Микробиота и дисбиоз кишечника при целиакии
https://doi.org/10.21508/1027-4065-2021-66-2-116-122
Аннотация
Целиакия (глютеновая энтеропатия) – хроническое иммуноопосредованное заболевание, вызванное пищевым глютеном у генетически предрасположенных индивидуумов. Изменения микробиоты кишечника способствуют потере толерантности к глютену и повышению проницаемости кишечного барьера, участвуя в патогенезе целиакии. Таксономический дисбиоз при целиакии характеризуется уменьшением количества пробиотических (противовоспалительных) микроорганизмов Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp. и Faecalibacterium prausnitzii и увеличением численности провоспалительных бактерий, таких как Bacteroides spp., Escherichia coli, Staphylococcus spp. Нарушения по типу функционального (метаболического) дисбиоза характеризуются пониженным уровнем короткоцепочечных жирных кислот, особенно бутирата, в кале и значительным повышением уровня метаболитов микробного происхождения в крови и моче больных. Изучение функциональной активности микробиоты кишечника будет способствовать разработке новых терапевтических подходов к ведению пациентов с целиакией.
Ключевые слова
Об авторах
С. И. СиткинРоссия
Ситкин Станислав Игоревич – к.м.н., доц. кафедры пропедевтики внутренних болезней, гастроэнтерологии и диетологии им. С.М. Рысса Северо-Западного государственного медицинского университета им. И.И. Мечникова; зав. научно-исследовательской группой эпигенетики и метагеномики Института перинатологии и педиатрии Национального медицинского исследовательского центра им. В.А. Алмазова; вед. науч. сотр. лаборатории микробиологии Государственного научно-исследовательского института особо чистых биопрепаратов
191015 Санкт-Петербург, ул. Кирочная, д. 41
Е. Б. Авалуева
Россия
Авалуева Елена Борисовна – д.м.н., проф. кафедры пропедевтики внутренних болезней, гастроэнтерологии и диетологии им. С.М. Рысса Северо-Западного государственного медицинского университета им. И.И. Мечникова
191015 Санкт-Петербург, ул. Кирочная, д. 41
Л. С. Орешко
Россия
Орешко Людмила Саварбековна – д.м.н., проф. кафедры пропедевтики внутренних болезней, гастроэнтерологии и диетологии им. С.М. Рысса Северо-Западного государственного медицинского университета им. И.И. Мечникова
191015 Санкт-Петербург, ул. Кирочная, д. 41
А. И. Хавкин
Россия
Хавкин Анатолий Ильич – д.м.н., проф., гл. науч. сотр. отдела гастроэнтерологии Научно-исследовательского клинического института педиатрии им. академика Ю.Е. Вельтищева
125412 Москва, ул. Талдомская, д. 2
Список литературы
1. Verdu E.F., Galipeau H.J., Jabri B. Novel players in coeliac disease pathogenesis: role of the gut microbiota. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2015; 12(9): 497–506. DOI: 10.1038/nrgastro.2015.90
2. Valitutti F., Cucchiara S., Fasano A. Celiac Disease and the Microbiome. Nutrients 2019; 11(10): 2403. DOI: 10.3390/nu11102403
3. Caio G., Lungaro L., Segata N., Guarino M., Zoli G., Volta U., De Giorgio R. Effect of Gluten-Free Diet on Gut Microbiota Composition in Patients with Celiac Disease and Non-Celiac Gluten/Wheat Sensitivity. Nutrients 2020; 12(6): 1832. DOI: 10.3390/nu12061832
4. De Palma G., Nadal I., Collado M.C., Sanz Y. Effects of a gluten-free diet on gut microbiota and immune function in healthy adult human subjects. Br J Nutr 2009; 102(8): 1154–1160. DOI: 10.1017/S0007114509371767
5. Brown K., DeCoffe D., Molcan E., Gibson D.L. Diet-induced dysbiosis of the intestinal microbiota and the effects on immunity and disease. Nutrients 2012; 4 (8): 1095–1119. DOI: 10.3390/nu4081095
6. Ситкин С.И., Вахитов Т.Я., Ткаченко Е.И., Орешко Л.С., Жигалова Т.Н., Радченко В.Г. и др. Микробиота кишечника при язвенном колите и целиакии. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология 2017; 1: 8–30. [Sitkin S.I., Vakhitov T.Ja., Tkachenko E.I., Oreshko L.S., Zhigalova T.N., Radchenko V.G. et al. Gut microbiota in ulcerative colitis and celiac disease. Eksperimental’naya i klinicheskaya gastroenterologiya 2017; 1: 8–30. (In Russ.)]
