Становление микробиоты и иммунитета новорожденных

Микробиота слизистых, в частности кишечный микробиом, врожденный и адаптивный иммунный ответ новорожденного представляют собой единую систему гомеостатического взаимодействия, стремящегося к равновесию, или адаптации к окружающей среде. Динамическое постнатальное праймирование, как и плодовый период, генетически, микроэкологически и иммунологически связано с матерью ребенка. Постнатальное формирование микробиоты и созревание врожденной и адаптивной иммунной системы представляют собой именно тот процесс, в ходе которого закладывается фундамент будущего здоровья ребенка.

К началу ХХI века количество инфекций у детей значительно сократилось в результате повышения качества медицинского обеспечения материнства и детства, в том числе благодаря вакцинации и антибиотикам, а также улучшению гигиены и повышению уровня жизни людей. Одновременно произошло увеличение иммуноопосредованных и аллергических заболеваний. Появилось объяснение этому феномену в виде «гигиенической гипотезы», что подтверждали результаты внедрения эффективных систем здравоохранения в развивающихся странах: борьба с инфекциями сопровождалась устойчивым ростом числа аллергических заболеваний. Напротив, в странах с высоким уровнем паразитарных инфекций показатели атопических и аутовоспалительных заболеваний были низкими.

Когда в круг исследований этого феномена были включены, с одной стороны, микробиота кишечника детей, живущих на фермах, потребляющих сырое молоко и испытывающих воздействие фекалий животных с высокой микробной нагрузкой и мощной иммуномодулирующей активностью, и с другой — кишечный микробиом городских детей, было зафиксировано снижение бактериального разнообразия у горожан, сопровождающееся повышенной восприимчивостью к аллергическим заболеваниям.

Следующий шаг продемонстрировал особенно сильный защитный эффект воздействия характера фермерской жизни на внутриутробный и ранний постнатальный периоды развития. Одновременно накопились данные об антибиотиках, используемых в этот период, как о факторе риска развития аллергических заболеваний. С учетом общепринятых данных о микробной колонизации плода и новорожденного с образованием так называемой стержневой микробиоты, являющейся до конца жизни относительно стабильной экосистемой, последняя безусловно оказывает влияние на пожизненный, вплоть до глубокой старости, иммунный гомеостаз человека

КОЛОНИЗАЦИЯ ПЛОДА И ФОРМИРОВАНИЕ СТЕРЖНЕВОЙ МИКРОБИОТЫ

Ранее считалось, что здоровый плод лишен колонизирующих жизнеспособных микроорганизмов. Улучшение качества молекулярных и культуральных исследований тканей плода и плаценты у экспериментальных животных и человека показали, что это не так. Микробиом плаценты и плода существует — именно он формирует иммунный гомеостаз плода.

Убедительные доказательства роли микробиоты кишечника матери в развитии иммунной системы плода получены на модели стерильных беременных мышей, искусственно колонизированных генетически типированным штаммом кишечной палочки, под влиянием которого отмечено увеличение количества иммунных клеток кишечника плода. Интересно, что этот процесс зависит от материнских антител, что не исключает транскрипт микроорганизмов от матери к плоду в виде их комплексов с антителами. Такое воздействие материнского микробиома на плод предполагает, что вмешательства, модифицирующие его состав, могут оказать положительное влияние на потомство. Это касается использования пробиотиков во время беременности и в период кормления ребенка.

Влагалищная микробиота представляет собой следующий этап колонизации при прохождении через родовой канал. Интересно, что при кесаревом сечении новорожденные колонизируются микробиотой кожи матери и рук медицинского персонала. К моменту завершения формирования стержневой (материнской) микробиоты (к 3 годам жизни) различия, имевшие место, стираются, но сохраняет свои отличия частота атопических расстройств — у детей, появившихся на свет при кесаревом сечении, они встречаются чаще, чем у родившихся естественным путем

Микробиота становится «взрослой» к 3 годам и коррелирует с композиционной стабильностью и устойчивостью к внешней колонизации. Вновь введенные бактерии не получают доступ к нишам полости кишечника и не могут внедриться в экосистему ребенка, что повышает ее устойчивость к кишечным патогенам.

