COPD és a bél-tüdő tengely: a rost terápiás potenciálja

Annalicia Vaughan 1,2, Zoe A. Frazer 1,2, Philip M. Hansbro 3,4, Ian A. Yang 1,2

Hozzászólások: (I) Koncepció és tervezés: Minden szerző; (II) Igazgatási támogatás: Nincs; (III) Tananyag vagy betegek biztosítása: Nincs; (IV) Adatok gyűjtése és összegyűjtése: Nincs; (V) Adatok elemzése és értelmezése: Minden szerző; (VI) Kéziratírás: Minden szerző; (VII) A kézirat végleges jóváhagyása: Minden szerző.

Absztrakt: A krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD) jelenlegi kezelési stratégiái lépésről lépésre, multidiszciplináris megközelítést tartalmaznak a beteg tüneteinek hatékony kezelésére és a betegség előrehaladásának megakadályozására. A COPD patogenezisének kiváltó okainak kezelésére azonban a terápiák korlátozott előrelépést mutatnak. A legújabb kutatások megállapították a kapcsolatot a tüdő és a bél - a bél-tüdő tengely - és a bél mikrobiom között. A bél mikrobioma valószínűleg megzavarodik a COPD-ben, hozzájárulva a krónikus gyulladáshoz. Az étrend könnyen módosítható tényező, és a COPD-s betegek étrendje gyakran hiányzik tápanyagokból, például rostokból. Az élelmi rostok bélmikrobiomák általi metabolizmusa gyulladáscsökkentő rövid láncú zsírsavakat (SCFA) termel, amelyek megvédhetik a tüdő gyulladását. A COPD-betegek étrendjének „rosthiányának” orvoslásával ez a célzott étrendi beavatkozás csökkentheti a gyulladást, szisztémásan és a légutakban egyaránt, és hozzáadott értéket adhat a légúti orvoslás paradigmaváltásához, a reaktívtól a személyre szabott és a részvételen alapuló orvoslásig.

Kulcsszavak: Krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD); mikrobiom; metagenomika

Beküldve 2019. szeptember 11-én. Elfogadva közzétételre 2019. október 17-én.

Bevezetés

A krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD) krónikus tüdőbetegség, amelyet krónikus légúti gyulladás, tartós légzőszervi tünetek és krónikus légáramláskorlátozás jellemez, és súlyosbodásokkal és társbetegségekkel társul (1,2). Becslések szerint a világ népességének 4–5% -a vagy 328 millió ember szenved COPD-ben (3). A globális betegségteher-vizsgálatok becslései szerint a COPD évente legalább 2,9 millió ember halálát okozza, és az előrejelzések szerint 2020-ra világszerte ez a harmadik vezető halálok (4,5). A COPD hajlamosít a tüdőrákra is (6-8).

A COPD kezelése magában foglalja a betegség tüneteinek kezelését és stabilizálását, valamint másodlagos megelőzési stratégiákat a tüdőfunkció csökkenésének és az exacerbáció kockázatának kezelésére. Ehhez fokozatos, multidiszciplináris megközelítésre van szükség. A COPD jelenlegi kezelési stratégiái farmakológiai és nem farmakológiai stratégiákat egyaránt tartalmaznak, amelyek a tüdő működésének optimalizálására és a romlás megelőzésére irányulnak (1). A farmakológiai beavatkozások közé tartoznak rövid és hosszú hatású hörgőtágítók, gyulladáscsökkentők (1) és antibiotikumok, különösen a makrolidok lehetnek előnyösek (9). A nem farmakológiai beavatkozások közé tartozik többek között a dohányzásról való leszokás, a pulmonalis rehabilitáció és az oltás (1). A jelenlegi kezelési stratégiák hatékonyak a betegség stabilizálásában, ugyanakkor a COPD patogenezisének és a tüdőfunkció romlásának visszafordítására irányuló célzott terápiák terén korlátozott előrelépés történt. A COPD kezelésének ígéretes, ám mégis alapos területe a táplálkozás (10,11).

