Роль кишкового мікробіому та кишкового бар’єра при захворюваннях печінки: Огляд літератури

С. М. Ткач; А. Е. Дорофєєв; Т. Л. Чеверда

doi:10.30978/MG-2021-3-77

Автор(и)

С. М. Ткач Український науково-практичний центр ендокринної хірургії, трансплантації ендокринних органів і тканин МОЗ України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0003-1772-9562
А. Е. Дорофєєв Національна медична академія післядипломної освіти імені П. Л. Шупика, Київ, Україна
Т. Л. Чеверда Національна медична академія післядипломної освіти імені П. Л. Шупика, Київ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.30978/MG-2021-3-77

Ключові слова:

кишковий мікроорганізм, кишковий бар’єр, захворювання печінки

Анотація

Шлунково‑кишковий тракт людини заселений майже 100 трильйонами бактерій, понад 90 % яких належать до філотипів Bacteroidetes і Firmicutes. Це приблизно стільки, скільки містить все людське тіло. Складна мережа мікроорганізмів, які мешкають в організмі людини, регулює його здоров’я та підтримується балансом генетичних і дієтичних чинників. Для правильного існування і виживання популяцій мікроорганізмів у кишечнику необхідний строго регульований кишковий бар’єр, порушення якого може призвести до системного поширення мікроорганізмів та їхнього проникнення в портальний кровотік. Кишковий бар’єр містить фізичний, імунологічний і мікробний компоненти. Якщо будь‑який компонент кишкового бар’єра не працює, то навіть бактерії, які зазвичай сприяють здоров’ю, можуть завдати шкоди і спричинити розвиток хвороб і пошкоджень. Відомо, що зміни кишкового бар’єра, кишкової проникності та кишкового мікробіому асоціюються з багатьма захворюваннями, зокрема патологією печінки. Щоб зрозуміти, як зміни кишкового мікробіому можуть призвести до захворювань печінки, необхідно мати уявлення про фізіологію кишкового бар’єра. Через тісний анатомічний і фізіологічний зв’язок між кишечником та печінкою проведено багато досліджень впливу змін в одному органі на інший орган. Розглянуто основні компоненти кишкового бар’єра та механізми його патологічних змін, зокрема посилення кишкової проникності, а також порушення кишкового мікробіому та їхню роль у патогенезі захворювань печінки, таких як алкогольна хвороба печінки, неалкогольна жирова хвороба печінки, медикаментозно‑індуковані ураження печінки, цироз печінки і його ускладнення. Висвітлено існуючі та перспективні терапевтичні стратегії модифікації кишкового мікробіому і кишкового бар’єра, які можна застосовувати в лікуванні печінкової патології.

Біографії авторів

С. М. Ткач, Український науково-практичний центр ендокринної хірургії, трансплантації ендокринних органів і тканин МОЗ України, Київ

д. мед. н., проф., гол. наук. співр. відділу профілактики та лікування цукрового діабету та його ускладнень

А. Е. Дорофєєв, Національна медична академія післядипломної освіти імені П. Л. Шупика, Київ

д. мед. н., проф., професор кафедри терапії

Т. Л. Чеверда, Національна медична академія післядипломної освіти імені П. Л. Шупика, Київ

-

Посилання

Acharya C, Bajaj JS. Altered microbiome in patients with cirrhosis and complications. Clin Gastroenterol Hepatol. 2019;17:307-321. doi: 10.1016/j.cgh.2018.08.008.

Adak A, Khan MR. An insight into gut microbiota and its functionalities. Cell Mol Life Sci. 2019;76:473-493. doi: 10.1007/s13205-019-1702-z.

Bajaj JS, Fagan A, Gavis EA et al. Long-term outcomes of fecal microbiota transplantation in patients with cirrhosis. Gastroenterology. 2019;156:1921-1923. doi: 10.1172/jci.insight.98019.

Barker N. Adult intestinal stem cells: critical drivers of epithelial homeostasis and regeneration. Nat Rev Mol Cell Biol. 2014;15:19-33. doi: 10.1038/nrm3721.

Bauer MA, Kainz K, Carmona-Gutierrez D et al. Microbial wars: competition in ecological niches and within the microbiome. Microb Cell. 2018;5:215-219. doi: 10.15698/mic2018.05.628.

Cho YE, Yu LR, Abdelmegeed MA et al. Apoptosis of enterocytes and nitration of junctional complex proteins promote alcohol-induced gut leakiness and liver injury. J Hepatol. 2018;69:142-153. doi: 10.1016/j.jhep.2018.02.005.

