Isoleucin tillsatt ORS hos barn med diarré

Globalt står diarré fortfarande för 1,6 till 2,5 miljoner dödsfall årligen, och barn i utvecklingsländerna upplever i genomsnitt 3 episoder av diarré varje år. Trots nedgången i diarrédödlighet är det fortfarande en ledande orsak till barndomssjuklighet och dödsfall [1]. Förebyggande av uttorkning med hjälp av lämpliga hemmagjorda vätskor eller ORS-lösning, och korrigering av uttorkning med ORS-lösning eller intravenös vätska enligt anvisningarna följt av underhåll av hydrering med ORS-lösning, tillsammans med fortsättning av vanlig mat inklusive amning är de viktigaste delarna av hanteringen av akuta diarre. Antimikrobiell terapi rekommenderas vid hanteringen av ett fåtal specifika etiologiska diarréer såsom svår kolera, shigellos, invasiv intestinal amöbias och symptomatisk giardiasis. Kostnaden för terapi och ännu viktigare uppkomsten av resistenspatogener är de största problemen för antimikrobiell terapi för diarré som för andra bakteriella infektioner.

ORS spelar en viktig roll i behandlingen av diarrésjukdomar; men det minskar varken svårighetsgraden eller varaktigheten av diarrén, dess stora begränsningar. Ansträngningar fortsätter att övervinna dessa begränsningar genom att utveckla nyare formuleringar och leveransmekanismer, t.ex.

1. Ändra/byta ut substraten (t.ex. tillsats av alanin eller glycin till glukos eller ersättning av glukos med multodextrin och rispulver)
2. Minska koncentrationen av glukos och natrium och därmed osmolariteten hos ORS-lösning.

Alanin/glycin och rispulver innehållande ORS visade en viss minskning av avföringsproduktionen [2-5]. Ingen av formuleringarna som hittills utvecklats och testats visade dock någon gynnsam effekt på diarréns varaktighet. På liknande sätt har reducerad osmolaritet ORS en viss gynnsam effekt på att minska avföringsutflödet och kräkningar, och reducera misslyckande av ORT främst hos barn med icke-kolera diarré, men hade ingen effekt på diarréns varaktighet [6]. Världshälsoorganisationen (WHO) och FN:s barnfond (UNICEF) har nyligen rekommenderat rutinmässig användning av ORS med reducerad osmolaritet vid behandling av diarrésjukdomar [7]; Det finns dock möjligheter att ytterligare förbättra dess effektivitet.

Antimikrobiella peptider och medfödd immunitet

Antimikrobiella peptider representerar en viktig komponent i det medfödda immunförsvaret hos organismer, allt från växter till insekter till människor. De är brett spektrum, ytaktiva medel som dödar mikrober genom att bilda porer i deras membran. De flesta har ett brett spektrum av aktiviteter mot bakterier, virus och svampar. Hos däggdjur har två huvudklasser av antimikrobiella peptider beskrivits - defensiner och katelicidiner (LL-37). Defensinerna är en underklass av antimikrobiella peptider, och hos däggdjur finns de i neutrofila granulat där de är nödvändiga för icke-oxidativt dödande av fagocyterade mikrober [8]. Det är nu väletablerat att defensiner också produceras på praktiskt taget alla epitelytor hos däggdjur, inklusive de i huden, luftvägarna, tarmen och urogenitala kanalerna [9, 10]. Uttryck av vissa epiteliala defensiner är konstitutivt och bidrar till en icke-inflammatorisk antimikrobiell barriär vid epitelytan. Andra defensiner är inducerbara och uttrycks starkt på platser för inflammation eller infektion [9, 11, 12]. Nedsättning av defensinfunktioner ökar känsligheten för infektion i luftvägarna vid cystisk fibros [13] och för ökad Salmonellainfektion i musens tarmkanal [14]. Förutom deras direkta antimikrobiella aktiviteter är beta-defensiner kemotaktiska för minnes-T-celler och dendritiska celler, vilket tyder på att de spelar en viktig roll i integrationen av de medfödda och förvärvade immunsvaren [15].