Táplálkozás és COPD

A táplálkozás az emésztett élelmiszer-anyagok élő szervezetek általi felhasználása, amely lehetővé teszi számukra a növekedést, fenntartást és szaporodást. Ez egy módosítható életmódbeli tényező, valamint a jó egészség és jólét alapköve. A rossz táplálkozás krónikus betegségekkel jár, amelyek közül sok gyulladásos jellegű (10,12-17). A táplálkozás az étrenden keresztül történik, amelyet úgy határoznak meg, hogy milyen ételeket fogyasztanak az emberek. A nyugati étrendet a vörös/feldolgozott hús, telített/transz-zsír, finomított szemek, feldolgozott cukor, sör és szeszes italok gyakori bevitele jellemzi (18). A nyugati étrend gyakran tápanyaghiányos (19), és összefüggésbe hozható a COPD jellemzőivel, beleértve a köhögést és a köpetképződést, a légáramlás elzáródásának súlyosbodását és a szisztémás gyulladást. Ezzel szemben egy megfontoltabb étrend, amely magában foglalja a zöldségek, gyümölcsök, étkezési/öntetolaj, gabonafélék és hüvelyesek, teljes kiőrlésű gabonafélék, rizs/tészta, hal, alacsony zsírtartalmú tejtermék, baromfi és víz gyakori bevitelét, körültekintő étrendnek minősül. (20) A legújabb kutatások fordított összefüggést tártak fel a körültekintő étrendnek megfelelő étrendi szokások és a COPD kockázata között, valamint közvetlen összefüggést mutatnak a nyugati étrend és a megnövekedett COPD kockázat között mind a férfiak, mind a nők között (21–23).

Kaluza és mtsai tanulmányok sora. a gyümölcsök, zöldségek és rostok fogyasztásának kapcsolatát vizsgálta férfiaknál és nőknél (24–26). A nőknél a gyümölcsök, de nem a zöldségek hosszú távú fogyasztása alacsonyabb COPD-kockázattal járt. A férfiaknál szoros összefüggés állt fenn a jelenlegi és volt dohányosok, de soha nem dohányzók teljes gyümölcs- és zöldségfogyasztása között. A rostok esetében erős inverz összefüggés volt a teljes rostbevitel és a COPD között. Ezzel egyetértésben Shaheen és munkatársai pozitív összefüggést találtak a gyümölcs, zöldség, olajos hal és teljes kiőrlésű gabonafélék és a FEV1 és FVC között COPD-s betegeknél (20). Csak a férfiak esetében volt pozitív kapcsolat a FEV1/FVC-vel, és ezek az asszociációk erősebbek voltak a dohányosoknál, mint a nem dohányzóknál (20). Ezek az eredmények rávilágítanak az egészséges táplálkozás fontosságára a COPD megelőzését és kezelését célzó multi-intervenciós, multidiszciplináris programokban.

A bél-tüdő tengely, a bél mikrobioma és a légzőszervi betegségek

A bél az emberi mikrobiom kommensális baktériumtömegének 99% -át tartalmazza, elsősorban a vékonybél kolonizációjával (27). Ezek a baktériumok metabolitokat és ligandumokat termelnek, amelyek közvetlenül segítik az emésztést, miközben közvetetten szabályozzák az immunrendszert és a gyulladást (27). Ezeknek a baktériumtermékeknek a keringésbe történő felszívódása szisztémás hatást vált ki a gazda számára a bél mikrobiomjában.

A bél-tüdő tengely a bél és a tüdő közötti kétirányú áthallás (10). A tüdőbetegség hatással van a bélre és fordítva (5,10,28-32). Ezeket a kapcsolatokat elősegíti a bél mikrobioma (33). A bélmikrobiom számos metabolitot termel fermentáció útján, a legelterjedtebbek a rövid láncú zsírsavak (SCFA-k). Az SCFA-k hatásos gyulladáscsökkentő molekulák, amelyek csökkentik a kemotaxist és az immunsejtekben való tapadást, miközben növelik a gyulladáscsökkentő citokinek felszabadulását és indukálják az apoptózist (34,35). Ezen molekulák felszívódása a szisztémás keringésbe gyulladáscsökkentő hatással bír a gazdaszervezetben. Ezért a bél mikrobioma és az SCFA-k befolyásolják a tüdő egészségét, és fordítva, a mikrobiális metabolitok által kiváltott szisztémás változások révén.

