Špecifické črevné mikróby majú schopnosť ovplyvniť normálny rast a dozrievanie kostry

Mikróby sú často vnímané ako patogény, ktoré spôsobujú choroby, ale obraz je v skutočnosti zložitejší ako obmedzený pohľad. Črevný mikrobióm, je to súbor mikroorganizmov, ktoré kolonizujú zdravé črevo, je považovaný za podporný orgán, ktorý môže regulovať biologické funkcie hostiteľa, vrátane kostrového zdravia. Vedci z Lekárskej univerzity v Južnej Karolíne (MUSC), ktorí študujú osteoimunológiu, rozhranie kostrového a imunitného systému, skúmali vplyv konkrétneho mikroorganizmu, segmentované vláknité baktérie (SFB), o post-pubertálnom vývoji skeletu. Ich výsledky, uverejnené online 10. januára v Journal of Bone and Mineral Research Plus , ukázal, že SFB zvýšil odpoveď špecifických imunitných buniek v čreve a pečeni. Táto odpoveď viedla k zvýšenej aktivite osteoklastov a zníženej aktivite osteoblastov, kumulatívne zhoršujúce akumuláciu kostnej hmoty.

„Toto je prvá známa správa, ktorá ukazuje, že v rámci komplexného črevného mikrobiómu špecifické mikróby majú schopnosť ovplyvniť normálny rast a dozrievanie kostry, “povedal Chad M. Novince, D.D.S., Ph.D., odborný asistent na vysokých školách medicíny a zubného lekárstva, ktorý študuje vplyv mikrobiómu na osteoimunológiu a vývoj skeletu.

Laboratórium Novince sa zameriava na post-pubertálnu fázu vývoja kostry, kritické okno plasticity, ktoré podporuje akumuláciu približne 40% vrcholovej kostnej hmoty človeka. Nedávna práca z laboratória ukázala, že črevný mikrobióm zvyšuje imunitné reakcie v prostredí pečene a kostí, ktorá poškodzuje kostrovú kostnú hmotu. U iných skupín bolo ukázané, že SFB aktivuje imunitnú odpoveď buniek TH17 spôsobom závislým od interleukínu-17A (IL-17A). Cieľom výskumu bolo prepojiť tieto aspekty imunity sprostredkovanej SFB a určiť, či konkrétne črevné mikróby majú schopnosť ovplyvniť zdravie skeletu.

Štúdium účinkov SFB a črevného mikrobiómu na zdravie skeletu, laboratórium Novince použilo myší model s definovanou mikrobiotou. Tento výskum bol uľahčený Gnotobiotickým zvieracím jadrom MUSC, réžia:Caroline Westwater, Ph.D., spoluautor a profesor na Vysokej škole zubného lekárstva. K dispozícii prostredníctvom jedinečného zvieracieho jadra, myši bez zárodkov (bez mikrobioty) a gnotobiotické myši (definovaná mikrobiota) poskytujú vynikajúci model na štúdium prínosu mikrobiómu k vývoju skeletu.

Kedykoľvek myslíme na kosť, vždy je to rovnováha osteoblastov a osteoklastov; osteoblasty tvoria kosť, a osteoklasty resorbujú kosť. Kolonizácia SFB spôsobila posun na oboch stranách osi:aktivita osteoklastov sa zvýšila, a aktivita osteoblastov sa znížila, čo je pre kostru škodlivé. “

Chad M. Novince, odborný asistent na vysokých školách medicíny a zubného lekárstva, MUSC

Na začiatku štúdia, laboratórium Novince porovnávalo myši bez klíčkov s myšami asociovanými s SFB. Myši, ktoré mali SFB, vykazovali 20% zníženie objemu trabekulárnej kosti - typ kosti, ktorá podlieha vysokej rýchlosti metabolizmu kostí. Ďalšie skúmanie týchto myší ukázalo, že kolonizácia SFB viedla k zvýšeniu hladín IL-17A v čreve a obehu, a zvýšený potenciál osteoklastov.

