Modulacja mikroflory jelitowej przez rifaksyminę u pacjentów z PD

Mikrobiota jelitowa to największa pula mikroorganizmów w organizmie człowieka. Fizjologiczne role mikroflory jelitowej w trawieniu, metabolizmie, homeostazie immunologicznej, zapobieganiu infekcjom przewodu pokarmowego i przeciwzapalnym. Pierwsza skolonizowana mikroflora jelitowa niemowlęcia pochodzi z wydzieliny pochwowej matki. Na mikroflorę jelitową duży wpływ ma środowisko, dieta i stan zdrowia gospodarza.

Zmiana mikroflory jelitowej (każda nierównowaga mikrobiologiczna skutkująca przesunięciem (tj. utratą lub przerostem gatunku) i/lub zmniejszeniem różnorodności drobnoustrojów), znana jako mikroflora dysbiotyczna, jest związana z licznymi chorobami człowieka, w tym zespołem metabolicznym, cukrzyca, otyłość, depresja i autyzm. Wśród osób z hipercholesterolemią mają one zwykle mniejsze bogactwo i różnorodność społeczności bakteryjnych. Ponadto pacjenci z cukrzycą typu 2 charakteryzowali się umiarkowanym stopniem dysbiozy mikroorganizmów jelitowych, spadkiem liczebności niektórych uniwersalnych bakterii wytwarzających maślan i wzrostem różnych patogenów oportunistycznych, a także wzbogaceniem innych funkcji drobnoustrojów nadających siarczanom redukcja i odporność na stres oksydacyjny. Mikroflora jelitowa jest również głównym źródłem krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA). Wiadomo, że cząsteczki te znacząco wpływają na środowisko jelitowe i metabolizm gospodarza oraz wykazują silne właściwości przeciwutleniające i przeciwzapalne.

Dysbioza mikrobiologiczna wpływa również na miejscowe i ogólnoustrojowe stany zapalne, które są istotne dla kilku chorób człowieka. Jelito jest głównym miejscem wytwarzania dwóch najważniejszych populacji komórek T, indukowalnych regulatorowych komórek T (iTreg) i komórek wytwarzających CD4IL17 (Th17). W stanie fizjologicznym te limfocyty T są odpowiedzialne za tolerancję immunologiczną, która unika indukowania reakcji immunologicznej na antygeny obecne w mikroflorze jelitowej9. Jednak gdy szkodliwe gatunki mikroflory jelitowej wyzwalają powolny i utrzymujący się proces zapalny w jelicie, limfocyty jelitowe uwalniają cytokiny prozapalne (IL-1β, IL-6 i TNF), co prowadzi do zwiększonej przepuszczalności błony śluzowej jelit. Zapalenie powoduje permeabilizację błony śluzowej jelita i późniejszy wyciek jelitowy (zespół nieszczelnego jelita). Wyciek powoduje przedostanie się dużej ilości toksyn bakteryjnych (takich jak LPS) do krążenia ogólnoustrojowego i nasilenie ogólnoustrojowego stanu zapalnego.

Mikroflora jelitowa odgrywa również ważną rolę w kilku chorobach neurologicznych ze względu na obecność osi jelitowo-mózgowej. Wyraźna mikroflora jelitowa występuje u wielu osób z chorobami neurologicznymi, takimi jak autyzm, depresja, choroba Alzheimera (AD) i choroba Parkinsona (PD). Jeśli chodzi o PD, chorobę neurodegeneracyjną z najlepiej zbadaną osią jelitowo-mózgową, 70% osób z PD (PwP) cierpiało na objawy żołądkowo-jelitowe, a najczęściej skarżyli się na zaparcia. Objawy te wynikają ze zwyrodnienia splotu krezkowego unerwionego przez nerw błędny. Zgodnie z dobrze znanym stadium Braaka, które wykazało ogonowe rozprzestrzenianie się ciała Lewy'ego, jądro nerwu błędnego jest pierwszym obszarem z udziałem patologii PD. W rzeczywistości nieprawidłowa akumulacja α-synukleiny w krezce zwiastuje patologiczną zmianę nerwu błędnego. Hipotezę, że α-synukleina pochodzi z jelita, potwierdzają badania na zwierzętach. Myszy z nadekspresją zmutowanej α-synukleiny miały obfitą patologię PD w śródmózgowiu. Jednak eliminacja mikroflory jelitowej złagodziła patologię. Badanie to wskazuje, że mikroflora jelitowa jest niezbędna do agregacji α-synukleiny i potencjału terapeutycznego modulacji mikroflory jelitowej do neuroprotekcji choroby Parkinsona.

Wyraźną mikroflorę jelitową osób PwP w porównaniu z osobami zdrowymi wykazano w kilku badaniach: wyższy poziom Akkermansia muciniphila, Bifidobacterium, Methanobrevibacter smithii i Enterobacteriaceae, podczas gdy niższy poziom Prevotellacea, Faecalibacterium prausnitzii i Lactobacilli/Enterococci. Chociaż związek przyczynowy między PD a zmianami u określonych gatunków bakterii jest nieznany, niektóre gatunki bakterii odgrywają rolę we wspomnianej patogenezie PD. Na przykład Prevotella pomaga w rozkładaniu węglowodanów złożonych w celu wytworzenia przeciwutleniających, przeciwzapalnych SCFA oraz neuro-korzystnej tiaminy i kwasu foliowego oraz zmniejsza ilość Prevotella, która może być szkodliwa dla neuronów dopaminergicznych i nasilać postęp choroby.

