Микробиом начальных отделов тонкой кишки у пациентов с тяжёлым острым панкреатитом: пилотное исследование

ВВЕДЕНИЕ. Нарушение гомеостаза кишечника является ведущим фактором в патогенезе и прогрессировании системного воспаления у больных с острым тяжёлым панкреатитом. Развитие системных осложнений происходит вследствие как мезентериальной гипоперфузии и дисрегуляции моторики кишечника, так и разрушения кишечного барьера с транслокацией бактериальных тел и их субстратов. Это увеличивает риск развития полиорганной недостаточности и повышения летальности. С появлением методов высокопроизводительного секвенирования образцов микробиома — например, в формате 16S рРНК — возможности исследования структуры микробных сообществ значительно расширились. В связи с этим появляется всё больше свидетельств взаимосвязи состояния здоровья человека и микрофлоры, населяющей различные части его организма.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Описание состава микробиоты начальных отделов тонкой кишки у пациентов с тяжёлым острым панкреатитом.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ. В исследование включены 7 пациентов с диагнозом: тяжёлый острый панкреатит (6 мужчин, 1 женщина), средний возраст составил 54,1±14,4 года. Пациенты были разделены на две группы. В 1-ю группу (n=4) вошли пациенты, поступившие на 2–4-е сутки от начала болевого приступа. Во 2-ю группу (n=3) — пациенты, поступившие не позднее 24 часов от начала заболевания. Бактериальный состав образцов смывов из тощей кишки был изучен путём применения 16S РНК-секвенирования. Тяжесть состояния оценивали по интегральным шкалам APACHE II, SOFA, SAPS II. У пациентов основной группы APACHE II составила 22±2,83 балла, SOFA — 6,8±0,5 балла, SAPS II — 32,9±6,4 балла, у пациентов группы сравнения APACHE II равно 18,0±3,7 балла, SOFA — 4,0±2,6 балла, SAPS II — 24,4±5,0 балла.

Забор материала осуществляли в момент установки стерильного многофункционального интестинального катетера за связку Трейтца, не позднее 6 часов от момента поступления в отделение реанимации и интенсивной терапии. На момент проведения забора материала пациенты не получали антибактериальную терапию и энтерального питания.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Более тяжёлое течение было ассоциировано со сниженной представленностью в микробиоме видов Nesseria mucosa и Parvimonas micra, населяющих мукозный слой, а также Megasphaera micronuciformis. Доля родов Streptococcus (видов S. rubneri/parasanguinis/australis) и Actinomyces и ряда родов из семейства Enterobacteriaceae у таких пациентов была, наоборот, выше.

1. Дибиров М.Д., Исаев А.И., Джаджиев А.Б., Ашимова А.И., Атаев Т. Роль коррекции синдромов кишечной недостаточности и внутрибрюшной гипертензии в профилактике инфицирования панкреонекроза. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2016;(8):67–72. https://doi.org/10.17116/hirurgia2016867-72

2. Rowland I, Gibson G, Heinken A, Scott K, Swann J, Thiele I, et al. Gut microbiota functions: metabolism of nutrients and other food components. Eur J Nutr. 2018;57(1):1–24. PMID: 28393285 https://doi.org/10.1007/s00394-017-1445-8

3. Yu LC. Microbiota dysbiosis and barrier dysfunction in inflammatory bowel disease and colorectal cancers: exploring a common ground hypothesis. J Biomed Sci. 2018;25(1):79. PMID: 30413188 https://doi.org/10.1186/s12929-018-0483-8

4. Yu LC, Wang JT, Wei SC, Ni YH. Host-microbial interactions and regulation of intestinal epithelial barrier function: From physiology to pathology. World J Gastrointest Pathophysiol. 2012;3(1):27–43. PMID: 22368784 https://doi.org/10.4291/wjgp.v3.i1.27

5. Rooks MG, Garrett WS. Gut microbiota, metabolites and host immunity. Nat Rev Immunol. 2016;16(6):341–352. PMID: 27231050 https://doi.org/10.1038/nri.2016.42

6. Koh A, De Vadder F, Kovatcheva-Datchary P, Bäckhed F. From Dietary Fiber to Host Physiology: Short-Chain Fatty Acids as Key Bacterial Metabolites. Cell. 2016;165(6):1332–1345. PMID: 27259147 https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.05.041.

