De interactie van genetische gevoeligheid, mucosale immuniteit en intestinale micro-ecologische omgeving is betrokken bij de pathogenese van inflammatoire darmziekte (IBD). In deze studie pasten we fecale microbiota-transplantatie toe op IL-10-deficiënte muizen en onderzochten we de impact ervan op darmontsteking en hartfunctie.
Met de ontwikkeling van micro-ecologie in de afgelopen jaren heeft de relatie tussen darmbacteriën en inflammatoire darmziekten (IBD) veel aandacht getrokken. Het verzamelen van bewijs suggereert dat dysbiotische microbiota een actieve rol speelt bij het activeren of verergeren van het ontstekingsproces bij IBD en dat fecale microbiotatransplantatie (FMT) een aantrekkelijke therapeutische strategie is, omdat het overbrengen van een gezonde microbiota naar IBD-patiënt de juiste gastheer-microbiota-communicatie zou kunnen herstellen. De moleculaire mechanismen zijn echter onduidelijk en de werkzaamheid van FMT is niet erg goed vastgesteld. Verdere studies in diermodellen van IBD zijn dus noodzakelijk. In deze methode pasten we FMT toe van wild-type C57BL / 6J-muizen naar IL-10-deficiënte muizen, een veelgebruikt muismodel van colitis. De studie gaat dieper in op het verzamelen van fecale pellets van de donormuizen, het maken van de fecale oplossing / suspensie, het toedienen van de fecale oplossing en het monitoren van de ziekte. We ontdekten dat FMT de hartinsufficiëntie bij IL-10 knock-out muizen aanzienlijk verminderde, wat het therapeutische potentieel voor IBD-beheer onderstreepte.
Het menselijke darmmicro-ecosysteem is uiterst complex, met meer dan 1000 soorten bacteriën in de darm van een gezond persoon1. De darmflora is betrokken bij het behoud van de normale fysiologische functies van de darm en de immuunrespons en heeft een onafscheidelijke relatie met het menselijk lichaam. Accumulerend bewijs suggereert dat het darmmicrobioom het laatste menselijke orgaan vormt, dat deel uitmaakt van het menselijk lichaam, niet alleen een groep parasieten2. Een ‘gezonde’ symbiotische relatie tussen de darmmicrobiota, hun metabolieten en het immuunsysteem van de gastheer dat in het vroege leven is vastgesteld, is van cruciaal belang voor het behoud van de darmhomeostase. Bij sommige abnormale aandoeningen zoals chronische ontsteking verstoren veranderingen in de interne en externe omgeving van het lichaam de darmhomeostase ernstig, wat resulteert in een aanhoudende onbalans van de microbiële gemeenschap van de darm, dysbiose genaamd3. In feite kan blootstelling aan meerdere omgevingsfactoren, waaronder voeding, medicijnen en pathogenen, leiden tot veranderingen in de microbiota.
Dysbiose is geassocieerd met de pathogenese van een verscheidenheid aan darmziekten, zoals inflammatoire darmziekte (IBD), prikkelbare darmsyndroom (IBS) en pseudomembraneuze enteritis, evenals een groeiende lijst van extra-intestinale aandoeningen, waaronder hart- en vaatziekten, obesitas en allergie4. Microbiotaprofilering toonde aan dat patiënten met IBD een dramatische afname van de bacteriële diversiteit hebben, evenals duidelijke veranderingen in de populaties van sommige specifieke bacteriestammen 5,6. Deze studies toonden minder Lachnospiraceae pt Bacteroidetes aan, maar meer Proteobacteria pt Actinobacteriën bij IBD-patiënten. Er wordt aangenomen dat de pathogenese van IBD gerelateerd is aan verschillende pathogene factoren, waaronder abnormale darmflora, ontregelde immuunrespons, omgevingsuitdagingen en genetische varianten7. Overvloedig bewijs suggereert dat darmbacteriën een rol spelen in de initiatie- en toepassingsfasen van IBD 8,9, wat aangeeft dat het corrigeren van darmdysbiose een nieuwe benadering kan zijn voor de therapie en / of onderhoudsbehandeling van IBD.
Het prototype van fecale microbiotatransplantatie (FMT) begon in het oude China10. In 1958 behandelden Dr. Eiseman en zijn collega’s met succes vier gevallen van ernstige pseudomembraneuze enteritis met fecale materie van gezonde donoren via klysma, waarmee een nieuw hoofdstuk in de moderne westerse geneeskunde werd geopend met behulp van menselijke uitwerpselen om menselijke ziekten te behandelen11. Clostridium difficile-infectie (CDI) is de belangrijkste oorzaak van pseudomembraneuze enteritis12 en FMT is zeer effectief bij de behandeling van CDI. In de afgelopen acht jaar is FMT een standaardbehandelingstherapie geworden voor de behandeling van recidiverende CDI13, wat aanleiding is geweest voor verdere studies naar de rol van FMT bij andere aandoeningen, zoals IBD. In de afgelopen twintig jaar hebben talloze case reports en cohortstudies het gebruik van FMT bij patiënten met IBD14 gedocumenteerd. Een meta-analyse, waaronder 12 onderzoeken, toonde aan dat 62% van de patiënten met de ziekte van Crohn (CD) klinische remissie bereikte na FMT, en 69% van de CD-patiënten had klinische respons15. Ondanks deze bemoedigende bevindingen blijft de rol van FMT bij de behandeling van IBD onzeker en zijn de mechanismen waarmee FMT darmontsteking verbetert slecht begrepen. Verder onderzoek is nodig voordat FMT zich kan aansluiten bij het huidige armamentarium van behandelingsopties voor IBD in de klinieken.
In dit protocol pasten we FMT toe op IL-10-/- muizen, die spontaan colitis ontwikkelen na het spenen en hebben gediend als een gouden standaard om de multifactoriële aard van IBD 16,17,18 te weerspiegelen. IL-10−/− muizen zijn op grote schaal gebruikt om IBD-etiologie te ontleden omdat ze vergelijkbare moleculaire en histologische kenmerken vertonen als IBD-patiënten, en net als patiënten kan de ziekte worden verbeterd met anti-TNFα-therapie16. Ouder wordende IL10−/− muizen (>9 maanden oud) hebben een grotere hartomvang en verminderde hartfunctie in vergelijking met leeftijdsgematchte wild-type muizen19, waardoor het een uitstekend model is voor het bestuderen van colitis-geïnduceerde hartaandoeningen. Andere muizenmodellen van colitis, zoals het dextran natriumsulfaatmodel en het T-cel-geïnduceerde colitismodel, kunnen echter ook worden gebruikt. We dienden fecale suspensie toe via orale maagsonde, waarvan bewezen is dat het een effectieve en betere route is dan klysma bij mensen20.
Als een innovatieve onderzoeksbehandeling is FMT de afgelopen jaren een hot topic geworden bij de behandeling van verschillende aandoeningen, omdat dysbiose van de commensale microbiota betrokken is bij de pathogenese van meerdere menselijke ziekten, waaronder IBD, obesitas, diabetes mellitus, autisme, hartaandoeningen en kanker26. Hoewel het mechanisme niet is bepaald, wordt aangenomen dat FMT werkt door een nieuwe biologische flora op te bouwen en het verlies van resterende bacteriën te voorkom…
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door subsidies van de National Institutes of Health (R01 HL152683 en R21 AI126097 aan Q. Li) en door American Heart Association Grant-in-Aid 17GRNT33460395 (aan Q. Li) (heart.org).
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 |