Микробиом кишечника и хронические заболевания печени

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПО ОСИ

Между двумя этими органами существует тесное взаимодействие, именуемое осью «кишечник — печень». При нарушении кишечного барьера печень подвергается воздействию токсинов патогенной микрофлоры кишечника, а пусковым моментом для развития его дисфункции и дисбиоза может стать изменение физиологических процессов в печени. При лечении буквально всех ее хронических заболеваний (ХЗП) нужно учитывать состояние микробиоты.

Сегодня много говорят о мировом бремени болезней печени. И действительно, заболеваемость ХЗП, особенно неалкогольной жировой болезнью печени (НАЖБП), неуклонно растет, становясь не только всемирным медицинским, но и финансовым бременем. Глобальная распространенность НАЖБП, самой частой патологии вышеупомянутого органа, составляет около 25 %. Доля НАЖБП среди ХЗП соответствует 60–75 %, а общее число пациентов с заболеваниями печени в мире, по оценкам специалистов, находится в пределах 2,5–3,0 млрд человек. 

Следует упомянуть о трех основных причинах смертности больных с ХЗП — это цирроз печени, гепатоцеллюлярная карцинома (ГЦК) и хронический вирусный гепатит (ХВК). На долю цирроза и карциномы приходится 3,5 % всех смертей во всем мире. Цирроз как ведущий фактор смертности среди всех заболеваний печени ежегодно ставит точку в жизни более 1,3 млн своих жертв. В 2017 году в мире погибло примерно в 1,5 раза больше больных циррозом, чем в 1990 году. Рак печени, включая ГЦК, в 2018 году стал причиной почти 800 тыс. летальных исходов на нашей планете. Летальность при ХВК оценивается более чем в 1,2 млн случаев в год. 

Вклад дисбиоза в патогенез ХЗП огромен: дисбиотические расстройства кишечника (ДРК) встречаются в большинстве случаев болезней печени, которые, в свою очередь, неблагоприятно влияют на кишечный микробиом. Наиболее существенные изменения в микробиоте обнаруживаются при НАЖБП, алкогольной болезни печени (АБП), ее циррозе, печеночной энцефалопатии, первичном склерозирующем холангите, ХВГ. 

Изменения микробиоты обычно специфичны для каждого заболевания печени, но есть и некоторые общие особенности: уменьшение бактериального разнообразия; эндотоксемия; относительное снижение полезных комменсальных бактерий, таких как Lachnospiraceae, а также относительный избыточный рост условно патогенных микроорганизмов и патобионтов (представители филума Proteobacteria, семейств Enterobacteriaceae, Staphylococcaceae, Enterococcaceae, Porphyromonadaceae и родов Escherichia и Streptococcus). 

Наряду с таксономическими изменениями микробиоты кишечника у больных ХЗП развивается и так называемый функциональный (метаболический) дисбиоз. Нарушения микробного метаболизма могут играть даже более важную роль в патогенезе ХЗП, чем сдвиги в структуре микробиоты. Гипотеза о том, что дисбиоз кишечника обусловлен не столько изменениями состава микробиома, сколько нарушениями его метаболизма, а метаболом — более существенный предиктор дисбиоза, чем таксономические сдвиги микробиоты, широко обсуждается и все чаще подтверждается в научных исследованиях. 

Метаболический потенциал бактериальных генов настолько высок, что заставляет рассматривать микробиом как своеобразный, хотя и невидимый, метаболический орган. Микробиота кишечника способна продуцировать множество биоактивных метаболитов, образующихся прежде всего в результате трансформации и деградации продуктов питания. Эти метаболиты играют ключевую роль во взаимодействии организма человека и микробиоты. Дисбаланс кишечного микробиома, как и связанные с ним метаболические расстройства, способствуют развитию и прогрессированию ХЗП. Кишечный микробиом, печень, иммунная система и центральная нервная система интенсивно «общаются» через кишечный барьер с помощью широкого спектра сигнальных молекул пищевого, бактериального и эндогенного происхождения.

