Кишкова мікробіота як біомаркер і терапевтичний агент при запальних захворюваннях кишечника. Огляд

О. Є. Гріднєв

doi:10.30978/MG-2025-3-32

Автор(и)

О. Є. Гріднєв ДУ «Національний інститут терапії імені Л. Т. Малої НАМН України», Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-4716-3520

DOI:

https://doi.org/10.30978/MG-2025-3-32

Ключові слова:

кишкова мікробіота, запальні захворювання кишечника, виразковий коліт, хвороба Крона, модуляція фекальної мікробіоти

Анотація

Наведено дані щодо визначення характерних змін кишкової мікробіоти для поліпшення діагностичних можливостей у клінічній практиці при диференціюванні підтипів запальних захворювань кишечника та від інших захворювань (синдрому подразненого кишечника, колоректального раку), активного перебігу хвороби від ремісії, а також для уточнення локалізації ураження кишечника та тяжкості перебігу хвороби. Висвітлено виявлені дослідниками характерні бактеріальні сигнатури як для запальних захворювань кишечника, так і для їхніх підтипів (виразкового коліту та хвороби Крона). Також описані розробки для оцінки змін кишкової мікробіоти як маркера ураження певної частини кишечника або тяжкості перебігу запального захворювання кишечника. Окремо звернуто увагу на необхідність вивчення при таких дослідженнях небактеріального компонента кишкової мікробіоти (грибів, вірусів тощо), оскільки цей компонент також має вагомий вплив на патогенез запальних захворювань кишечника і тому може бути корисним як діагностичний та прогностичний маркер. Не менш важливими в цьому аспекті вважаються дослідження змін метаболому кишкової мікробіоти. Представлено дані щодо впливу фактично всіх типів традиційного лікування запальних захворювань кишечника на зміни кишкової мікробіоти. Звернуто увагу на залежність цих змін від ефективності терапії, що також свідчить про можливість використання змін у сигнатурі кишкової мікробіоти для прогнозування відповіді на лікування певним препаратом. Наведено відомості щодо спроб модифікувати кишкову мікробіоту за допомогою використання пребіотиків або/та пробіотиків у пацієнтів із запальними захворюваннями кишечника, які свідчать про залежність ефекту від певних пробіотичних штамів та первинної тяжкості перебігу захворювання. Установлено високу ефективність використання трансплантації фекальної мікробіоти в пацієнтів із запальними захворюваннями кишечника (особливо при виразковому коліті). Для підвищення ефективності цієї методики важливе значення має попередня підготовка за допомогою антибіотиків, щоб збільшити приживлення трансплантата, і ретельний вибір донорського матеріалу.

Біографія автора

О. Є. Гріднєв, ДУ «Національний інститут терапії імені Л. Т. Малої НАМН України», Харків

д. мед. н., ст. наук. співр., пров. наук. співр. відділу вивчення захворювань органів травлення та їхньої коморбідності з неінфекційними захворюваннями

Посилання

Abdel-Rahman LIH, Morgan XC. Searching for a Consensus Among Inflammatory Bowel Disease Studies: A Systematic Meta-Analysis. Inflamm Bowel Dis. 2023 Jan 5;29(1):125-139. http://doi.org/10.1093/ibd/izac194. PMID: 36112501; PMCID: PMC9825291.

Ankersen DV, Weimers P, Marker D, Johannesen T, Iversen S, Lilje B, Kristoffersen AB, Saboori S, Paridaens K, Skytt Andersen P, Burisch J, Munkholm P. eHealth: Disease activity measures are related to the faecal gut microbiota in adult patients with ulcerative colitis. Scand J Gastroenterol. 2020 Nov;55(11):1291-1300. http://doi.org/10.1080/00365521.2020.1829031. Epub 2020 Oct 12. PMID: 33045169.

Benech N, Mah C, Bessède E, Sokol H, Hold GL. Gut microbiota and inflammatory bowel disease treatment Microb Health Dis 2021; 3: e588. http://doi.org/10.26355/mhd_20219_588. https://www.microbiotajournal.com/wp-content/uploads/sites/7/2021/09/e588.pdf.

