Isoleucin tilsatt ORS hos barn med diaré

Globalt står diaré fortsatt for 1,6 til 2,5 millioner dødsfall årlig, og barn i utviklingsland opplever i gjennomsnitt 3 episoder med diaré hvert år. Til tross for nedgangen i diarédødelighet, er det fortsatt en ledende årsak til barndomssykelighet og dødsfall [1]. Forebygging av dehydrering ved bruk av passende hjemmelagde væsker eller ORS-løsning, og korrigering av dehydrering ved bruk av ORS-løsning eller intravenøs væske som angitt etterfulgt av vedlikehold av hydrering med ORS-løsning, sammen med fortsettelse av vanlig mat inkludert amming er de viktigste elementene i behandlingen av akutt diaré. Antimikrobiell terapi anbefales ved behandling av noen få spesifikke etiologiske diaréer som alvorlig kolera, shigellose, invasiv intestinal amoebiasis og symptomatisk giardiasis. Kostnaden for terapi og enda viktigere fremveksten av resistenspatogener er de største bekymringene for antimikrobiell behandling for diaré som for andre bakterielle infeksjoner.

ORS spiller en stor rolle i behandlingen av diarésykdommer; den reduserer imidlertid verken alvorlighetsgraden eller varigheten av diaréen, dens viktigste begrensninger. Arbeidet fortsetter for å overvinne disse begrensningene ved å utvikle nyere formuleringer og leveringsmekanismer, f.eks.

1. Endre/bytte ut underlagene (f.eks. tilsetning av alanin eller glycin til glukose eller erstatning av glukose med multodekstrin og rispulver)
2. Redusere konsentrasjonen av glukose og natrium og dermed osmolariteten til ORS-løsningen.

Alanin/glycin og rispulver som inneholder ORS, viste en viss reduksjon i avføringsproduksjonen [2-5]. Imidlertid har ingen av formuleringene utviklet og testet til dags dato vist noen gunstig effekt på varigheten av diaré. Tilsvarende har redusert osmolaritet ORS en viss gunstig effekt på å redusere avføring og brekninger, og redusere svikt av ORT hovedsakelig hos barn med ikke-kolera diaré, men hadde ingen effekt på diarévarigheten [6]. Verdens helseorganisasjon (WHO) og FNs barnefond (UNICEF) har nylig anbefalt rutinemessig bruk av ORS med redusert osmolaritet i behandlingen av diarésykdommer [7]; Det er imidlertid muligheter for å forbedre effektiviteten ytterligere.

Antimikrobielle peptider og medfødt immunitet

Antimikrobielle peptider representerer en viktig komponent i det medfødte immunforsvaret til organismer, alt fra planter til insekter til mennesker. De er bredspektrede, overflateaktive midler som dreper mikrober ved å danne porer i membranene deres. De fleste har et bredt spekter av aktiviteter mot bakterier, virus og sopp. Hos pattedyr er to hovedklasser av antimikrobielle peptider beskrevet - defensiner og katelicidiner (LL-37). Defensinene er en underklasse av antimikrobielle peptider, og hos pattedyr er de tilstede i nøytrofile granuler der de er nødvendige for ikke-oksidativt dreping av fagocyterte mikrober [8]. Det er nå godt etablert at defensiner også produseres på praktisk talt alle epiteloverflater hos pattedyr, inkludert hud, luftveier, tarm og urogenitale kanaler [9, 10]. Ekspresjon av noen epiteldefensiner er konstitutiv og bidrar til en ikke-inflammatorisk antimikrobiell barriere ved epiteloverflaten. Andre defensiner er induserbare og sterkt uttrykt på steder med betennelse eller infeksjon [9, 11, 12]. Nedsatt defensinfunksjon øker følsomheten for infeksjon i luftveiene ved cystisk fibrose [13] og for forsterket Salmonella-infeksjon i musens tarmkanal [14]. I tillegg til deres direkte antimikrobielle aktiviteter, er Beta-defensiner kjemotaktiske for minne T-celler og dendrittiske celler, noe som tyder på at de spiller en viktig rolle i integreringen av de medfødte og ervervede immunresponsene [15].

De molekylære mekanismene som ligger til grunn for induksjon av epiteliale defensiner forblir stort sett uutforsket. Mønstergjenkjenningsreseptorer [16] spiller sannsynligvis en kritisk rolle i denne prosessen, som har blitt vist i CD-14-mediert induksjon av Beta-defensiner av bakteriell lipopolysakkarid [17]. Hele varmedrepte bakterier og sopp induserer humane Beta-defensiner-2 i humane keratinocytter, men det molekylære grunnlaget for denne responsen er ikke forstått [11]. Inflammatoriske cytokiner som tumornekrosefaktor Alpha (TNF) og IL-10 induserer også Beta-defensiner [18, 19]. Fordi farmakologisk induksjon av defensiner ved epitelbarrierer kan ha terapeutisk nytte, har et søk etter nye molekyler som kan indusere produksjon av epitelialt defensin, vurdert ved bruk av cellebaserte analyser, lenge vært i gang. Det har nylig blitt observert at L-isoleucin og dets analoger er svært spesifikke Beta-defensin-induktorer i epitelceller [20]. Det har også blitt observert at når isoleucin administreres til dyr (kylling), skifter tarmfloraen til de probiotiske artene, det stimulerer panethceller til å utskille antimikrobielle peptider i menneskelig tarmvev, og det forårsaker et skifte i tarmfloraen som fører til en økt antall laktobaciller. (Manuskript, Ashida T & M Zasloff et al) i behandling av pasienter med Crohns sykdom.

