ИММУНОМЕТАБОЛИЗММикробиомПереоценка теории аутоиммунитета

Миалгический энцефаломиелит /Синдром хронической усталости в эпоху микробиома человека: стойкие патогены приводят к хроническим симптомам, вмешиваясь в метаболизм хозяина, экспрессию генов и иммунитет

Миалгический энцефаломиелит /Синдром хронической усталости в эпоху микробиома человека: стойкие патогены приводят к хроническим симптомам, вмешиваясь в метаболизм хозяина, экспрессию генов и иммунитет

 

Заболевание ME / CFS неоднократно связывали с инфекционными агентами, такими как вирус Эпштейна-Барра. Расширение исследований микробиома человека теперь позволяет изучать патогены, связанные с ME / CFS, как взаимодействующие члены сообществ микробиома человека. Люди являются источником этих обширных экосистем бактерий, вирусов и грибков почти во всех тканях и крови. Большинство хорошо изученных воспалительных состояний связаны с дисбактериозом или дисбалансом микробиома человека. Хотя дисбиоз микробиома кишечника был выявлен при ME / CFS, микробы и вирусы вне кишечника также могут способствовать заболеванию. 

Патобионты и связанные с ними белки / метаболиты часто контролируют метаболизм человека и экспрессию генов таким образом, что подталкивает организм к состоянию болезни. Внутриклеточные патогены, в том числе многие связанные с ME / CFS, вызывают дисбиоз микробиома, напрямую вмешиваясь в процессы транскрипции, трансляции и восстановления ДНК человека. Молекулярная мимикрия белков / метаболитов хозяина и патогена еще больше усложняет это вмешательство. Другие патогены человека отключают митохондрии или нарушают регуляцию передачи сигналов нервной системой хозяина. 

Антитела и / или клональные Т-клетки, идентифицированные у пациентов с ME / CFS, вероятно, активируются в ответ на эти устойчивые патогены микробиома. Различные патогены человека развили аналогичные механизмы выживания, чтобы отключить иммунный ответ хозяина и метаболические пути хозяина. Метаболическая дисфункция, вызванная этими организмами, может приводить к аналогичным группам воспалительных симптомов. ME / CFS может быть вызвано этой патоген-индуцированной дисфункцией, при этом природа дисбактериоза и проявление симптомов варьируются в зависимости от уникальной инфекционной и экологической истории. В таких условиях пациенты получат пользу от лечения, которое поддерживает иммунную систему человека, чтобы обратить вспять процесс инфекционного заболевания.

Введение: ME / CFS вступает в эру микробиома человека

В конце своей карьеры, посвященной изучению стойких бактерий при хронических заболеваниях, микробиолог Джеральд Доминг писал: «Неразумно игнорировать патогенные способности любого микроба у пациента с загадочной болезнью» 1 ). Это мышление в значительной степени относится к болезни ME / CFS. 

ME / CFS характеризуется нейровоспалением, сильной усталостью, чрезмерным истощением после физических нагрузок, нарушением сна, гриппоподобными эпизодами, когнитивными проблемами, сенсорной гиперчувствительностью, болью в мышцах и суставах, головной болью, симптомами кишечника и серьезным нарушением повседневной деятельности ( 2 ).. Тяжело больные люди часто зависимы от инвалидных колясок, прикованы к постели и не могут выполнять основные задачи работы или повседневной жизни.

История ME / CFS убедительно свидетельствует о том, что инфекционные агенты играют центральную роль в развитии процесса болезни. К ним относятся ранние ассоциации с вирусом Эпштейна-Барра (EBV) / вирусом герпеса человека 6 (HHV6), рецидивирующе-ремиттирующий характер симптомов ME / CFS и антитела / «аутоантитела», обнаруживаемые у пациентов с этим заболеванием ( 3 , 4 ). Сообщалось также о ряде вспышек ME / CFS, при которых заболевание развивалось одновременно у множества людей в одном и том же географическом районе ( 2). Действительно, многие пациенты с ME / CFS обращаются с симптомами после перенесения тяжелой бактериальной или вирусной инфекции. Эти инфекции часто связаны с поездкой в ​​другую страну или воздействием загрязнителей или плесени, что позволяет предположить, что такие патогены используют факторы, которые ставят под угрозу иммунную систему хозяина.

Хроническое воспаление — признак стойкой инфекции. Сообщения об активации цитокинов при ME / CFS уточняют, что заболевание связано с воспалительной реакцией ( 5 ). Монтойя и др. ( 6 ) обнаружили, что активация цитокинов ME / CFS увеличивается с тяжестью заболевания, предполагая, что пациенты могут бороться с растущим инфекционным бременем с течением времени. Другие исследовательские группы ME / CFS идентифицировали различные формы митохондриальной дисфункции у пациентов с этим заболеванием ( 7 ). В настоящее время существуют десятки хорошо изученных механизмов, с помощью которых бактерии и вирусы нарушают регуляцию митохондриального метаболизма ( 8 , 9 ).

Многие исследовательские группы искали хорошо изученные отдельные патогены у пациентов с ME / CFS. Эти анализы часто выявляют повышенные титры антител IGG и IGM к патогенам, таким как вирус Эпштейна-Барра, цитомегаловирус, парвовирус 19 и M. pneumonia ( 2 , 3 , 10 ). Несколько команд также попытались идентифицировать единственный новый патоген, который может управлять всем процессом заболевания ME / CFS. Однако открытие микробиома человека теперь позволяет изучать отдельные микробы и вирусы как членов сложных сообществ. Люди питают эти обширные экосистемы бактерий, вирусов и грибков , почти все ткани и крови ( 11 — 14). Организмы в микробиоме постоянно взаимодействуют друг с другом и с геномом человека, чтобы регулировать метаболизм хозяина и экспрессию генов как при здоровье, так и при болезни ( 15 , 16 ).

Все большее число воспалительных болезненных состояний, в том числе неврологических заболеваний и рака, связаны с дисбактериозом или дисбаланса этих человеческого микробиомом общин ( 17 — 20 ). Дисбактериоз кишечного микробиома был идентифицирован при ME / CFS ( 21 ). Этот дисбиоз характеризуется изменением видового состава и / или разнообразия микробов. Патогены или группы патогенов могут способствовать дисбактериозу, изменяя экспрессию своих генов способами, которые способствуют вирулентности, иммуносупрессии и нарушению регуляции генетических и метаболических путей хозяина ( 22 ).

Когда кажущиеся несопоставимыми биомедицинские данные о ME / CFS интерпретируются через призму этих основанных на микробиоме парадигм и платформ, возникает связная картина процесса заболевания ME / CFS. ME / CFS может быть вызвано патоген-индуцированной дисфункцией, в результате чего дисбактериоз микробиома может варьироваться в зависимости от уникального инфекционного анамнеза пациента и окружающей среды. В таких условиях пациенты получат пользу от лечения, которое, как и те, которые сейчас разрабатываются для лечения рака, поддерживает иммунную систему человека в попытке обратить вспять процесс воспалительного заболевания.