СИГНАЛЬНЫЕ МОЛЕКУЛЫ 

К основным молекулам и метаболитам, важным для понимания взаимосвязи микробиоты и ХЗП, относятся липополисахариды, желчные и короткоцепочечные жирные кислоты, метаболиты холина (триметиламин — ТМА, триметиламин-N-оксид — ТМАО), триптофана (индол, индолуксусная, индолпропионовая, индолмолочная кислоты, триптамин, аминокислоты с разветвленной цепью), этанол, сукцинат, фенилуксусная кислота и некоторые другие метаболиты. Часть этих веществ выступает в роли важных факторов эндотоксемии, но некоторые выполняют и функции сигнальных и (или) регуляторных молекул. 

Например, липополисахариды, которые часто выступают в роли эндотоксинов, поражающих в том числе клетки печени, представляют собой сложные биополимеры, обязательные структурные компоненты внешнего слоя наружной мембраны грамотрицательных бактерий. Они обладают широкой биологической активностью, являясь не только эндотоксинами, но и соматическими антигенами и специфическими рецепторами бактериофагов. 

Дисбиоз кишечника может способствовать развитию и прогрессированию ХЗП в направлении цирроза печени за счет эндотоксемии и дисфункции кишечного барьера, расстройства которого (так называемый дырявый кишечник) ведут к транслокации бактерий — проникновению из кишечного содержимого во внутреннюю среду организма. В этом случае бактериальные РНК могут активировать рецепторы TLR4 в клетках Купфера и других иммунных клетках печени, инициируя воспаление. 

НАЖБП И МИКРОБИОМ 

Развитие НАЖБП, как правило, коррелирует с целым рядом расстройств. Это ожирение, резистентность к инсулину, сахарный диабет 2 типа, артериальная гипертензия, дислипидемия и метаболический синдром. Подтип НАЖБП, классифицируемый как неалкогольный стеатогепатит (НАСГ), может прогрессировать вплоть до развития фиброза и цирроза печени, а также ГЦК. Осложнения НАСГ становятся медицинским и экономическим бременем для пациентов и общества. Это более частая причина цирроза печени, чем вирусный гепатит. С 1990 по 2017 год распространенность компенсированного цирроза вследствие НАСГ увеличилась более чем в 2, а декомпенсированного — почти в 3 раза. 

До недавнего времени в ходу была теория «двух ударов» в патогенезе НАЖБП. Первым ударом считался стеатоз, а вторым — стеатогепатит. Теорию «двух ударов» сменила гипотеза «множественных ударов». Она более точно отражает сложные механизмы, запускающие начало и прогрессирование НАЖБП. Речь идет о целом ряде патогенетических факторов (инсулинорезистентность, избыточный вес или ожирение, неправильное питание, диета или погрешности в ней, генетические и эпигенетические факторы). Но главными считаются расстройства по оси «кишечник — печень», играющие, возможно, ключевую роль в развитии НАЖБП. 

Главными составными частями этой оси являются микробиота кишечника, бактериальные метаболиты и кишечный барьер. Микробиота способна модулировать метаболизм желчных кислот и их синтез de novo в печени через механизм обратной связи. Эти кислоты представляют собой высокоэффективные сигнальные молекулы, влияющие на чувствительность к инсулину и жировой обмен в печени. Повреждение данного сигнального механизма инициирует начало НАЖБП. Теперь о кишечном барьере, проницаемость которого патологически повышает дисбиоз кишечника. В результате развивается метаболическая эндотоксемия с последующим стеатозом, стеатогепатитом и фиброзом печени на фоне активации рецепторов TLR4 в ее иммунных клетках, а также увеличение секреции ФНО-α, ИЛ-1β, ИЛ-6 и других факторов воспаления. 

К развитию НАЖБП ведет и дефицит холина, важного компонента метаболизма клеток, их митохондрий и мембран.Дефицит холина может быть вызван не только недостатком в пище, но и высоким уровень холинутилизирующих бактерий, в основном представленных семейством Enterobacteriaceae и родом Escherichia. Кроме того, кишечные бактерии вырабатывают ферменты, которые катализируют превращение холина в токсичные метиламины (диметиламин и ТМА). Их метаболизм в печени и превращение в ТМАО способствуют печеночному воспалению. Изменения в количественном составе обитающих в толстой кишке представителей классов Gammaproteobacteria и Erysipelotrichia четко связаны как с дефицитом холина, так и развитием НАЖБП. 