Observasjonene ovenfor antyder en potensiell rolle for L-isoleucin i behandlingen av infeksjoner i slimhinnevev inkludert de i mage-tarmkanalen.

Antimikrobielle peptider ved Shigella-infeksjoner

I 2001 rapporterte forskere fra ICDDRB og Karolinska Institute (BA) i Nature Medicine en nedregulering av LL-37 og humant Beta-defensin-1 (HBD-1) i epitelcellene i diaré forårsaket av Shigella dysenteriae type I og andre enteriske bakterier [21]. Denne nedreguleringen kunne reproduseres in vitro ved å bruke cellelinjene U937 av monocytt-opprinnelse og HT-29 av colon epitelial opprinnelse, når infisert med Shigella eller plasmid-DNA avledet fra Shigella. Nedreguleringen kan være en viktig immunfluktmekanisme for patogener for å unngå potente slimhinneeffektormolekyler som antimikrobielle peptider. Siden antimikrobielle faktorer gjennomsyrer slimhinneoverflatene, kan det tenkes at patogene bakterier nedregulerer frontlinjeforsvaret til mennesker som en del av deres invasive prosess. Derfor vil en ny tilnærming være å blokkere denne nedreguleringen eller å ta en terapeutisk tilnærming for å oppregulere produksjonen av endogene antimikrobielle midler. Nyere studier har vist at kortkjedede fettsyrer (SCFA) kan oppregulere ekspresjonen av LL-37 i tykktarmsepitelceller, og blant dem var natriumbutyrat den beste induseren [22, 23]. Dessuten induserer butyrat koloncelledifferensiering som har blitt rapportert å være en nøkkeldeterminant for LL-37-ekspresjon i humant tykktarmsepitel [22]. Imidlertid ble det vist at andre veier enn de som er involvert i celledifferensiering er involvert i oppreguleringen av LL-37 med butyrat [23]. Butyrat produseres i tykktarmen ved gjæring av kostfiber. Det er således en sammenheng mellom den normale tarmfloraen og uttrykket av endogene antibiotika. I tillegg har SCFA inkludert butyrat vist seg å redusere kliniske symptomer, og endre mikrobiologiske og patologiske trekk ved eksperimentelle Shigella-infeksjoner i kaninmodeller [24]. En sammenheng mellom alvorlighetsgraden av Shigella-infeksjoner og slimhinnenivåer av antimikrobielle peptider kan derfor tenkes. Oral administrering av natriumbutyrat til kaniner infisert med Shigella viste oppregulering av CAP-18 (kaninhomolog av LL-37) i tykktarmsepitelcellene med en samtidig reduksjon i shigella-belastningen i avføring og klinisk restitusjon (Raqib et al, manuskript akseptert ). Forebygging av nedregulering eller forbedring av antimikrobiell peptidekspresjon kan gi en alternativ behandling for å beskytte mennesker og husdyr mot bakterielle patogener. Disse studiene kan gi grunnlag for terapeutisk manipulering av endogene antimikrobielle peptider inkludert LL-37-ekspresjon in vivo ved bruk av diettstoffer eller butyrat for å styrke epitelforsvarsbarrieren. Derfor har vi satt i gang en klinisk studie i ICDDRB for å evaluere effekten av butyratklyster i behandlingen av shigellose.

Butyrat har vist seg å indusere antimikrobielle peptider i tykktarmen; derimot; det kan ikke administreres oralt som sådan. Dessuten er de fleste av de akutte diarésykdommene forårsaket av infeksjon i tynntarmen. Isoleucin, en essensiell aminosyre, kan være et rimelig alternativ for å øke utskillelsen av antimikrobielle peptider fra paneth-cellene og andre forsvarsmolekyler fra den øvre tynntarmen (Manuscript, Ashida T & M Zasloff et al). Dette kan bidra til å fjerne patogenene, endre tarmfloraen til en mer "normal" kommensal artsfordeling og forbedre utvinningen fra smittsom diaré. Derfor antar vi at bruk av L-isoleucin supplert ORS-løsning vil indusere antimikrobielle peptider og forbedre klinisk utvinning av barn med akutt vannaktig diaré.