Человеческий микробиом сохраняется во всем теле

В США о случаях ME / CFS впервые официально сообщили в CDC в 1980-х годах ( 2 ). В то время человеческие микробы обычно обнаруживались только с помощью лабораторных методов, основанных на культуре. Затем, примерно в 2000 году, новые технологии, основанные на геномах, начали революцию в области микробиологии ( 23 , 24 ). Эти технологии идентифицируют микробы по сигнатурам их ДНК или РНК, а не по их способности расти в лаборатории. Результаты этого основанного на геноме анализа были замечательными: в человеческом теле были идентифицированы обширные сообщества микробов, которые были упущены с помощью более старых методов, основанных на культуре. Эти обширные экосистемы бактерий, вирусов, грибов и архебактерий все вместе известны как человеческий микробиом ( 25 — 27).

Сегодня в Homo sapiens было идентифицировано так много новых микробов, что наши человеческие клетки эквивалентны клеткам наших микробных обитателей или даже превосходят их по численности ( 28 ). Десятки миллионов уникальных генов, содержащихся в этом микробиоме, затмевают ~ 20 500 генов в геноме человека ( 12 , 29 ). Например, всего один анализ микробиомов кишечника, кожи, рта и влагалища человека в 2017 году выявил миллионы ранее неизвестных микробных генов ( 11 ). Это заставило науку пересмотреть условия существования человека. Людей лучше всего описать как холобионтов, у которых микробные геномы и человеческий геном постоянно взаимодействуют, регулируя метаболизм и иммунитет ( 15 , 16 ).

Ранние исследования микробиома человека характеризовали микробные экосистемы в кишечнике и на поверхностях слизистых оболочек. Однако теперь было показано, что микробиом распространяется почти на все участки тела человека. К ним относятся легкие, мочевой пузырь, плацента, яички и матка [( 19 , 30 — 33 )]. Якобсен и др. ( 35 ) обнаружили, что ранее стерильные имплантаты, удаленные из суставов, костей, кардиостимуляторов и черепа бессимптомных пациентов, были колонизированы рядом бактериальных и грибковых организмов. Другое исследование продемонстрировало наличие новых тканеспецифических профилей бактериальной ДНК в различных органах мышей, включая мозг, сердце, печень, мышцы и жировую ткань ( 36 ).

Микробные сообщества также сохраняются в крови здорового человека ( 37 — 39 ). Недавно в крови здорового человека был обнаружен ДНК-виром ( 40 ). В другом исследовании сообщалось о бактериальных и грибковых сообществах в крови здоровых людей. Анализ этих организмов проводился с помощью микробной реанимации, культивирования крови и микроскопии в дополнение к секвенированию ДНК следующего поколения ( 41 ). Whittle et al. ( 42 ) недавно охарактеризовали микробиом крови человека, используя ряд дополнительных методов молекулярной и классической молекулярной биологии. Другое исследование выявило большее количество бактериальной рДНК в образцах крови от здоровых людей, чем в контрольных контрольных реагентах ( 24 ).

Коварски и др. ( 14 ) обнаружили более 3000 ранее не идентифицированных вирусов, бактерий и грибков в образцах крови человека, полученных от пациентов с ослабленным иммунитетом. Исследование почти удвоило общее количество анелловирусов, обнаруженных у людей. Чтобы классифицировать многие из этих организмов, команда была вынуждена добавить новые ветви к «дереву жизни». Они пришли к выводу, что недавно обнаруженные микробы «могут оказаться причиной острых или хронических заболеваний, которые на сегодняшний день имеют неизвестную этиологию».

Микробиом передается по наследству и развивается вместе с хозяином. Младенцы засеваются в утробе матери, во время рождения и после рождения обширными сообществами микробиома в плаценте, вагинальном канале и грудном молоке, среди других участков тела ( 43 , 44 ). Микробы / патогены, полученные из внешней среды, со временем встраиваются в микробиом. Например, однажды приобретенный цитомегаловирус сохраняется как член микробиома, что оказывает значительное влияние на иммунитет хозяина. Brodin et al. ( 45 ) обнаружили, что потребность организма в контроле ЦМВ на протяжении всей жизни приводит к тому, что около 10% всех Т-клеток у ЦМВ + индивидуумов направляются против вируса.

Иммунные клетки и связанные с ними микробы могут перемещаться между телом и мозгом человека по нескольким недавно открытым путям, которые обходят классический гематоэнцефалический барьер46 ). Benias et al. ( 47 ) задокументировали ранее не охарактеризованную решетку коллагеновых пучков, заполненную жидкостью, которая, по-видимому, соединяет все ткани человека. Этот интерстиций человека стекает непосредственно в лимфатические узлы. Две исследовательские группы продемонстрировали существование ранее не обнаруженной менингеальной лимфатической системы ( 46 , 48 , 49 ). Жидкостные пути сети соединяют спинномозговую жидкость и шейные лимфатические узлы напрямую с мозгом.

Наше понимание микробиома человека и вирома продолжает развиваться

Хотя в характеристике микробиома человека был достигнут большой прогресс, наше понимание микробных экосистем организма все еще находится в зачаточном состоянии. Метагеномный анализ микробиома во всех участках тела регулярно выявляет виды или штаммы бактерий, архей, грибов и / или вирусов, которые ранее не считались устойчивыми у Homo sapiens ( 13 ). Например, только одно исследование микробиома мочевого пузыря выявило 129 ранее не идентифицированных вирусов в образцах мочи субъектов ( 50 ).

Также регулярно выявляются новые штаммы известных микробов. Например, по состоянию на август 2018 года база данных NCBI содержит ~ 1833 генома Lactobacillus , при этом новые охарактеризованные геномы Lactobacillus добавляются еженедельно ( 51 ). Успешная идентификация этих известных или новых человеческих организмов зависит от тщательного выбора технологии и методологии, используемых для целей обнаружения ( 26 ). В то время как большинство исследований микробиома человека сосредоточено на бактериях, осведомленность о вирусах, грибах и архее в последние годы возросла ( 52 ). Например, Manuela et al. ( 53) обнаружили почти 1: 1 соотношение генов 16S рРНК архей к бактериальным в образцах аппендикса человека и носа. Выявление изобилия и разнообразия археом потребовало использования очень специфической методологии нацеливания на архей.

Вирусы — самая многочисленная форма жизни на планете и в организме человека, но до недавнего времени их было относительно трудно обнаружить ( 54 ). Вирусов, которые в первую очередь заражают бактерии, называемые бактериофагами, особенно много в сообществах микробиома человека. Nguyen et al. ( 55 ) подсчитали, что около 31 миллиарда бактериофагов ежедневно транспортируют человеческие ткани и кровь. Однако виром человека также содержит множество вирусов, связанных с человеком. Newberry et al. ( 56 ) правы, утверждая, что этот человеческий виром недостаточно изучен в ME / CFS.

Паез-Эспино и др. ( 57 ) в Объединенном институте генома предприняли большой проект под названием «Открытие вирома Земли». Цель проекта — лучше идентифицировать известные и новые вирусы в экосистемах Земли, включая человеческий организм. Идентификация вирусов требует использования определенных метагеномных инструментов, конвейеров и платформ аннотаций, результаты которых вносятся в базу данных JGI IMG / VR ( 57 ). Проект продвигается такими быстрыми темпами, что вирусное разнообразие в IMG / VR более чем утроилось с августа 2016 года ( 58 ) (Рисунок 1 ). Тем не менее, подавляющая часть содержания генов (всего более 15 миллионов генов) остается неизвестной или гипотетической.

