Introducere
Microbiota intestinală este reprezentată de totalitatea microorganismelor de la nivelul intestinului subțire și gros capabile să producă, printre multe altele, și molecule de semnalizare cu roluri importante în reglarea funcționării normale a organelor și sistemelor corpului omenesc(1). Microbiota intestinală este constituită din mai mult de 100 de trilioane de celule bacteriene (de 10 ori mai multe decât toate celulele corpului uman)(2), având aproximativ 1000 de specii bacteriene(3). În timp ce termenul de microbiotă se referă la totalitatea microorganismelor, microbiomul include totalitatea materialului genetic al acestora(4). Diversitatea bacteriană din componența microbiotei poate influența buna funcționare a organismului și apariția unor patologii(1). Numărul speciilor variază în funcție de localizare, de la doar câteva la nivelul stomacului până la aproximativ o mie în colon(5). Mai mult de atât, se observă diferențe importante și între indivizii aceleiași specii, chiar și între gemeni, studii realizate identificând mai puțin de 50% similarități în ceea ce privește microbiota respectivilor gemeni(2).
Rolurile microbiotei intestinale
Rolurile microbiotei intestinale sunt diverse, cel mai frecvent menționat fiind cel de barieră mecanică și biologică activă, menită să protejeze organismul de agresiuni infecțioase la acest nivel, în special prin producerea de acizi grași cu lanț scurt și stimularea regenerării epiteliale(5). Totodată, prin reacțiile de fermentație și putrefacție, microbiota intestinală are un rol esențial în solubilizarea resturilor alimentare nedigerate și neabsorbite, în vederea eliminării lor facile prin actul defecației(6).
Microbiota intervine, de asemenea, în maturarea sistemului imun, ajutând la dezvoltarea țesutului limfoid asociat intestinului(7). Prin stimularea continuă a sistemului imun se menține o stare fiziologică de inflamație la un nivel scăzut, care ajută la o mai bună apărare împotriva altor microorganisme(5). Protecția față de diverși patogeni poate fi realizată și prin consumarea de către microorganismele care formează microbiota a unor compuși pe care patogenii i-ar putea utiliza pentru multiplicare(8).
Un alt rol important al microbiotei intestinale constă în producerea a diferite substanțe și vitamine, ea fiind principala sursă de vitamine din complexul B a organismului uman(5). Prin producția unor substanțe precum dopamină, serotonină sau alți neurotransmițători, microbiota intestinală poate acționa și la distanță(9). Din aceste motive, unii cercetători au sugerat o posibilă legătură între disbiozele intestinale și tulburări asemănătoare autismului(9).
Totodată, microbiota intestinală intervine și în metabolismul bilirubinei și al acizilor biliari, circuitul entero-hepatic al tuturor acestor produși fiind strâns legat de funcționarea normală a bacteriilor saprofite implicate în procesul de metabolizare intestinală a respectivilor produși(9).
Microbiota intestinală interferează și cu metabolizarea unor substanțe, precum medicamentele(9). În acest sens, a fost realizat un studiu care a comparat nivelul anumitor enzime hepatice implicate în metabolizarea medicamentelor la șoareci de laborator crescuți în mediu fără germeni și la cei crescuți în condiții obișnuite, rezultatele indicând valori mai mici pentru cei din primul grup. Într-o altă etapă a studiului, șoarecii crescuți în mediu fără microorganisme au fost colonizați bacterian, iar după 20 de zile s-a observat că și la aceștia nivelul enzimelor hepatice a ajuns mai mare(10). La nivelul microbiotei intestinale, unele medicamente sunt activate, precum sulfasalazina, unele sunt reactivate după inactivarea de către ficat, cum este irinotecanul, în timp ce altele sunt inactivate, cum ar fi digoxina(9). Consistența microbiotei poate fi influențată de consumul diferitor xenobiotice, antibiotice sau inhibitori de pompă de protoni(9), pentru acestea din urmă existând studii care indică asocierea cu sindromul de intestin iritabil sau infecții cu Clostridium difficile (11).