Buffet-Bataillon S, Bouguen G, Fleury F, Cattoir V, Le Cunff Y. Gut microbiota analysis for prediction of clinical relapse in Crohn’s disease. Sci Rep. 2022 Nov 19;12(1):19929. http://doi.org/10.1038/s41598-022-23757-x. PMID: 36402792; PMCID: PMC9675750.

Caldeira LF, Borba HH, Tonin FS, Wiens A, Fernandez-Llimos F, Pontarolo R. Fecal microbiota transplantation in inflammatory bowel disease patients: A systematic review and meta-analysis. PLoS One. 2020 Sep 18;15(9):e0238910. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0238910. PMID: 32946509; PMCID: PMC7500646.

Chen HT, Huang HL, Xu HM, Luo QL, He J, Li YQ, Zhou YL, Nie YQ, Zhou YJ. Fecal microbiota transplantation ameliorates active ulcerative colitis. Exp Ther Med. 2020 Apr;19(4):2650-2660. http://doi.org/10.3892/etm.2020.8512. Epub 2020 Feb 11. PMID: 32256746; PMCID: PMC7086197.

Chen L, Collij V, Jaeger M, van den Munckhof ICL, Vich Vila A, Kurilshikov A, Gacesa R, Sinha T, Oosting M, Joosten LAB, Rutten JHW, Riksen NP, Xavier RJ, Kuipers F, Wijmenga C, Zhernakova A, Netea MG, Weersma RK, Fu J. Gut microbial co-abundance networks show specificity in inflammatory bowel disease and obesity. Nat Commun. 2020 Aug 11;11(1):4018. http://doi.org/10.1038/s41467-020-17840-y. PMID: 32782301; PMCID: PMC7419557.

Chen L, Reynolds C, David R, Peace Brewer A. Development of an Index Score for Intestinal Inflammation-Associated Dysbiosis Using Real-World Stool Test Results. Dig Dis Sci 2020; 65: 1111-1124. http://doi.org/10.1007/s10620-019-05828-8.

Chen M, Liu XL, Zhang YJ, Nie YZ, Wu KC, Shi YQ. Efficacy and safety of fecal microbiota transplantation by washed preparation in patients with moderate to severely active ulcerative colitis. J Dig Dis. 2020 Nov;21(11):621-628. http://doi.org/10.1111/1751-2980.12938. Epub 2020 Sep 29. PMID: 32909356; PMCID: PMC7756426.

Dang XF, Qing-Xi Wang, Yin Z, Sun L, Yang WH. Recurrence of moderate to severe ulcerative colitis after fecal microbiota transplantation treatment and the efficacy of re-FMT: a case series. BMC Gastroenterol. 2020 Nov 26;20(1):401. http://doi.org/10.1186/s12876-020-01548-w. PMID: 33243141; PMCID: PMC7691068.

De Alencar Junior H, Paiotti APR, de Araújo Filho HB, Oshima CTF, Miszputen SJ, Ambrogini-Júnior O. The relationship between the commensal microbiota levels and Crohn's disease activity. JGH Open. 2020 May 1;4(5):784-789. doi: 10.1002/jgh3.12338. PMID: 33102745; PMCID: PMC7578322.

Ding NS, McDonald JAK, Perdones-Montero A, et al. Metabonomics and the Gut Microbiome Associated With Primary Response to Anti-TNF Therapy in Crohn’s Disease. J Crohns Colitis 2020; 14: 1090-1102. http://doi.org/10.1093/ecco-jcc/jjaa039.

Eckenberger J, Butler JC, Bernstein CN, Shanahan F, Claesson MJ. Interactions between Medications and the Gut Microbiome in Inflammatory Bowel Disease. Microorganisms. 2022 Oct 4;10(10):1963. http://doi.org/10.3390/microorganisms10101963. PMID: 36296239; PMCID: PMC9607329.

Effenberger M, Reider S, Waschina S, Bronowski C, Enrich B, Adolph TE, Koch R, Moschen AR, Rosenstiel P, Aden K, Tilg H. Microbial Butyrate Synthesis Indicates Therapeutic Efficacy of Azathioprine in IBD Patients. J Crohns Colitis. 2021 Jan 13;15(1):88-98. http://doi.org/10.1093/ecco-jcc/jjaa152. PMID: 32687146.