Впоследствии мы должны рассмотреть возможность того, что еще не идентифицированные микроорганизмы могут способствовать развитию хронических воспалительных состояний, таких как ME / CFS. Неспособность сделать это будет сродни изучению ~ 2% животных в тропических лесах и получению твердых выводов обо всей экосистеме, основанных только на этой информации. Определенных членов микробиома человека также может быть трудно обнаружить из-за их местонахождения и / или образа жизни. Например, Chen et al. ( 59 ) обнаружили, что повышенная экспрессия цитокинов в ответ на HSV-инфицированные ганглии периферических нервов сохраняется даже тогда, когда вирус переходит в латентное, нереплицирующееся состояние.

Хотя важно проводить идентификацию новых организмов в крови и тканях ME / CFS, уже существует множество данных о более изученных компонентах микробиома. Стратегии микробного и вирусного выживания, механизмы вирулентности и коллективное поведение также характеризуются высокой степенью функциональной избыточности ( 60 , 61 ). Мы должны принять сложность, присущую микробиому человека, и продолжить изучение этих общих механизмов выживания и устойчивости. Мы должны изучить активность микробов и вирусов, экспрессию микробов и вирусных генов, а также множество способов, которыми белки и метаболиты, созданные этими организмами, взаимодействуют с иммунной системой хозяина, геномом хозяина и друг с другом.

Человеческий холобионт: микробы и их метаболиты модулируют активность человеческих путей

Гены наших микробных обитателей намного превосходят ~ 20 500 генов в геноме человека. Отсюда следует, что большинство метаболитов в Homo sapiens продуцируются или модифицируются микробиомом. Wikoff et al. ( 62 ) обнаружили большое влияние микробиома кишечника на метаболиты крови мышей, включая антиоксиданты, токсины и аминокислоты. Например, производство метаболита индол-3-пропионовой кислоты полностью зависело от присутствия кишечных микробов и могло быть установлено путем колонизации бактерией Clostridium sporogenes .

Многие микробы, вирусы и соответствующие им белки / метаболиты напрямую модулируют активность метаболических, иммунных и неврологических путей хозяина. Другими словами, человеческий холобионт контролируется геномом человека, нашими микробными / вирусными геномами и их соответствующими метаболитами, работающими в тандеме. Растущее число исследований предоставляет примеры этого метаболического перекрытия. Хотя многие такие исследования были проведены на мышах, их общие тенденции распространяются и на людей.

Например, ME / CFS связан с аномалиями естественных клеток-киллеров (NK), включая снижение активности естественных клеток-киллеров ( 63 ). Эти результаты следует интерпретировать, чтобы учесть тот факт, что активность NK модулируется бактериальным микробиомом. Одно исследование показало, что желчные кислоты, модифицированные микробиомом кишечника, влияют на экспрессию генов клеток печени таким образом, что контролируют накопление NK-клеток и противоопухолевую активность ( 64 ). Точно так же смесь молочнокислых бактерий из кефира увеличивала цитотоксичность клеток NK KHYG-1 человека по отношению к клеткам хронического лейкоза человека и клеткам колоректальных опухолей65 ). Микробиом и его метаболиты также влияют на активность связанных иммунных клеток. Ротхаммер и др. ( 66) обнаружили, что триптофан, созданный микробиомом кишечника, взаимодействует с рецептором AHR на микроглии / астроцитах. Последующие изменения в экспрессии генов регулируют связь между двумя типами клеток.

Различные формы вегетативной дисфункции также распространены при ME / CFS ( 67 , 68 ). Следовательно, важно учитывать, что микробиом может способствовать регуляции кровяного давления хозяина. Pluznick et al. ( 69 ) обнаружили, что жирные кислоты с короткой цепью, полученные из кишечного микробиома, такие как ацетат и пропионат, попадают в почки и кровеносные сосуды. Там они повлияли на активность Olfr78 и Gpr41, двух рецепторов хозяина, которые контролируют кровообращение и кровоток.

Патогены и их белки / метаболиты могут нарушать регуляцию генетических и метаболических путей человека

Микробная модуляция путей хозяина также может управлять воспалительными заболеваниями. Патогены и связанные с ними белки / метаболиты контролируют метаболизм человека и экспрессию генов таким образом, что может подтолкнуть холобионта к состоянию дисбаланса и болезни. Например, Rizzo et al. ( 70 ) обнаружили, что вирусы герпеса человека 6A / 6B инфицировали NK-клетки. Эта инфекция значительно изменила экспрессию ключевых миРНК хозяина и факторов транскрипции. Было показано, что Mycobacterium leprae изменяет экспрессию генов человека таким образом, что позволяет ей перехватывать и перепрограммировать взрослые шванновские клетки до стеблевого состояния ( 71 ). В модели диабета на мышах Liu et al. ( 72 ) обнаружили, что белок eLtaS, созданный S. aureus, препятствует правильному связыванию инсулином своего рецептора-мишени. Это ингибировало фосфорилирование нижестоящих сигнальных белков и вызывало у мышей в исследовании нарушение толерантности к глюкозе.

Способность патогенов вмешиваться в метаболизм хозяина связана с динамикой сообществ, в которых они сохраняются. Как и организмы в любой экосистеме, человеческие микробы постоянно взаимодействуют как прямо, так и косвенно. Белки и метаболиты, которые они создают, также постоянно взаимодействуют. Сообщества микробов часто демонстрируют синергетические взаимодействия для улучшения усвоения питательных веществ, защиты от защиты хозяина и выживания в воспалительной среде ( 73 ). К ним относятся образование биопленок и совместная передача сигналов через пептиды, чувствительные к кворуму. Хамфрис и др. ( 74 ) недавно сообщили, что биопленочные бактерии могут дополнительно общаться посредством передачи электрических сигналов, опосредованной ионным каналом.

Даже вирусы редко действуют как единое целое. Разнообразие и равновесие бактериального микробиома регулируется динамикой бактериофага хищник-жертва ( 75 ). Pfeiffer и Virgin ( 27 ) обнаружили, что вирулентность кишечных вирусов регулируется активностью соседних бактерий, грибов и даже гельминтов. Эти процессы называются «транскингдомовскими взаимодействиями». Например, норовирус человека может связывать углеводные антигены гистологической группы крови, присутствующие на определенных бактериальных клетках. Это облегчает способность норовируса инфицировать В-клетки человека ( 76 ).

Дисбактериоз микробиома

Взаимодействующие микробы могут способствовать дисбактериозу или дисбалансу микробиомных сообществ ( 77 ). Этот дисбиоз характеризуется существенными сдвигами в структуре и разнообразии сообщества. Во многих случаях патогены размножаются и заселяют ниши, которые когда-то были заняты более безобидными микробами.

