Μικροβίωμα και ήπαρ Deutsch Melanie Επίκουρη Καθηγήτρια Παθολογίας- Ηπατολογίας B Πανεπιστημιακή Παθολογική Κλινική Νοσοκομείο Ιπποκράτειο Αθηνών
Μικροβίωμα Ορισμός Το σύνολο των μικροοργανισμών που υπάρχουν στον ανθρώπινο οργανισμό ( κυρίως στο έντερο) Ο άνθρωπος δεν είναι μόνος = οικοσύστημα τρισεκατομμύρια βακτηρίδια, ιοί, πρωτόζωα (80% - άγνωστα) Τα περισσότερα κύτταρα εντός του σώματός μας δεν είναι δικά μας Το μικροβίωμα επηρεάζει την λειτουργία του ανοσολογικού συστήματος και την ομοιοστασία του οργανισμού Το «make-up» του μικροβιώματος ορίζει αν ο άνθρωπος είναι «υγιής» ρυθμίζοντας ζωτικές λειτουργίες, γήρανση Δυνατότητα θεραπευτικής επέμβασης (?) Turnbaugh P.J, et al. The human microbiome project Nature 2007
Μικροβίωμα του εντέρου Κατά το τοκετό έντερο αποστειρωμένο Τα πρώτα βακτηρίδια αποικισμό από τον κόλπο της μητέρας Σε ηλικία 1 έτους ολοκληρωμένη σύσταση του μικροβιώματος Περίπλοκο μείγμα μικροβίων (Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Actinobacteria) Η σύσταση, ποικιλομορφία και πυκνότητα διαφέρει στα διάφορα τμήματα του πεπτικού σωλήνα Μεγαλύτερος αριθμός στην στοματική κοιλότητα και κόλον Το οξύ περιβάλλον και η ταχύτητα της κινητικότητας του εντέρου μειώνει την πυκνότητα των μικρόβιων Ley, Cell 2005, PNAS 2006, Science 2005
Γονίδια + περιβάλλον τροποποιούν το μικροβίωμα (Δυσβίωμα) ΔΙΑΙΤΑ ΑΝΤΙΒΙΟΤΙΚΑ June L. Nature Reviews Immunology 2009;9:313-323
Νοσήματα του ήπατος Μικροβίωμα εντέρου R. Nagpal Frontiers in Medicine 2014
Κοιλιοκάκη παθοφυσιολογικό παράδειγμα συσχέτισης έντερο-ήπαρ 13800 ασθενείς με κοιλιοκάκη vs 66000 controls Κοιλιοκάκη και αυξημένος κίνδυνος Αυτοάνοση ηπατίτιδα HR 5.84 PSC HR 4.46 PBC HR 10.16 NAFLD HR 6.06 Ludwigson et al. Clin Gastroenterol Hepatol 2007
έντερο- ηπατικός άξονας Βλεννογόνος του εντέρου Ι-το φράγμα για την βακτηριακή μετάθεση στη πυλαία κυκλοφορία Παρ όλ αυτά και σε υγιείς : μικρή ποσότητα βακτηρίων στην πυλαία κυκλοφορία
έντερο-ηπατικός άξονας Ήπαρ Στρατηγική θέση μεταξύ του αποικισμένου από βακτηρίδια εντέρου και τη στείρα συστηματική κυκλοφορία Συνεχής επαφή με βακτηρίδια του εντέρου μέσω πυλαίας Λειτουργεί σαν «φίλτρο» - FIREWALL 70% της αιμάτωσης του ήπατος προέρχεται από το έντερο μέσω της πυλαίας φλέβας 30% από την ηπατική αρτηρία Προστατεύει τον οργανισμό από ενδοτοξιναιμία