Врожденная иммунная система слизистой оболочки отвечает на воздействие микробиоты. У плода, который «потребляет» до 700 мл околоплодной жидкости в сутки, примитивные макрофаги ворсин плаценты — клетки Хофбауэра «перерабатывают» микробиом мекония, содержащего микробиоту матери, формируя иммунный ответ плода. Интересно, что эпителий тонкого кишечника новорожденного демонстрирует повышенную проницаемость для растворимых антигенов и лишен крипт, которые развиваются при отлучении от грудного вскармливания и питают стволовые клетки кишечника и антимикробные пептидпродуцирующие клетки Панета. Катионные пептиды, альфа-дефензины, лизоцим и фосфолипаза А2, в свою очередь, обладают избирательными антибактериальными свойствами. Кроме того, экспрессия муцинов слоя кишечной слизи у новорожденных находится на низком уровне и повышается при отлучении от груди. Постнатальная врожденная иммунная толерантность новорожденных в раннем неонатальном периоде поддерживается индуцированной микробиотой и молоком матери, содержащими иммунные ингибиторы, которые обеспечивают баланс между микробной стимуляцией и толерантностью к врожденным иммунным стимулам

Точно так же адаптивная иммунная система новорожденного отличается, по имеющимся данным, от приобретенных иммунных реакций у взрослых. Например, феномен высокой инфекционной чувствительности новорожденных принято объяснять незрелостью иммунной системы, но оказалось, что у них есть два условия адекватного иммунного ответа, которые носят количественные характеристики: уменьшение количества патогенов и/или увеличение дозы адъюванта. Кроме того, у взрослых наивные TCRαβ⁺ - и В-лимфоциты непрерывно взаимодействуют с микробиотой и пищевыми антигенами, что приводит к присутствию антигензависимых лимфоцитов в пейеровых бляшках кишечника.

У новорожденных определяется наивный фенотип этих лейкоцитов, работающих исключительно с новыми пищевыми антигенами (грудное молоко по характеру микробиоты и антигенному составу близко к околоплодной жидкости), и это имеет место только до отлучения от груди. Т-регуляторные клетки (Tregs) у плода и новорожденного поддерживают аутотолерантность (пожизненный иммунитет к аутоантигенам, в том числе и к клеточной микробиоте). Пищевые антигены представляют собой основной индуктор периферических Tregs в тонкой кишке, тогда как антигены микробиоты являются индукторами этих клеток в толстой кишке.

Интересно, что на коже активация периферических Tregs наблюдается на протяжении 2–4-й недель жизни, способствуя устойчивости к комменсальным бактериям, которые колонизируют дермальную ткань; это совпадает с морфогенезом волосяных фолликулов, являющихся резервуаром комменсалов. Дополнительный механизм толерантности плода и новорожденного в его постнатальном развитии обеспечивается трансфером материнских клеток через плаценту и постнатально при грудном вскармливании.

Первый инокулят жизнеспособной микробиоты в родах и постоянное поступление микроорганизмов через молоко ограничивают проникновение провоспалительных бактерий в слизистую оболочку новорожденного. Этот факт объясняет, почему материнские антигены вносят основной вклад в контроль активации Т- и В-клеток в кишечнике новорожденного.

Влияние микробиотозависимого наивного, а затем адаптивного иммунного ответа новорожденных на будущее здоровье демонстрируют экспериментальные исследования у выращенных в стерильных условиях животных. У них обнаруживается избыточное количество инвариантных NK-клеток, что обусловливает повышенную восприимчивость к воспалению в сурфактантном слое легких и слизистой оболочке кишечника.

Этот феномен в дальнейшем сопровождает развивающиеся и взрослые особи. В отсутствие микробиоты происходит переключение продукции IgG на IgE, что сопровождается формированием атопического фенотипа. Реализация такого механизма, а также связанное с применением антибиотиков изменение микробиоты в период становления иммунитета у новорожденных имеют такие же долговременные последствия, в частности атопический дерматит и астма за счет усиления сенсибилизации к пищевым антигенам. Эти данные объясняют также искаженную индукцию иммунной толерантности к кожнокомменсальным бактериям.

Способность устанавливать оральную толерантность к пищевым антигенам у новорожденных устанавливается к 3–4-й неделям жизни и тоже зависит, причем в клиническом аспекте, от наличия микробных стимулов. Фактически микробиотозависимое воздействие на плод оказывает значительное влияние на развитие иммунитета новорожденных.

Таким образом, микроорганизмы и окружающая среда в раннем возрасте оказывают большое влияние на пожизненный иммунный гомеостаз и восприимчивость к болезням. В ходе эволюции эти отношения переплелись с инфекционными заболеваниями, которые были основной причиной смертности детей.

Успехи в профилактике и лечении инфекций привели к увеличению продолжительности жизни, однако снизили и/или изменили состав микробиоты в популяции, что проявилось ростом частоты иммуноопосредованных заболеваний. Важно понять, нужно ли компенсировать микробное разнообразие за счет непатогенных микроорганизмов. Речь идет о трансляции микробиоты, использовании материнского вагинального смыва после кесарева сечения или введении пробиотических бактерий матери и недоношенным новорожденным.

Будущее развитие научной неонатологии поможет пониманию молекулярных механизмов и взаимоотношений между развивающимся организмом и микробиотой и как следствие этого — формированием иммунитета у новорожденных.