Большинство хорошо изученных воспалительных заболеваний связаны с той или иной формой дисбиоза микробиома. К ним относятся псориатический артрит, системная красная волчанка, диабет 1 и 2 типа, болезнь Паркинсона и растущее число раковых заболеваний ( 34 , 78 , 79 ). Микробиом кишечника может инициировать и способствовать развитию колоректального рака на всех стадиях онкогенеза, действуя как индуктор повреждения ДНК, генерируя эпигенетические изменения, регулируя рост клеток и модулируя иммунные ответы хозяина ( 80 ). Было показано, что микробиом ткани молочной железы женщин с раком груди существенно отличается по составу, вирулентности и разнообразию от такового у здоровых людей контрольной группы ( 81). Видовой состав бронхоальвеолярного микробиома сдвинулся в сторону более патогенного состояния у пациентов с саркоидозом ( 82 ). Об изменениях кишечного вирома сообщалось до начала заболевания у детей, предрасположенных к развитию диабета 1 типа ( 83 ).

Несколько исследовательских групп связали ME / CFS с дисбактериозом бактериального микробиома кишечника. Giloteaux et al. ( 21 ) обнаружили, что бактериальное разнообразие кишечного микробиома было снижено у субъектов с ME / CFS по сравнению с контрольной группой здоровых. Команда также отметила увеличение количества определенных видов бактерий, связанных с провоспалительной или противовоспалительной активностью. Надь-Сакал и др. ( 84 ) также проанализировали микробиом кишечника ME / CFS. В ходе исследования было обнаружено семь видов кишечных бактерий, относительная численность которых отличалась от контрольной группы и была тесно связана с ME / CFS.

Хотя эти результаты представляют интерес, на состав микробиома кишечника дополнительно влияет множество факторов окружающей среды, которые вызывают большие сдвиги в микробных экосистемах региона. К ним относятся географическое положение, потребление пищи и даже время суток ( 85 ). Многие исследовательские группы, изучающие воспалительные состояния, изо всех сил пытались изолировать и / или воспроизвести дисбиоз кишечного микробиома, вызванный заболеванием, перед лицом этого «шума». Например, Frémont et al. ( 86) обнаружили, что видовой состав кишечного микробиома различается у пациентов с ME / CFS и здоровых людей. Однако значительные изменения в составе кишечного микробиома также были выявлены между контрольными субъектами из Норвегии и контрольными субъектами из Бельгии. Было высказано предположение, что это изменение возникло из-за различий в диете между двумя культурами.

Исследования микробиома крови ME / CFS могут быть менее подвержены этой изменчивости, вызванной окружающей средой. Кроме того, идентификация микробных и / или вирусных сообществ в крови ME / CFS позволит получить более широкую картину возможных инфекционных и воспалительных процессов. Например, Giloteaux et al. ( 21 ) обнаружили, что субъекты ME / CFS имели более высокие уровни бактериальных липополисахаридов (LPS), LPS-связывающих белков и растворимого CD14 в крови. Ученые предположили, что эти воспалительные маркеры могут указывать на перемещение кишечных бактерий в кровь. Однако маркеры также могут отражать присутствие бактерий в самой крови.

Микробиом крови можно охарактеризовать, если сначала отделить микробную ДНК / РНК в образцах от ДНК, полученной из генома человека. Olde Loohuis et al. ( 87) использовали РНК-секвенирование считываний из цельной крови для анализа микробных сообществ в крови почти 200 пациентов с тремя неврологическими состояниями: биполярным расстройством, шизофренией и боковым амиотрофическим склерозом. Команда определила широкий спектр бактериальных и архейных типов у субъектов со всеми тремя болезненными состояниями. Они наблюдали повышенное микробное разнообразие у субъектов с шизофренией по сравнению с двумя другими группами и воспроизвели результаты в независимом наборе данных. Технологии внеклеточного секвенирования ДНК Стивена Квейка также могут характеризовать бактериальные сообщества в крови человека и могут быть дополнительно расширены для идентификации вирусов и грибов ( 14 ).

Сообщества микробов и вирусов также могут сохраняться в ткани мозга ME / CFS. Ридхед и др. ( 88 ) недавно обнаружили ряд устойчивых вирусов в мозге Альцгеймера. К ним относятся герпесвирусы, тено-вирусы крутящего момента, аденовирусы и коронавирусы. Было также показано, что в мозге Альцгеймера есть бактериальные и грибковые сообщества ( 89 , 90 ). Branton et al. ( 91 ) идентифицировали сотни бактерий и образцов, полученных из бактериофагов, в тканях мозга, взятых у пациентов с эпилепсией, и в образцах мозга, взятых у пациентов с ВИЧ / СПИДом после вскрытия.

Фактически, исследования вирома обеспечивают значительно расширенный контекст динамики сообщества микробиома и процессов заболевания. Это связано с тем, что бактериофаги (фаги) инфицируют и впоследствии модулируют активность бактериального микробиома ( 75 ). Например, Duerkop et al. ( 92 ) охарактеризовали кишечный виром на модели мышиного колита, опосредованного Т-клетками. Популяция кишечных фагов изменилась при колите и перешла от упорядоченного состояния к стохастическому дисбиозу. Популяции фагов, которые увеличивались во время колита, часто были связаны с бактериальными хозяевами, которые получают пользу от воспаления кишечника или связаны с ним. Tetz et al. ( 93) выявили изменения в сообществе кишечных бактериофагов Паркинсона. Они включали сдвиги в соотношении фагов и бактерий у бактерий, которые, как известно, производят дофамин.

Исследования микробиома на уровне видов также значительно подкрепляются анализами, которые обеспечивают дополнительный контекст активности заболевания. Это важное соображение, потому что теоретически микробиом пациента с ME / CFS может содержать те же виды микробов, вирусов и / или грибов, что и микробиом здорового субъекта. Тем не менее, многие из этих организмов могут действовать по- разному у пациентов с этим заболеванием. Анализ микробиома ME / CFS на уровне видов должен впоследствии сопровождаться исследованиями, которые характеризуют экспрессию и / или метаболизм микробных и вирусных генов.

Состав протеома и метаболома человека отражает микробиом и активность

Поскольку многие белки и метаболиты холобионта человека имеют микробное происхождение, состав протеома и метаболома ME / CFS изменяется в зависимости от видового состава микробиома. Анализы протеома и метаболома дополнительно отражают активность микробиома. Это связано с тем, что микробы и вирусы часто изменяют экспрессию своих генов, заставляя их со временем экспрессировать разные белки и метаболиты. Геном человека и связанные с ним эпигенетические изменения также способствуют метаболическому разнообразию, хотя высокий уровень избыточности между человеческими и микробными метаболитами может затруднить точное определение происхождения этих ассоциаций.

Schutzer et al. ( 94 ) продемонстрировали, что цереброспинальный протеом ME / CFS существенно отличается от протеома здоровых людей (рис. 2 ). Действительно, 738 из 2783 идентифицированных белков (26,5%) были уникальными для пациентов с ME / CFS, что дает убедительные доказательства того, что ME / CFS действительно характеризуется дисбиозом микробиома в тканях и крови. Также было показано, что при ME / CFS изменяется состав метаболома крови. В одном из таких исследований сообщалось о повышенных уровнях холина, карнитина и сложных липидных метаболитов в плазме у пациентов с ME / CFS ( 84 ). Другой анализ продемонстрировал устойчивый гипометаболический ответ у пациентов с этим заболеванием ( 95). Это суровое состояние может быть вызвано воздействием неблагоприятных условий окружающей среды, как и следовало ожидать, если иммунная система ME / CFS изо всех сил пытается управлять дисбиозом микробиома и связанными с ним патогенами.

