сходство по однонуклеотидному варианту (SNV) на основе окна» (WSS), чтобы идентифицировать родственные штаммы одного и того же человека.

Результаты

Анализ отслеживания штаммов с использованием первого набора данных от 8 человек до и через 21–50 дней после изоосмотического промывания кишечника показал, что почти все штаммы микробов были связаны между собой между образцами до и после образцов. Точно так же во втором исследовании анализ отслеживания штаммов у 4 человек до и после спорадической диареи показал, что большинство штаммов были связаны с течением времени (до 44 недель). Напротив, анализ третьего набора данных от 22 человек до и после 3-дневного воздействия перорального метформина показал, что ни у одного человека не было родственного штамма.В четвертом исследовании набор данных, собранных через 2 и 4 месяца у 38 человек, принимавших плацебо или метформин, выявил индивидуальное специфическое совместное использование пре- и пост-штаммов. Наконец, набор данных от 18 человек с ревматоидным артритом, получавших модифицирующие болезнь противоревматические препараты метотрексат или гликозиды традиционного китайского лекарственного компонента Tripterygium wilfordii , показал индивидуальное специфическое совместное использование штаммов до и после лечения в течение до 16 месяцев.

Заключение

Пероральные препараты, применяемые для лечения хронических заболеваний, могут привести к изменению конкретного микробного штамма у большинства видов.Поскольку кишечное сообщество обеспечивает основные функции хозяина, наше исследование поддерживает персонализированный мониторинг для оценки статуса доминирующих штаммов микробов после начала приема пероральных препаратов для лечения хронических заболеваний.

Образец цитирования: Koo H, Morrow CD (2020) Нарушение микробной экосистемы желудочно-кишечного тракта человека пероральными препаратами для лечения хронических заболеваний приводит к спектру индивидуальных специфических паттернов исчезновения и сохранения доминирующих микробных штаммов.PLoS ONE 15 (12): e0242021. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242021

Редактор: Джейн Фостер, Университет Макмастера, КАНАДА

Поступила: 12 мая 2020 г .; Принята к печати: 24 октября 2020 г .; Опубликовано: 1 декабря 2020 г.

Авторские права: © 2020 Koo, Morrow. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Исходный набор данных секвенирования метагеномных образцов, используемых в этом исследовании, был загружен из Национального центра биотехнологической информации (NCBI) под номерами доступа: PRJNA388263 для Fukuyama et al., PRJNA398089 для Lloyd-Price et al., PRJNA486795 для Sun et al. И PRJNA361402 для Wu et al. Для Zhang et al., Метагеномные образцы были загружены из Европейского биоинформатического института (EBI) под регистрационным номером PRJEB6997.

Финансирование: Автор (ы) не получил специального финансирования для этой работы.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Одной из особенностей здорового микробиома кишечника является стабильное микробное сообщество, которое имеет способность восстанавливаться после возмущений для поддержания основных функций, таких как устойчивость к колонизации и метаболизм клеток-хозяев [1, 2]. Способность к восстановлению микробного сообщества наиболее очевидна из исследований, в которых изучалось влияние антибиотиков на микробные сообщества желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), где большую часть времени структура сообщества здоровых взрослых людей восстанавливается после однократного или даже многократного приема антибиотика. лечения [3–8].Устойчивость микробного сообщества кишечника к восстановлению после возмущения также очевидна после потери биомассы после запланированной эвакуации ( i . e . Промывание кишечника) или исследований, которые показали разрушение и восстановление микробного сообщества кишечника после эвакуации биомассы. в результате диареи, связанной с заболеванием [9–14].

Было обнаружено, что неантибиотические препараты, включая пероральные препараты, используемые для лечения хронических заболеваний, влияют на состав микробного сообщества кишечника [15].Примечательно, что метформин, один из наиболее широко назначаемых препаратов для лечения диабета 2 типа (СД2), как известно, имеет побочные эффекты в виде диареи и метеоризма, что может указывать на нарушение структуры микробного сообщества кишечника [16–22]. ]. Предыдущие исследования также предположили связь между нарушением микробного сообщества кишечника и противоревматическими препаратами [23, 24]. Метотрексат для перорального применения является одним из наиболее часто используемых противоревматических препаратов, а в последнее время гликозиды традиционного китайского лекарственного компонента Tripterygium wilfordii (виноград бога грома (T2)) имеют известные побочные эффекты диареи, связанные с нарушением микробного сообщества кишечника [ 25, 26].

Предыдущие исследования полагались на метод целевого метагеномного секвенирования, такой как секвенирование 16S рРНК, для определения относительной численности микробов как средства оценки структуры кишечного микробного сообщества и их функций [1, 27]. Однако, используя метод метагеномного секвенирования с дробовиком в сочетании с углубленным анализом отслеживания деформации, можно было исследовать появление новых микробных штаммов в микробной экосистеме кишечника [28–30]. В наших предыдущих исследованиях мы применили наш инструмент отслеживания штаммов, называемый Сходством однонуклеотидных вариантов (SNV) на основе окна (WSS), к наборам данных метагеномного секвенирования для оценки родства штаммов для каждого человека с течением времени, поддерживая концепцию отпечаток пальца микробиома [28, 31–36].Пороговые значения для каждого вида, позволяющие различать связанные и неродственные отдельные пары, были установлены на основе проекта «Микробиом человека» (HMP). Используя анализ WSS, мы ранее продемонстрировали появление новых микробных штаммов после применения антибиотиков или физического изменения среды желудочно-кишечного тракта [33, 34]. Мы также использовали этот анализ, чтобы продемонстрировать передачу микробных штаммов от матери к младенцу и определить, что кишечные микробные штаммы у некоторых людей стабильны в течение десятилетий [35, 36].

В этом исследовании мы расширили наш анализ отслеживания штаммов, чтобы выяснить, появляются ли новые штаммы после неантибиотических нарушений микробного сообщества кишечника. Для этого мы использовали существующие наборы метагеномных данных из образцов фекалий людей, получавших изоосмотический агент, или людей со спорадической диареей. Мы также сравнили влияние на состав штаммов желудочно-кишечного тракта долгосрочных пероральных препаратов, используемых для лечения диабета (метформин) или противоревматических препаратов метотрексата (, здесь MTX) и гликозидов традиционного китайского лекарственного компонента Tripterygium wilfordii (бог грома). виноградная лоза; здесь Т2).Результаты нашего анализа с отслеживанием деформации открывают новую перспективу: хотя на профиль микробного штамма кишечника не влияет опорожнение кишечника или легкая диарея, существует индивидуальный характер восстановления профиля микробного штамма после долгосрочных пероральных препаратов, которые могут повлиять на известные функции кишечного микробного сообщества в здоровье хозяина.

Материалы и методы

Наборы общедоступных данных

В этом исследовании мы использовали общедоступные наборы данных для лиц, подвергшихся изоосмотической промывке кишечника (Fukuyama et al.) [10] и спорадической диарее (Lloyd-Price et al.) [37]. Для Fukuyama et al. Образцы фекалий 8 здоровых людей были собраны примерно за 10 недель до и через 10 недель после механического промывания кишечника [10]. Вкратце, утром перед промыванием кишечника 8 участников были проинструктированы выпивать 300 мл раствора ( GoLytely ), содержащего полиэтиленгликоль (ПЭГ) и электролиты, каждые 10 минут (всего до 4 л), пока их диарея не станет прозрачной и водянистой. . Для исследования Lloyd-Price et al. Для проведения дальнейшего анализа была отобрана подгруппа из 4 человек, у которых была диарея (но) (но не диагностировали воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) или недавнее лечение антибиотиками) [37].Мы также использовали два исследования, в которых описывалось влияние метформина на людей с впервые диагностированным СД2 (1), получавших метформин в течение 3 дней (Sun et al. [21]) и (2), получавших плацебо или метформин в течение 2 и 4 месяцев. (Ву и др. [38]). Для Sun et al. Образцы фекалий были взяты у 22 человек с СД2 до и через 3 дня после лечения метформином (1000 мг два раза в день в течение 3 дней) [21]. Для Wu et al. Образцы фекалий были собраны у 38 человек, получавших плацебо или метформин (1700 мг / день) до, 2 месяца и 4 месяца [38].Кроме того, мы использовали Zhang et al. набор данных, описывающих влияние противоревматических препаратов на пациентов с ревматоидным артритом (РА) [26]. Образцы кала, взятые у 18 человек до и через 3–16 месяцев после лечения противоревматическими препаратами, либо метотрексатом, либо Т2 [26]. Весь набор данных, использованный в этом исследовании, был обобщен в таблице S1 .

Последовательность чтения и обработки

Всего было загружено 6 540 858 979 считываний метагеномного секвенирования из пяти общедоступных наборов данных; 931 584 161 чтение из Fukuyama et al., 199 476 279 от Lloyd-Price et al., 1 284 404 173 от Sun et al., 2 939 361 954 от Wu et al. И 1 186 032 412 от Zhang et al. ( S2 Таблица ). Считанные последовательности были отфильтрованы для удаления коротких последовательностей (длина последовательности <50 оснований), считывания низкого качества (скользящее окно из 50 оснований с QScore <20) с использованием Trimmomatic (версия 0.36) [39] и любого эталонного генома человека (hg19) с использованием bowtie2 (версия 2.3.4.3) с параметрами по умолчанию [40]. Затем качественно обработанные считывания использовались для последующего анализа ( S2, таблица ).

Анализ с отслеживанием деформации с использованием WSS

Чтобы исследовать родство штаммов для каждого человека между образцами до и после промывания кишечника из Fukuyama et al. В наборе данных [10] мы объединили все образцы до промывания кишечника в один образец, а также объединили несколько образцов после промывания кишечника в две отдельные временные точки: после 1–10 дней и после 21–50 дней. Анализ отслеживания деформации также применялся к исследованию Lloyd-Price et al. набор данных [37] для изучения родства штаммов для каждого человека с течением времени путем сравнения образцов, собранных в начале эксперимента, с образцами, собранными через несколько недель, в диапазоне от 27 до 44.От Sun et al. набор данных [21]. Анализ с отслеживанием деформации проводился для каждого человека путем сравнения предварительных образцов с образцами, обработанными метформином через 3 дня. Из Wu et al. На основе набора данных [38] родственная связь индивидуумов, получавших метформин в течение длительного периода времени до 4 месяцев, была изучена с использованием анализа WSS путем сравнения предварительных образцов с каждой из последующих образцов, собранных через 2 и 4 месяца. Точно так же, чтобы лучше понять влияние метформина на микробное сообщество, люди из группы плацебо были отобраны из Wu et al.набор данных [38] и используется для анализа слежения за деформациями. Родство людей из группы плацебо с штаммом было исследовано путем сравнения предварительных образцов с каждым из последующих образцов, собранных через 2 и 4 месяца. Из Zhang et al. [26], анализ отслеживания деформации проводился для каждого человека путем сравнения образцов до и через 3–16 месяцев после лечения противоревматическими препаратами (либо метотрексатом, либо T2).

Для анализа WSS обработанные чтения были сопоставлены с 93 эталонными последовательностями, которые были ранее сконструированы на основе набора данных HMP [28, 32, 34, 35] с использованием программы выравнивания Burrows-Wheeler (BWA; версия 0.7.13) [41]. Для каждого индивидуума SNV для нескольких образцов для каждой данной эталонной последовательности измеряли среди всех образцов с помощью набора инструментов для анализа генома (GATK; версия 3.7) [42]. Полученные в результате файлы Variant Call Format (VCF) затем использовались для попарных сравнений между каждой возможной парой образцов для индивидуума, чтобы измерить их общее сходство SNV по всему геному для каждого вида микробов. Любые образцы с низким охватом последовательностей (<30%) и глубиной (<3,5) по сравнению с заданными эталонными последовательностями были исключены из парных сравнений [28, 36].Также были исключены окна с низким охватом с более чем 50% баз, имеющих глубину считывания <5, для сравнения сходства SNV между парами образцов. После всех процессов фильтрации виды, которые смогли предоставить оценку WSS, отбирались только из каждого набора данных. Чтобы выделить пару родственных штаммов в разные моменты времени для каждого индивидуума, полученный балл WSS для каждого вида сравнивали с пороговым значением каждого вида (пара родственных штаммов: оценка WSS> пороговое значение; пара несвязанных штаммов: оценка WSS < отсечка) [34, 35].Затем результаты сравнительного анализа были обобщены и визуализированы с использованием пакета ggplot2 (версия 3.3.0) (https://cran.r-project.org/web/packages/ggplot2/index.html) в R (версия 3.5.1). программное обеспечение [43]. Виды, не имевшие порогового значения, были исключены из анализа. Все коды, реализованные в WSS, были ранее депонированы и доступны по адресу https://github.com/hkoo87/mgSNP_2.

