ABSTRACT

IMPORTANŢĂ Acest studiu a combinat măsurarea simptomelor clinice, profilarea microbiană a genei ARNr 16S și metabolomica pentru a investiga în mod cuprinzător asocierea metabolică a bacteriilor intestinale și a gazdei și reprogramarea în UC experimental tratat cu FMT. Aceste date ne pot avansa înțelegerea efectului FMT asupra UC și a implicării disbiozei microbiene intestinale în dezvoltarea UC.

transplantul

INTRODUCERE

Transplantul de microbiote fecale (FMT) urmărește restabilirea homeostaziei intestinale prin transferul fecalelor de la un donator sănătos la un pacient care suferă de dezechilibru microbian intestinal. Terapia a fost utilizată cu succes în tratamentul infecției cu Clostridium difficile (CDI) (1-4). Succesul tratamentului CDI cu FMT a promovat terapeutica bazată pe FMT pentru alte boli, în special colita ulcerativă (UC), o tulburare cronică, recidivantă, idiopatică, inflamatorie a colonului și rectului (5, 6). Cu toate acestea, în timp ce CDI rezultă în principal din infecția cu Clostridium difficile și din degradarea rezultată a diversității microbiotei intestinale, patogeneza UC este mai complexă, multifactorială și nu este pe deplin înțeleasă. Răspunsurile imune anormale ale gazdei, barierele intestinale disfuncționale și disbioza microbiotei intestinale, precum și factorii de mediu și alți factori necunoscuți, sunt asociați cu UC (5, 6). Mai mult, nu se știe încă dacă disbioza microbiană intestinală este o cauză sau efect al UC.

Deși studiile de caz individuale din două studii controlate randomizate (7, 8) au sugerat că FMT poate fi benefică pentru UC, au existat multe inconsecvențe între rezultate. Într-un studiu, 24% dintre pacienții care au primit FMT și 5% care au primit placebo au intrat în remisie după 7 săptămâni (7). În celălalt studiu, pacienții cu UC care au primit FMT de la donatori sănătoși și FMT autolog (propria lor microbiotă fecală) nu au prezentat o diferență semnificativă statistic în remisiunea clinică (8). Doar 41% dintre pacienții care au primit FMT donator au obținut remisie clinică și endoscopică. Un studiu mai recent indică faptul că, în ciuda variației proceselor, FMT pare să fie eficientă pentru inducerea remisiunii în UC, fără semnale majore de siguranță pe termen scurt (9). În general, au existat un număr limitat de studii care evaluează eficacitatea FMT în UC.

Numeroase studii au arătat că microbiota intestinală are un impact mare asupra profilurilor de metaboliți individuali (10-13). Un studiu recent a indicat că FMT restabilește compoziția normală a acidului biliar fecal în CDI recurent (1). Cu toate acestea, metabolomica integrată și metagenomica nu au fost folosite pentru a studia efectul FMT în UC, a cărui patogenie este mai complexă decât CDI. Mai mult, nu este clar dacă modificarea metabolitului în FMT se datorează dezvoltării bolii sau intervenției microbiene. De asemenea, nu este clar în ce măsură FMT modifică tiparul metabolic. Pentru profilarea metabolică, urina oferă multe avantaje față de alte biofluide datorită neinvazivității sale, lipsei limitei de volum și procedurilor de pregătire a probelor mai puțin solicitante pentru cromatografia lichidă-spectrometrie de masă (LC-MS) (14). În acest studiu, am folosit metabolomica urinară țintită și secvențierea genei de ARNr 16S de mare viteză pentru a investiga influența FMT asupra microflorei intestinale și a metabolismului gazdei în UC indusă de dextran sulfat de sodiu (DSS). Am demonstrat că modificarea compoziției bacteriene a fost însoțită de modificări metabolice diverse și asociate.

REZULTATE SI DISCUTII

FMT normal până la UC ameliorează simptomele UC fără să semene cu modelul microbian și metabolic al intestinului donatorului. În acest studiu, am combinat fenotiparea, metabolomica țintită și profilarea microbiană a genei ARNr 16S pentru a evalua în mod cuprinzător impactul transplantului de microbiote fecale în UC experimental indus de DSS. UC se caracterizează prin perioade de exacerbare (boală activă) și remisie (boală inactivă). Majoritatea studiilor anterioare au tratat șobolani cu 5% DSS timp de 7 zile pentru a stabili colita acută experimentală (15, 16). Studiile anterioare din laboratorul nostru au constatat că simptomele colitei, cum ar fi sângerările rectale și diareea, apar încă din 2 până la 3 zile de la administrarea DSS și că inflamația este instalată complet în 6 până la 7 zile (17, 18). Astfel, am efectuat FMT din stadiul inițial (ziua 0), mai degrabă decât după stabilirea colitei (ziua 7), pentru a evalua impactul modificărilor microbiene asupra dezvoltării colitei.

Diagrama analizei componentelor principale (PCA) nesupravegheate (Fig. 1) și harta de căldură grupată (vezi Fig. S1 în materialul suplimentar) au arătat o distincție semnificativă între grupuri în zilele 3, 5 și 7 pe baza indicatorilor de simptom UC (Tabelul 1). În timp ce grupul UC a prezentat un scor semnificativ crescut al indicelui activității bolii (DAI) și citokine pro și antiinflamatorii, transplantul microbiotei fecale de șobolani normali a atenuat în mod eficient aceste simptome UC în grupul ONU (adică, beneficiarii UC ai microbiomului fecal normal) în zilele 5 și 7 (vezi Fig. S1B și C în materialul suplimentar). În mod corespunzător, grupul ONU s-a împrăștiat mai aproape de grupul N în complotul PCA (Fig. 1B la D). Trebuie remarcat faptul că tratamentul continuu DSS afectează probabil și microbiota transplantată din grupul normal (N) și astfel ascunde influența microbiotei N în grupul ONU. Pentru a minimiza influența DSS asupra FMT, viitorul nostru studiu va stabili mai întâi boala în model și apoi va efectua FMT fără tratament DSS pentru a evalua impactul microbiotei N asupra UC.

Scorul PCA prezintă graficele simptomelor clinice ale UC la modelele animale în zilele 0 (A), 3 (B), 5 (C) și 7 (D). Procentul varianței totale explicat de fiecare componentă este prezentat între paranteze. Eșantioanele din diferite grupuri au fost reprezentate prin simboluri de culoare diferită, cu elipse de încredere de 95%. UC, șobolani donatori de colită; N, șobolani donatori normali; NU, șobolani normali care primesc suspensie fecală de la donatorii de colită; NN, șobolani normali care primesc suspensie fecală de la donatori normali; ONU, șobolani colitici care primesc suspensie fecală de la donatori normali.