Facchin S, Vitulo N, Calgaro M, Buda A, Romualdi C, Pohl D, Perini B, Lorenzon G, Marinelli C, D’Incà R, Sturniolo GC, Savarino EV. Microbiota changes induced by microencapsulated sodium butyrate in patients with inflammatory bowel disease. Neurogastroenterol Motil. 2020 Oct;32(10):e13914. http://doi.org/10.1111/nmo.13914. Epub 2020 May 31. PMID: 32476236; PMCID: PMC7583468.

Fang H, Fu L, Li X, Lu C, Su Y, Xiong K, Zhang L. Long-term efficacy and safety of monotherapy with a single fresh fecal microbiota transplant for recurrent active ulcerative colitis: a prospective randomized pilot study. Microb Cell Fact. 2021 Jan 19;20(1):18. doi: 10.1186/s12934-021-01513-6. PMID: 33468164; PMCID: PMC7816432.

Gonzalez CG, Mills RH, Zhu Q, Sauceda C, Knight R, Dulai PS, Gonzalez DJ. Location-specific signatures of Crohn’s disease at a multi-omics scale. Microbiome. 2022 Aug 24;10(1):133. http://doi.org/10.1186/s40168-022-01331-x. PMID: 35999575; PMCID: PMC9400277.

Guzzo GL, Mittinty MN, Llamas B, Andrews JM, Weyrich LS. Individuals with Inflammatory Bowel Disease Have an Altered Gut Microbiome Composition of Fungi and Protozoa. Microorganisms. 2022 Sep 26;10(10):1910. http://doi.org/10.3390/microorganisms10101910. PMID: 36296186; PMCID: PMC9610947.

Haifer C, Luu LDW, Paramsothy S, et al. Microbial determinants of effective donors in faecal microbiota transplantation for UC. Gut 2022; gutjnl-2022-327742. http://doi.org/10.1136/gutjnl-2022-327742.

Нuang С, Нuang Z, Ding L, et al. Fecal microbiota transplantation versus glucocorticoids for the induction of remission in mild to moderate ulcerative colitis. J Transl Med 2022; 20: 354. http://doi.org/10.1186/s12967-022-03569-3.

Imai T, Inoue R, Nishida A, et al. Features of the gut prokaryotic virome of Japanese patients with Crohn’s disease. J Gastroenterol 2022; 57: 559-57. http://doi.org/10.1007/s00535-022-01900-9.

Jayawardana T, Chung A, Ho A, et al. Year in microbiota: IBD clinical studies Microb Health Dis 2023; 5: e883. http://doi.org/10.26355/mhd_202310_883.

Ju J, Zhang C, Yang J, Yang Q, Yin P, Sun X. Deoxycholic acid exacerbates intestinal inflammation by modulating interleukin-1β expression and tuft cell proportion in dextran sulfate sodium-induced murine colitis. PeerJ 2023; 11: e14842. http://doi.org/10.7717/peerj.14842.

Kong L, Lloyd-Price J, Vatanen T, Seksik P, Beaugerie L, Simon T, Vlamakis H, Sokol H, Xavier RJ. Linking Strain Engraftment in Fecal Microbiota Transplantation With Maintenance of Remission in Crohn’s Disease. Gastroenterology. 2020 Dec;159(6):2193-2202.e5. http://doi.org/10.1053/j.gastro.2020.08.045. Epub 2020 Aug 26. PMID: 32860788; PMCID: PMC7725862.

Leccese G, Bibi A, Mazza S, Facciotti F, Caprioli F, Landini P, Paroni M. Probiotic Lactobacillus and Bifidobacterium Strains Counteract Adherent-Invasive Escherichia coli (AIEC) Virulence and Hamper IL-23/Th17 Axis in Ulcerative Colitis, but Not in Crohn’s Disease. Cells. 2020 Aug 1;9(8):1824. http://doi.org/10.3390/cells9081824. PMID: 32752244; PMCID: PMC7464949.