Анализ с отслеживанием штаммов для Bacteroides vulgatus был дополнительно проведен для промывания кишечника (Fukuyama et al.[10]), метформин в течение 3 дней (Sun et al. [21]), метформин или плацебо в течение 2 и 4 месяцев (Wu et al. [38]) и противоревматические препараты (MTX или T2) (Zhang et al. др. [26]) наборы данных с использованием StrainPhlAn с параметрами по умолчанию [30]. Считывание выровненных последовательностей по набору базы данных видоспецифичных маркерных генов, реализованной в MetaPhlAn [44, 45], было использовано для построения филогенетического дерева штаммов [30]. Результирующее дерево для B . vulgatus затем был визуализирован с использованием метода объединения соседей вместе с Максимальным составным правдоподобием [46] в MEGA X [47, 48].

Результаты

Отслеживание деформации у людей после промывания кишечника или диареи

Fukuyama et al. описали влияние изоосмотического разрушения желудочно-кишечного тракта человека [10]. Мы сравнили штаммы микробов в предварительных образцах со штаммами, обнаруженными в двух образцах после временных точек: 1–10 дней (ранние временные точки) и 21–50 дней (более поздние временные точки). Мы обнаружили, что большинство пре-штаммов были восстановлены почти у всех людей через 1–10 дней (самый ранний нормальный стул Рис. 1A ).Тем не менее, для некоторых людей Akkermansia muciniphila , Alistipes onderdonkii , Eubacterium eligens , Eubacterium rectale , Eubacterium siraeum и были обнаружены в образцах от до , у которых было обнаружено, что образцы штаммов и после Fig. ). Хотя неродственный штамм все еще наблюдался у некоторых видов, включая E . eligens , E . siraeum , и рэнд. Кишечник для нескольких особей, остальные виды имели пре-штамм через 21-50 дней ( Рис. 1B ). Все попарные сравнения, проведенные до и после выборки, показаны в таблице S3 . Мы дополнительно выполнили анализ StrainPhlAn для B . vulgatus во всех образцах для оценки родства штаммов между образцами. Мы нашли совпадение в 4 из 6 случаев между WSS и StrainPhlAn, что составляет небольшую разницу (<0.001) по длине ответвления ( S1, рис. ). В целом, эти результаты подчеркивают восстановление микробных сообществ желудочно-кишечного тракта после обычной процедуры промывания кишечника с сохранением большинства видов, особенно Bacteroides spp . спустя до 50 дней после перерыва.

Полученные в результате оценки WSS 8 особей, включая пороговое значение для каждого вида (красная линия), показаны на диаграмме разброса с использованием пакета ggplot2 в программном обеспечении R. Все попарные сравнения проводились для людей между (A) предкапитывающим опорожнением и опорожнением кишечника.опорожнение кишечника через 1–10 дней и (B) опорожнение кишечника перед опорожнением кишечника по сравнению с опорожнением кишечника через 21–50 дней. Красная заштрихованная рамка включает ряд лиц, у которых была несвязанная пара штаммов между образцами до и после опорожнения кишечника, а зеленая заштрихованная рамка включает ряд людей, у которых были родственные пары штаммов. В серой заштрихованной рамке представлены все Bacteroides spp .

Затем мы проанализировали 4 человека из Lloyd-Price et al. набор данных [37]. Эти люди были классифицированы как «не-IBD» согласно Lloyd-Price et al.и выбраны для своего исследования на основании их первоначальных эндоскопических и гистопатологических данных [37]. Мы выбрали подмножество ( n = 4) из группы без ВЗК, чтобы провести анализ отслеживания штаммов на основе лиц, у которых были 1-2 эпизода диареи во время сбора и были в возрастном диапазоне без антибиотиков. Время сбора образцов аналогично тому, что и для других образцов в нашем исследовании ( рис. 2). Результат анализа отслеживания штаммов показал, что большинство видов, особенно Bacteroides spp .имели соответствующее напряжение с течением времени, колеблется от 27 до 44 недель. Один человек (M2039) имел неродственный штамм R . Кишечник с течением времени, а другой человек (C3022) имел неродственный штамм Faecalibacterium prausnitzii A2 и Faecalibacterium prausnitzii SL3 ( Рис. 2 ). Все попарные сравнения, проведенные для отдельных лиц с течением времени, показаны в таблице S4 .

Полученные в результате оценки WSS 4 особей, включая пороговое значение для каждого вида (красная линия), представлены на диаграмме разброса с использованием пакета ggplot2 в программном обеспечении R.Все попарные сравнения проводились для людей между ранними неделями и более поздними неделями. Красная заштрихованная рамка включает количество людей, у которых была пара несвязанных штаммов с течением времени, а зеленая заштрихованная рамка включает количество людей, у которых была родственная пара штаммов. В серой заштрихованной рамке представлены все Bacteroides spp .

Отслеживание штаммов лиц, прошедших лечение метформином

Sun et al. показали нарушение состава микробного сообщества после 3-дневного лечения метформином [21].В соответствии с этим результатом наш анализ показал массовое разрушение микробных штаммов для всех сравниваемых видов у всех особей между образцами до и через 3 дня после обработки (, рис. 3, ). Этот результат демонстрирует полное нарушение состава штамма ЖКТ после начала приема метформина. Все попарные сравнения, проведенные между образцами, обработанными метформином до и после 3 дней, показаны в таблице S5 . Дополнительный анализ StrainPhlAn для B . vulgatus во всех выборках представляли 14 из 22 случаев, соответствующих WSS и StrainPhlAn ( S2, рис. ).

Результирующие оценки WSS 22 особей, включая пороговое значение для каждого вида (красная линия), представлены на диаграмме разброса с использованием пакета ggplot2 в программном обеспечении R. Все попарные сравнения были выполнены для людей между до и после 3-дневного лечения метформином. Красная заштрихованная рамка включает ряд лиц, у которых была пара неродственных штаммов до и после 3-дневного лечения метформином, а зеленая заштрихованная рамка включает ряд людей, у которых была пара родственных штаммов.В серой заштрихованной рамке представлены все Bacteroides spp .

Затем мы хотели определить, будет ли обнаруживаться влияние метформина на состав штамма после продолжительного периода использования метформина. Для этого набор данных Wu et al. был проанализирован для изучения состава штаммов микробного сообщества кишечника через 2 и 4 месяца после начала приема метформина [38]. Кроме того, каждый человек из группы плацебо отдельно сравнивался между образцами до и через 2 и 4 месяца после анализа.Сравнение предварительной пробы с образцом, полученным через 2 месяца после лечения плацебо, выявило неродственные штаммы, включая представителей родов Akkermansia , Alistipes , Bacteroides , Eubacterium , Faecalibacterium , bacterodes ( Рис. 4A ). Интересно, что аналогичный результат был обнаружен между до и через 2 месяца после лечения метформином, показывая несколько неродственных штаммов, включая представителей родов Alistipes , Bacteroides , Bifidobacterium , Eubacterium cus, Faecalibacterium , и Parabacteroides ( рис. 4B ).Даже через 4 месяца после лечения плацебо или метформином у большинства людей все еще были неродственные штаммы, включая представителей родов Alistipes , Bacteroides , Bifidobacterium , Eubacterium , Faecalibacterium и Parabacteroides между образцами до и после ( Фиг. 5A и 5B ). Все попарные сравнения, проведенные между образцами, обработанными метформином до и после 2 и 4 месяцев, показаны в таблице S6 .Мы дополнительно провели анализ StrainPhlAn для B . vulgatus по всем выборкам. На основе этого анализа мы обнаружили, что 12 из 14 случаев были согласованы для лечения плацебо и 16 из 20 случаев соответствовали лечению метформином между WSS и StrainPhlAn ( S3, рис. ).

Объединив информацию из обоих наборов данных о метформине, картина влияния метформина на состав штаммов кишечных микробов показывает, что после начала приема метформина у пациентов с СД2 происходит резкое нарушение сообщества штаммов кишечных микробов на короткое время (по крайней мере, 3 раза). дней) с возможным восстановлением состава микробных штаммов к 2 и 4 месяцам, чтобы они были аналогичны составу преметформина ( S7 Таблица )

Результирующие оценки WSS 38 особей, включая пороговое значение для каждого вида (красная линия), отображаются на диаграмме рассеяния с использованием пакета ggplot2 в программном обеспечении R.Все попарные сравнения проводились для людей между (А) до пробы и после 2-месячного лечения плацебо и (В) до пробы с 2-месячным лечением метформином. Красная заштрихованная рамка включает количество людей, у которых была пара неродственных штаммов до и после двухмесячного лечения, а зеленая заштрихованная рамка включает количество людей, у которых была родственная пара штаммов. В серой заштрихованной рамке представлены все Bacteroides spp .

Полученные в результате оценки WSS 38 особей, включая пороговое значение для каждого вида (красная линия), показаны на диаграмме разброса с использованием пакета ggplot2 в программном обеспечении R.Все попарные сравнения были выполнены для людей между (A) до образца и после 4-месячного лечения плацебо и (B) до образца с 4-месячным лечением метформином. В красной заштрихованной рамке указано количество людей, у которых была пара неродственных штаммов до и после 4-месячного лечения, а в зеленой заштрихованной рамке - количество людей, у которых была родственная пара штаммов. В серой заштрихованной рамке представлены все Bacteroides spp .

Отслеживание штаммов лиц, принимающих противоревматические препараты

В недавнем исследовании Zhang et al.показали, что микробиом кишечника был нарушен у пациентов с РА, которые лечились лекарствами, модифицирующими заболевание полости рта, такими как метотрексат или Т2 [26]. Мы проанализировали этот набор данных, чтобы увидеть влияние этих отдельных пероральных препаратов на стабильность штаммов кишечных микробов (, рис. 6, ). Мы обнаружили этот индивидуальный специфический ответ в отношении стабильности кишечного микробного штамма после лечения метотрексатом и Т2. Сравнение предварительной пробы с образцом после обработки MTX показало неродственные штаммы, включая представителей родов Alistipes , Bacteroides , Collinsella , Coprococcus , Clostridium , Eubacterium 9000e и Roseburia ( Рис. 6A ).Точно так же неродственные штаммы, включая представителей Akkermansia , Alistipes , Bacteroides , Bifidobacterium , Coprococcus , Eubacterium , Faecalibacterium и 0008, были обнаружены между и 0008 Paraecalibacterium и лечение ( Рис. 6B ). Все попарные сравнения, проведенные между образцами, обработанными до и после обработки метотрексатом или Т2, показаны в таблице S8 . Дополнительный анализ от StrainPhlAn показал, что было 13 из 20 случаев совпадения между WSS и StrainPhlAn ( S4, рис. ).

Полученные в результате оценки WSS 18 особей, включая пороговое значение для каждого вида (красная линия), представлены на диаграмме разброса с использованием пакета ggplot2 в программном обеспечении R. Все попарные сравнения были выполнены для людей между (А) до пробы и после лечения метотрексатом и (В) до пробы и после лечения Т2. Красный заштрихованный прямоугольник включает ряд лиц, у которых была пара неродственных штаммов до и после лечения, а заштрихованный зеленым прямоугольник включает ряд лиц, у которых была родственная пара штаммов.В серой заштрихованной рамке представлены все Bacteroides spp .