Evoluția microbiotei intestinale
Deși, inițial, se considera că intestinul nou-născuților este steril la naștere, studiile din ultimii ani au arătat că acesta începe să fie colonizat înainte de naștere(12). Printre microorganismele care colonizează inițial intestinul nou-născutului se numără Enterococcus spp., Streptococcus spp., Bacteroides spp. și altele(2). Un studiu a investigat meconiul de la 21 de nou-născuți sănătoși și a identificat predominant specii aparținând genurilor Enterococcus și Staphylococcus(12). În cadrul aceluiași studiu au fost inoculați oral șoareci de laborator, femele gravide, cu Enterococcus faecium, ulterior izolând din meconiul șoarecilor născuți prin cezariană același tip de E. faecium(12).
Colonizarea intestinală a nou-născutului este influențată de mai mulți factori, printre care modul nașterii și modul de hrănire(13). Unele studii au analizat și dacă microbiota are o influență asupra greutății copilului. Unul dintre aceste studii a constat în examinarea copiilor la naștere, la 3, 6, 12, 18 și 24 de luni și la 4 și 7 ani, din punctul de vedere al indicelui de masă corporală, și analizarea probelor de materii fecale la 7 ani, observându-se că, la nivel intestinal, speciile dominante erau bifidobacteriile, la copiii cu greutate normală(14).
Modul în care sugarul este hrănit influențează semnificativ compoziția microbiotei intestinale a acestuia(13). Conform Organizației Mondiale a Sănătății, alăptarea este recomandată tuturor nou-născuților până la 6 luni, cu suplimentare până la 12 luni(15). Cea mai mare rată a nou-născuților hrăniți prin alăptare este observată în țările din Peninsula Scandinavă, ajungând până la 96%(16). Unele studii au arătat că la copiii alăptați, la nivel intestinal se identifică mai mult Lactobacillus rhamnosus și Staphylococcus spp., în timp ce la cei hrăniți cu formule de lapte speciile majoritare fac parte din genurile Klebsiella și Nitrobacteria spp.(13). Unul dintre beneficiile evidente este reprezentat de riscul mai scăzut de enterocolită necrotizantă la copiii alăptați(13). Un studiu care a comparat efectele hranei asupra microbiotei la copii din Europa, unde hrana este mai procesată, și din Africa, unde conține mai multe fibre și mai puține grăsimi sau proteine, a subliniat faptul că în Europa microbiota intestinală a copiilor era compusă într‑o mai mare măsură din Firmicutes și Proteobacteria, comparativ cu cea a copiilor din Africa(17).
Compoziția microbiotei evoluează până în jurul vârstei de 2 ani, când se presupune că ajunge să se asemene foarte mult cu cea a adultului(18), microorganismele dominant identificate fiind Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria, Verrucomicrobia și Fusobacteria(19). Tot în această perioadă se observă o creștere a numărului bacteriilor producătoare de butirat, care este implicat în digestia unor polizaharide(20). În acest sens, un studiu realizat pe 330 de copii a concluzionat că, între 9 și 18 luni, odată cu introducerea alimentelor solide, microbiota intestinală s-a schimbat semnificativ, observându-se o creștere a microorganismelor precum Bacteroidetes și o scădere a Lactobacillus și Enterobacteriaceae(20).
Microbiota intestinală a adultului este constituită în principal din microorganisme precum Bacteroidetes și Firmicutes, aceștia nefiind doar cei mai numeroși, ci și cei mai stabili(20). Un studiu realizat pe 37 de adulți din Statele Unite ale Americii, pe o perioadă de 5 ani, a evidențiat faptul că aproximativ 60-70% dintre tulpinile bacteriene izolate de la nivel intestinal nu s-au modificat pe parcursul studiului, mai stabile fiind cele din phylumul Bacteroidetes și Actinobacteria, spre deosebire de Firmicutes(21).
De-a lungul vieții, compoziția microbiotei intestinale poate fi influențată de diverși factori, printre care și modificări în alimentație(20). Studii realizate la persoane obeze au evidențiat că scăderea ponderală este însoțită și de schimbări ale microbiotei, precum creșterea proporției de Bacteroidetes(20). Tipurile de microorganisme de la nivel intestinal se pot modifica și în funcție de dieta predominantă, și anume dacă persoana consumă carne sau doar legume(20). Mai mult decât atât, prin intermediul alimentelor pot fi introduse la nivel intestinal și noi microorganisme care pot modifica compoziția microbiotei(22).
Alt factor care influențează componența microbiotei intestinale este reprezentat de consumul de antibiotice sistemice (absorbabile) cu spectru larg, care se asociază din ce în ce mai frecvent cu creșterea multiplicării Clostridium difficile(23).
