Пандемія коронавірусної хвороби 2019 (COVID-19), спровокована важким гострим респіраторним синдромом (SARS-CoV-2), спричинила понад 5,5 мільйона смертей на тлі сотень мільйонів інфекцій у всьому світі. Без специфічного лікування перспективи похмурі, оскільки з’являються нові варіанти, які обходять імунний захист, отриманий внаслідок контакту із попередніми варіантами інфекції або в результаті вакцинації.
Остання стаття в журналі Frontiers in Medicine обговорює роль мікробіоти людини з метою кращого розуміння механізмів прогресування та розвитку цього захворювання.
Обґрунтування
Організм людини налічує близько 1,5-3 кг паразитичних, симбіотичних або коменсальних мікробів. Вони зустрічаються переважно в кишечнику, ротовій порожнині, шкірі та піхві та інших місцях. Ці мікроби впливають на фізіологію людини через свій внесок у травлення та харчування, синтез вітамінів, імуномодуляцію, регуляцію виробництва та зберігання енергії та створення різноманітних активних сполук.
Мікробіом людини вивчається на предмет його ролі у формуванні ступеня тяжкості та проявів COVID-19 і може стати новою мішенню для лікування або профілактики цього стану. Були задокументовані зміни в мікробіомі кишечника та легенів у цих пацієнтів, зокрема менша кількість корисних і більша кількість патогенних бактерій.
Мікробіота кишечника при COVID-19
Встановлено, що тяжкість COVID-19 пов’язана зі змінами в мікробіомі, в тому числі збільшенні одних видів у поєднанні зі зниженням інших. Деякі види були обернено пов’язані з вірусним навантаженням у зразках фекалій та експресією рецептора ангіотензин-перетворюючого ферменту 2 (ACE2) у тканинах господаря.
Проведений аналіз виявив, що наявність COVID-19 з високою точністю прогнозується у випадку знаходження у випорожненнях маркерів п’яти родів, – Intestinibacter, Fusicatenibacter, Actinomyces, Romboutsia та Erysipelatoclostridium. Якщо порівнювати з хворими на грип, які є носіями вірусу H1N1, то в них виявляються сім біомаркерів, які допомагають диференціювати ці дві групи.
Зміни мікробіому кишечника також корелювали з іншими клінічними маркерами, такими як кількість лейкоцитів і тромбоцитів, рівень D-димеру та інших медіаторів запалення.
Грибковий склад випорожнень при COVID-19 також суттєво змінювався: у госпіталізованих пацієнтів було виявлено збільшення дріжджових частинок (Candida albicans) та збільшення різноманітності грибів у 2,5 рази порівняно зі здоровим контролем. Також виявляли більш високий рівень умовно-патогенних мікроорганізмів, зокрема Candida albicans, Auris candida та Aspergillus flavus.
Мікробіом легенів
Мікробіом легенів у пацієнтів з COVID-19 не відрізнявся від мікробіома пацієнтів із позалікарняною пневмонією. Бактерії носоглотки та легенів здатні захищати від росту та прикріплення SARS-CoV-2 до тканин хазяїна. Однак пацієнти, які потрапили у відділення інтенсивної терапії (ВІТ) з COVID-19, втрачали два роди: Bifidobacterium і Clostridium. У той же час лише у цих хворих виявляється ще один набір – Salmonella, Scardovia, Serratia та fruit bacilli.
Такі результати можуть допомогти в скринінгу пацієнтів із інфекцією SARS-CoV-2 за тяжкістю інфекції.
Мікробіом ротової порожнини
Мікробіом ротової порожнини демонструє зменшене різноманіття у інфікованих пацієнтів порівняно зі здоровими добровольцями, особливо це стосується продуцентів бутирату, тоді як кількість продуцентів ліпополісахаридів була збільшена. Набір з 8 мікробів ротової порожнини або семи мікробів калу показав здатність діагностувати більше 85% пацієнтів з COVID-19.
Деякі бактерії дозволяють передбачати більш високу сприйнятливість до вірусу, наприклад Fusobacterium periodonticum. Важка форма COVID-19 пов’язана зі зниженням рівня Fusobacterium.
Мікробний механізм при COVID-19
Деякі пацієнти з COVID-19 мали велику кількість умовно-патогенних бактерій, які корелювали з високою схильністю до інфікування. Відомо, що ці мікроорганізми проявляють високу активність щодо синтезу нуклеотидів і амінокислот, а також в гліколізі. Пацієнти, що були менш схильні до інфікування мали більшу кількість продуцентів коротколанцюгових жирних кислот (SCFA), таких як деякі бактерії Lachnospiraceae та Alistipes onderdonkii.
В одному дослідженні повідомлялося про виділення активних частинок SARS-CoV-2 зі стільця пацієнта з COVID-19, що показує, що вірус викликає кишкову інфекцію.