Обсуждение

В этом исследовании мы изучали устойчивость и исчезновение микробного штамма с последующими различными нарушениями в желудочно-кишечном тракте. Мы впервые продемонстрировали, что большинство штаммов микробов, в частности Bacteroides spp ., Сохранялись с течением времени у людей после опорожнения кишечника с использованием изоосмотического разрушения и спорадической диареи. Напротив, пероральный препарат метформин вызывал обширное изменение микробного штамма в течение первых трех дней у людей.Изменение штамма все еще наблюдалось у определенных видов у индивидуумов через 2 и 4 месяца после лечения метформином, хотя через 4 месяца было восстановлено больше пре-штаммов. Модифицирующие заболевание противоревматические препараты, метотрексат или Т2, также вызвали изменение штамма микробов у определенных видов у людей после лечения. Сравнение внешнего вида неродственных штаммов после перорального приема лекарств показало изменение штамма, специфичного для перорального препарата, для каждого индивидуума ( S9, таблица ). В совокупности наши результаты этих исследований демонстрируют индивидуальное специфическое влияние различных пероральных препаратов на доминирующие штаммы микробов в экосистеме ЖКТ.

Понимание динамики восстановления сообщества микробиома кишечника после нарушения важно из-за важной роли экосистемы кишечника в общем состоянии здоровья хозяина. Хотя исследования с использованием метода целевого метагеномного секвенирования предоставили существенную информацию о структуре кишечного микробного сообщества, анализ не обеспечивает достаточного разрешения для идентификации микробов на уровне видов или штаммов. Использование высокоплотного отбора проб в сочетании с метагеномным секвенированием с дробовиком предоставило наборы данных, подобные тем, которые используются в текущем исследовании, которые можно использовать для дальнейшего выяснения воздействия нарушений на микробную экосистему.В наших предыдущих исследованиях с использованием анализа WSS с отслеживанием штаммов мы продемонстрировали способность восстанавливать доминирующие штаммы с последующими нарушениями желудочно-кишечного тракта, такими как лечение антибиотиками и хирургические процедуры [33, 34]. В соответствии с этими результатами, мы обнаружили, что люди, перенесшие опорожнение кишечника в результате механического нарушения или спорадической диареи, выздоравливали с почти полным спектром штаммов, предшествующих нарушению кишечника. В совокупности наши результаты показывают, что опорожнение кишечника и спорадическая диарея per se не влияет на восстановление доминирующих штаммов микробов.Действительно, это согласуется с идеей о том, что эти опорожнения кишечника ( e . g . Дефекация) и спорадическая диарея более точно представляют нормальные физиологические процессы, которые не нарушают состав микробных штаммов в нишах желудочно-кишечного тракта [ 49].

Напротив, мы обнаружили доказательства появления новых микробных штаммов после приема пероральных препаратов, используемых для лечения хронических заболеваний. Sun et al. продемонстрировали однородно измененный состав микробного сообщества кишечника с последующим 3-дневным введением метформина 22 пациентам [21].Используя их набор метагеномных данных Sun et al, мы обнаружили, что трехдневное введение метформина является наиболее ярким примером нарушения микробных штаммов в экосистеме кишечника. Согласно нашему анализу отслеживания штаммов, все обследованные лица имели доказательства нарушения стабильности штаммов микробов. Эти результаты согласуются с предыдущим исследованием с использованием анализа гена 16S рРНК, в котором также обнаружено краткосрочное влияние метформина на структуру микробного сообщества кишечника [18]. В отдельном наборе данных по пациентам через 2 и 4 месяца после начала приема метформина мы представили доказательства восстановления штаммов до лечения к 4 месяцам.Одной из особенностей использования метформина является тенденция к увеличению дозы препарата с течением времени, что делается для того, чтобы пациент мог справиться с побочными эффектами диареи и метеоризма. Из нашего анализа отслеживания штаммов мы обнаружили, что степень восстановления пре-штаммов варьировалась у разных людей, что могло коррелировать со способностью человека лучше переносить повышенную дозу метформина. В качестве альтернативы увеличение дозы метформина, который предназначен для улучшения метаболизма глюкозы, может привести к физиологическому состоянию желудочно-кишечного тракта, способствующему повторному появлению второстепенных (недоминантных) штаммов микробов.

Мы также исследовали влияние двух препаратов (MTX и T2) с известной противоревматической активностью на штаммы кишечных микробов. Для лечения Т2 используется Faecalibacterium spp . имели наибольшее количество изменений штаммов, за которыми следовали Bacteroides spp ., в то время как люди, получавшие MTX Bacteroides spp . имели наибольшее количество изменений штамма, за которым следовали Faecalibacterium spp . Было показано, что метотрексат непосредственно проявляет антикомменсальную микробную активность в анализах in vitro , которые могут объяснять изменение штамма [50, 51].T2, насколько нам известно, не обладает антимикробной активностью. Однако Т2 действительно нацелен на экспрессию белка теплового шока, и возможно, что влияние Т2 на микробиом могло быть через разрушение хозяйских клеток в желудочно-кишечном тракте [52].

Нарушение стабильности доминирующего штамма в микробной экосистеме кишечника пероральными препаратами, используемыми в нашем исследовании, вероятно, отражает временный отбор. Со временем преимущество незначительного штамма у некоторых людей теряется, что приводит к восстановлению доминирующего ( i . и . перед лекарством) штаммы. Осознание того, что существуют индивидуальные специфические вариации во времени восстановления доминирующих штаммов, может иметь последствия для здоровья хозяина, учитывая функцию микробов в метаболизме и защиту от вторжения патогенов [49, 53–56]. Мы думаем, что маловероятно, что результаты нашего исследования являются уникальными для метформина, метотрексата или Т2, поскольку было обнаружено, что несколько других лекарств влияют на состав микробного сообщества кишечника [15].В совокупности наши исследования подтверждают концепцию мониторинга состояния микробной экосистемы кишечника после начала применения новых пероральных препаратов в качестве важного компонента для оценки долгосрочного здоровья человека.

Дополнительная информация

S1 Рис. StrainPhlAn по Fukuyama et al. набор данных.

Профилирование штамма было выполнено для Bacteroides vulgatus с использованием StrainPhlAn для всех образцов из набора данных Fukuyama et al. Было построено дерево соединения соседей (NJ), и дерево нарисовано в масштабе с длинами ветвей.Расстояния были рассчитаны с использованием метода максимального совокупного правдоподобия и выражены в единицах количества замен оснований на сайт с использованием MEGA X. Закрашенные цветные прямоугольники, показанные в дереве, соответствуют результату, полученному с помощью анализа WSS.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242021.s001

(TIFF)

S2 Рис. StrainPhlAn по Sun et al. набор данных.

Профилирование штамма было проведено для Bacteroides vulgatus с использованием StrainPhlAn для всех образцов из набора данных Sun et al.Было построено дерево с соединением соседей (NJ), и дерево нарисовано в масштабе с длинами ветвей. Расстояния были измерены с использованием метода максимального совокупного правдоподобия и выражены в единицах количества замен оснований на сайт с использованием MEGA X. Закрашенные цветные прямоугольники, показанные в дереве, соответствуют результату, полученному с помощью анализа WSS.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242021.s002

(TIFF)

S3 Рис. StrainPhlAn по Wu et al. набор данных.

Профиль штамма был проведен для Bacteroides vulgatus с использованием StrainPhlAn во всех (A) образцах лечения плацебо и (B) образцах лечения метформином из набора данных Wu et al.Было построено дерево соединения соседей (NJ), и дерево нарисовано в масштабе с длинами ветвей. Расстояния были рассчитаны с использованием метода максимального совокупного правдоподобия и выражены в единицах количества замен оснований на сайт с использованием MEGA X. Закрашенные цветные прямоугольники, показанные в дереве, соответствуют результату, полученному с помощью анализа WSS.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242021.s003

(TIFF)

S4 Рис. StrainPhlAn по Zhang et al. набор данных.

Профилирование штамма было проведено для Bacteroides vulgatus с использованием StrainPhlAn по всем образцам из набора данных Zhang et al.Было построено дерево с соединением соседей (NJ), и дерево нарисовано в масштабе с длинами ветвей. Расстояния были измерены с использованием метода максимального совокупного правдоподобия и выражены в единицах количества замен оснований на сайт с использованием MEGA X. Закрашенные цветные прямоугольники, показанные в дереве, соответствуют результату, полученному с помощью анализа WSS.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242021.s004

(TIFF)

S2 Таблица. Последовательность считывает информацию.

Исходные файлы последовательностей были секвенированы и депонированы (A) Fukuyama et al., (номер доступа: PRJNA388263), (B) Lloyd-Price et al., (номер доступа: PRJNA398089), (C) Sun et al., (номер доступа: PRJNA486795), (D) Wu et al., (доступ номер: PRJNA361402) и (E) Zhang et al. (инвентарный номер: PRJEB6997). В таблице представлено количество считываний последовательности до и после процессов фильтрации.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242021.s006

(XLSX)

S3 Таблица. Результаты WSS из Fukuyama et al. набор данных.

Все попарные сравнения проводились для людей в периоды до и после опорожнения кишечника (1–10 дней и 21–50 дней).Полученные в результате оценки WSS отображаются в виде числовых значений вместе с гистограммами данных. Показатели WSS, которые были выше пороговых значений (CO), отмечены красным цветом. «CO: NA» = значение CO не присвоено, таким образом исключено, чтобы отличить родственную пару штаммов. «NS» = Нет оценок WSS.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242021.s007

(XLSX)

S4 Таблица. Результаты WSS от Lloyd-Price et al., Набор данных.

Все попарные сравнения проводились для людей в период между ранней и поздней неделей (диапазон от 27 до 44 недель).Результирующие оценки WSS представлены в виде числовых значений вместе с гистограммами данных. Показатели WSS, которые были выше пороговых значений (CO), отмечены красным цветом. «CO: NA» = значение CO не присвоено, таким образом исключено, чтобы отличить родственную пару штаммов.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242021.s008

(XLSX)

S5 Таблица. Результаты WSS от Sun et al. набор данных.

Все попарные сравнения были выполнены для лиц в период до и после 3-дневного лечения метформином.Результирующие оценки WSS представлены в виде числовых значений вместе с гистограммами данных. «CO: NA» = значение CO не присвоено, таким образом исключено, чтобы отличить родственную пару штаммов.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242021.s009

(XLSX)

S6 Таблица. Результаты WSS из Wu et al. набор данных.

Все попарные сравнения проводились для лиц, получавших метформин до и после лечения или плацебо (2 и 4 месяца). В столбце «Номер участника» лица, получавшие метформин, были окрашены в красный цвет, а лица, принимавшие плацебо, - в зеленый.Полученные в результате оценки WSS отображаются в виде числовых значений вместе с гистограммами данных. Показатели WSS, которые были выше пороговых значений (CO), отмечены красным цветом. «CO: NA» = значение CO не присвоено, таким образом исключено, чтобы отличить родственную пару штаммов. «NS» = Нет оценок WSS.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242021.s010

(XLSX)

S7 Таблица. Результаты WSS от Zhang et al. набор данных.

Все попарные сравнения проводились для людей между до и после лечения метотрексатом или Т2 (диапазон от 3 до 16 месяцев).В столбце «Номер участника» лица, получавшие метотрексат, были помечены как «(MTX)», а лица, которые лечились с помощью T2, были помечены как «(T2)». Полученные в результате оценки WSS отображаются в виде числовых значений вместе с гистограммами данных. Показатели WSS, которые были выше пороговых значений (CO), отмечены красным цветом. «CO: NA» = значение CO не присвоено, таким образом исключено, чтобы отличить родственную пару штаммов. «NA» = образец не доступен для анализа.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242021.s011

(XLSX)

S8 Таблица. Пары штаммов из Wu et al. набор данных. Анализ

WSS был проведен для лиц, получавших (A) метформин в течение 3 дней (Sun et al.), (B) плацебо или (C) метформин до 4 месяцев (Wu et al.) И всего Количество пар родственных / неродственных штаммов, обнаруженных у всех сравниваемых видов, было указано в таблице. Затем была рассчитана относительная численность (%) на основе общего количества пар и указана в таблице.

https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0242021.s012

(XLSX)

S9 Таблица. Несвязанные штаммы обнаружены во всех наборах данных, использованных в этом исследовании.

В таблице обобщено количество неродственных штаммов, обнаруженных в каждом наборе данных, использованных в этом исследовании. Цифры в этой таблице соответствуют номерам, показанным на рисунках 1 и 3–6 (красные заштрихованные прямоугольники). NA = Не применимо.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242021.s013

(XLSX)

Благодарности

Мы благодарим группу UAB Information Technology Research Computing за предоставление высокопроизводительной вычислительной поддержки, необходимой для биоинформатического анализа.Мы благодарим Адриенн Эллис за подготовку рукописи. Мы также благодарим UAB School of Medicine за поддержку этого исследования.