Άξονας έντερο-ήπαρ Α. Συστατικά του «φίλτρου» ενεργοποιημένα ανοσο-κύτταρα, επιθήλιο, αστεροειδή ηπατικά κύτταρα Κάθαρση βακτηρίων Β. Ευαίσθητη ισορροπία Προστατευτικοί ανοσολογικοί μηχανισμοί έναντι εξωγενών αντιγόνων Ανοσοανοχή Σύσταση, όγκος βακτηρίων εντέρου ενδοτοξιναιμία στην πυλαία Υπέρμετρη ενεργοποίηση: δημιουργία φλεγμονής, ίνωσης, αυτοανόσων φαινομένων, καρκινογέννεση Υπέρμετρη ανοχή : αύξηση της βακτηριακής μετατόπισης από το μικροβίωμα του εντέρου : ηπατική βλάβη
Σχέση μικροβιώματος και ηπατικών νοσημάτων Παθοφυσιολογία Διαταραχές του μικροβιώματος του εντέρου Διαταραχές κινητικότητας εντέρου - στάση Βακτηριακή υπερανάπτυξη Αύξηση διαπερατότητας του εντέρου Διαταραχές στην ανοσολογική απάντηση Eamonn M.M. Quigley J of Hepatol, 2013; 58, 1020-1027
Παθοφυσιολογία - Βασική αρχή ΕΝΤΕΡΟ Βακτηριακή υπερανάπτυξη (Gram-) Βλάβη βλεννογονικού επιθηλίου μετάθεση Βακτηριακό DNA και /ή LPS στο πυλαίο σύστημα PAMPs DAMPs Πρόσδεση των LPS στης TLR4 υποδοχές στα κύτταρα Kupffer Ενεργοποίηση κασπάσης -1 Ενεργοποίηση προφλεγμονωδών κυτταροκινών IL-1β, IL-18 Παραγωγή TNF-α, IFN-γ Ενεργοποίηση INFLAMMASOME Φλεγμονόσωμα = Μεγάλο ενδοκυττάριο σύμπλεγμα πολυπρωτείνης (με κεντρικό ρόλο στη φυσική ανοσία Βλάβη ηπατική
Σχέση μικροβιώματος και ηπατικών νοσημάτων Γνώση των τελευταίων χρόνων Μελετήθηκε κυρίως στη Μη αλκοολική λιπώδης νόσο του ήπατος (και παχυσαρκία) Μη αλκοολική στεατοηπατίτιδα Αλκοολική ηπατική νόσος Κίρρωση ήπατος και επιπλοκές (λοιμώξεις, ηπατική εγκεφαλοπάθεια, ΗΚΚ) Ηπατοπάθεια συσχετιζόμενη με ολική παρεντερική διατροφή Πρωτοπαθής σκληρυντική χολαγγειίτιδα Πρωτοπαθής χολική κίρρωση
Λιπώδης νόσος του ήπατος (NAFLD) και μικροβίωμα εντέρου Συσχέτιση μέσω Προδιάθεσης για παχυσαρκία Επαγωγή αντίστασης στην ινσουλίνη Επαγωγή ηπατικής φλεγμονής
Μικροβίωμα και παχυσαρκία Πειράματα σε ποντίκια ( σχετικά παρόμοιο εντερικό μικροβίωμα με τον άνθρωπο) Ποντική με στείρα πεπτικό (GF mice) δεν αναπτύσσει παχυσαρκία όταν λαμβάνει δίαιτα με αυξημένα λιπίδια και υδατάνθρακες Χορήγηση σε «GF mice» εντερικής χλωρίδας από γενετικά παχύσαρκο ποντίκι πιο αυξημένη εναπόθεση λίπους σε σχέση με χορήγηση εντερικής χλωρίδας από λεπτόσωμο ποντική Ridaura et al. Science 2013, Walker AW et al. Science 2013
Μικροβίωμα αντιβιοτικά και παχυσαρκία Μεταφορά μικροβιώματος σε GF ποντίκι από φυσιολογικό ποντίκι vs ποντίκι που έλαβε μικρή δόση πενικιλίνης Jess T. N Engl J Med 2014;371:2526-2528.