Chopyk DM, Grakoui A. Contribution of the intestinal microbiome and gut barrier to hepatic disorders. Gastroenterology. 2020;159(3):849-863. doi: 10.1002/hep4.1406.

Cording J, Berg J, Kading N et al. In tight junctions, claudins regulate the interactions between occludin, tricellulin and marvelD3, which, inversely, modulate claudin oligomerization. J Cell Sci. 2013;126:554-564. doi: 10.2196/14335.

Cornick S, Tawiah A, Chadee K. Roles and regulation of the mucus barrier in the gut. Tissue Barriers. 2015;3. e982426. doi: 10.4161/21688370.2014.982426.

Coyte KZ, Schluter J, Foster KR. The ecology of the microbiome: networks, competition, and stability. Science. 2015;350:663-666. doi: 10.1016/j.cub.2019.04.017.

Cui Y, Wang Q, Chang R et al. Intestinal barrier function non-alcoholic fatty liver disease interactions and possible role of gut microbiota. J Agric Food Chem. 2019;67:2754-2762. doi: 10.3389/fphar.2019.01190.

Duan Y, Llorente C, Lang S et al. Bacteriophage targeting of gut bacterium attenuates alcoholic liver disease. Nature. 2019;575:505-511. doi: 10.1038/s41586-019-1742-x.

Gao J, Li Y, Wan Y et al. A novel postbiotic from Lactobacillus rhamnosus GG with a beneficial effect on intestinal barrier function. Front Microbiol. 2019;10:477. doi: 10.3389/fmicb.2019.00477.

Garcia-Cortes M, Ortega-Alonso A, Lucena MI et al. Drug-induced liver injury: a safety review. Expert Opin Drug Saf. 2018;17:795-804. doi: 10.1016/j.jhep.2016.05.003.

Hartmann P, Chu H, Duan Y et al. Gut microbiota in liver disease: Too much is harmful, nothing at all is not helpful either. Am J Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 2019;316:G563–G573. doi: 10.1152/ajpgi.00370.2018.

Hu H, Lin A, Kong M et al. Intestinal microbiome and NAFLD: molecular insights and therapeutic perspectives. J Gastroenterol. 2020;55:142-158. doi: 10.1007/s00535-019-01649-8.

Inamine T, Schnabl B. Immunoglobulin A and liver diseases. J Gastroenterol. 2018;53:691-700. doi: 10.1007/s00535-017-1400-8.

Jia B, Jeon CO. Promotion and induction of liver cancer by gut microbiome-mediated modulation of bile acids. PLoS Pathog. 2019;15. e1007954. doi: 10.1371/journal.ppat.1007954.

Krenkel O, Mossanen JC, Tacke F. Immune mechanisms in acetaminophen-induced acute liver failure. Hepatobiliary Surg Nutr. 2014;3:331-343. doi: 10.3978/j.issn.2304-3881.2014.11.01.

Lachar J, Bajaj JS. Changes in the microbiome in cirrhosis and relationship to complications: hepatic encephalopathy, spontaneous bacterial peritonitis, and sepsis. Semin Liver Dis. 2016;36:327-330. doi: 10.1136-2016-032498.

Liorente C, Jepsen P, Inamine T et al. Gastric acid suppression promotes alcoholic liver disease by inducing overgrowth of intestinal Enterococcus. Nat Commun. 2017;8:837.

Lopez-Siles M, Duncan SH, Garcia-Gil LJ et al. Faecalibacterium prausnitzii: from microbiology to diagnostics and prognostics. ISME J. 2017;11:841-852. doi: 10.1038/ismej.2016.176.

Lu R, Voigt RM, Zhang Y et al. Alcohol injury damages intestinal stem cells. Alcohol Clin Exp Res. 2017;41:727-734. doi: 10.1111/acer.13351.

Luissint AC, Parkos CA, Nusrat A. Inflammation and the intestinal barrier: leukocyte-epithelial cell interactions, cell junction remodeling, and mucosal repair. Gastroenterology. 2016;151:616-632. doi: 10.1053/j.gastro.2016.07.008.

Luther J, Garber JJ, Khalili H et al. Hepatic injury in nonalcoholic steatohepatitis contributes to altered intestinal permeability. Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 2015;1:222-232. doi: 10.1016/j.jcmgh.2015.01.001.

Monteiro AC, Sumagin R, Rankin CR et al. JAM-A associates with ZO-2, afadin, and PDZ-GEF1 to activate Rap2c and regulate epithelial barrier function. Mol Biol Cell. 2013;24:2849-2860. doi: 10.1091/mbc.E13-06-0298.