Ссылки

  1. 1. Bäckhed F, Fraser CM, Ringel Y, Sanders ME, Sartor RB, Sherman PM, et al. Определение здорового микробиома кишечника человека: современные концепции, будущие направления и клиническое применение. Клетка-хозяин и микроб. 2012; 12 (5): 611–22.
  2. 2. Shaw LP, Bassam H, Barnes CP, Walker AS, Klein N, Balloux F. Моделирование восстановления микробиома после антибиотиков с использованием структуры ландшафта стабильности.Журнал ISME. 2019; 13 (7): 1845–56. pmid: 30877283
  3. 3. Бекаттини С., Таур Ю., Памер Э.Г. Изменения микробиоты кишечника и заболевания, вызванные антибиотиками. Тенденции молекулярной медицины. 2016; 22 (6): 458–78. pmid: 27178527
  4. 4. Детлефсен Л., Хусе С., Согин М.Л., Рельман Д.А. Всестороннее воздействие антибиотика на микробиоту кишечника человека, что выявлено глубоким секвенированием 16S рРНК. PLoS биология. 2008; 6 (11). pmid: 1

    61

  5. 5. Детлефсен Л, Релман Д.А.Неполное восстановление и индивидуальные ответы микробиоты дистальных отделов кишечника человека на повторяющееся воздействие антибиотиков. Труды Национальной академии наук. 2011; 108 (Приложение 1): 4554–61. pmid: 20847294
  6. 6. Джернберг С., Лёфмарк С., Эдлунд С., Янссон Дж. Долгосрочное экологическое влияние приема антибиотиков на микробиоту кишечника человека. Журнал ISME. 2007; 1 (1): 56–66. pmid: 18043614
  7. 7. Паллея А., Миккельсен К.Х., Форслунд С.К., Кашани А., Аллин К.Х., Нильсен Т. и др.Восстановление кишечной микробиоты здоровых взрослых после воздействия антибиотиков. Микробиология природы. 2018; 3 (11): 1255–65. pmid: 30349083
  8. 8. Раймонд Ф., Уамер А.А., Дерасп М., Икбал Н., Гинграс Х., Дриди Б. и др. Исходное состояние микробиома кишечника человека определяет его изменение под действием антибиотиков. Журнал ISME. 2016; 10 (3): 707–20. pmid: 26359913
  9. 9. Дэвид Л.А., Вейл А., Райан Е.Т., Колдервуд С.Б., Харрис Дж. Б., Чоудхури Ф. и др. Последовательность кишечных микробов следует за острой секреторной диареей у людей.mBio. 2015; 6 (3): e00381–15. pmid: 259

  10. 10. Фукуяма Дж., Румкер Л., Шанкаран К., Джеганатан П., Детлефсен Л., Релман Д.А. и др. Многодоменный анализ продольного эксперимента по очистке кишечника от микробиома человека. Вычислительная биология PLoS. 2017; 13 (8): e1005706. pmid: 28821012
  11. 11. Горкевич Г., Таллингер Г. Г., Траяноски С., Лакнер С., Штокер Г., Хинтерлейтнер Т. и др. Изменения микробиоты толстой кишки в ответ на осмотическую диарею.PLoS One. 2013; 8 (2). pmid: 23409050
  12. 12. Сяо А., Ахмед А.С., Субраманиан С., Гриффин Н.В., Дрюри Л.Л., Петри В.А. и др. Члены микробиоты кишечника человека участвуют в выздоровлении от инфекции Vibrio cholerae. Природа. 2014. 515 (7527): 423–6. pmid: 25231861
  13. 13. Яланка Дж., Салонен А., Салоярви Дж., Ритари Дж., Иммонен О, Марчиани Л. и др. Влияние очищения кишечника на микробиоту кишечника. Кишечник. 2015; 64 (10): 1562–8. pmid: 25527456
  14. 14. О’Брайен С.Л., Эллисон Г.Е., Гримпен Ф., Павли П.Влияние подготовки кишечника к колоноскопии на микробиоту кишечника. ПлоС один. 2013; 8 (5). pmid: 23650530
  15. 15. Имханн Ф., Вич Вила А., Бондер М.Дж., Лопес Маносалва А.Г., Коонен Д.П., Фу Дж. И др. Влияние ингибиторов протонной помпы и других часто используемых лекарств на микробиоту кишечника. Кишечные микробы. 2017; 8 (4): 351–8. pmid: 28118083
  16. 16. Бонне Ф, Шин А. Понимание и преодоление желудочно-кишечной непереносимости метформина. Диабет, ожирение и обмен веществ.2017; 19 (4): 473–81. pmid: 27987248
  17. 17. Брункуолл Л., Орхо-Меландер М. Микробиом кишечника как мишень для профилактики и лечения гипергликемии при диабете 2 типа: от текущих человеческих данных к будущим возможностям. Диабетология. 2017; 60 (6): 943–51. pmid: 28434033
  18. 18. Эльбере I, Калнина I, Силамикелис I, Конраде I, Захаренко Л., Секаце К. и др. Связь приема метформина с дисбактериозом кишечного микробиома у здоровых добровольцев. ПлоС один.2018; 13 (9). pmid: 30261008
  19. 19. Форслунд К., Хильдебранд Ф., Нильсен Т., Фалони Дж., Ле Шателье Е., Сунагава С. и др. Выявление противоречий между диабетом 2 типа и метформином в микробиоте кишечника человека. Природа. 2015. 528 (7581): 262–6. pmid: 26633628
  20. 20. Qin J, Li Y, Cai Z, Li S, Zhu J, Zhang F и др. Метагеномное ассоциативное исследование микробиоты кишечника при диабете 2 типа. Природа. 2012. 490 (7418): 55–60. pmid: 23023125
  21. 21. Sun L, Xie C, Wang G, Wu Y, Wu Q, Wang X и др.Микробиота кишечника и кишечная FXR опосредуют клинические преимущества метформина. Природная медицина. 2018; 24 (12): 1919–29. pmid: 30397356
  22. 22. Wu G, Chen J, Hoffman C. Связывание долгосрочных диетических моделей с кишечными микробными энтеротипами. Наука. 2011. 334 (6052): 105–8. PubMed Central PMCID: PMC3368382. pmid: 21885731
  23. 23. Кишикава Т., Маэда Ю., Нии Т., Мотоока Д., Мацумото Ю., Мацусита М. и др. Полнометагеномное ассоциативное исследование микробиома кишечника выявило новую этиологию ревматоидного артрита у населения Японии.Летопись ревматических болезней. 2020; 79 (1): 103–11. pmid: 31699813
  24. 24. Ван Кью, Сюй Р. Многоуровневый анализ взаимодействий кишечника, микробиома и иммунных суставов при ревматоидном артрите на основе данных. BMC Genomics. 2019; 20 (1): 124. pmid: 30744546
  25. 25. Lv Q, Zhang W, Shi Q, Zheng W, Li X, Chen H и др. Сравнение Tripterygium wilfordii Hook F с метотрексатом при лечении активного ревматоидного артрита (TRIFRA): рандомизированное контролируемое клиническое исследование.Летопись ревматических болезней. 2015; 74 (6): 1078–86. pmid: 24733191
  26. 26. Zhang X, Zhang D, Jia H, Feng Q, Wang D, Liang D и др. Микробиомы полости рта и кишечника нарушаются при ревматоидном артрите и частично нормализуются после лечения. Природная медицина. 2015; 21 (8): 895. pmid: 26214836
  27. 27. Чо я, Блейзер MJ. Микробиом человека: на стыке здоровья и болезни. Природа Обзоры Генетики. 2012; 13 (4): 260–70. pmid: 22411464
  28. 28. Кумар Р., Йи Н, Жи Д., Эйперс П., Голдсмит К.Т., Диксон П. и др.Идентификация видов микробов-доноров, которые колонизируют и сохраняются в течение длительного времени у реципиента после фекальной трансплантации для рецидивирующего Clostridium difficile. Биопленки и микробиомы NPJ. 2017; 3 (1): 1–4. pmid: 28649413
  29. 29. Сегата Н. На пути к решенной деформации сравнительной метагеномики. MSystems. 2018; 3 (2): e00190–17. pmid: 29556534
  30. 30. Truong DT, Tett A, Pasolli E, Huttenhower C, Segata N. Структура популяции на уровне штаммов микробов и генетическое разнообразие из метагеномов.Исследование генома. 2017; 27 (4): 626–38. pmid: 28167665
  31. 31. Franzosa EA, Huang K, Meadow JF, Gevers D, Lemon KP, Bohannan BJ и др. Идентификация личных микробиомов с помощью метагеномных кодов. Труды Национальной академии наук. 2015; 112 (22): E2930 – E8. pmid: 25964341
  32. 32. Schloissnig S, Arumugam M, Sunagawa S, Mitreva M, Tap J, Zhu A и др. Пейзаж геномных вариаций микробиома кишечника человека. Природа. 2013. 493 (7430): 45–50. PubMed Central PMCID: PMC3536929.pmid: 23222524
  33. 33. Кумар Р., Грамс Дж., Чу Д.И., Кроссман Д.К., Шталь Р., Эйперс П. и др. Новые геномные варианты микробов в фекальном сообществе пациентов после хирургического вмешательства в верхних отделах желудочно-кишечного тракта человека. Журнал микробиома человека. 2018; 10: 37–42.
  34. 34. Ку Х, Хаким Дж. А., Кроссман Д. К., Кумар Р., Лефковиц Е. Дж., Морроу CD. Индивидуальное восстановление штаммов кишечных микробов после приема антибиотиков. NPJ Biofilms Microbiomes. 2019; 5:30. Epub 22.10.2019. PubMed pmid: 31632686; PubMed Central PMCID: PMC6789009.
  35. 35. Ку Х, Хаким Дж. А., Кроссман Д. К., Лефковиц Е. Дж., Морроу CD. Распространение штаммов кишечных микробов между отобранными отдельными группами близнецов, совместно проживающих на протяжении десятилетий. PLOS One. 2019; 14 (12): e0226111. pmid: 31805145
  36. 36. Ку Х., МакФарланд BC, Хаким Дж. А., Кроссман Д. К., Кроули М. Р., Родригес Дж. М. и др. Индивидуализированная мозаика материнских микробных штаммов передается микробному сообществу кишечника младенца. Королевское общество «Открытая наука». 2020; 7: 1