Исследования метаболома часто проводятся с целью выявления биомаркеров конкретного заболевания. Однако метаболом также можно проверять на наличие метаболитов, которые непосредственно вызывают или подавляют биологическую функцию у пациентов с данным заболеванием. Эти исследования помогают отделить причину от следствия и позволяют модулировать фенотип заболевания. Например, Johnson et al. ( 96 ) исследовали метаболическое влияние микробных биопленок на ткань рака толстой кишки и связанные с ним случаи рака. Они обнаружили, что активация метаболита полиамида, полученного из биопленок, усиливает как образование биопленок, так и рост рака.

Микробы действуют по-разному в зависимости от соседних видов и иммунного статуса

Исследования активности микробиома должны учитывать тот факт, что патогены, обнаруженные у пациентов с ME / CFS, также регулярно выявляются у здоровых субъектов или у пациентов с соответствующими воспалительными состояниями. Это особенно верно в отношении исследований, в которых проводился поиск вирусов EBV, HHV6, цитомегаловируса и других вирусов, которые можно идентифицировать с помощью ПЦР и / или тестирования антител в когортах ME / CFS. Та же самая тенденция, вероятно, сохранится для менее изученных или неидентифицированных человеческих микробов и вирусов. Хотя эти «перекрывающиеся» результаты часто рассматриваются как проблемные, они имеют смысл в свете исследований, которые проясняют, как по-разному действуют микробы в зависимости от иммунного статуса хозяина, соседних видов и широкого спектра других переменных. Например,97 ).

В самом деле, большинство человеческих микробов pathobionts: они могут изменить их экспрессию генов , чтобы выступать в качестве патогенов в условиях дисбаланса и иммуносупрессии ( 98 — 100 ). Например, S. pneumoniae может сохраняться как высокоадаптированный комменсал или вирулентный патоген в зависимости от его способности уклоняться от иммунного ответа хозяина ( 101 ). S. aureus вызывает ряд заболеваний, от кожных инфекций до опасных для жизни заболеваний, таких как эндокардит и менингит. Однако около 30% здоровой человеческой популяции имеют S. aureus как член нормального носового микробиома ( 102 ). S. aureus вирулентность в этих сообществах определяется рядом факторов, включая сигнальные и конкурентные стратегии, используемые соседними микробами.

То же самое и с кишечной палочкой (E. coli) , которая также существует во многих формах. Одно исследование показало, что «комменсальная» E. coli может эволюционировать в вирулентные клоны менее чем за 500 поколений ( 103 ). Для большинства микробов эта эволюция в сторону патогенности происходит через приобретение новых генов или изменение текущего генома таким образом, что это вызывает потерю генов ( 104 ). Например, потеря mucA увеличивает способность Pseudomonas aeruginosa уклоняться от фагоцитоза и сопротивляться легочному клиренсу ( 105 ).

Следует также отметить, что каждый вид микробов представляет множество различных штаммов, каждый из которых может отличаться набором кодируемых им генов или числом копий таких генов. Эта внутривидовая изменчивость наделяет каждый штамм различными функциональными возможностями, включая различия в вирулентности, подвижности, использовании питательных веществ и устойчивости к лекарствам ( 106 ). Гринблюм и др. ( 106 ) выявили обширные вариации числа копий на уровне штаммов у разных видов в метагеномных образцах, полученных от пациентов с синдромом раздраженного кишечника. Это особенно верно в отношении генов, связанных с конкретными функциями сообщества, включая функции, связанные с образом жизни сообщества. Различия в количестве копий генов также влияют на адаптивные функции, связанные с ожирением. Yao et al. ( 107) обнаружили, что делеция одного гена Bacteriodes и гидролазы солей желчных кислот, которую он экспрессирует, изменяет метаболизм хозяина таким образом, что это влияет на контроль веса, циркадный ритм и иммунитет.

Местоположение микроба или вируса также может влиять на его активность. Например, большая часть населения имеет HHV-6. Однако при болезни Альцгеймера HHV-6A недавно был обнаружен в тканях мозга человека ( 88 ). Там было показано, что его активность способна регулировать молекулярные, клинические и нейропатологические сети хозяина таким образом, что это может способствовать воспалению и потере нейронов. VanElzakker ( 108 ) предположил, что HHV-6 может также инфицировать блуждающий нерв при ME / CFS, что приводит к изменению передачи сигналов оси кишечник-мозг у пациентов с этим заболеванием.

Иммунная система человека также играет центральную роль в определении активности микробов и вирусов. Устойчивый иммунный ответ часто позволяет контролировать вирулентность патогенов. Однако, если патогены преодолевают иммунный ответ или иммунная система подавляется лекарствами, химическими веществами или другими факторами окружающей среды, патобионты с большей вероятностью изменят экспрессию своих генов таким образом, чтобы способствовать развитию болезни.

Патобионты изменяют свою коллективную экспрессию генов, чтобы вызвать дисбактериоз

Патобионты могут подорвать иммунный ответ человека, коллективно изменяя экспрессию своих генов. Йост и др. ( 100 ) выполнили превосходный анализ онтологии генов (GO) орального микробиома во время периодонтальной прогрессии. За двухмесячный период исследования изменения в метагеноме непрогрессирующих сайтов были незначительными. Однако активные участки, прогрессирующие до периодонтита, характеризовались многочисленными функциональными геномными сигнатурами. Фактически, команда сообщила о полной перестройке на уровне метагенома между исходными участками, которые прогрессировали до периодонтита, и теми, которые этого не сделали.

Термины GO, связанные с процессами, включая биосинтез пептидогликана и транспорт калия, были сильно обогащены на исходных участках, которые позже прогрессировали до периодонтита. Гены, контролирующие подвижность ресничек, и белки, ассоциированные с CRISPR, также были активны на начальных стадиях прогрессирования заболевания. В момент разрушения в активных центрах экспрессируются гены, связанные с транспортом двухвалентного железа и ответом на окислительный стресс. Развитие пародонтита также коррелировало с повышенной экспрессией предполагаемых факторов вирулентности, связанных с рядом видов бактерий. Активность микоплазмы, бактериофага и эукариотических вирусов была выше в участках прогрессирования по сравнению с исходными образцами.

Команда пришла к выводу, что прогрессирование пародонтита обусловлено всем микробным сообществом полости рта, а не только несколькими избранными патогенами. Фактически, в условиях усиливающегося воспаления и дисбаланса все оральное сообщество, казалось, действовало вместе как патоген . Действительно, группы бактерий, которые обычно не считаются патогенами, активируют большое количество предполагаемых факторов вирулентности в активных центрах. К ним относятся Veillonella parvula , микроб, почти всегда связанный со здоровьем зубов.