Leonardi I, Paramsothy S, Doron I, Semon A, Kaakoush NO, Clemente JC, Faith JJ, Borody TJ, Mitchell HM, Colombel JF, Kamm MA, Iliev ID. Fungal Trans-kingdom Dynamics Linked to Responsiveness to Fecal Microbiota Transplantation (FMT) Therapy in Ulcerative Colitis. Cell Host Microbe. 2020 May 13;27(5):823-829.e3. http://doi.org/10.1016/j.chom.2020.03.006. Epub 2020 Apr 15. PMID: 32298656; PMCID: PMC8647676.

Liang G, Conrad MA, Kelsen JR, Kessler LR, Breton J, Albenberg LG, Marakos S, Galgano A, Devas N, Erlichman J, Zhang H, Mattei L, Bittinger K, Baldassano RN, Bushman FD. Dynamics of the Stool Virome in Very Early-Onset Inflammatory Bowel Disease. J Crohns Colitis. 2020 Nov 7;14(11):1600-1610. http://doi.org/10.1093/ecco-jcc/jjaa094. PMID: 32406906; PMCID: PMC7648169.

Limketkai BN, Akobeng AK, Gordon M, Adepoju AA. Probiotics for induction of remission in Crohn’s disease. Cochrane Database Syst Rev. 2020 Jul 17;7(7):CD006634. http://doi.org/10.1002/14651858.CD006634.pub3. PMID: 32678465; PMCID: PMC7389339.

Lin YF, Sung CM, Ke HM, et al. The rectal mucosal but not fecal microbiota detects subclinical ulcerative colitis. Gut Microbes 2021; 13: 1-10. http://doi.org/10.1080/19490976.2020.1832856.

Lopez-Siles M, Aldeguer X, Sabat-Mir M, Serra-Pagès M, Duncan SH, Flint HJ, Garcia-Gil LJ, Martinez-Medina M. Evaluation of bacterial biomarkers to aid in challenging inflammatory bowel diseases diagnostics and subtype classification. World J Gastrointest Pathophysiol. 2020 May 12;11(3):64-77. http://doi.org/10.4291/wjgp.v11.i3.64. PMID: 32435523; PMCID: PMC7226914.

Ma Y, Zhang Y, Jiang H, Xiang S, Zhao Y, Xiao M, Du F, Ji H, Kaboli PJ, Wu X, Li M, Wen Q, Shen J, Yang Z, Li J, Xiao Z. Corrigendum: Metagenome Analysis of Intestinal Bacteria in Healthy People, Patients With Inflammatory Bowel Disease and Colorectal Cancer. Front Cell Infect Microbiol. 2021 Sep 27;11:765843. http://doi.org/10.3389/fcimb.2021.765843. Erratum for: Front Cell Infect Microbiol. 2021 Feb 26;11:599734. http://doi.org/10.3389/fcimb.2021.599734. PMID: 34646786; PMCID: PMC8504487.

Mah C, Jayawardana T, Leong G, Koentgen S, Lemberg D, Connor SJ, Rokkas T, Grimm MC, Leach ST, Hold GL. Assessing the Relationship between the Gut Microbiota and Inflammatory Bowel Disease Therapeutics: A Systematic Review. Pathogens. 2023 Feb 6;12(2):262. http://doi.org/10.3390/pathogens12020262. PMID: 36839534; PMCID: PMC9965214.

Mannion A, Shen Z, Feng Y, Puglisi D, Muthupalani S, Whary MT, Fox JG. Natural Transmission of Helicobacter saguini Causes Multigenerational Inflammatory Bowel Disease in C57/129 IL-10-/- Mice. mSphere. 2020 Mar 25;5(2):e00011-20. http://doi.org/10.1128/mSphere.00011-20. PMID: 32213619; PMCID: PMC7096620.

Mavragani CP, Nezos A, Dovrolis N, Andreou NP, Legaki E, Sechi LA, Bamias G, Gazouli M. Type I and II Interferon Signatures Can Predict the Response to Anti-TNF Agents in Inflammatory Bowel Disease Patients: Involvement of the Microbiota. Inflamm Bowel Dis. 2020 Sep 18;26(10):1543-1553. http://doi.org/10.1093/ibd/izaa216. PMID: 32812029.