    . pmid: 32431894

  37. 37.Ллойд-Прайс Дж., Арзе С., Анантакришнан А.Н., Ширмер М., Авила-Пачеко Дж., Пун Т.В. и др. Мультиомикс микробной экосистемы кишечника при воспалительных заболеваниях кишечника. Природа. 2019; 569 (7758): 655–62. pmid: 31142855
  38. 38. Ву Х., Эстев Э., Тремароли В., Хан М. Т., Цезарь Р., Маннерос-Холм Л. и др. Метформин изменяет микробиом кишечника людей с диабетом 2 типа, не получавшим лечения, что способствует терапевтическому эффекту препарата. Природная медицина. 2017; 23 (7): 850. pmid: 28530702
  39. 39.Bolger AM, Lohse M, Usadel B. Trimmomatic: гибкий триммер для данных последовательности Illumina. Биоинформатика. 2014; 30 (15): 2114–20. pmid: 24695404
  40. 40. Лангмид Б, Зальцберг С.Л. Быстрое выравнивание с пропуском чтения с Bowtie 2. Природные методы. 2012; 9 (4): 357. pmid: 22388286
  41. 41. Ли Х, Дурбин Р. Быстрое и точное согласование с длинным считыванием с преобразованием Барроуза-Уиллера. Биоинформатика. 2010. 26 (5): 589–95. pmid: 20080505
  42. 42. Ван дер Аувера Г. А., Карнейро М. О., Хартл С., Поплин Р., Дель Анхель Г., Леви-Самогон А. и др.От данных FastQ до вызовов вариантов с высокой степенью достоверности: конвейер лучших практик Genome Analysis Toolkit. Curr Protoc Bioinformatics. 2013. 43: 11.0.1–33. Epub 2014/11/29. PubMed pmid: 25431634; PubMed Central PMCID: PMC4243306.
  43. 43. Команда RC. R: Язык и среда для статистических вычислений [Руководство по компьютерному программному обеспечению]. Вена, Австрия. 2016.
  44. 44. Сегата Н., Уолдрон Л., Балларини А., Нарасимхан В., Юссон О., Хаттенхауэр С. Профилирование метагеномного микробного сообщества с использованием уникальных маркерных генов, специфичных для клады.Природные методы. 2012; 9 (8): 811. pmid: 22688413
  45. 45. Truong DT, Franzosa EA, Tickle TL, Scholz M, Weingart G, Pasolli E, et al. MetaPhlAn2 для расширенного метагеномного таксономического профилирования. Природные методы. 2015; 12 (10): 902–3. pmid: 26418763
  46. 46. Тамура К., Ней М., Кумар С. Перспективы вывода очень крупных филогений с использованием метода объединения соседей. Труды Национальной академии наук. 2004. 101 (30): 11030–5. pmid: 15258291
  47. 47.Стечер Г., Тамура К., Кумар С. Анализ молекулярной эволюционной генетики (MEGA) для macOS. Молекулярная биология и эволюция. 2020; 37 (4): 1237–9. pmid: 316
  48. 48. Кумар С., Стечер Г., Ли М., Князь С., Тамура К. MEGA X: анализ молекулярной эволюционной генетики на вычислительных платформах. Молекулярная биология и эволюция. 2018; 35 (6): 1547–9. pmid: 29722887
  49. 49. Дональдсон Г.П., Ли С.М., Мазманян СК. Биогеография кишечника бактериальной микробиоты. Обзоры природы микробиологии.2016; 14 (1): 20–32. pmid: 26499895
  50. 50. Bodet CA, Jorgensen J, Drutz D. Антибактериальная активность противоопухолевых средств. Противомикробные средства и химиотерапия. 1985. 28 (3): 437–9. pmid: 2416271
  51. 51. Майер Л., Прутяну М., Кун М., Целлер Г., Тельцеров А., Андерсон Е. Е. и др. Обширное влияние неантибиотических препаратов на кишечные бактерии человека. Природа. 2018; 555 (7698): 623–8. pmid: 29555994
  52. 52. Hingorani SR, Potter JD. Рак поджелудочной железы встречается с богом грома.Наука трансляционная медицина. 2012; 4 (156): 156ps21 – ps21. pmid: 23076355
  53. 53. Боймлер А.Дж., Сперандио В. Взаимодействие между микробиотой и патогенными бактериями в кишечнике. Природа. 2016; 535 (7610): 85–93. pmid: 27383983
  54. 54. Баффи CG, Памер EG. Устойчивость к колонизации, опосредованной микробиотой, против кишечных патогенов. Обзоры природы Иммунология. 2013. 13 (11): 790–801. Epub 2013, 7 октября, pmid: 24096337
  55. 55. Ллойд-Прайс Дж., Абу-Али Дж., Хаттенхауэр К.Здоровый микробиом человека. Геномная медицина. 2016; 8 (1): 1–11. pmid: 26750923
  56. 56. Мейнард К.Л., Элсон КО, Хаттон Р.Д., Уивер Коннектикут. Взаимодействие кишечной микробиоты и иммунной системы. Природа. 2012; 489 (7415): 231. pmid: 22972296

Синдром раздраженного кишечника у детей и подростков

US Pharm. 2015; 40 (5): 46-50.

РЕЗЮМЕ: Синдром раздраженного кишечника (СРК) вызывает дискомфорт и боль в животе и может ухудшить качество жизни у детей и подростков.СРК связан с изменениями функции кишечника, что приводит к диарее и / или запорам. Диагностика включает оценку истории болезни пациента и клинических симптомов, а также применение критериев Рима III. Основными целями лечения СРК у детей и подростков являются улучшение функции брюшной полости и уменьшение дискомфорта или боли, тем самым повышая качество жизни. Фармакологическое лечение полезно в качестве дополнительной краткосрочной терапии, а нефармакологическое лечение, как было широко показано, дает такие же или лучшие результаты у детей и подростков.Фармацевты могут обучать пациентов и их семьи, определять поставщиков педиатрических услуг и общественные ресурсы для лечения СРК, а также гарантировать, что пациенты избегают приема лекарств, которые могут усугубить СРК.

Синдром раздраженного кишечника (СРК) - распространенное заболевание брюшной полости, поражающее детей и подростков. В этой популяции СРК обычно проявляется в виде боли в животе и сопровождается изменениями кишечника, включая диарею, запор и чередование диареи и запора. СРК может быть изнурительным и негативно сказываться на качестве жизни молодых пациентов, что приводит к снижению посещаемости школы и увеличению расходов на здравоохранение.Частота и распространенность абдоминальной боли, связанной с СРК, у детей и подростков колеблется от 8% до 17% и от 13% до 38% соответственно. 1 Причина СРК до конца не выяснена; предполагаемые факторы включают инфекцию, воспаление, висцеральную гиперчувствительность, аллергию и перистальтику кишечника. Изменения кишечника, наблюдаемые у пациентов с СРК, были связаны с состоянием дисрегуляции желудочно-кишечной (GI) кишечной системы и центральной нервной системы, что приводит к изменениям моторики и дисфункции иммунной системы GI. 2 В этой статье рассматривается СРК, его диагностика и доступные стратегии ведения детей и подростков.

Специального теста для диагностики СРК нет. Следовательно, получение подробного анамнеза пациента и клинических симптомов остается чрезвычайно важным для диагностики. СРК диагностируется путем применения критериев Рима III ( ТАБЛИЦА 1 ) и исключения тревожных симптомов, которые могут быть вызваны другими органическими заболеваниями ЖКТ. Критерии Рима III определяют группы симптомов для различных функциональных расстройств желудочно-кишечного тракта, включая СРК. 3-5

Критерии Рима III определяют СРК как повторяющуюся боль или дискомфорт в животе, которые связаны с нарушениями дефекации и изменениями консистенции стула. Соответственно, повторяющиеся боли в животе или дискомфорт в течение 3 или более дней в месяц в предшествующие 3 месяца, которые связаны с двумя или более из следующих состояний, являются диагностикой СРК: улучшение симптомов при дефекации; начало связано с изменением формы и / или внешнего вида стула; ненормальная частота стула; натуживание при дефекации; срочность или ощущение дефекации; слизь в стуле; и вздутие живота. 6 Тревожные симптомы, указывающие на более серьезное заболевание брюшной полости или желудочно-кишечного тракта, отличное от СРК, включают анемию, потерю веса, ректальное кровотечение, ночную или прогрессирующую боль в животе, тяжелую диарею или рвоту, задержку полового созревания, лихорадку неизвестного происхождения и семейные обстоятельства. воспалительные заболевания кишечника в анамнезе.

Основная цель лечения СРК у детей и подростков - контролировать симптомы и устранять факторы, которые могут усугубить состояние. 7 Факторы, которые могут усугубить СРК, включают диету и стресс.Полезные подходы к лечению СРК включают фармакологические и нефармакологические методы.

Фармакологическое управление

Несколько классов фармакологических агентов могут принести пользу пациентам с СРК, в зависимости от механизмов действия этих агентов. Среди них спазмолитики, антидепрессанты, кислотоподавляющие средства, прокинетические агенты и антибиотики ( ТАБЛИЦА 2 ). В настоящее время данных недостаточно для поддержки использования любого фармакологического средства в качестве терапии первой линии при СРК у детей и подростков.Следовательно, выбор и использование агентов, рассмотренных ниже, должны быть адаптированы к индивидуальному пациенту и ограничиваться краткосрочной терапией.

Спазмолитики: При СРК с преобладающей диареей могут быть полезны спазмолитики. Агенты, обладающие как спазмолитическими, так и антихолинергическими свойствами, такие как дицикломин и гиосциамин, эффективно используются при симптомах боли в желудочно-кишечном тракте у педиатрических пациентов. 8 Спазмолитики уменьшают чрезмерную сократительную способность и моторику ЖКТ, ответственных за диарею.

Дицикломин действует непосредственно на гладкую мускулатуру ЖКТ, оказывая спазмолитическое действие, и на мускариновые рецепторы, вызывая антихолинергические эффекты. 8 Использование дицикломина у детей младше 6 месяцев противопоказано. Кроме того, данные о безопасности и эффективности у пациентов моложе 18 лет отсутствуют. Следовательно, применение дицикломина рекомендуется только пациентам старше 18 лет. Побочные эффекты включают тахикардию, спутанность сознания, галлюцинации, невозможность мочеиспускания, жажду, потоотделение, а также горячую и сухую кожу.

Гиосциамин рекомендуется для лечения СРК у детей старше 2 лет. 8 Побочные эффекты гиосциамина включают сердцебиение, головные боли, галлюцинации, снижение потоотделения и мидриаз. Другой агент, лоперамид, действует на опиатные рецепторы в стенке желудочно-кишечного тракта, ингибируя высвобождение ацетилхолина и простагландина и уменьшая перистальтику и время прохождения через кишечник. 8 Лоперамид показан при диарее, связанной с СРК. Основными побочными эффектами лоперамида являются запор, вздутие живота и судороги, а также головокружение.

Антидепрессанты: Сообщается, что антидепрессанты эффективны при лечении СРК у детей. 9,10 Эти агенты могут быть полезны как при боли, так и при запоре. Было показано, что трициклический антидепрессант амитриптилин эффективен при низких дозах. Эффективность амитриптилина при СРК связана с его модулирующим действием на различные нейромедиаторы ЖКТ, включая норадреналин, ацетилхолин и гистамин. Амитриптилин действует как на рецепторы норэпинефрина, так и на серотонин, уменьшая восприятие боли; на мускариновые рецепторы, чтобы влиять на их антихолинергическую активность, замедляя время прохождения через желудок и улучшая диарею, но усугубляя запор; и на рецепторы гистамина для уменьшения секреции кислоты, улучшения диспепсии.Побочным эффектом является сердечная аритмия, вторичная по отношению к удлинению интервала QT, требующая мониторирования ЭКГ и седации; с этим можно справиться, вводя дозу перед сном. 11

Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС): Серотонин является важным нейромедиатором ЖКТ, который модулирует перистальтику толстой кишки. СИОЗС могут быть полезны при симптомах СРК, особенно при запоре, потому что они предотвращают обратный захват серотонина, тем самым увеличивая его концентрацию на рецепторном участке и повышая тонус толстой кишки, что улучшает регулярность кишечника. 12 Однако исследований по использованию СИОЗС для лечения СРК у детей недостаточно. Кроме того, предупреждение в виде черного ящика о возможности суицидальных мыслей у молодых людей представляет собой серьезное препятствие для рутинного рассмотрения вопроса об использовании СИОЗС у подростков с СРК.

Кислотоподавители: Кислотоподавляющие препараты, такие как блокаторы гистамина 2 и ингибиторы протонной помпы (ИПП), обычно используются для лечения боли в животе у детей. 13 Фамотидин использовался при болях в животе, связанных с диспепсией, хотя специальных исследований у педиатрических пациентов с СРК нет. В качестве альтернативы можно использовать ранитидин. Побочные эффекты включают головные боли, головокружение, запор и диарею. 13

Омепразол, ИПП, рекомендуется детям и подросткам. 14 Побочные эффекты включают боль в животе, диарею, метеоризм, рвоту и головную боль. Альтернативы омепразолу включают эзомепразол, лансопразол, пантопразол и рабепразол.

Prokinetics: Прокинетические агенты стимулируют моторику желудочно-кишечного тракта, используя различные механизмы для улучшения СРК, включая запор. 15 Эритромицин, агонист рецепторов моторики, стимулирует гладкомышечные клетки желудочно-кишечного тракта, улучшая время прохождения через желудок. Прием 1-2 мг / кг / доза перорально три-четыре раза в день может быть полезным при болевых симптомах и диспепсии. Однако нет исследований, подтверждающих использование эритромицина специально у педиатрических пациентов с СРК.Любипростон, активатор хлоридных каналов 2 типа, вырабатывает электролиты и секрецию жидкости в тонком кишечнике, а также стимулирует перистальтику толстой кишки. 16 Любипростон, который полезен при СРК, сопровождающемся запором, одобрен для пациентов с СРК в подростковом возрасте старше 18 лет. Рекомендуемая дозировка составляет 8 мкг два раза в день во время еды. У пациентов с нарушением функции печени частоту следует снизить до одного раза в день. Побочные эффекты, часто сопровождающие прием лубипростона, включают вздутие живота и боль, диарею, метеоризм и головные боли.