Итак, к ключевым факторам, ассоциированным с патогенезом НАЖБП в рамках гипотезы «множественных ударов», относятся: 

• «дырявый кишечник», через который осуществляется транслокация бактерий и липополисахаридов с последующей активацией рецепторов TLR4, секрецией провоспалительных молекул и цитокинов, запускающих слабовыраженное воспаление печени; 

• повышенная продукция этанола дисбиотической микробиотой кишечника, что может быть обусловлено инсулинозависимыми нарушениями активности алкогольдегидрогеназы печени; 

• изменения метаболизма холина; 

• нарушения обмена желчных кислот, приводящие к ухудшениям передачи сигналов их рецептором — фарнезоидным Х-рецептором (FXR); 

• изменения бактериальной продукции и кишечной абсорбции короткоцепочечных жирных кислот; • нарушения гомеостаза аминокислот, обусловленные дисбиозом. И это еще далеко не все выявленные в последние годы факторы патогенеза НАЖБП! Дисбиотические изменения при НАЖБП очень вариабельны, но уже известно несколько общих закономерностей. Это увеличение доли в кишечной микробиоте представителей филума Bacteroidetes и рода Bacteroides, снижение доли филума Firmicutes, относительное увеличение филума Proteobacteria и семейства Enterobacteriaceae (особенно Escherichia).

Более тяжелый фиброз печени у пациентов с НАЖБП обычно коррелирует с преобладанием Escherichia / Shigella и Enterobacteriaceae в целом. Наряду с увеличением численности Bacteroides и Escherichia у пациентов с НАСГ численность бактерий родов Prevotella, Faecalibacterium, Anaerosporobacter и Oscillospira чаще всего уменьшается. У пациентов с НАЖБП и выраженным фиброзом печени (F3/F4) отмечается достоверное снижение доли грамположительных Firmicutes и увеличение доли грамотрицательных Proteobacteria (в том числе Escherichia coli). 

У больных НАСГ и циррозом печени также выявлено увеличение доли грамотрицательных Porphyromonadaceae и Bacteroidaceae. Численность других грамотрицательных бактерий, таких как Succinivibrionaceae (Proteobacteria), Parabacteroides (Bacteroidetes) и Allisonella (класс Negativicutes, филум Firmicutes), также может увеличиваться при НАЖБП. При этом, как правило, снижается содержание бутират-продуцирующих бактерий, в том числе Faecalibacterium prausnitzii и Eubacterium rectale. 

Итак, в большинстве случаев при НАЖБП развивается специфический дисбиоз кишечника, характеризующийся отчетливым сдвигом в сторону увеличения численности эндотоксинпродуцирующих грамотрицательных бактерий, в первую очередь семейства Enterobacteriaceae и рода Escherichia (филум Proteobacteria), а также рода Bacteroides (филум Bacteroidetes). 

Однако у пациентов с НАЖБП возрастает доля не всех грамотрицательных бактерий. Например, уровень представителей рода Prevotella (филум Bacteroidetes), наоборот, снижается. Это указывает их на потенциальное защитное действие. В то же время некоторые грамположительные бактерии могут способствовать прогрессированию заболевания. Например, выявлена положительная связь между активностью грамположительных бактерий рода Ruminococcus и выраженным фиброзом печени (F ≥ 2) у пациентов с НАЖБП. 

Дисбаланс микробиоты кишечника, характеризующийся увеличением некоторых грамотрицательных таксонов (например, Escherichia), может наблюдаться уже на ранних стадиях НАЖБП. А вот прогрессирование заболевания связано уже с более сложными изменениями микробного состава. Не исключено, что разные стадии НАЖБП (от стеатоза к циррозу) сопровождаются специфическими изменениями микробиоты — от стеатоз-ассоциированного к цирроз-ассоциированному дисбиозу. Однако общая тенденция к увеличению грамотрицательных бактерий сохраняется как при фиброзе, так и циррозе печени. 

Участие Helicobacter pylori в патогенезе таких заболеваний, как НАЖБП, ХВГ и ГЦК, еще обсуждается. Имеющиеся данные противоречивы. Недавние исследования показали, что инфекция H. pylori может быть независимым фактором риска НАЖБП, а также способна утяжелять ее течение за счет нарушения таких функций печени, как углеводный и липидный обмен. Однако эти исследования требуют продолжения, только тогда можно будет сделать более определенные выводы. 