7. De Palma G., Nadal I., Medina M., Donat E., Ribes-Koninckx C., Calabuig M., Sanz Y. Intestinal dysbiosis and reduced immunoglobulin-coated bacteria associated with coeliac disease in children. BMC Microbiol 2010; 10:63. DOI: 10.1186/1471-2180-10-63
8. Golfetto L., de Senna F.D., Hermes J., Beserra B.T., França F.S., Martinello F. Lower bifidobacteria counts in adult patients with celiac disease on a gluten-free diet. Arq Gastroenterol 2014; 51(2): 139–143. DOI: 10.1590/s0004-28032014000200013
9. Lorenzo Pisarello M.J., Vintiñi E.O., González S.N., Pagani F., Medina M.S. Decrease in lactobacilli in the intestinal microbiota of celiac children with a gluten-free diet, and selection of potentially probiotic strains. Can J Microbiol 2015; 61(1): 32–37. DOI: 10.1139/cjm-2014-0472
10. Sanz Y., Sánchez E., Marzotto M., Calabuig M., Torriani S., Dellaglio F. Differences in faecal bacterial communities in coeliac and healthy children as detected by PCR and denaturing gradient gel electrophoresis. FEMS Immunol Med Microbiol 2007; 51(3): 562–568. DOI: 10.1111/j.1574-695X.2007.00337.x
11. Collado M.C., Donat E., Ribes-Koninckx C., Calabuig M., Sanz Y. Imbalances in faecal and duodenal Bifidobacterium species composition in active and non-active coeliac disease. BMC Microbiol 2008; 8: 232. DOI: 10.1186/1471-2180-8-232
12. Nistal E., Caminero A., Vivas S., Ruiz de Morales J.M., Sáenz de Miera L.E., Rodríguez-Aparicio L.B., Casqueiro J. Differences in faecal bacteria populations and faecal bacteria metabolism in healthy adults and celiac disease patients. Biochimie 2012; 94(8): 1724–1729. DOI: 10.1016/j.biochi.2012.03.025
13. Sánchez E., De Palma G., Capilla A., Nova E., Pozo T., Castillejo G. et al. Influence of environmental and genetic factors linked to celiac disease risk on infant gut colonization by Bacteroides species. Appl Environ Microbiol 2011; 77(15): 5316– 5323. DOI: 10.1128/AEM.00365-11
14. Sánchez E., Laparra J.M., Sanz Y. Discerning the role of Bacteroides fragilis in celiac disease pathogenesis. Appl Environ Mi- crobiol 2012; 78(18): 6507–6515. DOI: 10.1128/AEM.00563-12
15. Di Cagno R., De Angelis M., De Pasquale I., Ndagijimana M., Vernocchi P., Ricciuti P. et al. Duodenal and faecal microbiota of celiac children: molecular, phenotype and metabolome characterization. BMC Microbiol 2011; 11: 219. DOI: 10.1186/1471-2180-11-219
16. Schippa S., Iebba V., Barbato M., Di Nardo G., Totino V., Checchi M.P. et al. A distinctive ‘microbial signature’ in celiac pediatric patients. BMC Microbiol 2010; 10: 175. DOI: 10.1186/1471-2180-10-175
17. Sánchez E., Nadal I., Donat E., Ribes-Koninckx C., Calabuig M., Sanz Y. Reduced diversity and increased virulence-gene carriage in intestinal enterobacteria of coeliac children. BMC Gastroenterol 2008; 8: 50. DOI: 10.1186/1471-230X-8-50
18. Sánchez E., Ribes-Koninckx C., Calabuig M., Sanz Y. Intestinal Staphylococcus spp. and virulent features associated with coeliac disease. J Clin Pathol 2012; 65(9): 830–834. DOI: 10.1136/jclinpath-2012-200759
19. Sánchez E., Donat E., Ribes-Koninckx C., Fernández-Murga M.L., Sanz Y. Duodenal-mucosal bacteria associated with celiac disease in children. Appl Environ Microbiol 2013; 79(18): 5472–5479. DOI: 10.1128/AEM.00869-13
