Izoleucyna dodana ORS u dzieci z biegunką

Na całym świecie biegunka nadal jest przyczyną 1,6 do 2,5 miliona zgonów rocznie, a dzieci w krajach rozwijających się doświadczają średnio 3 epizodów biegunki każdego roku. Pomimo spadku śmiertelności z powodu biegunki, biegunka pozostaje główną przyczyną zachorowalności i zgonów wśród dzieci [1]. Zapobieganie odwodnieniu za pomocą odpowiednich domowych płynów lub roztworów ORS oraz wyrównanie odwodnienia za pomocą roztworów ORS lub płynów dożylnych zgodnie ze wskazaniami, a następnie utrzymanie nawodnienia za pomocą roztworów ORS wraz z kontynuacją zwykłego żywienia, w tym karmienia piersią, to najważniejsze elementy postępowania w ostrym biegunka. Terapia przeciwdrobnoustrojowa jest zalecana w leczeniu kilku specyficznych biegunek etiologicznych, takich jak ciężka cholera, shigelloza, inwazyjna pełzakowica jelitowa i objawowa lamblioza. Koszt terapii, a co ważniejsze, pojawienie się patogenów opornych, to główne problemy związane z terapią przeciwdrobnoustrojową w przypadku biegunki, jak i innych infekcji bakteryjnych.

ORS odgrywa główną rolę w leczeniu chorób biegunkowych; jednakże nie zmniejsza nasilenia ani czasu trwania biegunki, co jest jej głównym ograniczeniem. Trwają wysiłki mające na celu przezwyciężenie tych ograniczeń poprzez opracowanie nowszych preparatów i mechanizmów dostarczania, np.

1. Zmiana/wymiana podłoży (np. dodanie alaniny lub glicyny do glukozy lub zastąpienie glukozy multidekstryną i proszkiem ryżowym)
2. Zmniejszenie stężenia glukozy i sodu, a tym samym osmolarności roztworu ORS.

Alanina/glicyna i proszek ryżowy zawierające ORS wykazały pewne zmniejszenie wydalania stolca [2-5]. Jednak żaden z dotychczas opracowanych i przetestowanych preparatów nie wykazał korzystnego wpływu na czas trwania biegunki. Podobnie obniżona osmolarność ORS ma pewien korzystny wpływ na zmniejszenie wydalania stolca i wymiotów oraz zmniejszenie niepowodzenia ORT głównie u dzieci z biegunką inną niż cholera, ale nie ma żadnego wpływu na czas trwania biegunki [6]. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) i Fundusz Narodów Zjednoczonych na rzecz Dzieci (UNICEF) niedawno zaleciły rutynowe stosowanie ORS o obniżonej osmolarności w leczeniu biegunek [7]; istnieją jednak możliwości dalszej poprawy jego skuteczności.

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe i odporność wrodzona

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe stanowią ważny składnik wrodzonej obrony immunologicznej organizmów, od roślin po owady i ludzi. Są to środki powierzchniowo czynne o szerokim spektrum działania, które zabijają drobnoustroje, tworząc pory w ich błonach. Większość z nich ma szerokie spektrum działania przeciwko bakteriom, wirusom i grzybom. U ssaków opisano dwie główne klasy peptydów przeciwdrobnoustrojowych – defensyny i katelicydyny (LL-37). Defensyny są podklasą peptydów przeciwdrobnoustrojowych, a u ssaków są obecne w ziarnistościach neutrofili, gdzie są niezbędne do nieutleniającego zabijania fagocytowanych drobnoustrojów [8]. Obecnie dobrze wiadomo, że defensyny są również wytwarzane na praktycznie wszystkich powierzchniach nabłonka ssaków, w tym na skórze, drogach oddechowych, jelitach i drogach moczowo-płciowych [9, 10]. Ekspresja niektórych defensyn nabłonkowych jest konstytutywna i przyczynia się do tworzenia niezapalnej bariery przeciwdrobnoustrojowej na powierzchni nabłonka. Inne defensyny są indukowalne i ulegają silnej ekspresji w miejscach zapalenia lub infekcji [9, 11, 12]. Upośledzenie funkcji defensyn zwiększa podatność na infekcje dróg oddechowych w przebiegu mukowiscydozy [13] oraz nasiloną infekcję Salmonellą w przewodzie pokarmowym myszy [14]. Oprócz ich bezpośredniego działania przeciwbakteryjnego, beta-defensyny działają chemotaktycznie na limfocyty T pamięci i komórki dendrytyczne, co sugeruje, że odgrywają one ważną rolę w integracji wrodzonej i nabytej odpowiedzi immunologicznej [15].

Mechanizmy molekularne leżące u podstaw indukcji defensyn nabłonkowych pozostają w dużej mierze niezbadane. Receptory rozpoznawania wzorców [16] prawdopodobnie odgrywają kluczową rolę w tym procesie, jak wykazano w pośredniczonej przez CD-14 indukcji beta-defensyn przez bakteryjny lipopolisacharyd [17]. Całe zabite ciepłem bakterie i grzyby indukują ludzkie Beta-defensyny-2 w ludzkich keratynocytach, ale molekularne podstawy tej odpowiedzi nie są poznane [11]. Cytokiny zapalne, takie jak czynnik martwicy nowotworów alfa (TNF) i IL-10, również indukują beta-defensyny [18, 19]. Ponieważ farmakologiczna indukcja defensyn w barierach nabłonkowych może mieć użyteczność terapeutyczną, od dawna trwają poszukiwania nowych cząsteczek, które mogłyby indukować produkcję defensyn nabłonkowych, ocenianych za pomocą testów komórkowych. Ostatnio zaobserwowano, że L-izoleucyna i jej analogi są wysoce swoistymi induktorami beta-defensyny w komórkach nabłonka [20]. Zaobserwowano również, że kiedy izoleucyna jest podawana zwierzętom (kurczę), flora jelitowa przesuwa się do gatunków probiotycznych, stymuluje komórki Panetha do wydzielania peptydów przeciwdrobnoustrojowych w ludzkiej tkance jelitowej i powoduje zmianę flory jelitowej prowadząc do zwiększonego liczby pałeczek kwasu mlekowego. (Manuscript, Ashida T & M Zasloff i in.) w leczeniu pacjentów z chorobą Leśniowskiego-Crohna.

