Spezifische Darmmikroben haben die Fähigkeit, das normale Wachstum und die Reifung des Skeletts zu beeinflussen

Mikroben werden oft als Krankheitserreger angesehen, aber das Bild ist tatsächlich komplexer als diese eingeschränkte Ansicht. Das Darmmikrobiom, das ist die Ansammlung von Mikroorganismen, die den gesunden Darm besiedeln, gilt als unterstützendes Organ, das biologische Funktionen des Wirts regulieren kann, einschließlich der Skelettgesundheit. Forscher der Medical University of South Carolina (MUSC), die Osteoimmunologie studieren, die Schnittstelle des Skelett- und Immunsystems, die Wirkung eines bestimmten Mikroorganismus untersucht haben, segmentierte filamentöse Bakterien (SFB), zur postpubertären Skelettentwicklung. Ihre Ergebnisse, online veröffentlicht am 10. Januar im Zeitschrift für Knochen- und Mineralforschung Plus , zeigten, dass SFB die Reaktion spezifischer Immunzellen im Darm und in der Leber erhöht. Diese Reaktion führte zu einer erhöhten Osteoklastenaktivität und einer verringerten Osteoblastenaktivität, kumulativ die Knochenmasseanhäufung beeinträchtigen.

„Dies ist der erste bekannte Bericht, der zeigt, dass innerhalb des komplexen Darmmikrobioms spezifische Mikroben haben die Fähigkeit, das normale Wachstum und die Reifung des Skeletts zu beeinflussen, " sagte Chad M. Novince, D. D. S., Ph.D., Assistenzprofessor an den Hochschulen für Medizin und Zahnmedizin, der den Einfluss des Mikrobioms auf die Osteoimmunologie und die Skelettentwicklung untersucht.

Das Novince-Labor konzentriert sich auf die postpubertäre Phase der Skelettentwicklung, das kritische Plastizitätsfenster, das den Aufbau von ungefähr 40% der maximalen Knochenmasse einer Person unterstützt. Jüngste Arbeiten aus dem Labor zeigten, dass das Darmmikrobiom die Immunreaktionen in der Leber- und Knochenumgebung verstärkt. was die Knochenmasse des Skeletts beeinträchtigt. Andere Gruppen haben gezeigt, dass SFB die Immunantwort von TH17-Zellen in Abhängigkeit von Interleukin-17A (IL-17A) aktiviert. Die Forschung zielte darauf ab, diese Aspekte der SFB-vermittelten Immunität zu verknüpfen und zu bestimmen, ob bestimmte Darmmikroben die Fähigkeit haben, die Gesundheit des Skeletts zu beeinflussen.

Um die Auswirkungen von SFB und des Darmmikrobioms auf die Skelettgesundheit zu untersuchen, das Labor in Novince verwendete ein Mausmodell mit einer definierten Mikrobiota. Diese Forschung wurde durch den gnotobiotischen Tierkern von MUSC ermöglicht, Regie führt Caroline Westwater, Ph.D., Co-Autor und Professor an der Fakultät für Zahnmedizin. Erhältlich durch den einzigartigen Tierkern, keimfreie Mäuse (keine Mikrobiota) und gnotobiotische Mäuse (definierte Mikrobiota) bieten ein hervorragendes Modell zur Untersuchung der Beiträge des Mikrobioms zur Skelettentwicklung.

Immer wenn wir an Knochen denken, es ist immer das Gleichgewicht von Osteoblasten und Osteoklasten; die Osteoblasten bilden den Knochen, und die Osteoklasten resorbieren den Knochen. Die SFB-Kolonisation verursachte eine Verschiebung auf beiden Seiten der Achse:die Osteoklastenaktivität stieg, und die Osteoblastenaktivität ging zurück, was dem Skelett schadet."

Tschad M. Novince, Assistenzprofessor an den Hochschulen für Medizin und Zahnmedizin, MUSK

Um sein Studium zu beginnen, das Novince-Labor verglich keimfreie Mäuse mit SFB-monoassoziierten Mäusen. Mäuse, die SFB hatten, zeigten eine 20%ige Verringerung des trabekulären Knochenvolumens – die Art von Knochen, die einer hohen Knochenstoffwechselrate unterliegt. Eine weitere Untersuchung dieser Mäuse zeigte, dass die SFB-Kolonisierung zu erhöhten IL-17A-Spiegeln im Darm und Kreislauf führte. und erhöhtes Osteoklastenpotential.