Внутриклеточные патогены вызывают дисбактериоз микробиома

Изменения вирулентности микробиома в масштабах всего сообщества часто вызываются доминирующими патогенами — организмами, которые становятся центральными компонентами микробиома, подавляя рост и активность комменсалов ( 109 ). В других случаях краеугольные патогены способствуют воспалению, даже если они присутствуют в количественном отношении как второстепенные члены микробиома. Например, P. gingivalis часто составляет всего 0,01% биопленок пародонта, но вызывает деструктивные изменения во взаимодействии хозяина и микроба, серьезно нарушая врожденный иммунный ответ ( 110 ).

Патогены, способные персистировать в клетках иммунной системы, имеют уникальную возможность вызывать воспалительные заболевания ( 111 ). Действительно, наиболее хорошо изученные патогены, в том числе многие из них, связанные с ME / CFS, способны сохраняться внутри клетки ( 112 ). Выживая таким образом, они могут напрямую вмешиваться в процессы транскрипции, трансляции и восстановления ДНК человека (рис. 3 ). Патогены в цитоплазме клетки могут дополнительно нарушать регуляцию эпигенетической среды ( 113 ). Например, при инфицировании макрофага Mycobacterium tuberculosis изменяет экспрессию 463 генов человека ( 114 ). Хеликобактер пилориинфекция предрасполагает к геномной нестабильности и повреждению ДНК, включая двухцепочечные разрывы ( 115 ). Инфекция В-клеток EBV может также способствовать стойкому повреждению ДНК человека ( 116 ).

РИСУНОК 3
 Внутриклеточные патогены и белки / метаболиты, которые они экспрессируют, могут напрямую вмешиваться в процессы транскрипции, трансляции и восстановления ДНК человека.

Тысячи метаболитов и белков, экспрессируемых внутриклеточными патогенами, также взаимодействуют с геномом хозяина, дополнительно изменяя экспрессию генов человека, способствуя развитию болезни. Даже пептиды, чувствительные к кворуму бактерий, могут нарушать регуляцию активности метаболических путей человека. Wynendaele et al. ( 117 ) обнаружили, что молекулы, чувствительные к кворуму, созданные грамотрицательными бактериями, изменяют экспрессию генов человека таким образом, что способствует ангиогенезу in vitro , росту опухоли и неоваскуляризации при раке толстой кишки.

Внутриклеточные патогены также могут перемещаться между клетками через недавно охарактеризованные туннельные нанотрубочки (TNT) ( 118 , 119 ). Эти цитоплазматические расширения дендритных клеток, глиальных клеток и родственных клеток человека позволяют внутриклеточный перенос микроРНК, информационных РНК, прионов, вирусов и даже целых органелл, таких как митохондрии ( 120 , 121 ). Например, ВИЧ-индуцированное образование туннельных нанотрубок, по-видимому, опосредует примерно половину распространения вируса ВИЧ среди макрофагов, происходящих из моноцитов ( 119 ).

Молекулярная мимикрия

Дисфункция, вызванная внутриклеточной инфекцией, усугубляется тем фактом, что микробные белки и метаболиты часто идентичны или похожи по структуре на те, которые создаются их человеческими хозяевами. Молекулярная мимикрия или гомология последовательностей между этими белками и метаболитами затрудняет распознавание человеческим холобионтом «чужеродного» от «себя».

Например, Altindis et al. ( 122 ) обнаружили, что вирусы несут последовательности со значительной гомологией с человеческими инсулиноподобными факторами роста (VILP). Эти VILP могут связываться с человеческими и мышиными рецепторами IGF-1 in vitro , что приводит к аутофосфорилированию и передаче сигналов ниже по течению. E. coli содержит большую и разнообразную сеть белков, которые активно способствуют повреждению эндогенной ДНК в клетках ( 123 ). Однако по крайней мере 280 из этих ДНК-повреждающих белков имеют человеческие гомологи, которые также способствуют повреждению ДНК и мутагенезу в организме человека-хозяина.

В самом деле, избыточность между человеческими и микробными метаболитами, белками и путями настолько велика, что потенциал молекулярной мимикрии, способствующей иммунной и метаболической дисфункции хозяина, полубесконечен. Например, вирусные везикулы и внеклеточные везикулы человека (EV) обладают значительным структурным и функциональным сходством ( 124 ). Это сходство настолько велико, что трудно отличить ЭМ от (неинфекционных) вирусов.

Различные патогены используют общие стратегии выживания

Многие патогены используют общие механизмы выживания, чтобы оставаться в клетках-хозяевах, тканях и крови. Метаболическая дисфункция, вызванная этими различными микробами и вирусами, может приводить к аналогичным группам воспалительных симптомов у человека. Способность различных патогенов нарушать регуляцию активности ядерного рецептора витамина D (VDR) является прекрасным примером того, как разные микробы могут управлять сходными процессами заболевания. VDR регулирует экспрессию сотен генов человека, многие из которых регулируют воспалительные и злокачественные процессы ( 125 , 126 ). Рецептор также контролирует передачу сигналов TLR2 и нескольких семейств антимикробных пептидов, включая кателицидин (LL-37) ( 127).). Патогены, способные замедлять активность VDR, могут впоследствии способствовать их выживанию, замедляя врожденный иммунный ответ.

Патогены, часто связанные с ME / CFS или воспалительными заболеваниями, эволюционировали, чтобы выжить таким образом. Активность VDR снижается в 20 раз в линиях лимфобластоидных клеток, инфицированных вирусом Эпштейна-Барра ( 128 ) (рис. 4 ). ВИЧ, цитомегаловирус M. tuberculosis , Borrelia burgdorferi и Mycobacterium leprae дополнительно в различной степени нарушают регуляцию активности VDR ( 114 , 129 — 132 ). Грибок Aspergillus fumigatus секретирует глиотоксин, который значительно снижает экспрессию VDR ( 133). Поскольку отключение врожденной иммунной системы через путь VDR является таким логическим механизмом выживания, другие неохарактеризованные бактерии, вирусы или грибки также могли развиться, чтобы нарушить регуляцию активности рецепторов.

РИСУНОК 4
В линиях лимфобластоидных клеток, инфицированных вирусом Эпштейна-Барра, активность VDR снижается до 20 раз ( 128 ).

Отсюда следует, что пациенты со схожими симптомами ME / CFS не всегда могут иметь положительный результат теста на одно и то же сочетание патогенов и / или сообществ патобионтов. Точно так же следует ожидать, что состав микробиома, протеома и метаболома ME / CFS будет несколько отличаться от исследования к исследованию. Вместо того чтобы беспокоиться об этих несоответствиях, исследовательское сообщество ME / CFS должно стремиться лучше охарактеризовать еще более общие механизмы выживания и устойчивости патогенов.

Изменения иммунного ответа в ответ на активность патогена

Способность патогенов отключать иммунный ответ хозяина простирается далеко за пределы пути VDR. Пушалкар и др. ( 134 ) определили отчетливый и многочисленный микробиом поджелудочной железы, связанный с прогрессирующим раком поджелудочной железы. Этот дисбиотический микробиом стимулировал онкогенез, подавляя дифференцировку макрофагов и активность Т-клеток. Другое исследование показало, что переход Candida albicans от внеклеточного к внутриклеточному патогену сопровождался скоординированным, зависящим от времени сдвигом в экспрессии генов как для хозяина, так и для грибка ( 135 ). Эти изменения экспрессии генов привели к постепенному снижению активации провоспалительных цитокинов иммунной системой хозяина.