Compoziția microbiotei la vârstnici este influențată de mai mulți factori, printre care comorbidități, inflamație, status nutrițional sau dacă locuiesc în centre de îngrijire sau nu(24). Un astfel de studiu a evidențiat că, la cei care locuiau în centre de îngrijire, la nivel intestinal a fost identificat într-o proporție mai mare Bacteroides spp., iar la ceilalți, Firmicutes spp.(24).
Alterarea microbiotei intestinale
Modificarea cantitativă și calitativă a microbiotei, urmată de alterarea structurii mucoasei intestinale, conduce la creșterea permeabilității acesteia pentru bacterii tolerate imunologic („leaky gut”, translocare bacteriană), care, coroborată cu inflamația parietală intestinală patologică și stimularea în exces a răspunsului imun, determină inițierea unor procese patologice cu repercusiuni multiple la nivel local și sistemic: boli intestinale, hepatice, tulburări metabolice (dislipidemii, diabet), afecțiuni reumatologice (boli autoimune), neuropsihiatrice (anxietate, depresie) etc.
Actualele tehnici de genomică intestinală au permis evidențierea modificărilor microbiotei intestinale în varii situații patologice, fapt ce a condus la schimbarea multor paradigme în ceea ce privește etiopatogenia, diagnosticul și tratamentul unor afecțiuni mult prea puțin cunoscute în amănunt. De exemplu, boli digestive, despre care se credea că sunt exclusiv funcționale, sunt astăzi considerate a avea drept cauză determinantă o importantă componentă organică. Astfel, conform criteriilor Roma IV actualizate în primăvara-vara anului trecut, sindromul de intestin iritabil este acum definit ca un cumul de simptome cu caracter cronic, dominante fiind durerea și tulburările tranzitului intestinal, apărute ca urmare a alterării microbiotei intestinale, strâns corelate cu modificările răspunsului imun parietal și creșterea sensibilității peretelui intestinal(25). Acest lucru implică utilizarea unor noi ținte terapeutice (de exemplu, antibiotice intestinale neabsorbabile), menite să corecteze modificările cantitative și calitative ale microbiotei intestinale.
În ciuda studierii intense a infecției cu Helicobacter pylori (HP), cunoștințele referitoare la microbiota gastrică non-HP sunt încă destul de restrânse, populația și concentrația de bacterii fiind diferite față de cele intestinale, din cauza pH-ului scăzut(40). În cazuri rare, stomacul uman poate fi colonizat de tulpini de Helicobacter spp., altele decât HP, respectivele bacterii fiind denumite generic „Helicobacter heilmannii sensu lato” (H. bizzozeronii, H. suis, H. felis și H. heilmannii sensu stricto), sau de o bacterie enterohepatică (H. cinaedi), care poate cauza complicații severe, precum bacteriemie recurentă(41). La pacienții HP-pozitivi, această infecție influențează compoziția microbiotei gastrice, demonstrându-se că există o corelație pozitivă între HP și Spirochaetae și una negativă între HP și Bacteroidetes, Chloroflexi, Cyanobacteria, Fusobacteria, Plactomycetes, β- și g-Proteobacteria și Verrucomicrobia(42). Tratamentul cu inhibitori de pompă de protoni alterează pH-ul gastric și microbiota de la acest nivel, dar și pe cea de la nivel intestinal, numărul de bacterii decelabile în stomac și intestin crescând odată cu durata administrării terapiei(40).
În cazul pacienților cu ciroză hepatică s-a evidențiat recent că microbiota intestinală este semnificativ diferită față de cea a persoanelor sănătoase, ea fiind, la acești pacienți, mai săracă în bacterii din familiile comensale (Ruminococcaceae, Incertae Sedis XIV și Lachnospiraceae), dar mai bogată în bacterii din familiile potențial patogene (Enterobacteriaceae, Enterococcaceae, Clostridiaceae, Burkholderiaceae și Veillonellaceae)(26), ceea ce ar explica riscul complicațiilor infecțioase severe la acești pacienți (peritonita bacteriană spontană). Studierea modificărilor microbiotei intestinale în ciroză este în mod particular relevantă, întrucât creșterea permeabilității intestinale, urmată de translocare bacteriană, poate conduce la complicații (peritonită bacteriană spontană, encefalopatie hepatică), care se identifică frecvent ca principale cauze de deces al acestor pacienți(26). În prezent, este un lucru cert că modificarea cantitativă și calitativă a microbiotei intestinale, alături și de alți factori, ajunge să aibă un rol determinant în apariția encefalopatiei hepatice la pacienții cu insuficiență/ciroză hepatică(27). Studiile din literatură arată că, în astfel de cazuri, tratamentul țintit al microbiotei intestinale amonioformatoare cu antibiotice neabsorbabile (prototipul fiind rifaximina-α), laxative (prokinetice) sau probiotice poate întârzia apariția encefalopatiei hepatice și poate îmbunătăți prognosticul pacienților(27).