Nächste, Das Labor in Novince untersuchte, ob das Vorhandensein von SFB in einer komplexen Darmmikrobiota die normale Skelettentwicklung beeinflussen könnte. Sie verglichen Taconic-spezifische pathogenfreie Mäuse, die SFB als Teil ihres Mikrobioms aufwiesen, mit Taconic-spezifischen pathogenfreien Mäusen, denen SFB fehlte.

Das Vorhandensein von SFB innerhalb einer komplexen Mikrobiota führte zu einem reduzierten trabekulären Knochenvolumen, Dies wurde auf eine erhöhte Osteoklastenaktivität und eine verringerte Osteoblastenaktivität zurückgeführt. Die SFB-Kolonisation führte zu einem proinflammatorischen Immunzustand im Darm, mit einer erhöhten Anzahl von Myeloid-derived Suppressor Cells (MDSCs) und M1-Makrophagen in den mit dem Darm assoziierten Lymphknoten. Außerdem, Die SFB-Kolonisierung erhöhte den IL-17A-Spiegel im Darm und Kreislauf.

Interessant, die SFB-Präsenz in einer komplexen Darmmikrobiota stimulierte auch stark die hepatische Immunität. Die SFB-Kolonisation erhöhte proinflammatorische Immunfaktoren in der Leber und erhöhte TH17-Zellen in den Lymphknoten, die die Leber entwässern. Außerdem, das Vorhandensein von SFB führte zu höheren Konzentrationen von Akute-Phase-Reaktanten - Immunfaktoren, die in der Leber gebildet und in den Kreislauf ausgeschieden werden. Lipocalin-2 (LCN2) war besonders interessant, weil es ein antimikrobielles Peptid ist, das den Knochenstoffwechsel beeinflusst.

Die SFB-Kolonisierung führte zu erhöhten zirkulierenden Spiegeln von IL-17A und LCN2, Dies sind beides Faktoren, die die Osteoklastenaktivität unterstützen und die Osteoblastenaktivität unterdrücken. Zusammen genommen, Diese Daten zeigen, dass SFB eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Immunantwort im Darm und in der Leber spielt, die signifikante Auswirkungen auf das Skelett hat und eine starke Unterstützung dafür bietet, dass die Darmmikrobiota-Aktionen auf das Skelett teilweise durch eine Darm-Leber-Knochen-Achse vermittelt werden .

Zusätzlich, Der Beitrag von SFB zur Skelettgesundheit kann erhebliche klinische Auswirkungen haben.

„Wenn wir die Besiedlung verhindern oder bestimmte Mikroben wie SFB aus dem Mikrobiom abbauen können, Es besteht ein klinisches Potenzial zur Optimierung des Knochenaufbaus während der postpubertären Skelettentwicklung, “ sagte Novize.

Es ist bekannt, dass Ernährung, Probiotika und Antibiotika haben erhebliche Auswirkungen auf die Zusammensetzung des Mikrobioms, einschließlich SFB-Kolonisation. Ein Großteil der Knochenmasse eines Menschen entsteht während der Adoleszenz, oder postpubertär. Wenn Menschen altern, sie beginnen langsam, Knochenmasse zu verlieren, was sie einem Risiko für Frakturen und Osteoporose aussetzt. Modulation des SFB, durch nicht-invasive Interventionen wie Diäten oder Probiotika, könnte den Aufbau oder die Optimierung der Spitzenknochenmasse während der Adoleszenz ermöglichen. Dies würde das Risiko für altersbedingte niedrige Knochenmasse und damit verbundene Frakturen begrenzen.

Zusammenfassend, Die Gruppe von Novince hat gezeigt, dass innerhalb des komplexen Mikrobioms eine bestimmte kommensale Mikrobe, SFB, hat die Fähigkeit, die Art und Weise, wie das Mikrobiom mit dem Immunsystem und dem Skelett des Wirts interagiert, entscheidend zu verändern. Diese Immunantwort, vermittelt durch eine Darm-Leber-Knochen-Achse, induziert eine Pro-Osteoklasten- und Anti-Osteoblasten-Umgebung im Knochen, die das normale Skelettwachstum und die Reifung beeinträchtigt. Der starke Beitrag der hepatischen Immunität rechtfertigt weitere Untersuchungen darüber, wie die Akutphasenprodukte eine Rückkopplungswirkung auf das Mikrobiom oder zusätzliche Wirkungen auf den Wirt haben können.

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