ПРОБЛЕМЫ ИЗ-ЗА АЛКОГОЛЯ 

Более половины смертей от цирроза во всем мире связаны с употреблением алкоголя. Микробиота кишечника способствует развитию АБП различными путями. У больных алкогольным гепатитом дисбиоз кишечника приводит к увеличению его проницаемости с транслокацией бактерий и липополисахаридов, нарушениям иммунной системы, усилению воспалительного процесса в печени и изменению микробного метаболизма. При этом дисбиоз при АБП развивается параллельно с поражением печени и характеризуется увеличением эндотоксин-продуцирующих бактерий и сокращением комменсальных таксонов. Для пациентов с алкогольным циррозом печени характерна более высокая относительная численность представителей Enterobacteriaceae и Halomonadaceae и пониженная — Lachnospiraceae, Ruminococcaceae и Clostridiales XIV кластера; более высокой эндотоксинемией и более низким индексом дисбиоза (отношение так называемых хороших таксонов к плохим). Недавнее российское исследование показало, что дисбиоз кишечника при АБП более выражен, чем при синдроме алкогольной зависимости без поражения печени, и характеризуется истощением комменсальных бактерий и повышением некоторые оральных видов, таких как Lactobacillus salivarius, Veillonella parvula и Streptococcus salivarius. 

Особенностью страдающих как АБП, так и алкогольной зависимостью было преобладание в кишечнике бактерий из родов Bifidobacterium и Lactobacillus, что предполагает возможный пересмотр применения пробиотических продуктов у таких пациентов в пользу его ограничения. 

ЦИРРОЗ И ДИСБИОЗ 

Цирроз печени сопровождается прогрессирующими изменениями кишечной микробиоты, которые становятся все более выраженными при декомпенсации этой патологии. Микробный состав кишечника у больных циррозом печени характеризуется относительным уменьшением полезных комменсальных таксонов, таких как Lachnospiraceae, Ruminococcaceae и Clostridiales XIV кластера, а также повышением числа потенциальных патогенов и патобионтов, относящихся к филумам Proteobacteria, Fusobacteria и семействам Enterobacteriaceae, Bacteroidaceae, Staphylo-coccaeae, Streptococcaceae и Enterococcaceae. 

Дисбиоз на фоне цирроза связан с прогрессированием эндотоксемии. На фоне сокращения количества полезных аутохтонных бактерий, увеличения числа патогенных, продуцирующих липополисахариды, повышается «дырявость», а значит, и проницаемость кишечника, усугубляется воспаление печени, в которой стартует цирротический процесс. Однако и дисбиоз нарастает при прогрессировании цирроза. Это подтверждается, например, повышением относительной численности грамотрицательных бактерий Enterobacteriaceae и Bacteroidaceae. 

Индекс дисбиоза, предложенный в качестве надежного показателя для описания изменений микробиоты при прогрессировании цирроза печени, представляет собой отношение потенциально полезных бактерий (Lachnospiraceae + Ruminococcaceae + Clostridium XIV кластера + Veillonellaceae) в числителе к потенциально патогенным таксонам (Enterobacteriaceae + Bacteroidaceae) в знаменателе. 

Индекс падает с развитием первого эпизода печеночной эклампсии и становится еще меньше у пациентов с декомпенсированным циррозом, а также у тех, кто впоследствии был госпитализирован. Количественная метагеномика выявила значительные различия между больными циррозом печени и здоровыми людьми более чем в 75 тыс. микробных генов. Интересно, что большинство патогенных кишечных бактерий (более 50 %), относительная численность которых была повышена у пациентов с циррозом, имели оральное происхождение. 

Это свидетельствует о массовом вторжении в кишечник пациентов с циррозом печени тех видов бактерий, которые у здоровых людей находятся только в полости рта. В организме таких больных может развиваться не только бактериальный, но и грибковый дисбиоз. Поэтому соотношение Bacteroidetes/Ascomycota потенциально может использоваться в клинической практике для прогнозирования госпитализации пациентов с циррозом печени в последующие 3 месяца после проведения теста