Автор (и): Том Марс *, Катедра по детска алергия, Училище по имунология и микробни науки, King's College London, Лондон, Обединеното кралство Kathleen Sim Department of Medicine, Секция по педиатрия, Imperial College London, Campus Hospital of St. Mary's, Norfolk Place, Великобритания

демистифициране

Принадлежност:

Име на списанието: Текущи педиатрични прегледи

Том 14, брой 3, 2018



Ключови думи: Хранителна алергия, дисбиоза, микробиом, микробна, орална поносимост, IgE, атопия, алергия.

Информация за статия

Идентификатори и Pagination:

История на статията:

1. ВЪВЕДЕНИЕ

Нарастващата тежест на хранителната алергия предполага, че факторите на околната среда са причина за нарастващото й разпространение. Общността от симбиотични микроорганизми, пребиваващи в стомашно-чревния ни тракт (чревната „микробиота“), отразяват аспекти на нашето излагане на околната среда и може да има способността да посредничи при някои двигатели към развитието на хранителна алергия. Наблюдателни проучвания от началото на века подчертават, че кърмачетата, които носят значителен дисбаланс на микроорганизми сред чревната си микробиота (наречена „дисбиоза“), могат да бъдат изложени на риск от развитие на атопичен дерматит и алергична сенсибилизация [1]. Животинските модели са изяснили няколко механизма, чрез които чревната микробиота може да повлияе на развитието на алергично заболяване. Все по-голям брой проучвания при хора съобщават за променени характеристики на чревната микробиота сред децата във връзка с техния статус на хранителна алергия, но нито едно не е използвало популационен дизайн или коригирано за клинични смутители като атопичен дерматит или микробни смесители като излагане на антибиотици. Тук правим преглед дали текущите проучвания са в състояние да подкрепят хипотезата, че чревната микробиота дисбиоза насочва своя домакин към развитие на хранителна алергия и разглеждаме как бъдещата работа може да отговори по-стабилно на този въпрос.

1.1. Каре „Речник на термините“

16S рРНК ген Този ген кодира 16S рибозомния РНК компонент на 30S малката бактериална и археална рибозомна субединица. Генът включва хипервариабилни области, които съдържат сигнатурни последователности, които са полезни за идентифициране на бактериални и археални таксони [2].

Разнообразие Обобщена статистика за структурата на общността, отразяваща богатството (общ брой) и равномерността (изобилие в изобилие) на съставящите съставни части. Индексите на разнообразието на Шанън и Симпсън често се отчитат и считат за стабилни [3]. Допълнителни аспекти на пробите от микробиота могат да бъдат получени от тези обобщени мерки, например равномерността на Pielous количествено изкривява и се основава на индекса на Шанън [4].

Дисбиоза Дисбаланс между микроорганизми, съставляващи общност, което може да показва нарушена хомеостаза между микробиота и гостоприемник.

Геном Цялата наследствена информация на организма, кодирана от неговата ДНК (или РНК за някои вируси)

Метагеном Събирането на геноми и гени от членовете на микробиота.

Метагеномика Процесът на секвениране на ДНК, извлечена от проба и сбор, използван за характеризиране на метагенома, от който може да се получи информация за потенциалната функция на микробиотата [5].

Микробиота Съвкупността от бактерии, археи, еукарии и техните вируси, които заемат определена анатомична ниша, например в стомашно-чревния тракт.

Микробиом Цялото местообитание, техните геноми и околната среда или клинични данни.

Следващо поколение секвениране Терминът обхваща широк спектър от технологии за секвениране, които изискват подготовка на шаблони (рекомбинантен ДНК, комбиниращ адаптер с целевите последователности), секвениране, подравняване на генома и сглобяване. Тези методологии могат да се изпълняват паралелно в голям мащаб, което прави тяхното секвениране достъпно и по-ефективно от „първото поколение“ технология на Sanger за секвениране [6].

Таксон (pl. –A) Група популации от организми.