Μικροβίωμα και παχυσαρκία Στοιχεία από άνθρωπο λιγότερα ισχυρά Firmicutes >> Bacteroidetes σε παχύσαρκους σε σχέση με λεπτόσωμους αλλαγή χλωρίδας μετά από αδυνάτισμα Tilg H, Gatroenterology 2009
Εντερικό μικροβίωμα και αντίσταση στη ινσουλίνη (IR) Πειραματόζωα : Μειωμένα bifidobacteria στο έντερο αυξημένη διαπερατότητα ενδοτοξιναιμία IR - Χορήγηση προβιοτικών ή αντι TNF μείωση προφλεγμονοδών κυτταροκινών βελτίωση της IR, μείωση της ηπατικής στεάτωσης Στον άνθρωπο : αυξημένα επίπεδα ενδοτοξίνης σε ασθενείς με ΣΔ τύπου ΙΙ και IR Grawitz L. Nature 2012
Μεταμόσχευση κοπράνων από λεπτόσωμο άτομο βελτίωση την IR σε άτομα με μεταβολικό σύνδρομο A. Vrieze Gastroenterology 2012
Μικροβίωμα και NAFLD NASH Μικροβίωμα συμμετοχή στο «second hit» μέσω 1) μηχανισμών φυσικής ανοσίας 2) ενδογενή παραγωγής αιθυλικής αλκοόλης
Μικροβίωμα και NAFLD NASH Ο ρόλος της φυσικής ανοσίας Πειραματόζωα με ανεπάρκεια φλεγμονοσώματος έχουν παθολογική εντερική χλωρίδα: Bacteroidetes <<<<< Firmicutes αυξημένα επίπεδα LPS και βακτηριακής DNA στο πυλαίο σύστημα Ενισχυμένη ηπατική έκφραση TNF-α Αυξημένη ηπατική στεάτωση και φλεγμονή Σημαντικός ο ρόλος του TLR4 στα κύτταρα Kupffer στη ανάπτυξη NASH Ανεπάρκεια TLR4 βελτίωση NASH Περίσσεια προφλεγμονοδών κυτταροκινών επιδείνωση NASH γενετική ανεπάρκεια λειτουργίας του φλεγμονοσώματος προκαλεί αλλαγές του μικροβιώματος του εντέρου και αύξηση πρφλεγμονοδων κυτταροκινών με αποτέλεσμα μεταβολή NAFLD σε NASH
Μικροβίωμα στη NASH και ενδογενής παραγωγή αιθυλικής αλκοόλης συσχέτιση με τον βαθμό φλεγμονής Zhu L Hepatology 2013
Εντερικό μικροβίωμα και αλκοολική ηπατική νόσος Szabo G.Gastroenterology. 2015 Τοξική δράση του αλκοόλ- φλεγμονή εντερικού βλεννογόνου διαταραχή ανοσιακής απάντησης- βλάβη εντερικού φραγμού Μείωση κινητικότητας εντέρου, διαταραχή παραγωγής χολής, μειωμένη γαστρική οξύτητα, αύξηση διαπερατότητας εντέρου Βακτηριακή υπερανάπτυξη Proteobacteria (G- ) >>>>>>>> Bacteroidetes Βακτηριακή μετάθεση και ενδοτοξιναιμία Ενεργοποίηση TLR 4 στα κύτταρα Kupffer Αποστείρωση εντέρου με αντιβιοτικά πρόληψη αλκοολικής ηπατικής νόσου Adachi Y. Gastroenterology 1995; 108: 218 224..
