Ось кишечник–легкие
https://doi.org/10.18093/0869-0189-2022-3053
Аннотация
Микробиота кишечника – одна из наиболее многочисленных среди различных биотопов организма. Ее метаболическая активность, а также антигенный состав во многом определяют метаболизм и иммунологический статус макроорганизма, которые, в свою очередь, влияют на активность местного иммунитета тканей легких, предотвращая развитие не только инфекционного процесса экзогенного характера, но и оппортунистических инфекций, а также заболеваний неинфекционной природы.
Целью исследования явилось выявление механизмов взаимодействия микробиоты кишечника с компонентами иммунной системы и микрофлорой легких, а также влияния микроорганизмов кишечника на развитие патологии легких. Представлены данные о влиянии дисбиотических изменений в кишечнике на развитие бронхиальной астмы, муковисцидоза, острого респираторного дистресс-синдрома, хронической обструктивной болезни легких, респираторных вирусных инфекций. Рассмотрена роль микробиоты кишечника в формировании иммунологической резистентности к инфицированию Mycobacterium tuberculosis и в поддержании антионкогенных процессов в тканях легких.
Заключение. Микробиота кишечника оказывает большой вклад в развитие респираторной патологии через иммунологические и метаболические механизмы. Подробное изучение данных механизмов позволит расширить представление о патогенезе заболеваний легких и найти точки приложения для фармакотерапии данной категории патологий.
Об авторах
В. С. БеляевРоссия
Беляев Всеволод Станиславович – студент V курса стоматологического факультета
170100, Тверь, ул. Советская, 4
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
В. М. Червинец
Россия
Червинец Вячеслав Михайлович – д. м. н., профессор, заведующий кафедрой микробиологии и вирусологии с курсом иммунологии
170100, Тверь, ул. Советская, 4
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Ю. В. Червинец
Россия
Червинец Юлия Вячеславовна – д. м. н., профессор кафедры микробиологии и вирусологии с курсом иммунологии
170100, Тверь, ул. Советская, 4
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Список литературы
1. Budden K., Gellatly S., Wood D. et al. Emerging pathogenic links between microbiota and the gut–lung axis. Nat. Rev. Microbiol. 2017; 15 (1): 55–63. DOI: 10.1038/nrmicro.2016.142.
2. Dang A.T., Marsland B.J. Microbes, metabolites, and the gut–lung axis. Mucosal Immunol. 2019; 12 (4): 843–850. DOI: 10.1038/s41385-019-0160-6.
3. Чаплин А.В., Ребриков Д.В., Болдырева М.Н. Микробиом человека. Вестник Российского государственного медицинского университета. 2017; (2): 5–13. DOI: 10.24075/brsmu.2017-02-01.
4. Bingula R., Filaire M., Radosevic-Robin N. et al. Desired turbulence? Gut–lung axis, immunity, and lung cancer. J. Oncol. 2017; 2017: 5035371. DOI: 10.1155/2017/5035371.
5. Sommariva M., Le Noci V., Bianchi F. et al. The lung microbiota: role in maintaining pulmonary immune homeostasis and its implications in cancer development and therapy. Cell. Mol. Life Sci. 2020; 77 (14): 2739–2749. DOI: 10.1007/s00018-020-03452-8.
6. Invernizzi R., Lloyd C.M., Molyneaux P.L. Respiratory microbiome and epithelial interactions shape immunity in the lungs. Immunology. 2020; 160 (2): 171–182. DOI: 10.1111/imm.13195.
7. Huffnagle G.B., Dickson R.P., Lukacs N.W. The respiratory tract microbiome and lung inflammation: a two-way street. Mucosal Immunol. 2017; 10 (2): 299–306. DOI: 10.1038/mi.2016.108.
8. Zheng D., Liwinski T., Elinav E. Interaction between microbiota and immunity in health and disease. Cell. Res. 2020; 30 (6): 492–506. DOI: 10.1038/s41422-020-0332-7.