20. García-Santisteban I., Cilleros-Portet A., Moyua-Ormazabal E., Kurilshikov A., Zhernakova A., Garcia-Etxebarria K. et al. A Two-Sample Mendelian Randomization Analysis Investigates Associations Between Gut Microbiota and Celiac Disease. Nutrients 2020; 12(5): 1420. DOI: 10.3390/nu12051420
21. Di Cagno R., Rizzello C.G., Gagliardi F., Ricciuti P., Ndagijimana M., Francavilla R. et al. Different fecal microbiotas and volatile organic compounds in treated and untreated children with celiac disease. Appl Environ Microbiol 2009; 75(12): 3963–3971. DOI: 10.1128/AEM.02793-08
22. Sitkin S., Vakhitov T., Tkachenko E., Oreshko L., Zhigalova T. Metabolic dysbiosis concept and its biomarkers in ulcerative colitis and celiac disease. J Crohns Colitis. 2015; 9(Suppl 1): S437. DOI: 10.1093/ecco-jcc/jju027.829
23. Calabrò A., Gralka E., Luchinat C., Saccenti E., Tenori L. A metabolomic perspective on coeliac disease. Autoimmune Dis 2014; 2014: 756138. DOI: 10.1155/2014/756138
24. Ситкин С.И., Вахитов Т.Я., Ткаченко Е.И., Лазебник Л.Б., Орешко Л.С., Жигалова Т.Н. и др. Нарушения микробного и эндогенного метаболизма при язвенном колите и целиакии: метаболомный подход к выявлению потенциальных биомаркеров хронического воспаления в кишечнике, связанного с дисбиозом. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология 2017; 7: 4–50. [Sitkin S.I., Vakhitov T.Ja., Tkachenko E.I., Lazebnik L.B., Oreshko L.S., Zhigalova T.N. et al. Gut microbial and endogenous metabolism alterations in ulcerative colitis and celiac disease: A metabolomics approach to identify candidate biomarkers of chronic intestinal inflammation associated with dysbiosis. Eksperimental’naya i klinicheskaya gastroenterologiya 2017; 7: 4–50. (In Russ.)]
25. Freire R., Ingano L., Serena G., Cetinbas M., Anselmo A., Sapone A. et al. Human gut derived-organoids provide model to study gluten response and effects of microbiota-derived molecules in celiac disease. Sci Rep 2019; 9(1): 7029. DOI: 10.1038/s41598-019-43426-w
26. Serena G., Yan S., Camhi S., Patel S., Lima R.S., Sapone A. et al. Proinflammatory cytokine interferon-γ and microbiome-derived metabolites dictate epigenetic switch between forkhead box protein 3 isoforms in coeliac disease. Clin Exp Immunol 2017; 187(3): 490–506. DOI: 10.1111/cei.12911
27. Hedberg M.E., Israelsson A., Moore E.R.B., Svensson-Stadler L., Wai S.N., Pietz G. et al. Prevotella jejuni sp. nov., isolated from the small intestine of a child with coeliac disease. Int J Syst Evol Microbiol 2013; 63(Pt 11): 4218– 4223. DOI: 10.1099/ijs.0.052647-0
28. Sjöberg V., Sandström O., Hedberg M., Hammarström S., Hernell O., Hammarström M.L. Intestinal T-cell responses in celiac disease – impact of celiac disease associated bacteria. PLoS One 2013; 8(1): e53414. DOI: 10.1371/journal.pone.0053414
29. Sharma U., Upadhyay D., Mewar S., Mishra A., Das P., Gupta S.D. et al. Metabolic abnormalities of gastrointestinal mucosa in celiac disease: An in vitro proton nuclear magnetic resonance spectroscopy study. J Gastroenterol Hepatol 2015; 30(10): 1492–1498. DOI: 10.1111/jgh.12979