Μικροβίωμα και ινώδης ιστός στο ήπαρ Μεγαλύτερη βακτηριακή υπερανάπτυξη σε κίρρωση Child Pugh B/C vs Α Μείωση Bacteroidetes, αύξηση Proteobacteria and Fusobacteria Κίρρωση ήπατος : 2.69 εκ γονίδια μικροβίων εντέρου: 36.1% = καινούργια Με βάση 15 biomarkers, ορίζεται το Patient Discrimination Index (PDI) χαρακτηριστικό για ασθενείς με κίρρωση Qin Ν, Nature sept 2014
Μικροβίωμα και ανάπτυξη ινώδους ιστού Σε πειραματόζωα μοντέλα ηπατικής ίνωσης η έκφραση προ-ινωτικών γονιδίων (transforming growth factor-β, matrix metalloproteinase-2, procollagen α-1, tissue inhibitor of metalloproteinase-1), τα επίπεδα κυτταροκινών στον ορό και η βακτηριακή μετάθεση αυξήθηκαν παράλληλα με την επιδείνωση της ίνωσης Βακτηριακή μετάθεση - LPS Ενεργοποίηση TLR- 4 ενεργοποίηση αστεροειδή κυττάρων, ινωβλαστών, μυοινωβλαστών Δεν υπάρχουν σημαντικές μελέτες σε ανθρώπους Gomez Hurtado I et al, PLoS ONE 2011, Seki et al, J Physiol 2011, Thalheimer et al., Eur J Gastroenterol Hepatol 2010
Μικροβίωμα και επιπλοκές κίρρωσης Πυλαία υπέρταση Βακτηριακή υπερανάπτυξη Δυσβίωση Αύξηση διαπερατότητας εντέρου Βακτηριακή μετάθεση Αυτόματη βακτηριακή περιτονίτιδα Ενδοτοξιναιμία Σήψη Καχεξία Υπερδυναμική κυκλοφορία Ηπατική εγκεφαλοπάθεια
Εντερικό μικροβίωμα και ηπατική εγκεφαλοπάθεια
Εντερικό μικροβίωμα και ΗΚΚ Αποτέλεσμα μακρόχρονης φλεγμονής στο ήπαρ (συνεχής κυτταρικός θάνατος και αναγέννηση) Ενεργοποίηση TLR4 επηρεάζει τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό, την αντίσταση στη απόπτωση και την ικανότητα μετάστασης κυττάρων Huang B, Oncogene 2008 Χορήγηση αντιβίωσης σε πειραματόζωα με αποτέλεσμα μείωση επιπέδου ενδοτοξίνης προλαβαίνει την ανάπτυξη ΗΚΚ Yu LX, Hepatology 2010 Η απενεργοποίηση TLR4 και η αποστείρωση εντέρου μειώνει την πιθανότητα ανάπτυξης ΗΚΚ με 80% Dupino DH Cancer Cell 2012 Συνεχής χορήγηση μικρής δόσης LPS αυξάνει την πιθανότητα ανάπτυξης ΗΚΚ Maeda S, Gastrenterol Res Pract 2010 Στοιχεία μόνο από πειραματόζωα Όχι ανθρώπους
Fig. 3 Μικροβίωμα και παθοφυσιολογία ΠΣΧ Μοντέλο ανοσολογικής αντίδρασης έναντι του μικροβιώματος Διασταυρούμενη αντίδραση μεταξύ μικροβιακών αντιγόνων και ανθρώπινων αντιγόνων άτυπα p-anca στη ΠΣΧ στρέφονται τόσο έναντι «tubulin beta isoform 5» στα ανθρώπινα ουδετερόφιλα όσο και έναντι της πρωτεΐνης FtsZ στα βακτηρίδια Terjung B, Gut 2010 Karlsen T.H, Journal of Hepatology 2013
Θεραπευτική επέμβαση Δίαιτα Απαλοιφή προδιαθέσικων παραγόντων : θεραπεία ΣΔ, διαταραχών κινητικότητας εντέρου, Stop PPI. Προβιοτικά (ΜΗΕ, όχι ΝAFLD) Μη απορροφήσιμα αντιβιοτικά (rifaximin) Μη απορροφήσιμες δισακχαρίδες (lactulose / lactitol) Μεταμόσχευση κοπράνων Στο μέλλον : εξατομικευμένη θεραπεία ηπατικών νοσημάτων βασιζόμενα στον προφίλ των μικροβίων του εντέρου του κάθε ασθενή