Антибиотики: Было показано, что инфекции ЖКТ приводят к СРК, особенно у молодых. У детей и подростков более длительная инфекция ЖКТ увеличивает риск развития СРК. Метаанализ показал причинную связь между острой инфекцией ЖКТ и заболеваемостью СРК у детей и подростков. Причина СРК, вызванного инфекцией желудочно-кишечного тракта, точно не определена, но предполагается, что это расстройство связано с повышенной кишечной проницаемостью и утечкой, воспалением слизистой оболочки и изменениями микрофлоры кишечника, которые приводят к дисфункции слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. 17 Рутинное применение антибиотиков у детей с СРК, вызванным постинфекцией, не рекомендуется, поскольку это потенциально может привести к устойчивости к антибиотикам, а также существует сложность выбора подходящего антибиотика, особенно если не было избыточного бактериального роста в тонкой кишке. продемонстрировал.

Нефармакологическое лечение

Ограничение питания: Пробная безлактозная диета может быть полезной для детей старшего возраста и подростков.Дефицит лактозы не редкость у детей младшего возраста, но в настоящее время нет исследований, рекомендующих рутинное использование диеты с ограничением лактозы для лечения СРК у педиатрических пациентов. Непереносимость фруктозы из-за мальабсорбции углеводов - в основном фруктозы из кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы во многих пищевых продуктах, потребляемых детьми и подростками, - была связана с осмотической диареей и образованием газов в толстой кишке в результате ферментации. Было показано, что ограничение фруктозы у детей с симптомами СРК приводит к устойчивому улучшению. 18

Волокно: Диета с высоким содержанием клетчатки может быть полезна при СРК, сопровождающемся запором. По данным клинических испытаний, эффективность таких волокон, как отруби, шелуха и метилцеллюлоза, составляет около 10%. Отрицательные стороны волоконной терапии заключаются в том, что она не уменьшает болевые симптомы и может усугубить метеоризм и вздутие живота. 19

Ферментируемые углеводы: Было показано, что ферментируемые олиго-, ди- и моносахариды и полиолы (FODMAP) вызывают симптомы ЖКТ, такие как боль, вздутие живота, метеоризм и диарея, у пациентов с СРК. 20 Диета FODMAP показала себя многообещающей в уменьшении боли в животе, вздутия живота, метеоризма и диареи у пациентов, которые следовали ей до 6 месяцев. 21

Пробиотики: Несколько исследований пробиотиков у педиатрических пациентов показали улучшение многих симптомов СРК, таких как боль в животе, частота стула, вздутие живота, слизь, кровь в стуле, напряжение и позывы. испражняться. 22,23 В исследованиях оценивали эффекты различных пробиотиков, вводимых детям с СРК в течение 12 недель, и сравнивали результаты с результатами у детей, получавших плацебо.Было высказано предположение, что наблюдаемые полезные действия пробиотиков связаны с несколькими свойствами микроорганизмов в составе пробиотиков, включая усиление барьерной функции кишечника; подавление способности патогенов связываться со стенкой кишечника и вызывать повреждение; модулирование воспалительной реакции кишечника на травму; снижение реакции висцеральной гиперчувствительности на воспаление и психологический стресс; и стабилизация микрофлоры толстой кишки и ферментационная активность. 23

Иглоукалывание: Иглоукалывание, одна из форм традиционной китайской медицины, веками использовалось для лечения различных состояний.Известно, что он снижает секрецию желудочного сока, увеличивает перистальтику желудка и уменьшает висцеральную боль. 24 Иглоукалывание может быть полезным для лечения СРК с запором у детей и подростков, хотя нет контролируемых исследований, специально оценивающих его использование в этих группах населения. 25

Когнитивно-поведенческая терапия (КПТ): КПТ - это форма психотерапии, основанная в основном на взаимодействии между мыслями, чувствами и поведением.Основная терапевтическая цель КПТ - улучшить навыки совладания и решения проблем, которые могут помочь пациентам лучше идентифицировать триггеры СРК и улучшить их неадаптивные реакции на эти триггеры. Изученные методы включают наблюдение за симптомами, чувствами и поведением; документирование реакции на усвоенную релаксацию; и использование стратегий отвлечения, а также механизмов положительного и отрицательного подкрепления. КПТ полезна при лечении СРК у детей и подростков, особенно когда СРК сопровождается болевыми симптомами.Исследования КПТ у детей в возрасте от 5 до 18 лет показали, что она так же полезна, как диетические или фармакологические вмешательства при лечении соматических симптомов СРК. 26 Однако КПТ может быть недоступна для многих детей из-за ограниченного числа и доступности квалифицированных педиатров.

Гипнотерапия: Гипнотерапия помогает уменьшить сокращение толстой кишки и нормализовать аномальные висцеральные импульсы, тем самым улучшая симптомы у пациентов с СРК и улучшая восприятие состояния.В нескольких исследованиях сообщалось об эффективности гипнотерапии у детей с СРК. 27-30 Как и в случае с КПТ, ограниченное количество детских гипнотерапевтов может ограничивать доступность, но это можно смягчить, используя записанную управляемую терапию дома. В рандомизированном исследовании, оценивающем использование самостоятельной предварительной записи дома, у детей, получавших этот метод, наблюдалось уменьшение симптомов. Улучшения, достигнутые с использованием предварительных записей, сохранялись в течение 6 месяцев после завершения исследования. 31

Имея широкую доступность для населения, фармацевты могут сыграть определенную роль в лечении СРК у детей и подростков. Фармацевты должны понимать признаки, симптомы и проявления СРК, а также варианты лечения. При встрече с пациентом с симптомами и диагнозом СРК фармацевты могут успокоить пациентов, семьи и лиц, осуществляющих уход, проконсультировав их о расстройстве и о соответствующем уходе. Фармацевты могут найти педиатрических терапевтов КПТ или гипнотерапевтов, а также другие ресурсы сообщества для управления СРК.Фармацевты должны регулярно определять лекарства, которые могут усилить боль, запор и диарею, связанные с СРК, и рекомендовать пациентам не принимать такие продукты. Наконец, фармацевты могут контролировать терапию пациента для достижения соответствующих результатов и управлять или предотвращать побочные эффекты назначенных фармакологических агентов.

СРК остается распространенным заболеванием с высокой распространенностью у детей и подростков. СРК вызывает тревогу и негативно влияет на школьную и социальную жизнь пациентов. Фармацевты имеют уникальные возможности для достижения лучших результатов лечения, обучая родителей или опекунов детей и подростков с СРК вариантам терапии, а также обеспечивая пациентам доступ к полезным ресурсам и обученным педиатрам в их сообществе.

ССЫЛКИ

1. Сапс М., Сешадри Р., Штайнберг М. и др. Проспективное школьное исследование боли в животе и других распространенных соматических жалоб у детей. Дж. Педиатр . 2009; 154: 322-326.
2. Эль-Матари В., Спрей С, Сандлин Б. Синдром раздраженного кишечника: наиболее частая причина повторяющихся болей в животе у детей. Eur J Педиатр . 2004; 163: 584-588.
3. Мерин Ф., Лейси Б.Е. Диагностические критерии при СРК: полезно или нет? Нейрогастроэнтерол Мотил .2012; 24: 791-801.
4. Дроссман Д.А. Функциональные желудочно-кишечные расстройства и Римский процесс III. Гастроэнтерология . 2006; 130: 1377-1390.
5. Шпигель Б.М., Фарид М., Эсраилиан Э. и др. Синдром раздраженного кишечника - это диагноз исключения ?: опрос врачей первичного звена, гастроэнтерологов и экспертов по СРК. Ам Дж. Гастроэнтерол . 2010; 105: 848-858.
6. Halpert AD. Важность ранней диагностики у пациентов с синдромом раздраженного кишечника. Постградская медицина .2010; 122: 102-111.
7. Пол С.П., Барнард П., Бигвуд С., Кэнди, округ Колумбия. Проблемы лечения синдрома раздраженного кишечника у детей. Индийский педиатр . 2013; 50: 1137-1143.
8. Ford AC, Talley NJ, Spiegel BM, et al. Влияние клетчатки, спазмолитиков и масла мяты перечной в лечении синдрома раздраженного кишечника: систематический обзор и метаанализ. BMJ . 2008; 337: а2313.
9. Бахар Р.Дж., Коллинз Б.С., Стейнмец Б., Амент МЭ. Двойное слепое плацебо-контролируемое испытание амитриптилина для лечения синдрома раздраженного кишечника у подростков. Дж. Педиатр . 2008; 152: 685-689.
10. Сапс М., Юссеф Н., Миранда А. и др. Многоцентровое рандомизированное плацебо-контролируемое исследование амитриптилина у детей с функциональными желудочно-кишечными расстройствами. Гастроэнтерология . 2009; 137: 1261-1269.
11. Гутгеселл Х., Аткинс Д., Барст Р. и др. Сердечно-сосудистый мониторинг детей и подростков, получающих психотропные препараты: заявление для медицинских работников от Комитета по врожденным сердечным дефектам, Совета по сердечно-сосудистым заболеваниям у молодежи, Американской кардиологической ассоциации. Тираж. 1999; 99s: 979-982.
12. Лебель А.А. Фармакология. J Педиатр Гастроэнтерол Нутр. 2008; 47: 703-705.
13. См. MC, Birnbaum AH, Schechter CB, et al. Двойное слепое плацебо-контролируемое испытание фамотидина у детей с абдоминальной болью и диспепсией: глобальная и количественная оценка. Dig Dis Sci . 2001; 46: 985-992.
14. Гиббонс Т.Э., Золото BD. Применение ингибиторов протонной помпы у детей: всесторонний обзор. Детские лекарства .2003; 5: 25-40.
15. Tack J. Прокинетики и миорелаксанты при функциональных расстройствах верхних отделов желудочно-кишечного тракта. Curr Opin Pharmacol. 2008; 8: 690-696.
16. Дроссман Д.А., Чей В.Д., Джонсон Дж. Ф. и др. Любипростон у пациентов с синдромом раздраженного кишечника, связанным с запором - результаты двух рандомизированных плацебо-контролируемых исследований. Алимент Фармакол Тер . 2009; 29: 329-341.
17. Табан М., Коттаччи Д. Т., Маршалл Дж. Систематический обзор и мета-анализ: частота и прогноз постинфекционного синдрома раздраженного кишечника. Алимент Фармакол Тер . 2007; 26: 535-544.
18. Гомара Р., Халата М., Ньюман Л. и др. Непереносимость фруктозы у детей с болями в животе. J Педиатр Гастроэнтерол Нутр . 2008; 47: 303-308.
19. Snook J, Shephard HA. Добавки отрубей при лечении синдрома раздраженного кишечника. Алимент Фармакол Тер . 1994: 8: 511-514.
20. Lozinsky AC, Boé C, Palmero R, Fagundes-Neto U. Мальабсорбция фруктозы у детей с функциональными расстройствами пищеварения. Арг Гастроэнтерол . 2013; 50: 226-230.
21. de Roest RH, Dobbs BR, Chapman BA, et al. Диета с низким содержанием FODMAP улучшает желудочно-кишечные симптомы у пациентов с синдромом раздраженного кишечника: проспективное исследование. Инт Дж. Клин Практик . 2013; 67: 895-903.
22. Huertas-Ceballos A, Logan S, Bennett C, Macarthur C. Психосоциальные вмешательства при рецидивирующей боли в животе (RAP) и синдроме раздраженного кишечника (IBS) в детстве. Кокрановская база данных Syst Rev . 2008; (1): CD003014.
23. Bu LN, Chang MH, Ni YH, et al. Lactobacillus casei rhamnosus Lcr35 у детей с хроническим запором. Педиатр Интерн. . 2007; 49: 485-490.
24. Шнайдер А., Энк П., Стрейтбергер К. и др. Лечение иглоукалыванием при синдроме раздраженного кишечника. Кишечник . 2006; 55: 649-654.
25. Лембо А.Дж., Конбой Л., Келли Дж. М. и др. Испытание лечения иглоукалыванием у пациентов с СРК. Ам Дж. Гастроэнтерол . 2009; 104: 1489-1497.
26. Бройде Э., Пинтов С., Портной С. и др.Эффективность иглоукалывания при лечении запоров у детей. Dig Dis Sci . 2001; 46: 1270-1275.
27. Vliegar AM, Rutten JM, Govers AM, et al. Долгосрочное наблюдение кишечной гипнотерапии по сравнению со стандартной терапией у детей с функциональной болью в животе или синдромом раздраженного кишечника. Ам Дж. Гастроэнтерол . 2012; 107: 627-631.
28. Адинолфи Б., Гава Н. Исследования детского клинического гипноза с контролируемыми результатами. Acta Biomed. 2013; 84: 94-97.
29. Whorwell PJ.Гинотерапия: лечение первой линии для детей с синдромом раздраженного кишечника? Арч Дис Детский . 2013; 98: 243-244.
30. Gulewitsch MD, Müller J, Hautzinger M, Schlarb AA. Краткое гипнотерапевтическое поведенческое вмешательство при функциональной боли в животе и синдроме раздраженного кишечника в детстве: рандомизированное контролируемое исследование. Eur J Педиатр . 2013; 172: 1043-1051.
31. van Tillburg MA, Chitkara DK, Palsson OS, et al. Лечение с использованием аудиозаписей и визуализаций уменьшает функциональную боль в животе у детей: пилотное исследование. Педиатрия . 2009; 124: e890-e897.
32. RxList (Индекс Интернет-наркотиков). www.rxlist.com. По состоянию на 27 декабря 2014 г.