Ďalšie, laboratórium Novince skúmalo, či prítomnosť SFB v komplexnej črevnej mikrobiote môže ovplyvniť normálny vývoj skeletu. Porovnávali myši bez Taconic špecifických patogénov, ktoré mali ako súčasť svojho mikrobiómu SFB, s myšami bez Taconic bez špecifických patogénov, ktorým chýba SFB.

Prítomnosť SFB v komplexnej mikrobiote viedla k zníženiu objemu trabekulárnej kosti, čo sa pripisuje zvýšenej aktivite osteoklastov a zníženej aktivite osteoblastov. Kolonizácia SFB viedla k prozápalovému imunitnému stavu v čreve, so zvýšeným počtom myeloidných supresorových buniek (MDSC) a M1-makrofágov v lymfatických uzlinách spojených s črevom. Navyše, Kolonizácia SFB zvýšila hladiny IL-17A v čreve a v krvnom obehu.

Je zaujímavé, prítomnosť SFB v komplexnej črevnej mikrobiote tiež výrazne stimulovala pečeňovú imunitu. Kolonizácia SFB zvyšuje regulované prozápalové imunitné faktory v pečeni a zvyšuje počet buniek TH17 v lymfatických uzlinách odvodňujúcich pečeň. Okrem toho, prítomnosť SFB viedla k vyšším hladinám reaktantov akútnej fázy - imunitných faktorov, ktoré sa tvoria v pečeni a vylučujú sa do obehu. Lipocalin-2 (LCN2) bol obzvlášť zaujímavý, pretože je to antimikrobiálny peptid, ktorý ovplyvňuje metabolizmus kostí.

Kolonizácia SFB mala za následok zvýšenie cirkulujúcich hladín IL-17A a LCN2, čo sú oba faktory, ktoré podporujú aktivitu osteoklastov a potláčajú aktivitu osteoblastov. Vzaté dokopy, tieto údaje ukazujú, že SFB hrá rozhodujúcu úlohu v regulácii imunitnej odpovede v čreve aj v pečeni, ktorá má významné účinky na kostru a poskytuje silnú podporu, že pôsobenie črevnej mikrobioty na kostru je čiastočne sprostredkované osou čriev, pečene a kostí .

Navyše, príspevok SFB k zdraviu skeletu môže mať významné klinické dôsledky.

"Ak dokážeme zabrániť kolonizácii alebo vyčerpať konkrétne mikroby, ako napríklad SFB, z mikrobiómu," existuje klinický potenciál na optimalizáciu prírastku kostnej hmoty počas post-pubertálneho vývoja skeletu, “povedali Novince.

Je známe, že diéta, probiotiká a antibiotiká majú významný vplyv na zloženie mikrobiómu, vrátane kolonizácie SFB. Väčšina kostnej hmoty človeka sa hromadí počas dospievania, alebo postpubescentne. Ako ľudia starnú, pomaly začínajú strácať kostnú hmotu, čo ich ohrozuje zlomeninami a osteoporózou. Modulácia SFB, neinvazívnymi intervenciami, ako sú diéty alebo probiotiká, by mohlo umožniť vybudovanie alebo optimalizáciu maximálneho prírastku kostnej hmoty počas dospievania. To by obmedzilo riziko nízkej kostnej hmoty súvisiacej so starnutím a súvisiacich zlomenín.

Stručne povedané, Skupina Novince ukázala, že v rámci komplexného mikrobiómu špecifický komenzálny mikrób, SFB, má schopnosť kriticky zmeniť spôsob interakcie mikrobiómu s imunitným systémom a kostrou hostiteľa. Táto imunitná odpoveď, sprostredkované osou čriev, pečene a kostí, indukuje pro-osteoklastové a anti-osteoblastové prostredie v kosti, čo zhoršuje normálny rast a dozrievanie skeletu. Silný prínos pečeňovej imunity si vyžaduje ďalšie skúmanie toho, ako môžu mať produkty akútnej fázy spätnú väzbu na mikrobióm alebo ďalšie účinky na hostiteľa.

• Po návrate zo summitu NASH Boston sa vyjadrí viac ako 60 organizácií
• Ľudia, ktorí jedia veľa vlákniny,