2. БРЕМЕТО НА ХРАНИТЕЛНАТА АЛЕРГИЯ

Деца и възрастни, живеещи с медиирана от имуноглобулин Е (IgE) хранителна алергия, рискуват животозастрашаващи реакции, ако ядат съответните хранителни алергени. Следователно, медиираната от IgE хранителна алергия изисква непрекъснато строго избягване на хранителни алергени, превоз на спешни лекарства през цялото време и живот с перспектива да страда от сериозна алергична реакция. Тези фактори влошават качеството на живот на деца с хранителна алергия повече от тези, които живеят или с ревматоиден артрит, или с диабет [7 - 9].

Разпространението на IgE-медиирана хранителна алергия нараства сред икономически изгодно развитите страни, като най-голямото разпространение е демонстрирано сред малки деца. Изследвания, базирани на население, показват, че 7-10% от децата през първите три години показват признаци на хранителна алергия, когато са предизвикани, и че това спада към 4,2% сред децата в училищна възраст, тъй като процентът на алергията към мляко и яйца отзвучава [10 - 12 ]. Клиничната активност, свързана с хранителната алергия, се увеличава сред западните страни, като от шест до седем пъти се увеличава честотата на приемане поради хранителна алергия и анафилаксия в Обединеното кралство за 20 години [13, 14]. В Австралия фаталната хранителна анафилаксия се е увеличила с 9,7% годишно (р = 0,04), като приетите от храна анафилаксия се увеличават с 10% годишно между 1997 и 2013 г. [15]. Следователно разпространението на хранителната алергия е нараснало до осезаем проблем на общественото здраве сред западните страни [16].

Нарастващата тежест на хранителната алергия също се дължи на нарастващото разпространение на атопичен дерматит [18]. Систематичен преглед установява, че екземата увеличава риска децата да развият хранителна алергия [17]. Дерматитът възниква преди хранителна алергия и по-тежкото заболяване е свързано с по-голям риск от хранителна сенсибилизация, показваща ясен ефект на реакция на дозата [10, 18]. Следователно е от решаващо значение проучванията, изследващи връзките между микробиотата и хранителната алергия, да проверят дали тази връзка е объркана от атопичен дерматит.

3. ХИГИЕННАТА ХИПОТЕЗА НАСЪРЧАВА ПО-ГОЛЯМА СЪЗНАНИЕ НА ИЗЛОЖЕНИЕТО НА МИКРООРГАНИЗМИТЕ

Хигиенната хипотеза се роди от две проучвания, подчертаващи обратната връзка между алергичните заболявания и експозицията на микроорганизми. Първият е публикуван през 1976 г. и установява по-ниско разпространение на астма, екзема и уртикария сред семействата Метис в северната част на Саскачеван в Канада, които показват по-голям пренос на хелминти [19]. По-широко признатото проучване от Британското национално проучване на развитието на детето съобщава, че рискът от сенна хрема и атопичен дерматит е обратно свързан с броя на братята и сестрите [20]. По това време Дейвид Страчан постулира, че децата, живеещи в по-големи семейства, са били защитени от развитие на атопичен дерматит и алергии чрез по-голямо излагане на патогени.

Около началото на този век някои културно-базирани проучвания въвеждат идеята, че равновесието между ключовите съставки е по-важно от наличието само на патогени. Атопичните естонски и шведски деца демонстрират по-рядка колонизация с ентерококи през първия си месец (72% срещу 96%, стр. 6). Такива наблюдения накараха Греъм Рук да постулира „хипотезата на старите приятели“, предполагайки, че по-малко вредните агенти, свързани с селският начин на живот, ловец-събирач, осигурява имунологична защита от алергични заболявания [28. 29].

Технологията за секвениране от следващо поколение позволява идентифициране на около 80% повече бактериални щамове във фекалната микробиота в сравнение с конвенционалните методи, базирани на култура, подчертавайки нейната сложност и разнообразие [32]. Демонстрирани са силни връзки между характеристиките на микробиотата на червата и инсулиновата чувствителност и затлъстяване [33 - 35]. Отчасти чрез тази нова технология хигиенната хипотеза се превърна в „хипотеза за биологичното разнообразие“, която предполага, че разнообразието на чревната микробиота е по-важно от идентифицирането на отделни бактериални щамове и че това подпомага развитието на регулаторна Т-клетка, цитокин и мрежа от комплементи, която предпазва от развитието на алергични заболявания [36].