Modulację mikroflory jelitowej można osiągnąć na kilka sposobów, takich jak przeszczep mikroflory kałowej, probiotyki i antybiotyki. Przeszczep kału odniósł pewien sukces u pacjentów z zakażeniem Clostridium difficile. W dziedzinie chorób neurologicznych rozpoczęto próby kliniczne przeszczepiania mikrobioty kałowej u dzieci z autyzmem18. Jednak na obecnym etapie nie ma „standaryzowanej” mikroflory jelitowej u osób bez choroby Parkinsona, co ogranicza zastosowanie przeszczepu mikroflory kałowej w PwP. Probiotyki to łatwo dostępne bez recepty suplementy bogate w pożyteczne mikroorganizmy. Zaletami probiotyków są dobrze tolerowane i minimalne działania niepożądane. Poza tym zwiększanie liczby pożytecznych mikroorganizmów poprzez przyjmowanie probiotyków jest fizjologiczne. Jednak ze względu na te same wady, co przeszczep mikroflory kałowej, nie ma konkretnego szczepu, o którym wiadomo, że jest korzystny dla PD. Ponadto, w porównaniu z ilością istniejącej mikroflory jelitowej, probiotyki zawierają znacznie mniejszą liczbę mikroorganizmów. Po zaprzestaniu stosowania te dobre mikroorganizmy nie są w stanie trwale namnażać się w jelitach, a czasem nawet wywołują dalszą dysbiozę.

Dobrze wiadomo, że antybiotyki modulują mikroflorę jelitową. W rzeczywistości pierwszym przypadkiem, kiedy ludzie są świadomi wpływu antybiotyków na mikroflorę jelitową, jest rzekomobłoniaste zapalenie jelita grubego związane z antybiotykami, które jest wtórne do przerostu C. difficle z powodu utraty normalnej mikroflory jelitowej po zastosowaniu silnego szerokiego -antybiotyki spektrum. Po prostu wszystkie antybiotyki wpływają mniej lub bardziej na mikroflorę jelitową, jednak wpływ netto jest zwykle negatywny. Skutkuje to zmniejszeniem liczby korzystnej mikroflory, zwiększeniem szkodliwych szczepów i zmniejszeniem różnorodności. W przeciwieństwie do przejściowego działania probiotyków, antybiotyki prowadzą do trwałych lub nawet trwałych zmian. W obserwacjach klinicznych przepisywanie antybiotyków w dzieciństwie wiąże się z ryzykiem otyłości w wieku dorosłym.

Na szczęście wśród setek dostępnych antybiotyków rifaksymina, nieaminoglikozydowy, półsyntetyczny, nieogólnoustrojowy antybiotyk pochodzący z rifamycyny SV, znana jest ze swojego wyjątkowego efektu „eubiotycznego”. Rifaksymina jest zatwierdzona przez US-FDA w leczeniu biegunki podróżnych i encefalopatii wątrobowej. Według piśmiennictwa ryfaksymina nie spowodowała zmniejszenia liczby korzystnej mikroflory jelitowej, takiej jak Lactobacillus i Bifidobacterium. Z drugiej strony ryfaksymina nie zmniejszyła różnorodności mikroflory jelitowej. Co najważniejsze, efekt jest długotrwały. Bezpośredni wpływ rifaksyminy na patogeny polega na zmniejszeniu ekspresji bakteryjnych czynników wirulencji. Jednocześnie na gospodarza działają pewne efekty pośrednie, takie jak uodparnianie komórek jelitowych na kolonizację bakteryjną, przyczepianie się i internalizację oraz zmniejszanie stanu zapalnego błony śluzowej.

Zamiast leczenia biegunki podróżnych i encefalopatii wątrobowej, rifaksymina została zastosowana w PD w badaniach klinicznych. PwP często cierpią z powodu przerostu bakterii jelita cienkiego (SIBO), co wpływa na wchłanianie polipeptydu, zwłaszcza lewodopy i przyczynia się do fluktuacji motorycznych indukowanych przez lewodopę. W tym badaniu przepisanie ryfaksyminy, 550 mg dwa razy dziennie przez 7 dni, znacznie zmniejszyło liczbę niepożądanych bakterii w jelitach, zwłaszcza H. pylori i poprawiło odpowiedź lewodopy. Co ważne, skutki uboczne są minimalne i możliwe do zniesienia1.

Obecnie nie ma dostępnych podejść do trwałej modulacji mikroflory jelitowej PwP. Ponadto nie wiadomo, czy modulowanie mikroflory jelitowej jest korzystne w klinicznych i serologicznych biomarkerach PwP. Niniejszy projekt ma na celu odpowiedź na te dwa pytania: 1. Czy 1-tygodniowe leczenie rifaksyminą jest w stanie przywrócić mikroflorę jelitową w sposób długotrwały w PwP? 2. Czy odbudowa mikroflory jelitowej w PwP wiąże się ze zmniejszeniem ogólnoustrojowego stanu zapalnego i krążącej egzosomalnej α-synukleiny?