Isoleucine voegde ORS toe bij kinderen met diarree

Wereldwijd is diarree nog steeds verantwoordelijk voor 1,6 tot 2,5 miljoen sterfgevallen per jaar, en kinderen in ontwikkelingslanden ervaren gemiddeld 3 episoden van diarree per jaar. Ondanks de afname van de mortaliteit door diarree, blijft het een belangrijke oorzaak van morbiditeit en sterfgevallen bij kinderen [1]. Preventie van uitdroging met behulp van geschikte zelfgemaakte vloeistoffen of ORS-oplossing, en correctie van uitdroging met behulp van ORS-oplossing of intraveneuze vloeistof zoals aangegeven, gevolgd door handhaving van hydratatie met behulp van ORS-oplossing, samen met voortzetting van het gebruikelijke voedsel inclusief borstvoeding zijn de belangrijkste elementen van het beheer van acute diarree. Antimicrobiële therapie wordt aanbevolen bij de behandeling van enkele specifieke etiologische diarree, zoals ernstige cholera, shigellose, invasieve intestinale amoebiasis en symptomatische giardiasis. De kosten van therapie en, nog belangrijker, de opkomst van resistentiepathogenen zijn de grootste zorgen voor antimicrobiële therapie voor diarree, net als voor andere bacteriële infecties.

ORS speelt een belangrijke rol bij de behandeling van diarreeziekten; het vermindert echter noch de ernst noch de duur van diarree, de belangrijkste beperkingen ervan. Er worden inspanningen geleverd om deze beperkingen te overwinnen door nieuwere formuleringen en toedieningsmechanismen te ontwikkelen, b.v.

1. Veranderen/vervangen van de substraten (bijv. toevoeging van alanine of glycine aan glucose of vervanging van glucose door multodextrine en rijstpoeder)
2. Vermindering van de glucose- en natriumconcentratie en dus de osmolariteit van de ORS-oplossing.

Alanine/glycine en rijstpoeder met ORS toonden enige vermindering van de ontlasting [2-5]. Geen van de tot op heden ontwikkelde en geteste formuleringen vertoonde echter enig gunstig effect op de duur van diarree. Evenzo heeft ORS met verminderde osmolariteit enig gunstig effect op het verminderen van de ontlasting en braken, en het verminderen van het falen van ORT, voornamelijk bij kinderen met niet-cholera-diarree, maar had geen enkel effect op de duur van de diarree [6]. De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) en het Kinderfonds van de Verenigde Naties (UNICEF) hebben onlangs het routinematige gebruik van de ORS met verminderde osmolariteit aanbevolen bij de behandeling van diarreeziekten [7]; er zijn echter mogelijkheden om de doeltreffendheid ervan verder te verbeteren.

Antimicrobiële peptiden en aangeboren immuniteit

Antimicrobiële peptiden vormen een belangrijk onderdeel van de aangeboren immuunafweer van organismen, variërend van planten tot insecten tot mensen. Het zijn breedspectrum, oppervlakte-actieve middelen die microben doden door poriën in hun membranen te vormen. De meeste hebben een breed werkingsspectrum tegen bacteriën, virussen en schimmels. Bij zoogdieren zijn twee hoofdklassen van antimicrobiële peptiden beschreven: defensines en cathelicidines (LL-37). Defensinen zijn een subklasse van antimicrobiële peptiden en bij zoogdieren zijn ze aanwezig in neutrofielkorrels waar ze nodig zijn voor het niet-oxidatief doden van gefagocyteerde microben [8]. Het is nu goed ingeburgerd dat defensinen ook worden geproduceerd op vrijwel alle epitheeloppervlakken van zoogdieren, inclusief die van de huid, luchtwegen, darmen en urogenitale kanalen [9, 10]. Expressie van sommige epitheliale defensines is constitutief en draagt ​​bij aan een niet-inflammatoire antimicrobiële barrière aan het epitheeloppervlak. Andere defensinen zijn induceerbaar en komen sterk tot expressie op plaatsen van ontsteking of infectie [9, 11, 12]. Verslechtering van de defensinefuncties verhoogt de gevoeligheid voor infectie van de luchtwegen bij cystische fibrose [13] en voor verhoogde Salmonella-infectie in het darmkanaal van de muis [14]. Naast hun directe antimicrobiële werking zijn bèta-defensinen chemotactisch voor geheugen-T-cellen en dendritische cellen, wat suggereert dat ze een belangrijke rol spelen bij de integratie van de aangeboren en verworven immuunresponsen [15].

De moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de inductie van epitheliale defensinen blijven grotendeels onontgonnen. Patroonherkenningsreceptoren [16] spelen waarschijnlijk een cruciale rol in dit proces, zoals is aangetoond in CD-14-gemedieerde inductie van bèta-defensines door bacteriële lipopolysaccharide [17]. Hele door hitte gedode bacteriën en schimmels induceren menselijke bèta-defensines-2 in menselijke keratinocyten, maar de moleculaire basis van deze reactie is niet duidelijk [11]. Inflammatoire cytokines zoals tumornecrosefactor alfa (TNF) en IL-10 induceren ook bèta-defensinen [18, 19]. Omdat farmacologische inductie van defensinen bij epitheliale barrières therapeutisch nut kan hebben, is er al geruime tijd een zoektocht gaande naar nieuwe moleculen die de productie van epitheliale defensine zouden kunnen induceren, beoordeeld met behulp van op cellen gebaseerde assays. Onlangs is waargenomen dat L-isoleucine en zijn analogen zeer specifieke bèta-defensine-inductoren zijn in epitheelcellen [20]. Er is ook waargenomen dat wanneer isoleucine wordt toegediend aan dieren (kip), de darmflora verschuift naar de probiotische soorten, het stimuleert panethcellen om antimicrobiële peptiden in menselijk darmweefsel af te scheiden, en het veroorzaakt een verschuiving in de darmflora die leidt tot een verhoogde aantal lactobacillen. (Manuscript, Ashida T & M Zasloff et al) bij de behandeling van patiënten met de ziekte van Crohn.