Mehta RS, Mayers JR, Zhang Y, Bhosle A, Glasser NR, Nguyen LH, Ma W, Bae S, Branck T, Song K, Sebastian L, Pacheco JA, Seo HS, Clish C, Dhe-Paganon S, Ananthakrishnan AN, Franzosa EA, Balskus EP, Chan AT, Huttenhower C. Gut microbial metabolism of 5-ASA diminishes its clinical efficacy in inflammatory bowel disease. Nat Med. 2023 Mar;29(3):700-709. http://doi.org/10.1038/s41591-023-02217-7. Epub 2023 Feb 23. PMID: 36823301; PMCID: PMC10928503.

Park SK, Kim HN, Choi CH, Im JP, Cha JM, Eun CS, Kim TO, Kang SB, Bang KB, Kim HG, Jung Y, Yoon H, Han DS, Lee CW, Ahn K, Kim HL, Park DI. Differentially Abundant Bacterial Taxa Associated with Prognostic Variables of Crohn’s Disease: Results from the IMPACT Study. J Clin Med. 2020 Jun 5;9(6):1748. http://doi.org/10.3390/jcm9061748. PMID: 32516912; PMCID: PMC7357029.

Park YE, Moon HS, Yong D, Seo H, Yang J, Shin TS, Kim YK, Kim JR, Lee YN, Kim YH, Kim JS, Cheon JH. Microbial changes in stool, saliva, serum, and urine before and after anti-TNF-α therapy in patients with inflammatory bowel diseases. Sci Rep. 2022 Apr 15;12(1):6359. http://doi.org/10.1038/s41598-022-10450-2. PMID: 35428806; PMCID: PMC9012770.

Qiu X, Zhao X, Cui X, Mao X, Tang N, Jiao C, Wang D, Zhang Y, Ye Z, Zhang H. Characterization of fungal and bacterial dysbiosis in young adult Chinese patients with Crohn’s disease. Therap Adv Gastroenterol. 2020 Nov 12;13:1756284820971202. http://doi.org/10.1177/1756284820971202. PMID: 33240394; PMCID: PMC7672770.

Salimi A, Sepehr A, Ajdarkosh H, Aghamohamad S, Talebi M, Rohani M, Pourshafie MR. Dynamic Population of Gut Microbiota as an Indicator of Inflammatory Bowel Disease. Iran Biomed J. 2022 Sep 1;26(5):350-6. http://doi.org/10.52547/ibj.3772. PMID: 36403100; PMCID: PMC9763879.

Sankarasubramanian J, Ahmad R, Avuthu N, Singh AB, Guda C. Gut Microbiota and Metabolic Specificity in Ulcerative Colitis and Crohn’s Disease. Front Med (Lausanne). 2020 Nov 27;7:606298. http://doi.org/10.3389/fmed.2020.606298. PMID: 33330572; PMCID: PMC7729129.

Sarrabayrouse G, Elias A, Yáñez F, Mayorga L, Varela E, Bartoli C, Casellas F, Borruel N, Herrera de Guise C, Machiels K, Vermeire S, Manichanh C. Fungal and Bacterial Loads: Noninvasive Inflammatory Bowel Disease Biomarkers for the Clinical Setting. mSystems. 2021 Mar 23;6(2):e01277-20. http://doi.org/10.1128/mSystems.01277-20. PMID: 33758031; PMCID: PMC8547002.

Schierová D, Březina J, Mrázek J, et al. Gut Microbiome Changes in Patients with Active Left-Sided Ulcerative Colitis after Fecal Microbiome Transplantation and Topical 5-aminosalicylic Acid Therapy. Cells 2020; 9: 2283. http://doi.org/10.3390/cells9102283.

Serena C, Queipo-Ortuño M, Millan M, et al. Microbial Signature in Adipose Tissue of Crohn’s Disease Patients. J Clin Med 2020; 9: 2448. http://doi.org/10.3390/jcm9082448.

Shin SY, Kim Y, Kim WS, et al. Compositional changes in fecal microbiota associated with clinical phenotypes and prognosis in Korean patients with inflammatory bowel disease. Intest Res 2023; 21: 148-160. http://doi.org/10.5217/ir.2021.00168.

Smith BJ, Piceno Y, Zydek M, et al. Strain-resolved analysis in a randomized trial of antibiotic pretreatment and maintenance dose delivery mode with fecal microbiota transplant for ulcerative colitis. Sci Rep 2022; 12: 5517 https://doi.org/10.1038/s41598-022-09307-5.