30. Huang Q., Yang Y., Tolstikov V., Kiebish M.A., Ludvigsson J.F., Palm N.W. et al. Children Developing Celiac Disease Have a Distinct and Proinflammatory Gut Microbiota in the First 5 Years of Life. bioRxiv 2020. DOI: 10.1101/2020.02.29.971242
31. Lamas B., Hernandez-Galan L., Galipeau H.J., Constante M., Clarizio A., Jury J. et al. Aryl hydrocarbon receptor ligand production by the gut microbiota is decreased in celiac disease leading to intestinal inflammation. Sci Transl Med 2020; 12(566): eaba0624. DOI: 10.1126/scitranslmed.aba0624
32. Sacchetti L., Nardelli C. Gut microbiome investigation in celiac disease: from methods to its pathogenetic role. Clin Chem Lab Med 2020; 58(3): 340–349. DOI: 10.1515/cclm-2019-0657
33. Petersen J., Ciacchi L., Tran M.T., Loh K.L., Kooy-Winkelaar Y., Croft N.P. et al. T cell receptor cross-reactivity between gliadin and bacterial peptides in celiac disease. Nat Struct Mol Biol 2020; 27(1): 49–61. DOI: 10.1038/s41594-019-0353-4
34. Kim S.M., Mayassi T., Jabri B. Innate immunity: actuating the gears of celiac disease pathogenesis. Best Pract Res Clin Gastroenterol 2015; 29(3): 425–435. DOI: 10.1016/j.bpg.2015.05.001
35. Cenit M.C., Olivares M., Codoñer-Franch P., Sanz Y. Intestinal Microbiota and Celiac Disease: Cause, Consequence or Co-Evolution? Nutrients 2015; 7(8): 6900–6923. DOI: 10.3390/nu7085314
36. Girbovan A., Sur G., Samasca G., Lupan I. Dysbiosis a risk factor for celiac disease. Med Microbiol Immunol 2017; 206(2): 83–91. DOI: 10.1007/s00430-017-0496-z
37. Ситкин С.И., Вахитов Т.Я., Ткаченко Е.И., Орешко Л.С., Жигалова Т.Н., Радченко В.Г. и др. Дисбиоз кишечника при язвенном колите и целиакии и его терапевтическая коррекция с помощью масляной кислоты в комбинации с инулином. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология 2017; 6: 77–98. [Sitkin S.I., Vakhitov T.Ja., Tk- achenko E.I., Oreshko L.S., Zhigalova T.N., Radchenko V.G. et al. Dysbiosis in ulcerative colitis and celiac disease and its therapeutic correction by butyric acid plus inulin. Eksperimental’naya i klinicheskaya gastroenterologiya 2017; 6: 77– 98. (In Russ.)]
38. de Sousa Moraes L.F., Grzeskowiak L.M., de Sales Teixeira T.F., Gouveia Peluzio Mdo C. Intestinal microbiota and probiotics in celiac disease. Clin Microbiol Rev 2014; 27(3): 482–489. DOI: 10.1128/CMR.00106-13
39. Seiler C.L., Kiflen M., Stefanolo J.P., Bai J.C., Bercik P., Kelly C.P. et al. Probiotics for Celiac Disease: A Systematic Review and Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials. Am J Gastroenterol 2020; 115(10): 1584–1595. DOI: 10.14309/ajg.0000000000000749
40. World Gastroenterology Organisation Global Guidelines ‘Probiotics and Prebiotics’. 2017 Feb. Available at: http:// www.worldgastroenterology.org/guidelines/global-guidelines/probiotics-and-prebiotics/probiotics-and-prebiotics-english [Accessed 04 January 2021]
41. Smecuol E., Hwang H.J., Sugai E., Corso L., Cherñavsky A.C., Bellavite F.P. et al. Exploratory, randomized, double-blind, placebo-controlled study on the effects of Bifidobacterium infantis natren life start strain super strain in active celiac disease. J Clin Gastroenterol 2013; 47(2): 139–147. DOI: 10.1097/MCG.0b013e31827759ac