Тези хипотези предполагат, че различните пътища и характеристики на експозицията на микроорганизми могат да повлияят на развитието на хранителна алергия. Можем ли обаче да сме сигурни, че излагането на околната среда оказва значително влияние върху чревната микробиота?

4. ФАКТОРИТЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА МОГАТ ДА ВЛИЯТ НА ЧРЕВНИТЕ МИКРОБИОТА ХАРАКТЕРИСТИКИ

Проучвания, използващи технология за секвениране от следващо поколение, показват, че начинът на раждане влияе върху моделите на колонизация на новородените, като тези, родени чрез цезарово сечение, носят микробиота от майчиния кожен произход през устната, носоглътната, кожата и чревните отделения [37]. Проучванията с антибиотици показват, че микробиотата проявява възстановяване след терапия, но с разлика в относителното изобилие на таксони [38]. Моделите от свински животни демонстрират поразителни разлики в чревната им микробиота и имунния отговор на гостоприемника, в зависимост от това дали са били отглеждани на свине, на закрито или на открито [39]. Въвеждането на нова храна в диетата за кърмачета подпомага развитието и диверсификацията на чревната микробиота, което от своя страна променя имунологичната функция на чревния епител и имунния отговор на гостоприемника като цяло [40, 41]. Това е особено уместно в светлината на последните рандомизирани проучвания, които показват, че ранното допълващо хранене с хранителни алергени като фъстъци и яйца има способността да предотвратява съответните хранителни алергии [10, 42]. По този начин редица фактори на околната среда са свързани с промяна на характеристиките на микробиотата на червата на гостоприемника.

5. СВЪРЗАНИ С МИКРОБИОТА ЕКОЛОГИЧНИ ФАКТОРИ СА СВЪРЗАНИ С РАЗВИТИЕТО НА ХРАНИТЕЛНАТА АЛЕРГИЯ

В систематичен преглед са събрани редица доказателства, съобщаващи фактори на околната среда, свързани с микробиоти, които са свързани с развитието на хранителна алергия [43]. Най-голямото проучване за контрол на случаите разследва 16 237 случая на алергия към краве мляко с контроли, съобразени с възрастта и пола, като се използва финландски регистър на финансираните от държавата рецепти за хипоалергенни формули. Авторите съобщават, че раждането чрез цезарово сечение е свързано с увеличаване на диагнозата алергия към млякото (коригирано съотношение на коефициентите 1.18 [1.10–1. 27]) [44]. Същото проучване също така показа, че наличието на по-голям брой братя и сестри е свързано със защита от хранителна алергия (ptrend 83] на брат/сестра) [45]. Тези взаимоотношения подкрепят хипотезата, че свързаните с микробиота фактори на околната среда влияят върху развитието на хранителна алергия. Описани ли са обаче механизми, чрез които чревната микробиота може да медиира тези асоциации?

6. ДЕМОНСТРИРАЙТЕ ЛИ ИЗСЛЕДВАНИЯТА НА ЖИВОТНИТЕ ВЪЗМОЖНИ МЕХАНИЗМИ ЗА ЧРЕВНА МИКРОБИОТА, ШОФИРАНА ХРАНИТЕЛНА АЛЕРГИЯ?

Има добри данни за животински модели, които изясняват различни механизми, чрез които стомашно-чревната микробиота може да повлияе на развитието на хранителна алергия.