Sudhakar P, Andrighetti T, Verstockt S, et al. Integrated analysis of microbe-host interactions in Crohn’s disease reveals potential mechanisms of microbial proteins on host gene expression. iScience 2022; 25: 103963. http://doi.org/10.1016/j.isci.2022.103963.

Touch S, Godefroy E, Rolhion N, Danne C, Oeuvray C, et al. Human CD4+CD8α+ Tregs induced by Faecalibacterium prausnitzii protect against intestinal inflammation. JCI Insight 2022; 7: e154722. http://doi.org/10.1172/jci.insight.154722.

Vatn S, Carstens A, Kristoffersen AB, et al. Faecal microbiota signatures of IBD and their relation to diagnosis, disease phenotype, inflammation, treatment escalation and anti-TNF response in a European Multicentre Study (IBD-Character). Scand J Gastroenterol 2020; 55: 1146-1156. http://doi.org/10.1080/00365521.2020.1803396.

Ventin-Holmberg R, Eberl A, Saqib S, Korpela K, Virtanen S, Sipponen T, Salonen A, et al. Bacterial and fungal profiles as markers of infliximab drug response in inflammatory bowel disease. J Crohns Colitis 2020; 15: 1019-1031. http://doi.org/10.1093/ecco-jcc/jjaa252.

Vich Vila A, Hu S, Andreu-Sánchez S, et al. Faecal metabolome and its determinants in inflammatory bowel disease. Gut. 2023 Aug;72(8):1472-1485. http://doi.org/10.1136/gutjnl-2022-328048.

Wilson B, Eyice Ö, Koumoutsos I, et al. Prebiotic Galactooligosaccharide Supplementation in Adults with Ulcerative Colitis: Exploring the Impact on Peripheral Blood Gene Expression, Gut Microbiota, and Clinical Symptoms. Nutrients 2021; 13: 3598. http://doi.org/10.3390/nu13103598.

Xu C, Zhou M, Xie Z, Li M, Zhu X, Zhu H. LightCUD: a program for diagnosing IBD based on human gut microbiome data. BioData Min 2021; 14: 2. http://doi.org/10.1186/s13040-021-00241-2.

Xu X, Ocansey DKW, Hang S, et al. The gut metagenomics and metabolomics signature in patients with inflammatory bowel disease. Gut Pathog 2022; 14: 26 https://doi.org/10.1186/s13099-022-00499-9.

Zhang XF, Guan XX, Tang YJ, et al. Clinical effects and gut microbiota changes of using probiotics, prebiotics or synbiotics in inflammatory bowel disease: a systematic review and meta-analysis. Eur J Nutr 2021; 60: 2855-2875. http://doi.org/10.1007/s00394-021-02503-5.

Zhang T, Li P, Wu X, et al. Alterations of Akkermansia muciniphila in the inflammatory bowel disease patients with washed microbiota transplantation. Appl Microbiol Biotechnol 2020; 104: 10203-10215. http://doi.org/10.1007/s00253-020-10948-7.

Zhou Y, He Y, Liu L, et al. Alterations in Gut Microbial Communities Across Anatomical Locations in Inflamm Bowel Dis. Front Nutr 2021; 8: 615064. http://doi.org/10.3389/fnut.2021.615064.

Zhu Y, Luo J, Yang Z, Miao Y. High-throughput sequencing analysis of differences in intestinal microflora between ulcerative colitis patients with different glucocorticoid response types. Genes Genomics. 2020 Oct;42(10):1197-1206. http://doi.org/10.1007/s13258-020-00986-w. Epub 2020 Aug 25. PMID: 32844358.

Zhuang X, Tian Z, Feng R, Li M, Li T, Zhou G, Qiu Y, Chen B, He Y, Chen M, Zeng Z, Zhang S. Fecal Microbiota Alterations Associated With Clinical and Endoscopic Response to Infliximab Therapy in Crohn’s Disease. Inflamm Bowel Dis. 2020 Oct 23;26(11):1636-1647. http://doi.org/10.1093/ibd/izaa253. PMID: 33026078.