Эти результаты проливают свет на недавнее исследование ME / CFS. Hornig et al. ( 5 ) сообщили об отчетливых изменениях иммунных сигнатур плазмы, включая заметную активацию как про-, так и противовоспалительных цитокинов, на ранних этапах развития ME / CFS. Однако эти изменения не наблюдались у пациентов с более длительным заболеванием. Есть ряд объяснений наблюдений Хорнига. Патогены, ассоциированные с ME / CFS, могут постепенно изменять активность своих генов, чтобы сохраняться в более латентных, внутриклеточных формах, менее распознаваемых иммунной системой хозяина. Или, на ранних стадиях ME / CFS, иммунная система может активно пытаться воздействовать на растущее инфекционное бремя. Однако со временем патогены в микробиоме могут отключить иммунный ответ до такой степени, что произойдет «иммунное истощение» ( 136 ,137 ). Впоследствии снизятся иммунопатология и выработка цитокинов. Возникшее в результате болезненное состояние можно сравнить с садом, в котором здоровые растения постепенно подавляются другими, такими как виноградная лоза кудзу.

«Острые» патогены могут выжить в стойких формах, которые вызывают хронические симптомы

Многие исследовательские группы изучают, как «острые» патогены (т. Е. Хорошо изученные агенты, связанные с известными инфекционными заболеваниями) могут вызывать хронические симптомы, сохраняясь в латентных формах. К ним относятся вирус Зика, Borrelia burgdorferi , грипп и другие хорошо изученные вирусы и бактерии ( 138 ). Было показано, что вирус Зика способен сохраняться в спинномозговой жидкости (ЦСЖ) и лимфатических узлах инфицированных макак-резусов в течение месяцев после того, как вирус был выведен из секретов слизистой оболочки, периферической крови и мочи ( 139 ). Персистенция вирусов как в лимфатических узлах, так и в спинномозговой жидкости коррелировала с активацией генов, участвующих в провоспалительном и антиапоптотическом путях.

У десятков тысяч людей, переживших Эболу, развились хронические симптомы через несколько месяцев или лет после первоначального заражения ( 140 ). Эти симптомы «постэболического синдрома» включают крайнюю усталость, сильную боль, проблемы с глазами и множество неврологических проблем. Хотя вирус трудно идентифицировать в крови таких пациентов, Эбола была обнаружена в мужской сперме спустя годы после «выздоровления» ( 141 ). Другое исследование показало, что до месяца после первоначального заражения вирусы гриппа регулируют долгосрочную экспрессию воспалительных и нейронных / глиальных генов у мышей ( 142 ). Это было связано с хроническим нейровоспалением, характеризующимся увеличением количества активированной микроглии и нарушением формирования пространственной памяти.

Стойкий вирус кори связан с такими состояниями, как болезнь Педжета, рассеянный склероз и болезнь Крона ( 143 , 144 ). РНК вируса кори была обнаружена в крови, респираторном секрете, моче и лимфоидной ткани в течение недель или месяцев после избавления от «острой» инфекции ( 145 ). Doi et al. ( 146 ) обнаружили, что in vitro устойчивость вируса кори коррелирует с переходом вируса из литического режима в нелитический, что позволяет вирусу уклоняться от врожденного иммунного ответа хозяина.

Сотни исследований демонстрируют, что острые бактериальные патогены могут переходить в латентные формы, в которых отсутствует классическая клеточная стенка ( 1 ). Эти устойчивые варианты называются бактериями L-формы. Использование антибиотиков может вызвать стойкий рост L-формы. Фактически, исследователи создают L-формы, намеренно культивируя классические бактерии в сочетании с бета-лактамными антибиотиками ( 147 ). Один анализ микроматрицы роста L-формы выявил активацию генов, общих с клетками-персистерами и биопленками ( 148 ). Бактерии L-формы вовлечены в десятки хронических состояний, включая ревматоидный артрит, рассеянный склероз и саркоидоз ( 1 , 149 , 150 ).

Лучшее понимание этих хронических последствий принесло бы большую пользу сообществу ME / CFS, поскольку подобное хроническое прогрессирование симптомов часто регистрируется при ME / CFS. В разные периоды истории ME / CFS называли «постполиомиелитным синдромом», «синдромом хронического мононуклеоза» и «поствирусным синдромом» из-за того, что хронические симптомы часто отмечаются после острой инфекции вирусом полиомиелита, Эпштейн Барр Вирус, гриппом или целым рядом других патогенов ( 151 — 153 ). Chia et al. ( 154 ) обнаружили, что у пациентов с острой энтеровирусной инфекцией развивалось множество хронических симптомов, соответствующих диагнозу ME / CFS. Спустя годы после первоначального заражения белок энтеровируса и РНК все еще присутствовали в биоптатах желудка этих пациентов.

Ясно, что могут потребоваться новые методики для наилучшей идентификации патогенов в их скрытых формах. Особенно трудно обнаружить патогены, которые сохраняются внутри иммунных клеток человека и связанных туннельных нанотубуолей. Когда персистентный вирус Зика был идентифицирован у макак-резусов, специфические антитела к вирусу Зика не были обнаружены в спинномозговой жидкости, несмотря на продолжительные и устойчивые реакции в периферической крови. Это указывало на дополнительный механизм персистенции вирусов в определенных «анотомических убежищах». Современная жизнь также увеличила вероятность того, что «острые» инфекции могут вызвать хронические последствия. До появления антибиотиков, стероидных препаратов и детских вакцин почти половина всех детей в возрасте до пяти лет умирали от острых инфекционных заболеваний ( 45). Сегодня большинство людей в странах первого мира переживают повторные острые инфекции в течение десятилетий.

Уникальный инфекционный анамнез влияет на прогрессирование заболевания ME / CFS

Хотя определенные доминантные или ключевые патогены могут быть надежно идентифицированы у пациентов с ME / CFS, состав микробиома ME / CFS, вероятно, будет отличаться у разных пациентов. Даже при ВИЧ / СПИДе, где легко обнаруживаемый вирус нарушает регуляцию иммунитета, симптомы заболевания отражают сочетание симптомов, вызванных ВИЧ, и симптомов, вызываемых «коинфекционными» агентами, способными воспользоваться преимуществами хозяина с ослабленным иммунитетом ( 155 ). Ожидается, что никакие два пациента с ВИЧ / СПИДом не будут иметь одинаковую смесь этих дополнительных устойчивых бактерий, грибков и вирусов. То же самое можно сказать и о большинстве видов рака, все большее число которых в настоящее время связано с тяжелым дисбиозом микробиома ( 34 ). Широко признано, что нет двух одинаковых видов рака, и ожидается, что любой ассоциированный с опухолью микробиом будет несколько отличаться у отдельных субъектов исследования (156 ).