În spondilita anchilozantă (SA), o populație bacteriană comensală alterată și mai puțin diversificată duce la afectarea integrității peretelui intestinal, urmată de invazivitatea locală crescută a germenilor(28). Acest lucru favorizează dezvoltarea și activarea limfocitelor T helper 17, cu rol proinflamator, care mediază inflamația atât la nivel intestinal, cât și articular(28). De asemenea, imunitatea umorală este implicată în patogenia SA, existând anticorpi împotriva bacteriilor comensale, de exemplu anticorpi anti-Saccharomyces cerevisiae(29).
Microbiota de la nivelul ileonului terminal a fost analizată la pacienții cu SA și a fost comparată cu cea provenind de la persoane sănătoase(30). În cadrul unui studiu în acest sens, s-a observat atât o creștere a numărului de bacterii care aparțin unor anumite familii bacteriene (Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, Rikenellaceae, Porphyromonadaceae și Bacteroidaceae), cât și o scădere a numărului de bacterii din alte familii (Veillonellaceae și Prevotellaceae)(30). La unii pacienți cu SA s-a demonstrat că există o corespondență activă între microbiotă și inflamația articulară sacro-iliacă(31). La aceștia s-a evidențiat o disbioză intestinală, cu modificări semnificative față de un grup de control cu persoane sănătoase, modificări care activează un subset de celule limfoide înnăscute (ILC3 – „innate lymphoid cells 3”) în mucoasa intestinală(31). ILC3 secretă cantități crescute de interleukine 17 și 22, având capacitatea de a migra în fluxul sangvin, lichidul sinovial și măduva osoasă la pacienții cu SA(31). Astfel, bacteriile intestinale au un rol important în cascada de evenimente care duc la procesele inflamatoare cronice specifice SA.
Microbiota intestinală are de asemenea rol în reglarea funcțiilor cognitive și comportamentale, prin intermediul axei intestin-creier. Una dintre patologiile studiate din această perspectivă este boala Alzheimer (BA)(32). Disbioza și afectarea permeabilității intestinale vor favoriza creșterea permeabilității barierei hematoencefalice, provocând inflamația sistemului nervos central, cu apariția perturbărilor neurologice(32). În plus, numeroși metaboliți și substanțe neurochimice au fost corelate cu bacteriile intestinale, atestând influența acestora în bolile neurologice, precum BA(32).
Bacterii Gram-pozitive ale microbiotei, precum Lactobacillus brevis și Bifidobacterium dentium, produc acid g-aminobutiric (GABA), prin metabolizarea glutamatului. Acesta este un neurotransmițător cu efect inhibitor cerebral, iar disfuncția sistemului GABA-ergic contribuie la declinul cognitiv, putând explica simptomele comportamentale și psihologice manifestate în BA(33). S-a demonstrat că pacienții cu BA prezintă niveluri scăzute de GABA la nivelul cortexului, posibil legate de reducerea populației microbiene implicate în sinteza sa(33). Mai mult decât atât, microbiota intestinală influențează și cantitatea hipocampică de receptor de glutamat N-metil-D-aspartat (NMDA), care deține funcții în supraviețuirea neuronală, plasticitatea sinaptică, dezvoltarea dendritică și axonală, procesele de învățare și memorie, având posibile implicații în BA(32,34).
