Сравнение микробных популяций в крови пациентов с инфарктом миокарда и здоровых людей (аннотация)
#микробиота крови #инфаркт миокарда #сердечно-сосудистые заболевания #кишечная микробиота
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), особенно инфаркт миокарда (ИМ), остаются одной из основных причин смертности и заболеваемости во всем мире.
Каждые четыре из пяти смертей от ССЗ вызваны инсультом или ИМ. Хотя такие лечебные процедуры, как чрескожное коронарное вмешательство, позволили снизить смертность от острого ИМ, растущее число доказательств указывает на то, что частота сердечно-сосудистых событий после ИМ по-прежнему предсказывает более высокий риск смертности (Zhou et al., 2018). ИМ является сложным заболеванием, на которое влияет множество факторов. Среди них в значительной степени изучено влияние таких факторов, как образ жизни, генетика, окружающая среда и микробиота кишечника (Lourenςo et al., 2018; Zununi Vahed et al., 2018). Однако роль состава микробиоты крови при ИМ изучена недостаточно хорошо.
В ряде исследований сообщалось, что бактерии и бактериальные метаболиты играют системную роль в развитии ССЗ (Ahmadmehrabi and Tang, 2017; Amar et al., 2019). Например, два десятилетия назад в популяционном исследовании была выявлена связь между эндотоксемией (повышение уровня в крови эндотоксинов, вырабатываемых грамотрицательными бактериями) и атеросклерозом (Wiedermann et al., 1999). Недавно было продемонстрировано, что бактериальный метаболит, триметиламиноксид, оказывает пагубное воздействие на стенки кровеносных сосудов в животной модели (Chen et al., 2017), а значимость этого открытия для человека была подчеркнута в ходе крупного проспективного популяционного исследования (Tang et al., 2013).
Благодаря достижениям новой дисциплины - метагеномики человека - были обнаружены изменения в микробиоте кишечника у людей с симптоматической атеросклеротической болезнью (Nielsen et al., 2012). Кроме того, в атеросклеротических бляшках человека наблюдается разнообразный микробиом (Nielsen et al., 2012; Jonsson et al., 2017), что позволяет предположить роль бактериальной транслокации в развитии атеросклероза. Несколько изменений, связанных с ИМ, могут привести к транслокации бактерий и изменениям в сообществах микробиома крови. В частности, повышенная транслокация кишечных бактерий ("дырявый кишечник") и инфекции кровотока являются типичными сопутствующими заболеваниями, связанными с сердечной недостаточностью и ИМ, и роль бактерий в развитии ССЗ также установлена (Krack et al., 2005; Zabell and Tang, 2017).
Также было показано, что значительные гемодинамические изменения, связанные с пост-ИМ и дисфункцией желудочков, приводящие к гипоперфузии и застою в кишечнике, изменяют функции, морфологию и проницаемость кишечника, тем самым влияя на состав микробиоты кишечника и увеличивая транслокацию бактерий в кровоток (Sandek et al., 2007, 2014). Действительно, последние исследования доказали и проанализировали важную роль микробиоты кишечника во врожденном иммунитете и ее глубокое влияние на осложнения, связанные с ССЗ (Wang et al., 2011; van den Munckhof et al., 2018). Одновременно с этим широко изучается роль микробиоты полости рта в этиологии этих заболеваний. Исследования микробиоты крови обеспечивают первую линию доказательств участия тканевой микробиоты в ССЗ, а также дают некоторое представление о механизме действия циркулирующих бактерий (Dinakaran, 2017).
Микробиота играет важнейшую роль в иммунитете и воспалении иммунной системы хозяина, особенно в системной циркуляции. Кровь в здоровых организмах считается стерильной средой из-за отсутствия размножающихся микробов. Однако существование абсолютно стерильной крови у здоровых людей оспаривается. Nikkari et al. обнаружили, что даже "здоровые" образцы крови могут содержать бактериальную 16S рДНК. Недавно жизнеспособные микроорганизмы были обнаружены в крови пациентов, страдающих некоторыми неинфекционными заболеваниями, такими как диабет 2 типа, ССЗ, фиброз печени и хроническая болезнь почек.