Експресія АПФ2 в кишковому епітелії робить це передбачуваним місцем прикріплення вірусу в кишечнику, що може спричинити втрату АПФ2 та гіперактивність рецептора ангіотензину II типу 1. Проникність кишечника може бути аномально збільшена після зниження AПФ2. Ця молекула є ключовою для імунної функції, гомеостазу амінокислот, захисту від коліту та підтримки здорового мікробіома кишечника. У свою чергу, його вираженість залежить від мікробіома кишечника. В результаті COVID-19, ймовірно, спричинить зміни в легенях і кишечнику, починаючи з втрати АПФ2.
Порушення з боку AПФ2 призводить до змін на рівні ренін-ангіотензинової системи, що призводить до гіперзапалення та цитокінового шторму з ураженням багатьох органів. Змінена мікробіота кишечника, втрата цілісності кишкового епітелію та погана імунна відповідь на місцевому та системному рівнях посилюються внаслідок відсутності нормальної експресії AПФ2.
Мітохондрії та мікробіом
Активні форми кисню (АФК) мітохондріального походження є частиною імунно-запальної відповіді, але в надлишку вони можуть порушувати нормальні мікробні сигнальні шляхи, опосередковані АФК. Це може послабити кишковий епітеліальний бар’єр. І навпаки, мікробні метаболіти можуть перешкоджати мітохондріальним дихальним процесам, які беруть участь у виробництві АТФ. Втрата мікробно-мітохондріального балансу може спровокувати коліт.
Дисбактеріоз кишечника може виникнути через колонізацію SARS-CoV-2 і може перешкоджати нормальній запальній відповіді на патоген, що призведе до важкої форми COVID-19. В той же час дисбактеріоз кишечника може зробити людину більш сприйнятливою до вірусу через запалення кишечника. Мітохондрії можуть сприяти аномальним імунним реакціям, які посилюють запалення і змінюють склад мікробіома кишечника.
Тим часом мікробіота кишечника може націлюватися на мітохондрії господаря, використовуючи ендокринні, імунні та гуморальні шляхи. Мікробні КЛЖК, навпаки, корисні для господаря, зменшуючи продукцію АФК і, таким чином, зменшуючи прояви окислювального стресу.
Кишково-легенева вісь і важка форма COVID-19
Вісь кишечник-легені дозволяє вірусу, який колонізує легені, досягати кишечника, викликаючи такі симптоми, як діарея та нудота, в той час як зниження різноманітності мікрофлори кишечника з віком може пояснити, чому літні люди піддаються більш високому ризику важких захворювань. Міграції в зворотному напрямку може сприяти дисбактеріоз кишечника, оскільки кишкова проникність підвищується.
Інше пояснення полягає в тому, що кишкові симптоми виникають через перехресне порушення координації між кишечником та інфікованими легенями, опосередковане імунною системою.
Вплив на мікробіом і COVID-19
Сучасні дані вказують на потенційну користь дослідження людського мікробіома для виявлення та лікування COVID-19. Наприклад, зміни в мікробіомі легенів, такі як підвищена присутність бактерій, особливо тих, що пов’язані з кишечником, передбачали поганий результат.
Використання трансплантації фекальної мікробіоти (FMT) було досліджено в клінічних ситуаціях, що супроводжувались порушенням цілісності слизової оболонки кишечника, наприклад при опіках, сепсисі та запальних захворюваннях кишечника. Вісь кишечник-легені може підтримувати гомеостаз імунної системи хазяїна, модулюючи імунну відповідь.
Дослідники передбачають, що відновлення складу мікробіому кишечника при COVID-19 за допомогою FMT може запобігти гіперзапаленню, але потрібні подальші дослідження. Цьому може сприяти додавання пробіотиків, що містять Lactobacillus casei. Дослідження показали, що вони можуть знизити захворюваність і тяжкість респіраторних інфекцій.
Пробіотики також модулюють індукований TLR3 шлях коагуляції в легенях, який виникає у відповідь на запалення після вірусної інфекції. Це може бути корисним для зниження ймовірності важкої форми COVID-19 завдяки імуномодулюючій функції пробіотиків.
Відновлення екології кишківника за допомогою пробіотиків також може допомогти боротися з COVID-19, запобігаючи прогресуванню захворювання, оскільки штами бактерій, що вводяться перорально, можуть відновити кишковий бар’єр і запобігти системному запаленню. Вони також можуть мігрувати в інші частини тіла, що стосується в тому числі вісі кишечник-легені.
Регулюючий вплив на кишкову мікробіоту може зменшити запалення або ускладнення, пов’язані з COVID-19, що призведе до нових проривів у профілактиці та лікуванні захворювання».
Ця область потребує подальших досліджень для оцінки її клінічної ефективності у лікуванні COVID-19.
Джерело: Wang, H. et al. (2021) “Potential Associations Between Microbiome and COVID-19”, Frontiers in Medicine, 8. doi: 10.3389/fmed.2021.785496. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmed.2021.785496/full