9. Gupta N., Kumar R., Agrawal B. New players in immunity to tuberculosis: the host microbiome, lung epithelium, and innate immune cells. Front. Immunol. 2018; 9: 709. DOI: 10.3389/fimmu.2018.00709.
10. Aktas B., Aslim B. Gut–lung axis and dysbiosis in COVID-19. Turk. J. Biol. 2020; 44 (3): 265–272. DOI: 10.3906/biy-2005-102.
11. Министерство здравоохранения РФ. Временные методические рекомендации: профилактика, диагностика и лечение новой коронавирусной инфекции (COVID 19). Версия 12 (21.09.2021). Доступно на: https://static-0.minzdrav.gov.ru/system/attachments/attaches/000/058/075/original/%D0%92%D0%9C%D0%A0_COVID-19_V12.pdf.
12. Ahlawat S., Asha, Sharma K.K. Immunological co-ordination between gut and lungs in SARS-CoV-2 infection. Virus Res. 2020; 286: 198103. DOI: 10.1016/j.virusres.2020.198103.
13. Viana S.D., Nunes S., Reis F. ACE2 imbalance as a key player for the poor outcomes in COVID-19 patients with age-related comorbidities – role of gut microbiota dysbiosis. Ageing Res. Rev. 2020; 62: 101–123. DOI: 10.1016/j.arr.2020.101123.
14. Deriu E., Boxx G.M., He X. et al. Influenza virus affects intestinal microbiota and secondary Salmonella infection in the gut through type I interferons. PLoS Pathog. 2016; 12 (5): e1005572. DOI: 10.1371/journal.ppat.1005572.
15. Groves H.T., Cuthbertson L., James P. et al. Respiratory disease following viral lung infection alters the murine gut microbiota. Front. Immunol. 2018; 9: 182. DOI: 10.3389/fimmu.2018.00182.
16. Mukherjee S., Hanidziar D. More of the gut in the lung: how two microbiomes meet in ARDS. Yale J. Biol. Med. 2018; 91 (2): 143–149.
17. Dickson R.P., Singer B.H., Newstead M.W. et al. Enrichment of the lung microbiome with gut bacteria in sepsis and the acute respiratory distress syndrome. Nat. Microbiol. 2016; 1 (10): 16113. DOI: 10.1038/nmicrobiol.2016.113.
18. Dumas A., Corral D., Colom A. et al. The host microbiota contributes to early protection against lung colonization by Mycobacterium tuberculosis. Front. Immunol. 2018; 9: 2656. DOI: 10.3389/fimmu.2018.02656.
19. Negi Sh., Pahari S., Bashir H., Agrewala J.N. Gut microbiota regulates mincle mediated activation of lung dendritic cells to protect against Mycobacterium tuberculosis. Front. Immunol. 2019; 10: 1142. DOI: 10.3389/fimmu.2019.01142.
20. Khan N., Vidyarthi A., Nadeem S. et al. Alteration in the gut microbiota provokes susceptibility to tuberculosis. Front. Immunol. 2016; 7: 529. DOI: 10.3389/fimmu.2016.00529.
21. Khan N., Mendonca L., Dhariwal A. et al. Intestinal dysbiosis compromises alveolar macrophage immunity to Mycobacterium tuberculosis. Mucosal Immunol. 2019; 12 (3): 772–783. DOI: 10.1038/s41385-019-0147-3.
22. Negatu D.A., Gengenbacher M., Dartois V., Dick T. Indole propionic acid, an unusual antibiotic produced by the gut microbiota, with anti-inflammatory and antioxidant properties. Front. Microbiol. 2020; 11: 575586. DOI: 10.3389/fmicb.2020.575586.
23. Negatu D.A., Yamada Y., Xi Y. et al. Gut microbiota metabolite indole propionic acid targets tryptophan biosynthesis in Mycobacterium tuberculosis. mBio. 2019; 10 (2): e02781-18. DOI: 10.1128/mBio.02781-18.