В связи с этим возникает вопрос о функциях микробиоты крови и ее влиянии на ИМ. Кроме того, Lehtiniemi et al. (2005) выявили известных представителей микробиоты полости рта в тканях коронарных артерий, что указывает на то, что бактерии транслоцировались из полости рта в кровоток, возможно, в результате повреждения, вызванного чисткой зубов, или проникновения через слизистые поверхности. Однако до сих пор неясно, существует ли сложное бактериальное сообщество в крови пациентов с ИМ. Поэтому крайне важно исследовать бактериальный профиль крови у пациентов с ИМ, чтобы лучше понять их связь с ИМ, что может быть полезно в качестве основы для будущих планов терапии.
Основываясь на предыдущих исследованиях, мы предположили возможные изменения в микробиоте крови пациентов с ИМ. Целью данного исследования было охарактеризовать микробный состав крови пациентов с ИМ и сравнить их со здоровым контролем, используя секвенирование гена 16S рРНК. Основной целью анализа бактериального сообщества крови было определение того, связана ли определенная популяция микробиоты крови с конкретным заболеванием. Мы также проанализировали взаимосвязь между микробиотой, присутствующей в крови пациентов с ИМ, и клиническими характеристиками ИМ. Изменения в сообществе микробиоты крови предоставят важнейшую информацию о генезе, причинах и последствиях воспаления в популяции пациентов с ИМ.
С помощью высокопроизводительного секвенирования Illumina HiSeq, нацеленного на область V3-V4 гена 16S рибосомальной РНК (рРНК), были изучены сообщества микробиоты в крови 29 пациентов с ИМ и 29 здоровых людей. Кроме того, была изучена связь между микробиомом крови и клиническими особенностями ИМ.
Исследование показало значительное снижение альфа-разнообразия (индекс Шеннона) в группе пациентов с ИМ по сравнению со здоровыми контрольными группами. Также была обнаружена значительная разница в структуре и богатстве между пациентами с ИМ и здоровым контролем. Представители филума Actinobacteria, класса Actinobacteria, порядка Bifdobacteriales, семейства Bifidobacteriaceae и рода Bifidobacterium были значительно обильнее в группе ИМ, в то время как представители филума Bacteroidetes, класса Bacteroidia и порядка Bacteroidales были значительно обогащены в группе здорового контроля (p < 0,05). Более того, функциональный анализ выявил значительные различия между обеими группами. Например, снизилось обогащение генов, вовлеченных в пути метаболизма трех аминокислот, то есть транспорта и метаболизма нуклеотидов, транспорта и метаболизма коферментов, транспорта и метаболизма липидов и др.
Таким образом, наше исследование показало, что с ИМ связан не только дисбиоз микробиоты кишечника, но и изменения в составе микробиома крови. Текущее исследование выявило более низкое альфа-разнообразие и явные вариации таксономических профилей со значительным обилием филума Actinobacteria у пациентов с ИМ. Ранее Actinobacteria ассоциировалась с аллергическими проблемами, легочными заболеваниями, туберкулезом и хроническими заболеваниями почек у пациентов. Кроме того, значительно более высокий уровень Actinobacteria, зарегистрированный при диабетической нефропатии, является независимым фактором риска сердечно-сосудистой смертности, демонстрируя, что транслокация кишечных бактерий в кровь вызывает воспаление, которое является общим механизмом, лежащим в основе многих заболеваний, что приводит к плеоморфным изменениям в микробиологическом составе крови.
Наше исследование будет способствовать лучшему знанию микробиоты крови, что в дальнейшем приведет к улучшению диагностики и терапии ИМ. Для определения роли микробиоты крови в здоровье и болезни человека необходимы дальнейшие исследования. Понимание различий в микробиомах крови поможет нам лучше понять роль микробиоты в патогенезе ИМ, а возможное участие микробиоты из различных тканей требует дальнейшего изучения.