Чтобы прокомментировать эту статью, обращайтесь по адресу [email protected]pharmacist.com.

Бактериальное дезаминирование кишечника остаточного препарата леводопа от болезни Паркинсона | BMC Biology

Рост и инкубация

Clostridium sporogenes и Eggerthella lenta

Clostridium sporogenes ATCC15579 выращивали в обогащенном говяжьем бульоне (EBB) с 2 г / л глюкозы [14] и 0.1% Твин 80 (EBB / T) анаэробно (10% H 2 , 10% CO 2 , 80% N 2 ) на рабочей станции Don Whitley Scientific DG250 (LA Biosystems, Waalwijk, Нидерланды) на 37 ° C. Eggerthella lenta DSM2243 выращивали на модифицированной среде DSMZ 78 (DSMZ 78: экстракт говядины, 10,0 г / л; казитон, 30,0 г / л; дрожжевой экстракт, 5,0 г / л; K 2 HPO 4 , 5,0 г. / Л, твин 80, 0,1%, менадион (витамин К3), 1 мкг / мл, цистеин, 0,5 г / л, гемин, 5 мг / л, l-аргинин, 0,1–1.5%) анаэробно (1,5% H 2 , 5% CO 2 , баланс с N 2 ) в анаэробной камере Coy Laboratory (neoLab Migge GmbH, Гейдельберг, Германия) при 37 ° C в шейкере для пробирок при 500 об / мин. После использования бактерии инокулировали из запасов глицерина при -80 ° C в соответствующие среды и выращивали в течение 18-24 часов для C. sporogenes и 24-40 часов для E. lenta . Затем ночные мутные культуры разбавляли 1/50 в соответствующем объеме EBB / T или CMM для дальнейших экспериментов с 100 мкМ леводопа (D9628, Sigma), 5-гидрокситритофаном (H9772, Sigma), 50 мкМ 3- (3,4-дигидроксифенил). ) пропионовая кислота (102601, Sigma) или H 2 O в качестве контроля.Все эксперименты проводили в трех повторностях (3 биологических повтора).

Производство и очистка белка

Гены, кодирующие трансаминазу, из C. sporogenes (дополнительный файл 1: таблица S3) амплифицировали с использованием высокоточной ДНК-полимеразы Phusion и праймеров, перечисленных в дополнительном файле 1: таблица S3. Все амплифицированные гены были клонированы в pET15b, за исключением EDU37032, который был клонирован в pET28b (дополнительный файл 1: таблица S3). Плазмиды поддерживали в E. coli DH5α и проверяли секвенированием по Сэнгеру перед трансформацией в E.coli BL21 (DE3). Ночные культуры разводили 1:50 в свежей среде LB с подходящим антибиотиком и выращивали до OD600 = 0,7–0,8 при встряхивании при 37 ° C. Трансляцию белка индуцировали с помощью 1 мМ изопропил-β-d-1-тиогалактопиранозида (IPTG, 11411446001, Roche Diagnostics), и культуры инкубировали в течение ночи при 18 ° C. Клетки промывали 1/5 объема в 1 × ледяном PBS и хранили при -80 ° C или использовали непосредственно для выделения белка. Осадки клеток размораживали на льду и ресуспендировали в 1/50 буфера А (300 мМ NaCl; 10 мМ имидазол; 50 мМ KPO4, pH 8.0), содержащего 0,2 мг / мл лизоцима (105281, Merck) и 2 мкг / мл ДНКазы (11284

1, Roche Diagnostics), и инкубировали не менее 10 мин на льду перед обработкой ультразвуком (10 циклов по 15 с с 30-секундным охлаждением до 8 мкм. амплитуда) с помощью Soniprep-150 plus (Beun de Ronde, Abcoude, Нидерланды). Клеточный дебрис удаляли центрифугированием при 20 000 × g в течение 20 мин при 4 ° C. Белки с 6-кратной гист-меткой очищали с использованием агарозной матрицы никель-нитрилотриуксусной кислоты (Ni-NTA) (30250, Qiagen). Бесклеточные экстракты загружали на 0.5 мл матрицы Ni-NTA и инкубировали на роликовом шейкере в течение 2 ч при 4 ° C. Матрицу Ni-NTA трижды промывали 1,5 мл буфера B (300 мМ NaCl; 20 мМ имидазол; 50 мМ KPO4, pH 8,0) перед элюированием буфером C (300 мМ NaCl; 250 мМ имидазол; 50 мМ KPO4, pH 8,0). ). Имидазол удаляли из очищенных белковых фракций с использованием центрифужных фильтров Amicon Ultra (UFC505024, Merck), трижды промывали и восстанавливали в буфере D (50 мМ трис-HCl; 300 мМ NaCl; pH 7,5). Концентрации белка измеряли спектрофотометрически (Nanodrop 2000, Isogen, De Meern, Нидерланды) с использованием прогнозируемого коэффициента экстинкции и молекулярной массы из инструмента ExPASy ProtParam (www.web.expasy.org/protparam/).

Тест активности трансаминаз

Очищенные трансаминазы инкубировали с 1 мМ субстрата, 2 мМ α-кетоглутаровой кислоты и 0,1 мМ PLP (пиридоксаль-5-фосфат, P9255, Sigma, Нидерланды) в буфере D с концентрацией фермента 50. нМ для тирозина, триптофана или 5-HTP в качестве субстрата и концентрация фермента 500 нМ для фенилаланина и леводопа в качестве субстрата. Ферментные реакции инкубировали 0,5 ч при 37 ° C; реакции были остановлены с помощью 0.7% (об. / Об.) Хлорная кислота (1: 1). Активность трансаминаз тестировали с использованием набора для определения l-глутаминовой кислоты (K-GLUT, Megazyme Inc., Wicklow, Ирландия) в соответствии с процедурой микропланшетного анализа производителя с некоторыми модификациями. Поставляемый буфер был заменен буфером D (описанным выше, чтобы предотвратить окисление субстратов / продуктов). Приготовили реакционную смесь из 50 мкл буфера D, 10 мкл реакционной смеси для гашеного образца, 20 мкл раствора NAD + / йодонитротетразолия хлорида, 5 мкл раствора диафоразы и 5 мкл раствора глутаматдегидрогеназы (GIDH) и восстановили до конечного объема 290 мкл с H 2 O.Поглощение при 492 нм измеряли после 10 мин инкубации с использованием считывающего устройства для микропланшетов (спектрофотометр Synergy HTX, BioTek, BioSPX, Нидерланды), и фон вычитали из начального считывания перед добавлением раствора GIDH.

Целевой мутагенез

Нарушения генов в Clostridum sporogenes проводили с использованием системы ClosTron [42, 43]. Эта система способствует целенаправленному мутагенезу с использованием интрона Ll.LtrB группы II Lactococcus lactis .Интроны, нацеленные на fldC (CLOSPO_311) или CLOSPO_1732 (кодирование трансаминазы), были созданы с использованием инструмента дизайна интронов ClosTron (http://www.clostron.com) и были заказаны в pMTL007C-E2 в ATUM (Ньюарк, Калифорния, США). ), что приводит к pMTL007C-E2_Cs-fldC-561a и pMTL007C-E2_Cs-CLOSPO_1732-493s соответственно. Плазмиды были перенесены в C. sporogenes путем конъюгации, как описано ранее [43], с использованием E. coli CA434 ( E. coli HB101 (Bio-Rad Laboratories, Нидерланды)), несущего широкий хозяин IncPß + , конъюгированный плазмида pRK24 [44] как донорский штамм. E. coli CA434, несущий pMTL007C-E2_Cs-fldC-561a или pMTL007C-E2_Cs-CLOSPO_1732-493s, был выращен в бульоне Лурия (LB) с 10 мкг / мл тетрациклина PM и 25 мкг / мл (для выбора хлорамфенола 24C) E2 соответственно). Суспензии клеток из 1 мл ночной культуры промывали один раз PBS и осадок клеток ресуспендировали в 200 мкл ночной суспензии клеток C. sporogenes . Бактериальную смесь наносили каплями по 10 мкл на чашки с триптиказо-соевым агаром (TSA) и инкубировали в течение 24 ч в анаэробных условиях при 37 ° C.Последовательно к планшетам с пятнами добавляли 1 мл PBS и смесь донор-реципиент соскребали с планшета; последовательно соскобленную суспензию распределяли по чашкам с TSA, содержащим 50 мкг / мл неомицина (для предотвращения роста E. coli ) и 15 мкг / мл хлорамфеникола для отбора конъюгатов C. sporogenes . Устойчивые к хлорамфениколу колонии C. sporogenes повторно наносили штрихами на чашки TSA, содержащие 50 мкг / мл неомицина и 2,5 мкг / мл эритромицина (для выбора для вставки интрона), несколько раз.Чтобы убедиться, что плазмиды были интегрированы, колонии были проверены и отобраны на их чувствительность к хлорамфениколу, а геномная ДНК была проверена с помощью ПЦР (дополнительный файл 1: рис. S1F и 2A).

Образцы кала от пациентов с болезнью Паркинсона и здорового контроля соответствующего возраста

Образцы кала от пациентов с диагнозом БП ( n = 10) и здорового контроля соответствующего возраста ( n = 10) были взяты из группы двигательного расстройства. Center в Медицинском центре Университета Раша, Чикаго, Иллинойс, США, опубликовано ранее [34].Все испытуемые дали согласие на использование своих образцов для исследования. БП диагностировали в соответствии с критериями банка мозга Великобритании, как описано ранее [34]. Субъектам исследования были предоставлены расходные материалы и инструкции по сбору фекалий в домашних условиях с использованием системы газогенерирующих пакетов BD Gaspak EZ Anaerobe с индикатором (Ref 260683; Becton, Dickinson and Company, Sparks, MD), чтобы свести к минимуму воздействие фекалий до высоких концентраций. кислородная атмосфера, которая может изменить микробиоту. Испытуемых просили опорожнить кишечник в течение 24 часов после посещения в рамках исследования.Перед тем, как принести анаэробный мешок с фекалиями в больницу, испытуемые хранили запечатанный анаэробный мешок с фекалиями в холодной среде. Затем образцы фекалий немедленно хранили при -80 ° C до анализа.