7. Grootjans J, Lenaerts K, Buurman WA, Dejong CH, Derikx JP. Life and death at the mucosal-luminal interface: New perspectives on human intestinal ischemia-reperfusion. World J Gastroenterol. 2016;22(9):2760–2770. PMID: 26973414 https://doi.org/10.3748/wjg.v22.i9.2760

8. Ji Y, Luo X, Yang Y, Dai Z, Wu G, Wu Z. Endoplasmic reticulum stress-induced apoptosis in intestinal epithelial cells: a feed-back regulation by mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1). J Anim Sci Biotechnol. 2018;9:38. PMID: 29744053 https://doi.org/10.1186/s40104-018-0253-1

9. Schellekens DH, Hundscheid IH, Leenarts CA, Grootjans J, Lenaerts K, Buurman WA, et al. Human small intestine is capable of restoring barrier function after short ischemic periods. World J Gastroenterol. 2017;23(48):8452–8464. PMID: 29358855 https://doi.org/10.3748/wjg.v23.i48.8452

10. Manohar M, Verma AK, Venkateshaiah SU, Sanders NL, Mishra A. Pathogenic mechanisms of pancreatitis. World J Gastrointest Pharmacol Ther. 2017;8(1):10–25. PMID: 28217371 https://doi.org/10.4292/wjgpt.v8.i1.10

11. Lin R, Chen F, Wen S, Teng T, Pan Y, Huang H. Interleukin-10 attenuates impairment of the blood-brain barrier in a severe acute pancreatitis rat model. J Inflamm (Lond). 2018;15:4. PMID: 29497350 https://doi.org/10.1186/s12950-018-0180-0

12. Sertaridou E, Papaioannou V, Kolios G, Pneumatikos I. Gut failure in critical care: old school versus new school. Ann Gastroenterol. 2015;28(3):309–322. PMID: 26130136

13. Reintam Blaser A, Malbrain ML, Starkopf J, Fruhwald S, Jakob SM, De Waele J, et al. Gastrointestinal function in intensive care patients: terminology, definitions and management. Recommendations of the ESICM Working Group on Abdominal Problems. Intensive Care Med. 2012;38(3):384–394. PMID: 22310869 https://doi.org/10.1007/s00134-011-2459-y

14. Schmidt PN, Roug S, Hansen EF, Knudsen JD, Novovic S. Spectrum of microorganisms in infected walled-off pancreatic necrosis – impact on organ failure and mortality. Pancreatology. 2014;14(6):444–449. PMID: 25266641 https://doi.org/10.1016/j.pan.2014.09.001

15. Xiao H, Huang JH, Zhang XW, Ahmed R, Xie QL, Li B, et al. Identification of potential diagnostic biomarkers of acute pancreatitis by serum metabolomic profiles. Pancreatology. 2017;17(4):543–549. PMID: 28487129 https://doi.org/10.1016/j.pan.2017.04.015.

16. Yu S, Xiong Y, Fu Y, Chen G, Zhu H, Mo X, et al. Shotgun metagenomics reveals significant gut microbiome features in different grades of acute pancreatitis. Microb Pathog. 2021;154:104849. PMID: 33781869 https://doi.org/10.1016/j.micpath.2021.104849.

17. Andrianova NV, Popkov VA, Klimenko NS, Tyakht AV, Baydakova GV, Frolova OY, et al. Microbiome-Metabolome Signature of Acute Kidney Injury. Metabolites. 2020;10(4):142. PMID: 32260384 https://doi.org/10.3390/metabo10040142

18. Efimova D, Tyakht A, Popenko A, Vasilyev A, Altukhov I, Dovidchenko N, et al. Knomics-Biota – a system for exploratory analysis of human gut microbiota data. BioData Min. 2018;11:25. PMID: 30450127 https://doi.org/10.1186/s13040-018-0187-3

19. Callahan BJ, McMurdie PJ, Rosen MJ, Han AW, Johnson AJ, Holmes SP. DADA2: High-resolution sample inference from Illumina amplicon data. Nat Methods. 2016;13(7):581–583. PMID: 27214047 https://doi.org/10.1038/nmeth.3869

20. Horton NJ, Kleinman K. Using R and RStudio for Data Management, Statistical Analysis, and Graphics. New York: ImprintChapman and Hall/CRC; 2015. https://doi.org/10.1201/b18151

21. Aitchison J. The Statistical Analysis of Compositional Data. London: Chapman and Hall; 1986. https://doi.org/10.1007/978-94-009-4109-0

22. Gloor GB, Macklaim JM, Pawlowsky-Glahn V, Egozcue JJ. Microbiome Datasets are Compositional: and This is Not Optional. Front Microbiol. 2017;8:2224. PMID: 29187837 https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.02224

23. Palarea-Albaladejo J, Martín-Fernández JA. ZCompositions — R package for multivariate imputation of left-censored data under a compositional approach. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 2015;143:85–96. https://doi.org/10.1016/j.chemolab.2015.02.019.