A bél mikrobiomjának diszbiózisa légzőszervi betegségekben és következményei a COPD-re

Az „egészséges” bélmikrobiom egyik jellemzője a magas baktériumok sokfélesége és gazdagsága (36). „Egészséges” egyedek csoportjában a bélben a baktériumfajok száma számos személyes tényezőtől függően eltér, bár számos magbaktérium-phylát és fajt azonosítottak; Az aktinobaktériumok, a Firmicutes és a Bacteroidetes a leggyakoribb phyla az egész béltraktusban, a Bifidobacterium, Lachnospiraceae, Streptococcus, Enterococcus és Lactobacillus által specifikus kolonizációval rendszeresen megkülönböztetve (37). Krónikus betegségben szenvedő betegeknél a mikrobiómának általános zavarai vannak a káros baktériumok, például a Clostridium és az Escherichia megnövekedett szintje felé a normál kommenzális baktériumok csökkent szintje mellett (35). E változások hátterében álló mechanizmusok nincsenek jól tanulmányozva, bár a mikrobiális profil elmozdulása krónikus tüdőbetegségekkel jól megalapozott.

Bélmikrobiom asztmában

A közelmúltban 36 asztmás beteg székletmintájának metagenomikus elemzése kimutatta, hogy a kohorsz bél mikrobiómájának általános diverzitási csökkenése volt az egészséges kohorszhoz képest (38). További megállapítások arra utalnak, hogy a butiráttermelő baktériumok, mint például a Faecalibacterium prausnitzii és a Coprococcus eutactus, kimerültek, közvetlen összefüggésben a Clostridium spp. és Eggerthella lenta (38). Funkcionálisan az asztmás betegek bélmikrobiomája eltolódott az SCFA termelésétől és anyagcseréjétől a lipid, szénhidrát és aminosav anyagcsere felé (38). Mivel az asztmát abnormális Th2 sejtválasz jellemzi, a bél mikrobiomjának megváltozott SCFA-termelése hozzájárulhat a patogenezishez azáltal, hogy csökkenti a gyulladáscsökkentő butirát aktivitást ezeken a sejteken (38,39). Továbbá azt találták, hogy az asztmás betegek bélmikrobiomjában aktívabb virulenciafaktorok vannak, amelyek általános gyulladásos állapotukat örökítik meg. E megállapítások ellenére nem ismert, hogy miért fordulnak elő ilyen változások ebben a populációban, vagy ha az érintett mechanizmusok elősegítik a betegség patológiáját, vagy fordítva.

Bél mikrobiom CF-ben

A cisztás fibrózis (CF) egy másik krónikus tüdőbetegség, ahol a bél mikrobiomjában változásokat észlelnek. Az asztmás betegekkel összehasonlítva a CF-betegek gyakran krónikus bélgyulladásban szenvednek, és fiatal koruktól gyakran rendszeres antibiotikum-kezelést írnak elő nekik (40). Mindkét tényező gyorsan és hatékonyan megzavarhatja a bél mikrobiomját. A bél-tüdő tengely jelentősége azonban ebben a betegségben is kimutatható, mivel a mikrobiális gazdagság összefügg a kórokozó tüdő-kolonizációval. A 31 CF-ben szenvedő gyermek székletének metagenomikus elemzése azt mutatta, hogy a bél mikrobiómájának gazdagsága csökkent az egészséges gyermekekhez képest, nagy mennyiségű Propionibacterium acnes, Staphylococcus spp. És Clostridiaceae - különösen C. difficile - esetében, amelyet csak CF-ben azonosítottak minták. Ezzel együtt a Blautia, a Pseudobutyrivibrio, a Roseburia, a Faecalibacterium, az Anaerostipes, a Subdoligranulum, a Ruminococcus, a Streptococcus, a Dorea és a Coprococcus spp. (40) További tanulmányok kimutatták, hogy a CF-ben szenvedő csecsemőknek, akiknek a bél mikrobióma profilja változatosabb, késik az idő a kezdeti Pseudomonas aeruginosa kolonizációig és az első pulmonalis exacerbáció eseményéig (41.