Biosinteza serotoninei (5-hidrixitriptofan, 5-HT), un alt neurotransmițător cu rol important în reglarea funcției cognitive, are loc în mare parte la nivel intestinal. Studii metabolomice pe modele murine au arătat că microbiota intestinală are ecou semnificativ pe metabolismul cerebral, concentrațiile de 5-HT și triptofan (precursor al său) fiind reduse în creierul animalelor de laborator „germ-free” (fără microbiotă)(35). Acest fapt este în mod particular studiat în BA, deoarece este demonstrat că un nivel crescut de 5-HT (inclusiv ulterior terapiei cu inhibitori selectivi ai recaptării 5-HT) reduce eficient formarea plăcilor de β-amiloid, specifice bolii(36). În timp ce predispoziția genetică este „moștenită” și nu poate fi modificată pe timpul vieții, microbiota intestinală poate fi modulată prin măsuri dietetice, antibiotice neabsorbabile sau suplimente de probiotice, reprezentând un mod personalizat de tratament sau prevenire a BA.
Interacțiunea microbiotei cu axa intestin-creier a fost demonstrată și în cazul tulburărilor de alimentație, dat fiind faptul că flora bacteriană saprofită afectează direct mecanismele de reglare a foamei și a sațietății(37). Una dintre căile prin care acționează este reprezentată de producerea de acizi grași cu lanț scurt (AGLS), prin fermentarea microbiană din colon. AGLS inhibă deacetilarea histonelor, cresc disponibilitatea histon-acetiltransferazelor, cresc sinteza de 5-HT și activează diverși receptori cuplați cu proteine G, care induc eliberarea de hormoni anorexigeni (peptidul glucagon-like 1 și peptidul YY) în circulația sangvină(37). În plus, AGLS cresc concentrațiile de leptină și insulină, favorizând sațietatea(37). O bacterie predominantă în microbiota intestinală, Escherichia coli, este capabilă să producă o protează (ClpB, proteaza cazeinolitică B) care prezintă mimetism antigenic cu α-MSH (hormon de stimulare a melanocitelor, „melanocyte-stimulating hormone”), acesta din urmă fiind un hormon anorexigen(38). Concentrația ClpB este crescută la pacienții cu diverse tulburări de comportament alimentar, de exemplu: anorexia nervosa, bulimia nervosa și tulburarea mâncatului compulsiv („binge-eating”)(38).
Anumite bacterii secretă enzime care acționează ca hidrolaze ale sărurilor biliare (pentru formarea acizilor biliari primari), fiind capabile să activeze căi de semnalizare și expresii genice implicate în metabolismul lipidelor, glucidelor și colesterolului din organism(39). Din acest punct de vedere, menținerea unei microbiote integre reprezintă un potențial adjuvant și în tratamentul obezității sau al sindromului metabolic. La rândul lor, sărurile biliare sunt considerate molecule de semnalizare în multiple căi metabolice, prin prezența receptorilor lor în diverse organe (FXR – „Farnesoid X Receptor” și TGR5 – „Takeda G protein-coupled receptor 5”). Astfel, dereglarea homeostaziei sărurilor biliare induse de disbioza intestinală are efect și în patogeneza diabetului zaharat tip 2 sau în steatohepatita non-alcoolică(40).
Concluzii
Alcătuirea microbiotei începe încă dinainte de naștere și ajunge să aibă o structură asemănătoare cu cea a adultului în jurul vârstei de 2-3 ani, modificările ei având însă o continuă dinamică și specificitate. Cu alte cuvinte, microbiota intestinală este specifică fiecărui individ în parte, iar pe parcursul vieții poate avea multiple variații, ca urmare a alimentației, a unor patologii asociate sau a unor medicamente administrate.
Implicațiile alterării microbiotei intestinale sunt variate, cu repercusiuni la nivel local și sistemic: boli intestinale, afecțiuni hepatice, în unele studii fiind evidențiată și asocierea cu diverse boli reumatologice, afecțiuni sistemice metabolice sau chiar și neuropsihiatrice. Dereglări ale microbiotei intestinale pot uneori să complice anumite afecțiuni, cum este, spre exemplu, ciroza hepatică complicată cu encefalopatie hepatică sau peritonită bacteriană spontană.
În viitor, terapia adresată microbiotei (bacterioterapie: antibiotice neabsorbabile, probiotice) reprezintă un mod potențial de îmbunătățire a prognosticului pacienților bolnavi sau aflați la risc pentru anumite patologii. Pentru aceasta, este necesară definirea exactă a microbiotei normale, prezente la pacienții sănătoși, precum și elucidarea tuturor mecanismelor fiziopatologice în care disbiozele intestinale sunt implicate. n
Conflict of interests: The authors declare no conflict of interests.