Без микробни мишки, отглеждани без никакво излагане на околната среда на микроби, имат силна нагласа към развитие на хранителна алергия. Тези без микроби мишки показват, че липсата на излагане на микробиота в околната среда води до дълбоко слабо развита имунна система, с по-малко локални и лимфоидни IgA и оскъдни плазмени клетки в стомашно-чревната му лигавица. Те също страдат от драматично намаляване на тяхната вторична лимфоидна тъкан, с по-малки мезентериални лимфни възли, които нямат зародишни центрове и по-малко петна на Пайер [46]. Интраперитонеалното приложение на овалбумин насърчава сенсибилизация и алергия към овалбумин сред модели на мишки. Редовното перорално хранене с овалбумин преди това интраперитонеално приложение сред мишки от див тип с нормална чревна микробиота предотвратява сенсибилизацията и осигурява орална поносимост към овалбумин. Въпреки това, сенсибилизираните микробни мишки не са в състояние да произведат Interferon-y и IgG2a, свързани с индукция на толерантност, и вместо това равномерно произвеждат високи нива на IgE и много по-високи нива на Interleukin-4 (IL-4), по-специално при овалбумин предизвикателство [47 ]. Следователно изглежда, че чревната микробиота улеснява развитието на орална толерантност.

Критичен възглед може да предполага, че мишките без микроби не са адекватно представителни за човешката патофизиология. Излагането на антибиотици може да се счита за разумен заместител на екологичен фактор, свързан с намалено изобилие на чревната микробиота. Многобройни проучвания показват, че отглеждането на мишки от див тип с коменсална микробиота, третирането им с комбинация от широкоспектърни антибиотици, последвано от сенсибилизация на фъстъци и процедури за предизвикване, води до повишени нива на IgE и увеличена популация на циркулиращи базофили [48 - 50]. Както постепенното повторно заселване на коменсалната чревна микробиота след антибиотично лечение, така и въвеждането на щамове клостридии чрез сонда са свързани с отслабване на този алергичен имунен фенотип [48, 50]. Доказано е, че колонизацията с консорциум от клостридии (съставен предимно от членове на клостридий клъстери XIVa, XIVb и IV) предизвиква производството на IL-22 в дебелото черво на лекувани с антибиотици мишки, блокира сенсибилизацията към хранителни алергени и предотвратява клиничните реакции аналогично на индуцирана от фъстъци анафилаксия сред миши модели без патогени [48].

Някои групи демонстрират, че генерирането на регулаторни Т-клетки на дебелото черво се насърчават специфично от видове клостридии от човешката чревна микробиота и че тези клетки позволяват затихване на алергичния отговор [51, 52]. Други са демонстрирали успешна индукция на толерантност и промотиране на регулаторни В клетки, използвайки алергенна имунотерапия сред миши модели без патоген, когато се комбинира с приложение на Clostridium butyricum [53]. Възможно е клостридиите да инхибират развитието на алергия, като инхибират системната абсорбция на ключови хранителни алергени като фъстъци, намалявайки неговата наличност в кръвния поток [48]. Тези модели предполагат, че клостридиите могат да изпълнят хипотезата „Стари приятели“ за най-добра подкрепа за развитието на орална толерантност към хранителни алергени.

Тези модели показват, че специфичните характеристики на бактериите, тяхното разнообразие между чревната микробиота и специфични хранителни субстрати могат да подпомогнат развитието на орална толерантност. Такива животински модели обаче са значително по-малко сложни от чревната микробиота, свързана с кърмачета. След това оценяваме дали тези хипотези могат да бъдат допълнително обосновани сред малките деца.

7. ИМА ЛИ ДОБРИ ДОКАЗАТЕЛСТВА, ЧЕ ЧРЕВАТА МИКРОБИОТА ВЛИЯВА НА РАЗВИТИЕТО НА ХРАНИТЕЛНАТА АЛЕРГИЯ ПРИ ХОРА?

Сега има осем проучвания, изследващи връзките между чревната микробиота и хранителната алергия или сенсибилизация при деца, пет от които са използвали данни за секвениране от следващо поколение. За съжаление, нито едно от кохортните проучвания при раждането не беше достатъчно голямо, за да изследва асоциации с доказана предизвикателна хранителна алергия и те прибягнаха до докладване само на сенсибилизация на храните.