42. Fernandez-Feo M., Wei G., Blumenkranz G., Dewhirst F.E., Schuppan D., Oppenheim F.G., Helmerhorst E.J. The cultivable human oral gluten-degrading microbiome and its potential implications in coeliac disease and gluten sensitivity. Clin Microbiol Infect 2013; 19(9): E386–E394. DOI: 10.1111/1469-0691.12249
43. König J., Holster S., Bruins M.J., Brummer R.J. Randomized clinical trial: Effective gluten degradation by Aspergillus niger-derived enzyme in a complex meal setting. Sci Rep 2017; 7(1): 13100. DOI: 10.1038/s41598-017-13587-7
44. Bodkhe R., Marietta E.V., Balakrishnan B., Luckey D.H., Horwath I.E., Shouche Y.S. et al. Human gut-derived commensal suppresses generation of T-cell response to gliadin in humanized mice by modulating gut microbiota. Anaerobe 2020; 25: 102237. DOI: 10.1016/j.anaerobe.2020.102237
45. Capriles V.D., Arêas J.A. Effects of prebiotic inulin-type fructans on structure, quality, sensory acceptance and glycemic response of gluten-free breads. Food Funct 2013; 4(1): 104– 110. DOI: 10.1039/c2fo10283h
46. Парфенов А.И., Быкова С.В., Сабельникова Е.А., Маев И.В., Баранов А.А., Бакулин И.Г. и др. Всероссийский консенсус по диагностике и лечению целиакии у детей и взрослых. Терапевтический архив 2017; 89(3): 94–107. [Parfenov A.I., Bykova S.V., Sabel’nikova E.A., Maev I.V., Baranov A.A., Bakulin I.G. et al. All-Russian Consensus on Diagnosis and Treatment of Celiac Disease in Children and Adults. Terapevticheskii arkhiv 2017; 89(3): 94–107. (In Russ.)] DOI: 10.17116/terarkh201789394-107
47. Лазебник Л.Б., Ткаченко Е.И., Орешко Л.С., Ситкин С.И., Карпов А.А., Немцов В.И. и др. Рекомендации по диагностике и лечению целиакии взрослых. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология 2015; 5: 3–12. [Lazebnik L.B., Tkachenko E.I., Oreshko L.S., Sitkin S.I., Karpov A.A., Nemtsov V.I. et al. Guidelines for diagnosis and treatment of celiac disease. Eksperimental’naya i klinicheskaya gastroenterologiya 2015; 5: 3–12. (In Russ.)]
48. World Gastroenterology Organisation Global Guidelines ‘Celiac Disease’. 2016. Available at: http://www.worldgastroen- terology.org/guidelines/global-guidelines/celiac-disease/celiac-disease-english [Accessed 04 January 2021]
49. Shenderov B.A. Metabiotics: novel idea or natural development of probiotic conception. Microb Ecol Health Dis 2013; 24. DOI: 10.3402/mehd.v24i0.20399
50. Хавкин А.И., Блат С.Ф. Микробиоценоз кишечника и иммунитет. Российский вестник перинатологии и педиатрии 2011; 56(1): 159–174. [Khavkin A.I., Blat S.F. Enteric microbiocenosis and immunity. Rossiyskiy vestnik perinatologii i pediatrii (Russian Bulletin of Perinatology and Pediatrics) 2011; 56(1): 169–174. (In Russ.)]
51. Golfeyz S. Celiac Disease and Fecal Microbiota Transplantation: A New Beginning? Am J Gastroenterol 2018; 113(8): 1256. DOI: 10.1038/s41395-018-0094-8
52. Комарова О.Н., Хавкин А.И. Влияние пребиотиков на пищеварительный тракт. Вопросы практической педиатрии 2018; 13(5): 33–39. [Komarova О.N., Khavkin А.I. Effect of prebiotics on the gastrointestinal tract. Voprosy prakticheskoi pediatrii 2018; 13(5): 33–39. DOI: 10.20953/1817-7646-2018-5-33-39 (In Russ.)]