Megjósolt bélmikrobioma COPD-ben

Jelenleg nincsenek publikált tanulmányok a COPD bélmikrobiomáról. A COPD-hez kapcsolódó számos tényező ismert, hogy a bél mikrobiomjának dysbiosisát okozza. Így azt jósolják, hogy COPD-s betegeknél a bél mikrobiómája dysbiosis van. Az 1. táblázat összefoglalja a kockázati tényezőkhöz (életkor, nem és dohányzás) és a klinikai tényezőkhöz (terápiás gyógyszerek, például orális kortikoszteroidok és antibiotikumok, BMI és diéta) társuló dysbiosis mintázatát a COPD-ben. E betegség tényezők közül az étrend könnyen módosítható, és pozitív hatással lehet a COPD kimenetelére (15,20,23). Ezenkívül a diétákon belüli speciális táplálkozási összetevők ismerten befolyásolják a bél mikrobiomját. Például az állati zsírokban és fehérjékben gazdag nyugati étrend elősegíti a baktériumok sokféleségének csökkenését, ösztönözve a Bacteroides spp. Domináns kolonizációját. (57). Ezzel szemben a gyümölcsökben, zöldségekben és hüvelyesekben gazdag Prudent étrend növeli a sokféleséget azáltal, hogy emészthetetlen rostok állnak rendelkezésre a baktériumok energiaforrásként történő felhasználására. A nyugati és a körültekintő étrend összehasonlításakor az egyik legjelentősebb különbség az élelmi rost mennyisége. A nyugati étrend köztudottan hiányos az élelmi rostokban.

Élelmi rost mint terápiás szer a COPD-ben - a „rostrés” kezelése

Következtetések

Az étkezési rostok metabolizmusa helyi és szisztémás gyulladáscsökkentő hatást képes biztosítani. A legújabb kutatások azt mutatják, hogy a kiegyensúlyozott étrendben fogyasztott élelmiszerek és specifikus tápanyagok, például élelmi rostok, jobb tüdőfunkcióval és csökkent COPD-kockázattal járnak. A kutatások együttesen azt az előfeltevést támasztják alá, hogy az élelmi rostbevitel növelése hatékony terápiás megközelítés lehet a krónikus gyulladás, a COPD patogenezisének kiváltó okának kezelésében. A COPD-betegek étrendjének „rosthiányának” kezelésével a célzott étrendi beavatkozás csökkentheti a gyulladást a bél dysbiosisának helyreállítása és az SCFA-termelés fokozása révén. A jelenlegi kezelési stratégiák koncentráltak és hatékonyak a beteg tüneteinek enyhítésében és a COPD súlyosbodásának megelőzésében. A menedzsment előrehaladása és javítása érdekében azonban paradigmaváltásra van szükség a reaktívról a prediktív, a megelőző, a személyre szabott és a részvételen alapuló orvoslásról (70). Az étrend COPD-re gyakorolt hatásával kapcsolatos ismereteink folyamatos fejlesztése bizonyítékokon alapuló életmódbeli beavatkozásokat nyújt az egészségügyi szakemberek számára a betegek kimenetelének javítása érdekében.

Köszönetnyilvánítás

Finanszírozás: A Vaughan-t a Prince Charles Kórház Alapítvány kutatási ösztöndíj és innovációs támogatása (RF2017-05 és INN2018-30) támogatja. Az IA Yang-ot az ausztrál Nemzeti Egészségügyi és Orvosi Kutatási Tanács támogatja (APP1121740). Hansbro miniszterelnököt az Ausztrál Nemzeti Egészségügyi és Orvosi Kutatási Tanács ösztöndíjai támogatják (1079187, 1175134).

Lábjegyzet

Érdekkonfliktusok: A szerzőknek nem jelentenek be összeférhetetlenséget.

Etikai megállapítás: A szerzők felelősek a munka minden aspektusáért annak biztosításában, hogy a munka bármely részének pontosságával vagy integritásával kapcsolatos kérdéseket megfelelően megvizsgálják és megoldják.