24. Li W., Zhu Y., Liao Q. et al. Characterization of gut microbiota in children with pulmonary tuberculosis. BMC Pediatr. 2019; 19 (1): 445. DOI: 10.1186/s12887-019-1782-2.
25. Lee S.H., Yun Y., Kim S.J. et al. Association between cigarette smoking status and composition of gut microbiota: population-based cross-sectional study. J. Clin. Med. 2018; 7 (9): 282. DOI: 10.3390/jcm7090282.
26. Zhang D., Li S., Wang N. et al. The cross-talk between gut microbiota and lungs in common lung diseases. Front. Microbiol. 2020; 11: 301. DOI: 10.3389/fmicb.2020.00301.
27. Bowerman K.L., Rehman S.F., Vaughan A. et al. Disease-associated gut microbiome and metabolome changes in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Nat. Commun. 2020; 11 (1): 58–86. DOI: 10.1038/s41467-020-19701-0.
28. Chiu Y.C., Lee S.W., Liu C.W. et al. Comprehensive profiling of the gut microbiota in patients with chronic obstructive pulmonary disease of varying severity. PLoS One. 2021; 16 (4): e0249944. DOI: 10.1371/journal.pone.0249944.
29. Shukla S.D., Budden K.F., Neal R., Hansbro P.M. Microbiome effects on immunity, health and disease in the lung. Clin. Transl. Immunology. 2017; 6 (3): e133. DOI: 10.1038/cti.2017.6.
30. Frati F., Salvatori C., Incorvaia C. et al. The role of the microbiome in asthma: the gut–lung axis. Int. J. Mol. Sci. 2018; 20 (1): 123. DOI: 10.3390/ijms20010123.
31. Ver Heul A., Planer J., Kau A.L. The human microbiota and asthma. Clin. Rev. Allergy Immunol. 2019; 57 (3): 350–363. DOI: 10.1007/s12016-018-8719-7.
32. Hufnagl K., Pali-Schöll I., Roth-Walter F., Jensen-Jarolim E. Dysbiosis of the gut and lung microbiome has a role in asthma. Semin. Immunopathol. 2020; 42 (1): 75–93. DOI: 10.1007/s00281-019-00775-y.
33. Enaud R., Prevel R., Ciarlo E. et al. The gut–lung axis in health and respiratory diseases: a place for inter-organ and inter-kingdom crosstalks. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2020; 10: 9. DOI: 10.3389/fcimb.2020.00009.
34. Chiu Y.C., Chan Y.L., Tsai M.H. et al. Gut microbial dysbiosis is associated with allergen-specific IgE responses in young children with airway allergies. World Allergy Organ. J. 2019; 12 (3): 100021. DOI: 10.1016/j.waojou.2019.100021.
35. Loverdos K., Bellos G., Kokolatou L. et al. Lung microbiome in asthma: current perspectives. J. Clin. Med. 2019; 8 (11): 1967. DOI: 10.3390/jcm8111967.
36. Cait A., Hughes M., Antignano F. et al. Microbiome-driven allergic lung inflammation is ameliorated by short-chain fatty acids. Mucosal Immunol. 2018; 11 (3): 785–795. DOI: 10.1038/mi.2017.75.
37. Gentzsch M., Mall M.A. Ion channel modulators in cystic fibrosis. Chest. 2018; 154 (2): 383–393. DOI: 10.1016/j.chest.2018.04.036.
38. Cabrini G., Rimessi A., Borgatti M. et al. Role of cystic fibrosis bronchial epithelium in neutrophil chemotaxis. Front. Immunol. 2020; 11: 1438. DOI: 10.3389/fimmu.2020.01438.
39. Hwang T.C., Yeh J.T., Zhang J. et al. Structural mechanisms of CFTR function and dysfunction. J. Gen. Physiol. 2018; 150 (4): 539–570. DOI: 10.1085/jgp.201711946.