Morrisette T, Kebriaei R, Lev KL et al. Bacteriophage therapeutics: a primer for clinicians on phage-antibiotic combinations. Pharmacotherapy. 2020;40:153-168. doi: 10.1093/ofid/ofz274.

Mukherjee S, Hooper LV. Antimicrobial defense of the intestine. Immunity. 2015;42:28-39. doi: 10.1038/nature12729.

Mutlu EA, Gillevet PM, Rangwala H et al. Colonic microbiome is altered in alcoholism. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2012;302:G966–G978. doi: 10.1152/ajpgi.00380.201.

Ooijevaar RE, Terveer EM, Verspaget HW et al. Clinical application and potential of fecal microbiota transplantation. Annu Rev Med. 2019;70:335-351. doi: 10.1177/2050640620957765.

Patel S, Behara R, Swanson GR et al. Alcohol and the intestine. Biomolecules. 2015;5:2573-2588. doi: 10.3390/biom5042573.

Possamai LA, McPhail MJ, Khamri W et al. The role of intestinal microbiota in murine models of acetaminophen-induced hepatotoxicity. Liver Int. 2015;35:764-773. doi: 10.1111/liv.12689.

Powell N, Walker MM, Talley NJ. The mucosal immune system: master regulator of bidirectional gut-brain communications. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2017;14:143-159. doi: 10.1172/jci.insight.94040.

Raleigh DR, Marchiando AM, Zhang Y et al. Tight junction-associated MARVEL proteins marveld3, tricellulin, and occludin have distinct but overlapping functions. Mol Biol Cell. 2010;21:1200-1213. doi: 10.1091/mbc.E09-08-0734.

Safari Z, Gerard P. The links between the gut microbiome and non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). Cell Mol Life Sci. 2019;76:1541-1558. doi: 10.3390/nu12020287.

Saltzman ET, Palacios T, Thomsen M et al. Intestinal microbiome shifts, dysbiosis, inflammation, and nonalcoholic fatty liver disease. Front Microbiol. 2018;9:61. doi: 10.3389/fmicb.2018.00061.

Schroeder BO. Fight them or feed them: how the intestinal mucus layer manages the gut microbiota. Gastroenterol Rep (Oxf). 2019;7:3-12. doi: 10.1093/gastro/goy052.

Schwartz JM, Reinus JF. Prevalence and natural history of alcoholic liver disease. Clin Liver Dis. 2012;16:659-666. doi: 10.1111/apt.12560.

Sender R, Fuchs S, Milo R. Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body. PLoS Biol. 2016;14. e1002533. doi: 10.1371/journal.pbio.1002533.

Shen L, Weber CR, Raleigh DR et al. Tight junction pore and leak pathways: a dynamic duo. Annu Rev Physiol. 2011;73:283-309. doi: 10.1146/annurev-physiol-012110-142150.

Shin NR, Lee JC, Lee HY et al. An increase in the Akkermansia spp. population induced by metformin treatment improves glucose homeostasis in dietinduced obese mice. Gut. 2014;63:727-735. doi: 10.3390/ijms20081855.

Sicard JF, Le Bihan G, Vogeleer P et al. Interactions of intestinal bacteria with components of the intestinal mucus. Front Cell Infect Microbiol. 2017;7:387. doi: 10.3389/fcimb.2017.00387.

Tripathi A, Debelius J, Brenner DA et al. The gut-liver axis and the intersection with the microbiome. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2018;15:397-411. doi: 10.1038/s41575-018-0031-8.

Van Itallie CM, Anderson JM. Architecture of tight junctions and principles of molecular composition. Semin Cell Dev Biol. 2014;36:157-165. doi: 10.1016/j.semcdb.2014.08.011.

Wells JM, Brummer RJ, Derrien M et al. Homeostasis of the gut barrier and potential biomarkers. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2017;312:G171–G193. doi: 10.1152/ajpgi.00048.2015.

Wexler AG, Goodman AL. An insider’s perspective: Bacteroides as a window into the microbiome. Nat Microbiol. 2017;2. 17026. doi: 10.1038/nmicrobiol.2017.26.

Wong AC, Levy M. New approaches to microbiomebased therapies. mSystems. 2019;4(3). e00122-19. doi: 10.1128/mSystems.00122-19.

Yu LX, Schwabe RF. The gut microbiome and liver cancer: mechanisms and clinical translation. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2017;14:527-539. doi: 10.1038/nrgastro.2017.72.