Четири проучвания са използвали проекти на напречно сечение за изследване на чревната микробиота на деца с установена хранителна алергия, а едно допълнително оценява тези с хранителна сенсибилизация. Две проучвания произхождат от испански бебета на възраст от два до 12 месеца, които са диагностицирани с IgE-медиирана алергия към краве мляко чрез предизвикване на мляко във висш център за препоръки, съобразени със здравата възраст/контрола, съответстващ на пола, посещаващи болница за рутинни срещи. Първото проучване, установено чрез конвенционални аеробни и анаеробни културно-базирани техники, показва, че кърмачетата с алергия към краве мляко демонстрират по-голям брой общо образуващи колонии единици бактерии (p = 0,002) и анаероби (p = 0,002), докато по-малък брой дрожди (p = 0,001) [70]. Същият изследователски екип използва 10 флуоресцентни in situ хибридизационни сонди, за да характеризира тяхното относително изобилие от фекални съставки на микробиота. Clostridium coccoides (стр. 71]. Освен това децата с алергия към мляко дават повишени фекални концентрации на късоверижни мастни киселини като бутират. Нито един от тези резултати не подкрепя работата на животинския модел, предполагаща, че таксоните клостридии и мастните киселини с къса верига могат да предпазват от храната фенотип на алергия.

Две проучвания в напречно сечение използват последователност от следващо поколение за оценка на фекалната микробиота на деца с установена алергия към мляко. Публикуваното първо показва, че бебетата с алергия към краве мляко имат значително по-разнообразна микробиота на фекалиите (индексът на Шанън, здрав = 1,7 ± 0,8 спрямо алергия към мляко = 2,6 ± 0,4, стр. 72]. Голямото проучване на напречното сечение сред деца с установено мляко алергия оценява фекални проби от 226 американски деца и сравнява разнообразието на тяхната фекална микробиота според това дали тяхната алергия към мляко е разрешена до 8 години. Фекалните проби от деца с алергия към мляко, записани на възраст между 3 и 6 месеца, показват по-голямо разнообразие и обогатяване на клостридии и Укрепва филата, ако е израснал от млечната си алергия до 8 години, подкрепяйки предполагаемите ползи от клостридии [73].

Допълнителни две проучвания в напречно сечение са оценили чревната микробиота чрез секвениране от следващо поколение сред сериите пациенти с хранителни алергии. Първите са включили 79 бебета от клиничната практика, 34 от които са диагностицирани с хранителна алергия чрез тестване на кожата и серума за сенсибилизация и орално предизвикателство за храна и 45 демонстрират отрицателни резултати от теста и са били контролни. Това клинично проучване не показва разлика в разнообразието между двете групи, въпреки че контролната им популация е избрана от подобна кохорта като техните пациенти [74]. На семейно ниво на класификация, организмите тип Clostridiaceae тип 1 са по-разпространени сред новородените с хранителна алергия, отколкото контролите (стр. 75). Класът клостридии и по-голямата част от родовете, получени от клостридии, са по-разпространени при децата с хранителна сенсибилизация, отколкото контролите (стр

8. КАКВИ НУЖНИ ДОПЪЛНИТЕЛНИ СТЪПКИ ЗА ОЦЕНКА ДАЛИ ЧРЕВАТА MICROBIOTA МОЖЕ ДА УЛОЖИ УСТНА ТОЛЕРАНТНОСТ КЪМ ХРАНИТЕЛНИТЕ АЛЕРГЕНИ?

Предстоящите консенсусни изявления, свързани с методологичния дизайн на микробиомните изследвания, ще допринесат за напредък в тази област, въпреки че прилагането към мащабни изследвания за малки бебета продължава да изисква разследване. [Costea PI, et al. Nat Biotechnol. 2017 г. - стандарти във фекалната метагеномна обработка].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нашето разбиране за чревния микробиом расте. Ранните проучвания показват, че той има способността да влияе върху развитието на атопични резултати и механистичните данни предлагат прозрения за потенциалното му въздействие. Въпреки това, проучванията сред децата се различават значително по дизайн и получените данни сред кърмачетата все още не консолидират нито един път от значение. Чрез внимателно изследване, използвайки редица микробиологични методологии и разумна оценка на ко-факторите, ролята на чревната микробиота може да бъде допълнително оценена и нейната роля в развитието на хранителна алергия може да бъде напълно оценена.