24. Villmones HC, Haug ES, Ulvestad E, Grude N, Stenstad T, Halland A, et al. Species Level Description of the Human Ileal Bacterial Microbiota. Sci Rep. 2018;8(1):4736. PMID: 29549283 https://doi.org/10.1038/s41598-018-23198-5

25. Akshintala VS, Talukdar R, Singh VK, Goggins M. The Gut Microbiome in Pancreatic Disease. Clin Gastroenterol Hepatol. 2019;17(2):290–295. PMID: 30144522 https://doi.org/10.1016/j.cgh.2018.08.045

26. Yu J, Feng Q, Wong SH, Zhang D, Liang QY, Qin Y, et al. Metagenomic analysis of faecal microbiome as a tool towards targeted non-invasive biomarkers for colorectal cancer. Gut. 2017;66(1):70–78. PMID: 26408641 https://doi.org/10.1136/gutjnl-2015-309800.

27. Osman KL, Jefferies JMC, Woelk CH, Devos N, Pascal TG, Mortier MC, et al. Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease harbour a variation of Haemophilus species. Sci Rep. 2018;8(1):14734. PMID: 30282975 https://doi.org/10.1038/s41598-018-32973-3

28. Morton DJ, Hempel RJ, Whitby PW, Seale TW, Stull TL. An invasive Haemophilus haemolyticus isolate. J Clin Microbiol. 2012;50(4):1502–1503. PMID: 22301029 https://doi.org/10.1128/JCM.06688-11

29. Saulnier DM, Riehle K, Mistretta TA, Diaz MA, Mandal D, Raza S, et al. Gastrointestinal microbiome signatures of pediatric patients with irritable bowel syndrome. Gastroenterology. 2011;141(5):1782–1791. PMID: 21741921 https://doi.org/10.1053/j.gastro.2011.06.072

30. Dong Z, Chen B, Pan H, Wang D, Liu M, Yang Y, et al. Detection of Microbial 16S rRNA Gene in the Serum of Patients With Gastric Cancer. Front Oncol. 2019;9:608. PMID: 31338330 https://doi.org/10.3389/fonc.2019.00608

31. Riegel P, Ruimy R, De Briel D, Prevost G, Jehl F, Bimet F, et al. Corynebacterium argentoratense sp. nov., from the human throat. Int J Syst Bacteriol. 1995;45(3):533–537. PMID: 8590681 https://doi.org/10.1099/00207713-45-3-533.

32. Fernández-Natal I, Sáez-Nieto JA, Rodríguez-Lázaro D, Valdezate-Ramos S, Parras-Padilla T, Medina MJ, et al. Phenotypic, molecular characterization, antimicrobial susceptibility and draft genome sequence of Corynebacterium argentoratense strains isolated from clinical samples. New Microbes New Infect. 2016;10:116–121. PMID: 26933505 https://doi.org/10.1016/j.nmni.2016.01.007

33. Chhatwal GS, Graham R. Streptococcal Diseases. In: Quah SR (ed.). International Encyclopedia of Public Health. 2nd ed. Academic Press, 2017. pp. 87–97. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803678-5.00434-3.

34. Fonkou MDM, Bilen M, Cadoret F, Fournier PE, Dubourg G, Raoult D. Enterococcus timonensis sp. nov., Actinomyces marseillensis sp. nov., Leptotrichia massiliensis sp. nov., Actinomyces pacaensis sp. nov., Actinomyces oralis sp. nov., Actinomyces culturomici sp. nov. and Gemella massiliensis sp. nov., new bacterial species isolated from the human respiratory microbiome. New Microbes New Infect. 2017;22:37–43. PMID: 29556407 https://doi.org/10.1016/j.nmni.2017.12.005.

35. Tønjum T. Neisseriales ord. nov. In: Bergey’s Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. John Wiley & Sons, Inc.; Bergey’s Manual Trust, 2015. pp. 1–3. https://doi.org/10.1002/9781118960608.obm00079

36. Dai D, Nanthkumar NN, Newburg DS, Walker WA. Role of oligosaccharides and glycoconjugates in intestinal host defense. J Pediatr Gastroenterol Nutr. 2000;30 Suppl 2:S23–33. PMID: 10749398.

37. Carlstedt-Duke B, Midtvedt T, Nord CE, Gustafsson BE. Isolation and characterization of a mucin-degrading strain of Peptostreptococcus from rat intestinal tract. Acta Pathol Microbiol Immunol Scand B. 1986;94(5):293–300. PMID: 3788570 https://doi.org/10.1111/j.1699-0463.1986.tb03056.x.

38. Shetty SA, Marathe NP, Lanjekar V, Ranade D, Shouche YS. Comparative genome analysis of Megasphaera sp. reveals niche specialization and its potential role in the human gut. PLoS One. 2013;8(11):e79353. PMID: 24260205 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0079353

39. Marchandin H, Jumas-Bilak E, Gay B, Teyssier C, Jean-Pierre H, Siméon de Buochberg M, et al. Phylogenetic analysis of some Sporomusa sub-branch members isolated from human clinical specimens: description of Megasphaera micronuciformis sp. nov. Int J Syst Evol Microbiol. 2003;53(Pt 2):547–553. PMID: 12710625 https://doi.org/10.1099/ijs.0.02378-0.