De bovenstaande waarnemingen suggereren een mogelijke rol van L-isoleucine bij de behandeling van infecties van slijmvliesweefsels, inclusief die in het maagdarmkanaal.

Antimicrobiële peptiden bij Shigella-infecties

In 2001 rapporteerden onderzoekers van ICDDRB en Karolinska Institute (BA) in Nature Medicine een neerwaartse regulatie van LL-37 en humaan bèta-defensine-1 (HBD-1) in de epitheelcellen bij diarree veroorzaakt door Shigella dysenteriae type I en andere enterische bacteriën [21]. Deze neerwaartse regulatie zou in vitro kunnen worden gereproduceerd door gebruik te maken van de cellijnen U937 van monocytoorsprong en HT-29 van colonepitheeloorsprong, indien geïnfecteerd met Shigella of plasmide-DNA afgeleid van Shigella. De neerwaartse regulatie kan een belangrijk immuunontsnappingsmechanisme zijn voor ziekteverwekkers om krachtige mucosale effectormoleculen zoals antimicrobiële peptiden te vermijden. Aangezien antimicrobiële factoren de mucosale oppervlakken doordrenken, is het denkbaar dat pathogene bacteriën de verdedigingslinie van mensen naar beneden reguleren als onderdeel van hun invasieve proces. Een nieuwe benadering zal daarom zijn om deze neerwaartse regulatie te blokkeren of om een ​​therapeutische benadering te gebruiken om de productie van endogene antimicrobiële stoffen opwaarts te reguleren. Recente studies hebben aangetoond dat vetzuren met een korte keten (SCFA) de expressie van LL-37 in colonepitheelcellen kunnen opwaarts reguleren, en onder hen was natriumbutyraat de beste inductor [22, 23]. Bovendien induceert butyraat celdifferentiatie in de dikke darm, waarvan is gemeld dat het een belangrijke bepalende factor is voor de expressie van LL-37 in menselijk colonepitheel [22]. Er werd echter aangetoond dat andere routes dan die betrokken zijn bij celdifferentiatie, betrokken zijn bij de opwaartse regulatie van LL-37 met butyraat [23]. Butyraat wordt geproduceerd in de dikke darm door fermentatie van voedingsvezels. Er is dus een verband tussen de normale darmflora en de expressie van endogene antibiotica. Bovendien is aangetoond dat SCFA's, waaronder butyraat, klinische symptomen verminderen en microbiologische en pathologische kenmerken veranderen bij experimentele Shigella-infecties in konijnenmodellen [24]. Er is dus een verband denkbaar tussen de ernst van Shigella-infecties en mucosale niveaus van antimicrobiële peptiden. Orale toediening van natriumbutyraat aan met Shigella geïnfecteerde konijnen toonde opwaartse regulatie van CAP-18 (konijnhomoloog van LL-37) in de colonepitheelcellen met een gelijktijdige vermindering van shigellabelasting in de ontlasting en klinisch herstel (Raqib et al, manuscript geaccepteerd ). Het voorkomen van neerwaartse regulatie of het versterken van antimicrobiële peptide-expressie zou een alternatieve behandeling kunnen bieden bij het beschermen van mensen en vee tegen bacteriële pathogenen. Deze onderzoeken kunnen een basis vormen voor therapeutische manipulatie van endogene antimicrobiële peptiden, waaronder LL-37-expressie in vivo met behulp van voedingssubstanties of butyraat om de epitheliale verdedigingsbarrière te versterken. Daarom zijn we een klinische studie gestart in ICDDRB om de werkzaamheid van butyraatklysma bij de behandeling van shigellose te evalueren.

Van butyraat is aangetoond dat het antimicrobiële peptiden in de dikke darm induceert; echter; het kan als zodanig niet oraal worden toegediend. Bovendien worden de meeste acute diarreeziekten veroorzaakt door een infectie van de dunne darm. Isoleucine, een essentieel aminozuur, zou een redelijk alternatief kunnen zijn voor het versterken van de afscheiding van antimicrobiële peptiden uit de panethcellen en andere afweermoleculen uit de bovenste dunne darm (Manuscript, Ashida T & M Zasloff et al). Dit kan helpen de ziekteverwekkers te verwijderen, de darmflora te verschuiven naar een meer "normale" commensale soortverdeling en het herstel van infectieuze diarree te verbeteren. Daarom veronderstellen we dat het gebruik van een met L-isoleucine aangevulde ORS-oplossing antimicrobiële peptiden zal induceren en het klinische herstel van kinderen met acute waterige diarree zal verbeteren.