53. Хавкин А.И., Федотова О.Б., Волынец Г.В., Кошкарова Ю.А., Пенкина Н.А., Комарова О.Н. Результаты проспективного сравнительного открытого рандомизированного исследования по изучению эффективности йогурта, обогащенного пребиотиками и пробиотиками, у детей раннего возраста, перенесших острую респираторную инфекцию. Вопросы детской диетологии 2019; 17(1): 29–37. [Khavkin А.I., Fedotova O.B., Volynets G.V., Koshkarova Yu.A., Penkina N.A., Komarova O.N. The results of a prospective comparative openlabel randomised study of the effectiveness of a probiotic- and prebiotic-fortified yogurt in small children after an acute respiratory infection. Voprosy detskoi dietologii 2019; 17(1): 29–37. DOI: 10.20953/1727-5784-2019-1-29-37 (In Russ.)]
54. Хавкин А.И., Волынец Г.В., Федотова О.Б., Соколова О.В., Комарова О.Н. Применение кисломолочных продуктов в питании детей: опыт и перспективы. Трудный пациент 2019; 17(1–2): 28–36. [Khavkin A.I., Volynets G.V., Fedotova O.B., Sokolova O.V., Komarova O.N. The use of dairy productsin children’s diet: experience and prospects. Trudnyi patsient 2019; 17(1–2): 28–36. DOI: 10.24411/2074-1995-2019-10005 (In Russ.)]
55. Комарова О.Н., Хавкин А.И. Взаимосвязь стресса, иммунитета и кишечной микробиоты. Педиатрическая фармакология 2020; 17(1): 18–24. [Komarova О.N., Khavkin A.I. Correlation Between Stress, Immunity and Intestinal Microbiota. Pediatricheskaya farmakologiya 2020; 17(1): 18–24. DOI: 10.15690/pf.v17i1.2078 (In Russ.)]
56. Карпеева Ю.С., Новикова В.П., Хавкин А.И., Ковтун Т.А., Макаркин Д.В., Федотова О.Б. Микробиота и болезни человека: возможности диетической коррекции. Российский вестник перинатологии и педиатрии 2020; 65(5): 116–125. [Karpeeva Yu.S., Novikova V.P., Khavkin A.I., Kovtun T.A., Makarkin D.V., Fedotova O.B. Microbiota and human diseases: dietary correction. Rossiyskiy vestnik perinatologii i pediatrii (Russian Bulletin of Perinatology and Pediatrics) 2020; 65(5): 116–125. DOI: 10.21508/1027-4065-2020-65-5-116-125. (in Russ.)]
57. Marasco G., Di Biase A.R., Schiumerini R., Eusebi L.H., Iughetti L., Ravaioli F. et al. Gut Microbiota and Celiac Disease. Dig Dis Sci 2016; 61(6): 1461–1472. DOI: 10.1007/s10620-015-4020-2
58. Matsuoka K., Kanai T. The gut microbiota and inflammatory bowel disease. Semin Immunopathol 2015; 37(1): 47–55. DOI: 10.1007/s00281-014-0454-4
59. Комарова О.Н., Хавкин А.И. Особенности фактического питания и нутритивного статуса детей с целиакией. Пе- диатрия. Журнал им. Г.Н. Сперанского 2018; 97(6): 99– 103. [Komarova O.N., Khavkin A.I. Peculiarities of the actual nutrition and nutritional status in children with celiac disease. Pediatriya. Zhurnal im G.N. Speranskogo 2018; 97(6): 99– 103. (In Russ.)] DOI: 10.24110/0031-403X-2018-97-6-99-103
60. Pecora F., Persico F., Gismondi P., Fornaroli F., Iuliano S., de’Angelis G.L., Esposito S. Gut Microbiota in Celiac Disease: Is There Any Role for Probiotics? Front Immunol 2020; 11: 957. DOI: 10.3389/fimmu.2020.00957
Рецензия
Для цитирования:
Ситкин С.И., Авалуева Е.Б., Орешко Л.С., Хавкин А.И. Микробиота и дисбиоз кишечника при целиакии. Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2021;66(2):116-122. https://doi.org/10.21508/1027-4065-2021-66-2-116-122
For citation:
Sitkin S.I., Avalueva E.B., Oreshko L.S., Khavkin A.I. Intestinal microbiota and dysbiosis in celiac disease. Rossiyskiy Vestnik Perinatologii i Pediatrii (Russian Bulletin of Perinatology and Pediatrics). 2021;66(2):116-122. (In Russ.) https://doi.org/10.21508/1027-4065-2021-66-2-116-122