40. Hoen A.G., Li J., Moulton L.A. et al. Associations between gut microbial colonization in early life and respiratory outcomes in cystic fibrosis. J. Pediatr. 2015; 167 (1): 138–47.e473. DOI: 10.1016/j.jpeds.2015.02.049.
41. Ranucci G., Buccigrossi V., de Freitas M.B. et al. Early-life intes - tine microbiota and lung health in children. J. Immunol. Res. 2017; 8450496. DOI: 10.1155/2017/8450496.
42. de Freitas M.B., Moreira E.A.M., Tomio C. et al. Altered intestinal microbiota composition, antibiotic therapy and intestinal inflammation in children and adolescents with cystic fibrosis. PLoS One. 2018; 13 (6): e0198457. DOI: 10.1371/journal.pone.0198457.
43. Burke D.G., Fouhy F., Harrison M.J. et al. The altered gut microbiota in adults with cystic fibrosis. BMC Microbiol. 2017; 17 (1): 58. DOI: 10.1186/s12866-017-0968-8.
44. Тлюстангелова Р.К., Долинный С.В., Пшеничная Н.Ю. Роль короткоцепочечных жирных кислот в патогенезе острых кишечных инфекций и постинфекционных синдромов. Русский медицинский журнал. 2019; 27 (10): 31–35. Доступно на: https://www.rusmedreview.com/articles/infektsiya/Roly_korotkocepochechnyh_ghirnyh_kislot_v_patogeneze_ostryh_kishechnyh_infekciy_i_postinfekcionnyh_sindromov/
45. Soldavini J., Kaunitz J.D. Pathobiology and potential therapeutic value of intestinal short-chain fatty acids in gut inflammation and obesity. Dig. Dis. Sci. 2013; 58 (10): 2756–2766. DOI: 10.1007/s10620-013-2744-4.
46. Kobayashi M., Mikami D., Kimura H. et al. Short-chain fatty acids, GPR41 and GPR43 ligands, inhibit TNF-α-induced MCP-1 expression by modulating p38 and JNK signaling pathways in human renal cortical epithelial cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2017; 486 (2): 499–505. DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.03.071.
47. Sun M., Wu W., Liu Z., Cong Y. Microbiota metabolite short chain fatty acids, GPCR, and inflammatory bowel diseases. J. Gastroenterol. 2017; 52 (1): 1–8. DOI: 10.1007/s00535-016-1242-9.
48. Galvão I., Tavares L.P., Corrêa R.O. et al. The metabolic sensor GPR43 receptor plays a role in the control of Klebsiella pneumoniae infection in the lung. Front. Immunol. 2018; 9: 142. DOI: 10.3389/fimmu.2018.00142.
49. Chen J., Zhao K.-N., Vitetta L. Effects of intestinal microbial-elaborated butyrate on oncogenic signaling pathways. Nutrients. 2019; 11 (5): 1026. DOI: 10.3390/nu11051026.
50. Gui Q., Li H., Wang A. et al. The association between gut butyrateproducing bacteria and non-small-cell lung cancer. J. Clin. Lab. Anal. 2020; 34 (8): e23318. DOI: 10.1002/jcla.23318.
51. Zhuang H., Cheng L., Wang Y. et al. Dysbiosis of the gut microbiome in lung cancer. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2019; 9: 112. DOI: 10.3389/fcimb.2019.00112.
52. Liu F., Li J., Guan Y. et al. Dysbiosis of the gut microbiome is associated with tumor biomarkers in lung cancer. Int. J. Biol. Sci. 2019; 15 (11): 2381–2392. DOI: 10.7150/ijbs.35980.
Дополнительные файлы
Рецензия
Для цитирования:
Беляев В.С., Червинец В.М., Червинец Ю.В. Ось кишечник–легкие. Пульмонология. 2022;. https://doi.org/10.18093/0869-0189-2022-3053
For citation:
Belyaev V.S., Chervinets V.M., Chervinets Yu.V. Gut–lung axis. PULMONOLOGIYA. 2022;. (In Russ.) https://doi.org/10.18093/0869-0189-2022-3053