De molekylära mekanismerna bakom induktion av epiteliala defensiner förblir i stort sett outforskade. Mönsterigenkännande receptorer [16] spelar sannolikt en avgörande roll i denna process, vilket har visats i CD-14-medierad induktion av beta-defensiner av bakteriell lipopolysackarid [17]. Hela värmedödade bakterier och svampar inducerar mänskliga Beta-defensiner-2 i mänskliga keratinocyter, men den molekylära grunden för detta svar är inte förstått [11]. Inflammatoriska cytokiner som tumörnekrosfaktor Alpha (TNF) och IL-10 inducerar också Beta-defensiner [18, 19]. Eftersom farmakologisk induktion av defensiner vid epitelial barriärer kan ha terapeutisk användbarhet, har ett sökande efter nya molekyler som skulle kunna inducera produktion av epitelialt defensin, bedömt med hjälp av cellbaserade analyser, länge pågått. Det har nyligen observerats att L-isoleucin och dess analoger är mycket specifika Beta-defensin-inducerare i epitelceller [20]. Det har också observerats att när isoleucin administreras till djur (kyckling), skiftar tarmfloran till probiotiska arter, det stimulerar panethceller att utsöndra antimikrobiella peptider i mänsklig tarmvävnad, och det orsakar en förändring i tarmfloran som leder till en ökad antal laktobaciller. (Manuskript, Ashida T & M Zasloff et al) vid behandling av patienter med Crohns sjukdom.

Ovanstående observationer antyder en potentiell roll för L-isoleucin vid hanteringen av infektioner i slemhinnevävnader inklusive de i mag-tarmkanalen.

Antimikrobiella peptider vid Shigella-infektioner

År 2001 rapporterade forskare från ICDDRB och Karolinska Institutet (BA) i Nature Medicine en nedreglering av LL-37 och humant Beta-defensin-1 (HBD-1) i epitelcellerna vid diarré orsakad av Shigella dysenteriae typ I och andra enteriska bakterier [21]. Denna nedreglering kunde reproduceras in vitro genom att använda cellinjerna U937 av monocyt-ursprung och HT-29 av colonic epitelialt ursprung, när de infekterades med Shigella eller plasmid-DNA härrörande från Shigella. Nedregleringen kan vara en viktig immunflyktmekanism för patogener för att undvika potenta mukosala effektormolekyler som antimikrobiella peptider. Eftersom antimikrobiella faktorer dränker slemhinneytorna är det tänkbart att patogena bakterier nedreglerar människors frontlinjeförsvar som en del av deras invasiva process. Därför kommer ett nytt tillvägagångssätt att blockera denna nedreglering eller att ta ett terapeutiskt tillvägagångssätt för att uppreglera produktionen av endogena antimikrobiella medel. Nyligen genomförda studier har visat att kortkedjiga fettsyror (SCFA) kan uppreglera uttrycket av LL-37 i tjocktarmsepitelceller, och bland dem var natriumbutyrat den bästa induceraren [22, 23]. Dessutom inducerar butyrat koloncelldifferentiering som har rapporterats vara en nyckeldeterminant för LL-37-uttryck i humant kolonepitel [22]. Det visades dock att andra vägar än de som är involverade i celldifferentiering är involverade i uppregleringen av LL-37 med butyrat [23]. Butyrat produceras i tjocktarmen genom jäsning av kostfiber. Det finns alltså ett samband mellan den normala tarmfloran och uttrycket av endogena antibiotika. Dessutom har SCFA inklusive butyrat visat sig minska kliniska symtom och förändra mikrobiologiska och patologiska egenskaper i experimentella Shigella-infektioner i kaninmodeller [24]. Således är ett samband mellan svårighetsgraden av Shigella-infektioner och slemhinnenivåer av antimikrobiella peptider tänkbart. Oral administrering av natriumbutyrat till kaniner infekterade med Shigella visade uppreglering av CAP-18 (kaninhomolog av LL-37) i tjocktarmens epitelceller med en åtföljande minskning av shigellabelastningen i avföring och klinisk återhämtning (Raqib et al, manuskript accepterat ). Förebyggande av nedreglering eller förstärkning av antimikrobiell peptidexpression kan ge en alternativ behandling för att skydda människor och djurboskap mot bakteriella patogener. Dessa studier kan ge en grund för terapeutisk manipulation av endogena antimikrobiella peptider inklusive LL-37-expression in vivo med hjälp av dietämnen eller butyrat för att stärka epitelial försvarsbarriär. Därför har vi inlett en klinisk studie i ICDDRB för att utvärdera effekten av butyratlavemang vid behandling av shigellos.

Butyrat har visat sig inducera antimikrobiella peptider i tjocktarmen; dock; det kan inte administreras oralt som sådant. Dessutom orsakas de flesta av de akuta diarrésjukdomarna av infektion i tunntarmen. Isoleucin, en essentiell aminosyra, kan vara ett rimligt alternativ för att öka utsöndringen av antimikrobiella peptider från panethcellerna och andra försvarsmolekyler från den övre tunntarmen (Manuscript, Ashida T & M Zasloff et al). Detta kan hjälpa till att rensa patogenerna, flytta tarmfloran till en mer "normal" kommensal artfördelning och förbättra återhämtningen från infektiös diarré. Därför antar vi att användning av L-isoleucin kompletterad ORS-lösning kommer att inducera antimikrobiella peptider och förbättra klinisk återhämtning av barn med akut vattnig diarré.