Инкубация фекальных метаболитов пациентов с PD и HC

Образцы стула суспендировали 1: 1 (вес / объем) в EBB / T и инкубировали анаэробно (10% H 2 , 10% CO 2 , 80% N 2 ) в рабочей станции Don Whitley Scientific DG250 (LA Biosystems, Waalwijk, Нидерланды) при 37 ° C со 100 мкМ 3- (3,4-дигидроксифенил) -DL-лактатом натрия (39363, Sigma).Образцы отбирали через 0, 20 и 45 ч и анализировали с помощью ВЭЖХ-ED, как описано ниже.

ВЭЖХ-ED / УФ-анализ и подготовка образцов

Для суспензий бактериальных клеток 1 мл метанола добавляли к 0,25 мл клеточной суспензии и хранили при -20 ° C до дальнейшего использования. Для инкубации фекальных метаболитов 300 мкл метанола добавляли к 75 мкл фекальной суспензии и хранили при -20 ° C до дальнейшего использования. Метаболиты из образцов стула экстрагировали путем суспендирования стула в воде в соотношении 1: 1 (мас. / Об.) С последующей гомогенизацией путем интенсивного встряхивания, сохраняя образцы как можно более холодными.Гомогенизированные суспензии центрифугировали при 3500 × g в течение 20 мин при 4 ° C и последовательно к 0,4 мл супернатанта добавляли 1,6 мл метанола. Из образцов бактериальной инкубации, фекалий или стула клетки и белковые осадки удаляли центрифугированием при 20 000 × g в течение 10 мин при 4 ° C. Супернатант переносили в новую пробирку, и фракцию метанола упаривали в скоростной вакуумной сушилке Savant (SPD131, Fisher Scientific, Landsmeer, Нидерланды) при 60 ° C в течение 1.5–2 ч. Водную фракцию восстанавливали 0,7% HClO 4 до необходимого объема. Образцы фильтровали и вводили в систему HPLC-ED (Alliance Separations Module 2695, Waters Chromatography BV, Etten-Leur, Нидерланды; электрохимический детектор Dionex ED40, Dionex, Саннивейл, США, с рабочим электродом из стеклоуглерода (амперометрия постоянного тока при 0,8 или 1,0 В, с Ag / AgCl в качестве электрода сравнения)). Образцы анализировали на колонке C18 (Kinetex 5 мкМ, C18 100 Å, 250 × 4,6 мм, Phenomenex, Утрехт, Нидерланды) с использованием градиента вода / метанол с 0.1% муравьиная кислота (0–10 мин, 95–80% H 2 O; 10–20 мин, 80–5% H 2 O; 20–23 мин, 5% H 2 O; 23– 31 мин, 95% H 2 O). Метаболиты фекальной суспензии вводили дважды и анализировали при амперометрии постоянного тока при 0,8 В (для DHPPA) и при 1,0 В (для 3-HPPA). Снижение напряжения делает обнаружение более селективным для более легко окисляемых соединений [45], таких как DHPPA, но делает 3-HPPA невидимым для обнаружения. Для обнаружения метаболитов C. sporogenes и выделения пиков использовали другую систему HPLC-ED (Jasco AS2059 plus autosampler, Jasco Benelux, Утрехт, Нидерланды; насос Knauer K-1001, Separations, H.I. Ambacht, Нидерланды) с тем же детектором (ED40) и тем же градиентом, что и описанный выше. Метаболиты фенилаланина были обнаружены путем введения тех же образцов в систему HPLC-UV (Alliance Separations Module 2695, Waters Chromatography B.V, Etten-Leur, Нидерланды; УФ-детектор TSP UV6000LP (длина волны 260 нМ) Thermo Scientific, Нидерланды). Образцы для выделения пика разделяли на колонке Vydac Semi-preparative C18 (218TP510, 5 мкм, 300 Å, 10 мм × 250 мм, VWR International B.V, Амстердам, Нидерланды) со скоростью 3 мл / мин, используя тот же градиент, что и выше. Запись и анализ данных проводились с использованием программного обеспечения Chromeleon (версия 6.8 SR13). Достоверность была проверена с использованием двухвыборочного теста с равной дисперсией (гомоскедастический) t Стьюдента (Microsoft Excel 2019, версия 1808).

Экстракция катехолов из стула для количественной оценки DHPPA

Катехолы были извлечены из образцов стула пациентов с PD и HC с использованием порошка активированного оксида алюминия (199966, Sigma), как описано ранее [14] с некоторыми модификациями.Объем 200 мкл 50% суспензии стула (описанной выше) использовали с 1 мМ DHBA (3,4-дигидроксибензиламингидробромид, 858781, Sigma) в качестве внутреннего стандарта. Образцы доводили до pH 8,6 с помощью 800 мкл буфера TE (2,5% EDTA; 1,5 M Tris / HCl, pH 8,6) и добавляли 5–10 мг оксида алюминия. Суспензии перемешивали на роликовом шейкере при комнатной температуре в течение 20 мин, затем последовательно центрифугировали в течение 30 с при 20000 × g и трижды промывали 1 мл H 2 O путем аспирации. Катехолы элюировали, используя 0.7% HClO 4 и фильтровали перед введением в систему HPLC-ED, как описано выше (амперометрия постоянного тока при 0,8 В). Стандартную кривую вводили для количественного определения концентраций DHPPA в 50% (мас. / Об.) Образцах стула. Достоверность проверяли с помощью непарного непараметрического критерия Манна-Уитни (GraphPad Prism, версия 7).

Эксперименты с ваннами для органов

Образцы дистальных отделов подвздошной кишки были взяты у взрослых мышей C57BL / 6 J дикого типа (18–20 недель), которых умерщвляли для другой цели.Собранную ткань немедленно удаляли, помещали и промывали 0,85% NaCl. Кольца диаметром примерно 3 мм были вырезаны и помещены в ванну для органов (Станция для ванн для тканей с датчиком силы SSL63L, Biopac Systems Inc., Варна, Болгария), заполненная раствором Кребса-Хенселейта (NaCl, 7,02 г / л; KCl, 0,44 г. / Л; CaCl 2 .2H 2 O, 0,37 г / л; MgCl 2 .6H 2 O, 0,25 г / л; NaH 2 PO 4 .H 2 O, 0,17 г / л; глюкоза 2,06 г / л; NaHCO 3 , 2.12 г / л), насыщенный газовой смесью карбогена (5% CO 2 , уравновешенный O 2 ) при 37 ° C. Кольца подвздошной кости уравновешивали не менее 45–60 мин с заменой раствора Кребса-Хенселейта примерно каждые 15 мин. Последовательно добавляли 50 мкМ ацетилхолина (ACh) (Sigma, A2661), чтобы вызвать стабильную повторяющуюся реакцию мышечных сокращений, а через ~ 5 мин - 100 мкМ DHPPA (102601, Sigma) ( n = 6 биологических повторов, 1 –4 технических повтора), 3-HPPA (

, Sigma) ( n = 4 биологических повтора, 2 технических повтора) или леводопа (D9628, Sigma) ( n = 3 биологических повтора, 2 технических повтора). в течение ~ 15 мин до промывания подвздошных колец.Этот шаг повторяли 1–4 раза перед препарированием подвздошной кишки. В качестве контроля добавляли ACh в течение не менее 20 минут с 0,05% этанолом (растворитель DHPPA) или без него через 5 минут для проверки спонтанного уменьшения. Для кривой доза-ответ ( n = 4 биологических повтора) каждые 15 мин кумулятивная доза DHPPA увеличивалась в 2 раза в диапазоне от 8 до 512 мкМ. Данные были записаны и проанализированы в BioPac Student Lab 4.1 (сборка: 12 февраля 2015 г.). Частоты были извлечены с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) в ячейках с 5-минутными интервалами.Была извлечена максимальная амплитуда всех наблюдаемых частот и вычислено среднее уменьшение всех частот с течением времени. Достоверность проверяли с использованием одностороннего дисперсионного анализа с повторными измерениями (RM) с последующим тестом Тьюки (GraphPad Prism, версия 7).

ЯМР

Образцы заменяли один раз на 99,9 ат.% D 2 O с промежуточной лиофилизацией, окончательно растворяли в 650 мкл D 2 O. Одно- и двумерные спектры ЯМР 1 H и 13 C регистрировали при температуре зонда 25 ° C на спектрометре Varian Inova 500 (Отделение ЯМР, Университет Гронингена).Химические сдвиги выражены в миллионных долях относительно внешнего ацетона (δ 1 H 2,225; δ 13 C 31,08). Спектры ЯМР 1D 500 МГц записывали с шириной спектра 5000 Гц в 16k комплексных точек данных с использованием импульса WET1D для подавления сигнала HOD. Гомоядерная развязка 1 D 125 МГц 13 C ЯМР-спектры записывали со спектральной шириной 31000 Гц в 64k комплексных точках данных. 2D 1 H- 13 C HSQC-спектроскопия была выполнена с использованием редактирования множественности, при котором сигналы CH 2 отображались в отрицательной плоскости, тогда как CH и CH 3 оставались в положительной плоскости.2D 13 C- 1 H HMBC-спектроскопия была проведена с подавлением корреляций одинарных связей. Спектры обрабатывали с помощью MestReNova v9.1 (Mestrelabs Research SL, Сантьяго-де-Компостела, Испания).

LC-MS

Анализ ВЭЖХ-МС выполняли с использованием системы ВЭЖХ Accella1250 в сочетании со настольным ESI-MS Orbitrap Exactive (Thermo Fisher Scientific, Сан-Хосе, Калифорния, США) в режиме отрицательных и положительных ионов. Образцы анализировали на колонке C18 (Shim Pack Shimadzu XR-ODS 3 × 75 мм) с использованием градиента вода / ацетонитрил с 0.1% муравьиная кислота (0–5 мин, 98–90% H 2 O; 5–10 мин, 90–5% H 2 O; 10–13 мин, 5% H 2 O; 13– 14 мин, 98% H 2 O). Анализ данных проводился с использованием программного обеспечения Qual Browser Thermo Xcalibur (версия 2.2 SP1.48).

ВЭЖХ-МС анализ образцов экстракции оксида алюминия был выполнен с использованием системы UPLC Waters Acquity Class-I (Waters Chromatography BV, Etten-Leur, Нидерланды), соединенной с MaXis Plus Q-TOF (Bruker, Billerica, MA, США). в режиме отрицательных ионов с добавлением 3 мкл / мин после колонки ESI Tune Mix (G1969-85000; Agilent Technologies, Мидделбург, Нидерланды) для калибровки массы.Образцы анализировали на колонке C18 (Shim Pack Shimadzu XR-ODS 3 × 75 мм), используя градиент вода / ацетонитрил с 0,1% муравьиной кислоты (0–5 мин, 98–90% H 2 O; 5–10 мин, 90–5% H 2 O; 10–13 мин, 5% H 2 O; 13–15 мин, 2% H 2 O; 15–17 мин, 98% H 2 O ). Анализ данных выполнялся с помощью Bruker Compass Data Analysis (версия 4.2 SR1).

Биоинформатика

Филогенетические деревья

Белки были подвергнуты BLAST-анализу против локальной базы данных BLAST, созданной из последовательностей белков проекта дорожной карты проекта NIH Human Microbiome Project (HMP) (PRJNA43021) с использованием BLAST 2.9.0+, NCBI. 100 лучших совпадений BLASTp были выровнены с помощью инструмента множественного выравнивания на основе ограничений (COBALT, NCBI) и преобразованы в дерево расстояний с помощью NCBI TreeView (параметры: быстрое минимальное развитие; максимальная разница последовательностей, 0,85; расстояние, Гришин).

Анализ данных последовательностей

Демультиплексированные данные последовательностей с парными концами из образцов кала и сигмовидной кишки пациентов с БП и здоровой контрольной группы от Keshavarzian et al. [34] (биопроект PRJNA268515) анализировали с помощью Kraken2 (v2.0.9, 7 апреля 2020 г.), систему таксономической классификации k -mer [46] с использованием стандартной базы данных Kraken2. Для дальнейшей оценки численности вида выход Kraken2 был проанализирован с помощью Bracken (байесовская переоценка численности с помощью KrakEN; v2.6.0, 3 апреля 2020 г.) [47]. Число картированных считываний бактерий с кластером fld -гена [11] было извлечено из результатов Брэкена, и численность была рассчитана относительно общего числа картированных считываний бактерий.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *