Fekal Mikrobiyota Transplantasyonunun İnterlökin 10 Eksikliği Olan Fare Modelinde Terapötik Değerlendirmesi
Summary
Genetik duyarlılık, mukozal bağışıklık ve intestinal mikroekolojik ortamın etkileşimi, inflamatuar barsak hastalığının (İBH) patogenezinde rol oynar. Bu çalışmada, IL-10 eksikliği olan farelere fekal mikrobiyota transplantasyonu uygulanmış ve kolonik inflamasyon ve kalp fonksiyonu üzerine etkisi araştırılmıştır.
Abstract
Son yıllarda mikroekolojinin gelişmesiyle birlikte, bağırsak bakterileri ile inflamatuar bağırsak hastalığı (İBH) arasındaki ilişki oldukça dikkat çekmiştir. Biriken kanıtlar, disbiyotik mikrobiyotanın İBH’de inflamatuar süreci tetiklemede veya kötüleştirmede aktif bir rol oynadığını ve fekal mikrobiyota transplantasyonunun (FMT) çekici bir terapötik strateji olduğunu, çünkü sağlıklı bir mikrobiyotanın İBH hastasına aktarılmasının uygun konakçı-mikrobiyota iletişimini yeniden kurabileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, moleküler mekanizmalar belirsizdir ve FMT’nin etkinliği çok iyi belirlenmemiştir. Bu nedenle, IBD’nin hayvan modellerinde daha ileri çalışmalara ihtiyaç vardır. Bu yöntemde, FMT’yi vahşi tip C57BL / 6J farelerden, yaygın olarak kullanılan bir fare kolit modeli olan IL-10 eksikliği olan farelere uyguladık. Çalışma, donör farelerden dışkı peletlerinin toplanması, dışkı çözeltisinin / süspansiyonunun yapılması, dışkı çözeltisinin uygulanması ve hastalığın izlenmesi üzerinde durmaktadır. FMT’nin IL-10 nakavt farelerinde kardiyak bozukluğu önemli ölçüde azalttığını ve IBD yönetimi için terapötik potansiyelinin altını çizdiğini bulduk.
Introduction
İnsan bağırsak mikro ekosistemi, sağlıklı bir insanın bağırsağında 1000’den fazla bakteri türü ile son derece karmaşıktır1. Bağırsak florası, bağırsağın normal fizyolojik fonksiyonlarının ve bağışıklık tepkisinin korunmasında rol oynar ve insan vücudu ile ayrılmaz bir ilişkiye sahiptir. Biriken kanıtlar, bağırsak mikrobiyomunun sadece bir grup parazit değil, insan vücudunun bir parçası olan son insan organını oluşturduğunu göstermektedir2. Bağırsak mikrobiyotası, metabolitleri ve erken yaşamda kurulan konakçı bağışıklık sistemi arasındaki ‘sağlıklı’ simbiyotik bir ilişki, bağırsak homeostazını korumak için kritik öneme sahiptir. Kronik inflamasyon gibi bazı anormal durumlarda, vücudun iç ve dış ortamındaki değişiklikler, bağırsak homeostazını ciddi şekilde bozar ve bağırsakların mikrobiyal topluluğunun dysbiosis3 olarak adlandırılan kalıcı bir dengesizliğine neden olur. Aslında, diyet, ilaçlar ve patojenler de dahil olmak üzere birçok çevresel faktöre maruz kalmak, mikrobiyotada değişikliklere yol açabilir.
Disbiyoz, inflamatuar bağırsak hastalığı (IBD), irritabl bağırsak sendromu (IBS) ve psödomembranöz enterit gibi çeşitli bağırsak hastalıklarının patogenezi ve ayrıca kardiyovasküler hastalık, obezite ve alerji dahil olmak üzere artan bir bağırsak dışı bozukluklar listesi ile ilişkilidir4. Mikrobiyota profillemesi, IBD’li hastaların bakteri çeşitliliğinde dramatik bir azalmanın yanı sıra bazı spesifik bakteri suşlarının popülasyonlarında belirgin değişiklikler olduğunu ortaya koymuştur 5,6. Bu çalışmalar, IBD hastalarında daha az Lachnospiraceae ve Bacteroidetes göstermiş, ancak daha fazla Proteobakteri ve Actinobacteria göstermiştir. İBH’nin patogenezinin anormal intestinal flora, düzensiz immün yanıt, çevresel zorluklar ve genetik varyantlar dahil olmak üzere çeşitli patojenik faktörlerle ilişkili olduğuna inanılmaktadır7. Bol miktarda kanıt, bağırsak bakterilerinin IBD 8,9’un başlatılması ve uygulama aşamalarında rol oynadığını ve bağırsak disbiyozunun düzeltilmesinin IBD’nin tedavisi ve / veya idame tedavisi için yeni bir yaklaşımı temsil edebileceğini göstermektedir.
Fekal mikrobiyota transplantasyonunun (FMT) prototipi eski Çin’de başladı10. 1958’de Dr. Eiseman ve meslektaşları, lavman yoluyla sağlıklı donörlerden dışkı maddesi ile dört şiddetli psödomembranöz enterit vakasını başarıyla tedavi ettiler ve modern Batı tıbbında insan hastalıklarını tedavi etmek için insan dışkısını kullanarak yeni bir sayfa açtılar11. Clostridium difficile enfeksiyonu (CDI) psödomembranöz enterit12’nin ana nedeni olarak bulunmuştur ve FMT CDI tedavisinde oldukça etkilidir. Son sekiz yılda, FMT, tekrarlayan CDI13’ün tedavisi için standart bir bakım tedavisi haline gelmiştir ve FMT’nin IBD gibi diğer bozukluklardaki rolünü araştıran daha ileri çalışmalara yol açmıştır. Son yirmi yılda, çok sayıda vaka sunumu ve kohort çalışması, IBD14’lü hastalarda FMT kullanımını belgelemiştir. 12 çalışmayı içeren bir meta-analiz, Crohn hastalığı (CD) olan hastaların% 62’sinin FMT sonrası klinik remisyon sağladığını ve CD hastalarının% 69’unun klinik yanıt aldığını göstermiştir15. Bu cesaret verici bulgulara rağmen, FMT’nin IBD tedavisindeki rolü belirsizliğini korumaktadır ve FMT’nin intestinal inflamasyonu iyileştirdiği mekanizmalar tam olarak anlaşılamamıştır. FMT’nin kliniklerde IBD için mevcut tedavi seçeneklerinin silahlandırılmasına katılabilmesi için daha fazla araştırma yapılması gerekmektedir.
Bu protokolde, sütten kesildikten sonra kendiliğinden kolit gelişen ve IBD 16,17,18’in çok faktörlü doğasını yansıtmak için altın standart görevi gören IL-10–/- farelere FMT uyguladık. IL-10-/- fareleri, İBH etiyolojisini incelemek için yaygın olarak kullanılmıştır, çünkü İBH hastalarına benzer moleküler ve histolojik özellikler gösterirler ve hastalar gibi, hastalık anti-TNFa tedavisi ile iyileştirilebilirler16. Yaşlanan IL10-/− fareler (>9 aylık), yaşa uygun vahşi tip farelere kıyasla kalp boyutunda artış ve bozulmuş kalp fonksiyonuna sahiptir19, bu da onu kolite bağlı kalp hastalıklarını incelemek için mükemmel bir model haline getirir. Bununla birlikte, dekstran sodyum sülfat modeli ve T hücresi kaynaklı kolit modeli gibi diğer murin kolit modelleri de kullanılabilir. Fekal süspansiyonu oral gavaj yoluyla uyguladık, insanlarda lavmandan daha etkili ve daha iyi bir yol olduğu kanıtlandı20.
Protocol
Representative Results
Discussion
Yenilikçi bir araştırma tedavisi olarak FMT, kommensal mikrobiyotanın disbiyozunun IBD, obezite, diabetes mellitus, otizm, kalp hastalığı ve kanser dahil olmak üzere birçok insan hastalığının patogenezinde rol oynamasından bu yana son yıllarda çeşitli bozuklukların tedavisinde sıcak bir konu haline gelmiştir26. Mekanizma belirlenmemiş olmasına rağmen, FMT’nin yeni bir biyolojik flora oluşturarak ve artık bakteri kaybını önleyerek çalıştığına inanılmaktadır. Bura…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, kısmen, Ulusal Sağlık Enstitüleri’nden (R01 HL152683 ve R21 AI126097’den Q. Li’ye) ve Amerikan Kalp Derneği Grant-in-Aid 17GRNT33460395 (Q. Li’ye) (heart.org) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| BD Syringe, 1 mL | Fisher Scientific | 14-829-10F | |
| Blunt end forceps | Knipex | 926443 | |
| Brain natriuretic peptide EIA kit | Sigma | RAB0386 | |
| C57BL/6J mice | Jackson Lab | 000664 | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5415R | |
| Conical tubes | ThermoFisher | 339650 | |
| Curved feeding Needles | Kent Scientific | FNC-20-1.5-2 | |
| GLH-115 homogenizer | Omni International | GLH-115 | |
| Glycerol | MilliporeSigma | G5516 | |
| IL-10 knockout mice | Jackson Lab | 004366 | |
| Isoflurane | Piramal Critical care | NDC66794-017-10 | |
| USP normal saline | Grainger | 6280 | |
| Vaporizer | Euthanex Corp. | EZ-108SA |
Riferimenti
- D’Argenio, V., Salvatore, F. The role of the gut microbiome in the healthy adult status. Clinica Chimica Acta. 451, 97-102 (2015).
- Baquero, F., Nombela, C. The microbiome as a human organ. Clinical Microbiology and Infection. 18, 2-4 (2012).
- Hawrelak, J. A., Myers, S. P. The causes of intestinal dysbiosis: a review. Alternative Medcine Review. 9 (2), 180-197 (2004).
- Carding, S., Verbeke, K., Vipond, D. T., Corfe, B. M., Owen, L. J. Dysbiosis of the gut microbiota in disease. Microbial Ecology in Health and Disease. 26 (1), 26191 (2015).
- Ma, H. Q., Yu, T. T., Zhao, X. J., Zhang, Y., Zhang, H. J. Fecal microbial dysbiosis in Chinese patients with inflammatory bowel disease. World Journal of Gastroenterology. 24 (13), 1464-1477 (2018).
- Chu, Y., et al. Specific changes of enteric mycobiota and virome in inflammatory bowel disease. Journal of Digestive Diseases. 19 (1), 2-7 (2018).
- Manichanh, C., Borruel, N., Casellas, F., Guarner, F. The gut microbiota in IBD. Nature reviews Gastroenterology and Hepatology. 9 (10), 599-608 (2012).
- Podolsky, D. K. Inflammatory bowel disease. The New England Journal of Medicine. 347 (6), 417-429 (2002).
- Tamboli, C. P., Neut, C., Desreumaux, P., Colombel, J. F. Dysbiosis in inflammatory bowel disease. Gut. 53 (1), 1-4 (2004).
- Shi, Y. C., Yang, Y. S. Fecal microbiota transplantation: Current status and challenges in China. JGH Open: An Open Access Journal of Gastroenterology and Hepatology. 2 (4), 114-116 (2018).
- Markley, J. C., Carson, R. P., Holzer, C. E. Pseudomembranous enterocolitis: A clinico pathologic study of fourteen cases with a common etiologic factor. AMA Archives of Surgery. 77 (3), 452-461 (1958).
- Wilcox, M. H. Clostridium difficile infection and pseudomembranous colitis. Best Practice and Research Clinical Gastroenterology. 17 (3), 475-493 (2003).
- Kelly, C. R., de Leon, L., Jasutkar, N. Fecal microbiota transplantation for relapsing Clostridium difficile infection in 26 patients: methodology and results. Journal of Clinical Gastroenterology. 46 (2), 145-149 (2012).
- Borody, T. J., Warren, E. F., Leis, S., Surace, R., Ashman, O. Treatment of ulcerative colitis using fecal bacteriotherapy. Journal of Clinical Gastroenterology. 37 (1), 42-47 (2003).
- Cheng, F., Huang, Z., Wei, W., Li, Z. Fecal microbiota transplantation for Crohn’s disease: a systematic review and meta-analysis. Techniques in Coloproctology. 25 (5), 495-504 (2021).
- Scheinin, T., Butler, D. M., Salway, F., Scallon, B., Feldmann, M. Validation of the interleukin-10 knockout mouse model of colitis: antitumour necrosis factor-antibodies suppress the progression of colitis. Clinical and Experimental Immunology. 133 (1), 38-43 (2003).
- Keubler, L. M., Buettner, M., Hager, C., Bleich, A. A multihit model: Colitis lessons from the interleukin-10-deficient mouse. Inflammatory Bowel Diseases. 21 (8), 1967-1975 (2015).
- Kiesler, P., Fuss, I. J., Strober, W. Experimental models of inflammatory bowel diseases. Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology. 1 (2), 154-170 (2015).
- Sikka, G., et al. Interleukin 10 knockout frail mice develop cardiac and vascular dysfunction with increased age. Experimental Gerontology. 48 (2), 128-135 (2013).
- Fecal microbiota transplantation-standardization study group. Nanjing consensus on methodology of washed microbiota transplantation. Chinese Medical Journal (Engl). 133 (19), 2330-2332 (2020).
- Kodani, T., et al. Flexible colonoscopy in mice to evaluate the severity of colitis and colorectal tumors using a validated endoscopic scoring system). Journal of Visualized Experiments: JoVE. (80), e50843 (2013).
- Cheng, H. -. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (84), e51041 (2014).
- Tang, Y., et al. Chronic colitis upregulates microRNAs suppressing brain-derived neurotrophic factor in the adult heart. PLoS One. 16 (9), 0257280 (2021).
- Orner, G. A., et al. Suppression of tumorigenesis in the Apc(min) mouse: down-regulation of beta-catenin signaling by a combination of tea plus sulindac. Carcinogenesis. 24 (2), 263-267 (2003).
- Kline, K. T., et al. Neonatal injury increases gut permeability by epigenetically suppressing E-Cadherin in adulthood. The Journal of Immunology. 204 (4), 980-989 (2020).
- DeGruttola, A. K., Low, D., Mizoguchi, A., Mizoguchi, E. Current understanding of dysbiosis in disease in human and animal models. Inflammatory Bowel Diseases. 22 (5), 1137-1150 (2016).
- Chevalier, G., et al. Effect of gut microbiota on depressive-like behaviors in mice is mediated by the endocannabinoid system. Nature Communications. 11 (1), 6363 (2020).
- Kao, D., et al. Effect of oral capsule- vs colonoscopy-delivered fecal microbiota transplantation on recurrent clostridium difficile infection: A randomized clinical trial. JAMA. 318 (20), 1985-1993 (2017).
- Cammarota, G., et al. International consensus conference on stool banking for faecal microbiota transplantation in clinical practice. Gut. 68 (12), 2111-2121 (2019).
- Vemuri, R., et al. The microgenderome revealed: sex differences in bidirectional interactions between the microbiota, hormones, immunity and disease susceptibility. Seminar Immunopathology. 41 (2), 265-275 (2019).
- Wilkinson, N. M., Chen, H. -. C., Lechner, M. G., Su, M. A. Sex differences in immunity. Annual Review of Immunology. , (2022).
- Lee, C. H., et al. Frozen vs fresh fecal microbiota transplantation and clinical resolution of diarrhea in patients with recurrent clostridium difficile infection: A randomized clinical trial. JAMA. 315 (2), 142-149 (2016).
- Hamilton, M. J., Weingarden, A. R., Sadowsky, M. J., Khoruts, A. Standardized frozen preparation for transplantation of fecal microbiota for recurrent clostridium difficile infection. American Journal of Gastroenterology. 107 (5), 761-767 (2012).
- Tang, G., Yin, W., Liu, W. Is frozen fecal microbiota transplantation as effective as fresh fecal microbiota transplantation in patients with recurrent or refractory Clostridium difficile infection: A meta-analysis. Diagnostic Microbiology and Infectious Disease. 88 (4), 322-329 (2017).
- Cui, B., et al. Fecal microbiota transplantation through mid-gut for refractory Crohn’s disease: safety, feasibility, and efficacy trial results. Journal of Gastroenterology and Hepatology. 30 (1), 51-58 (2015).
- Li, P., et al. Timing for the second fecal microbiota transplantation to maintain the long-term benefit from the first treatment for Crohn’s disease. Applied Microbiology and Biotechnology. 103 (1), 349-360 (2019).
- Moayyedi, P. Update on fecal microbiota transplantation in patients with inflammatory bowel disease. Gastroenterology and Hepatology. 14 (5), 319 (2018).
- Saha, S., Mara, K., Pardi, D. S., Khanna, S. Long-term safety of fecal microbiota transplantation for recurrent clostridioides difficile infection. Gastroenterology. 160 (6), 1961-1969 (2021).
- Perler, B. K., et al. Long-term efficacy and safety of fecal microbiota transplantation for treatment of recurrent clostridioides difficile infection. Journal of Clinical Gastroenterology. 54 (8), 701-706 (2020).
- Safety alert regarding use of fecal microbiota for transplantation and risk of serious adverse events likely due to transmission of pathogenic organisms. FDA Available from: https://www.fda.gov/vaccines-blood-biologics/safety-availability-biologics/safety-alert-regarding-use-fecal-microbiota-tramsplantation-and-risk-serious-adverse-events-likely (2020)