Powyższe obserwacje sugerują potencjalną rolę L-izoleucyny w leczeniu zakażeń tkanek błony śluzowej, w tym w przewodzie pokarmowym.

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe w zakażeniach Shigella

W 2001 roku naukowcy z ICDDRB i Karolinska Institute (BA) opisali w Nature Medicine obniżenie poziomu LL-37 i ludzkiej Beta-defensyny-1 (HBD-1) w komórkach nabłonka w biegunce wywołanej przez Shigella dysenteriae typu I i inne bakterie jelitowe bakterie [21]. Tę regulację w dół można odtworzyć in vitro przy użyciu linii komórkowych U937 pochodzących z monocytów i HT-29 pochodzących z nabłonka okrężnicy, po zakażeniu Shigella lub plazmidowym DNA pochodzącym z Shigella. Regulacja w dół może być ważnym mechanizmem ucieczki immunologicznej dla patogenów, aby uniknąć silnych cząsteczek efektorowych błony śluzowej, takich jak peptydy przeciwdrobnoustrojowe. Ponieważ czynniki przeciwdrobnoustrojowe zalewają powierzchnie błony śluzowej, można sobie wyobrazić, że bakterie chorobotwórcze osłabiają pierwszą linię obrony człowieka w ramach procesu inwazyjnego. Dlatego też nowatorskim podejściem będzie blokowanie tej regulacji w dół lub przyjęcie podejścia terapeutycznego w celu regulacji w górę produkcji endogennych środków przeciwdrobnoustrojowych. Ostatnie badania wykazały, że krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) mogą zwiększać ekspresję LL-37 w komórkach nabłonka okrężnicy, a wśród nich maślan sodu był najlepszym induktorem [22, 23]. Ponadto maślan indukuje różnicowanie komórek okrężnicy, które, jak doniesiono, jest kluczowym wyznacznikiem ekspresji LL-37 w ludzkim nabłonku okrężnicy [22]. Wykazano jednak, że szlaki inne niż zaangażowane w różnicowanie komórek są zaangażowane w regulację w górę LL-37 za pomocą maślanu [23]. Maślan jest wytwarzany w okrężnicy w wyniku fermentacji błonnika pokarmowego. Zatem istnieje związek między normalną florą jelitową a ekspresją endogennych antybiotyków. Ponadto wykazano, że SCFA, w tym maślan, zmniejszają objawy kliniczne i zmieniają cechy mikrobiologiczne i patologiczne w eksperymentalnych zakażeniach Shigella na modelach królików [24]. Zatem możliwy jest związek między ciężkością infekcji Shigella a poziomami peptydów przeciwdrobnoustrojowych w błonie śluzowej. Doustne podawanie maślanu sodu królikom zakażonym Shigella wykazało regulację w górę CAP-18 (króliczy homolog LL-37) w komórkach nabłonka okrężnicy z jednoczesnym zmniejszeniem obciążenia Shigella w stolcu i kliniczną poprawą (Raqib i wsp., manuskrypt zaakceptowany) ). Zapobieganie regulacji w dół lub zwiększanie ekspresji peptydów przeciwdrobnoustrojowych może zapewnić alternatywne leczenie w ochronie ludzi i zwierząt gospodarskich przed patogenami bakteryjnymi. Badania te mogą stanowić podstawę do terapeutycznej manipulacji endogennymi peptydami przeciwdrobnoustrojowymi, w tym ekspresją LL-37 in vivo, z wykorzystaniem substancji dietetycznych lub maślanu w celu wzmocnienia nabłonkowej bariery obronnej. Dlatego rozpoczęliśmy badanie kliniczne w ICDDRB w celu oceny skuteczności wlewu maślanu w leczeniu shigellozy.

Wykazano, że maślan indukuje peptydy przeciwdrobnoustrojowe w okrężnicy; jednakże; nie może być podawany doustnie jako taki. Ponadto większość ostrych chorób biegunkowych jest spowodowana infekcją jelita cienkiego. Izoleucyna, niezbędny aminokwas, może być rozsądną alternatywą dla zwiększenia wydzielania peptydów przeciwdrobnoustrojowych z komórek Panetha i innych cząsteczek obronnych z górnego odcinka jelita cienkiego (Manuscript, Ashida T & M Zasloff i in.). Może to pomóc w usunięciu patogenów, przesunięciu flory jelitowej do bardziej „normalnego” rozmieszczenia gatunków komensalnych i przyspieszeniu powrotu do zdrowia po zakaźnej biegunce. Dlatego stawiamy hipotezę, że zastosowanie roztworu ORS uzupełnionego L-izoleucyną indukuje peptydy przeciwdrobnoustrojowe i poprawia powrót do zdrowia klinicznego dzieci z ostrą wodnistą biegunką.