Та же самая картина, при которой уникальный инфекционный анамнез влияет на проявление симптомов, может также возникать при ME / CFS. Недавнее исследование Brodin et al. ( 45 ) продемонстрировали глубокое влияние инфекционного анамнеза на иммунитет хозяина. Команда провела системный анализ 210 здоровых близнецов в возрасте от 8 до 82 лет. Они измерили 204 иммунных параметра, включая частоту популяций клеток, цитокиновые ответы и сывороточные белки, и обнаружили, что 77% из них являются доминирующими, а 58 % почти полностью определяется ненаследственными влияниями окружающей среды. Многие из этих параметров стали более изменчивыми с возрастом, что подчеркивает кумулятивное влияние воздействия окружающей среды.

Команда также подсчитала, как приобретение только одного хронического патогена — цитомегаловируса (ЦМВ) — обусловливает иммунный ответ. Однояйцевые близнецы, не согласующиеся с ЦМВ-инфекцией, показали значительно сниженные корреляции для многих частот иммунных клеток, клеточных сигнальных реакций и концентраций цитокинов. В целом влияние ЦМВ было настолько широким, что затронуло 119 из 204 измерений, разбросанных по иммунной сети. Эти и связанные с ними результаты привели Бродина и его команду к выводу, что иммунный ответ «в значительной степени определяется окружающей средой и, скорее всего, множеством различных микробов, с которыми человек сталкивается в течение своей жизни».

Может ли «последовательная инфекция способствовать развитию ME / CFS?»

Вышеизложенное предполагает, что ME / CFS может быть вызван процессом, который мы назвали «последовательным заражением». Во время последующей инфекции «острая» инфекция или «начальное иммунодепрессивное событие» нарушает регуляцию иммунной системы хозяина. Это облегчает микробам подрыв иммунного ответа, действуя как полимикробные образования. Патобионты изменяют экспрессию своих генов, чтобы лучше способствовать вирулентности в сообществе. Зараженные человеческие клетки не могут правильно экспрессировать человеческие метаболиты в присутствии патогенных белков, метаболитов и ферментов. Дисфункция, вызванная молекулярной мимикрией, увеличивается. Определенные патогены могут инфицировать митохондрии или ткань центральной нервной системы. Внутриклеточные патогены замедляют иммунный ответ человека, заставляя хозяина легче приобретать другие инфекционные агенты.

В конце концов, у человека-хозяина могут появиться симптомы, характерные для ME / CFS или родственного воспалительного диагноза. Ожидается, что уникальные симптомы, которые развиваются у каждого пациента, будут варьироваться в зависимости от вида, штамма, вирулентности и местоположения патогенов, вызывающих дисбактериоз, а также множества способов, которыми метаболиты и белки, созданные этими организмами, вызывают дисфункцию, взаимодействуя с таковыми из гостья.

Инфекции в раннем детстве могут предрасполагать к дисбактериозу в более поздние сроки ( 157 ). Например, корь истощает В- и Т-лимфоциты хозяина в течение 2–3 лет после первоначального заражения. Эта иммуносупрессия может восстановить ранее приобретенный иммунитет и сделать хозяина более восприимчивым к другим патогенам ( 158 ). В других случаях токсическое воздействие окружающей среды, инфекция во время операции или трудности с переносом травматического события могут ослабить иммунный ответ до такой степени, что ранее субклинические инфекции становятся активными. Вспышки ME / CFS, во время которых у многих пациентов развилось заболевание в одно и то же время, вполне могут отражать этот феномен в действии.

Последовательный инфекционный процесс может начаться даже в утробе матери. В зависимости от состояния здоровья родителя основные микробиомные сообщества плаценты, влагалища и грудного молока уже могут быть дисбиотическими. Кабрера-Рубио и др. ( 159 ) обнаружили, что микробиом грудного молока матерей с ожирением, как правило, содержит другое и менее разнообразное бактериальное сообщество, чем у матерей с нормальным весом. Патогены в микробиоме плаценты могут изменять метилирование ДНК человека таким образом, что это может негативно повлиять на более поздние заболевания недоношенных детей ( 160 ).

Многие аспекты современной жизни могут дополнительно вызывать последовательную инфекцию. Использование антибиотиков нарушает экологию микробиома человека ( 161 ). Гены устойчивости к антибиотикам сельскохозяйственных животных и продуктов регулярно попадают в продукты питания человека ( 162 ). Электромагнитное излучение снижает иммунитет ( 163 ). Иммуносупрессивные биопрепараты и добавки, часто назначаемые при воспалительных заболеваниях, дополнительно способствуют размножению патобионтов в микробиоме. Например, Diaz et al. ( 164 ) обнаружили, что бактериом слюны пациентов, принимающих иммуносупрессивные биопрепараты, был более восприимчив к росту оральных условно-патогенных микроорганизмов.

Современное общество также подвергает обычного человека воздействию патогенов, с которыми наши недавние предки вряд ли могли столкнуться. В международных аэропортах содержатся патогенные микроорганизмы со всего мира ( 165 ). Пищевые продукты и содержащиеся в них микробы часто импортируются из-за рубежа ( 166 ). Одно исследование обнаружило ряд условно-патогенных микроорганизмов, обогащенных биопленками для душа ( 167 ). В сигаретах, которые обычно курят, были обнаружены многочисленные патогены ( 168 ). Многие такие патогены способны сохраняться в экосистемах микробиома человека, где у хозяина может отсутствовать иммунитет к их присутствию.

Пациенты с ME / CFS должны быть обследованы в связи с соответствующими воспалительными состояниями

ME / CFS — это расстройство спектра, диагностический критерий которого включает ряд физических и неврологических симптомов ( 2 ). Если последующая инфекция способствует развитию ME / CFS, такая вариабельность симптомов является ожидаемой. Кроме того, учет «уникального инфекционного анамнеза» в процессе болезни помогает объяснить, почему пациенты с ME / CFS часто страдают от множества симптомов, не включенных в официальные диагностические критерии.

Поскольку пациенты с ME / CFS страдают от таких разнообразных симптомов, было высказано мнение, что их следует сгруппировать в отдельно изученные «подгруппы» ( 169 ). В некоторых случаях это имеет смысл. Например, исследования, в которых проводится различие между пациентами с ранней и поздней стадией ME / CFS, могут дополнительно прояснить, как иммунный ответ изменяется микробиомом с течением времени. Однако, если последующая инфекция способствует ME / CFS, будущие исследования также должны быть сосредоточены на лучшем понимании общего патогенеза, разделяемого всеми субъектами.

Действительно, последовательная инфекция может способствовать возникновению других состояний, связанных с дисбиозом микробиома, стойкой инфекцией и неблагоприятным воздействием окружающей среды. ME / CFS следует изучать вместе с этими другими состояниями, которые включают синдром войны в Персидском заливе, синдром Элерса-Данлоса, хроническую болезнь Лайма и фибромиалгию среди других ( 170 — 174 ). Высокие уровни сопутствующей патологии и совпадения симптомов у пациентов с ME / CFS, и эти связанные воспалительные диагнозы подтверждают это предположение.

«Аутоантитела» в ME / CFS, вероятно, создаются в ответ на стойкие патогены

У пациентов с ME / CFS обнаружен ряд аутоантител ( 4 ). Это привело к тому, что некоторые исследовательские группы постулировали, что ME / CFS следует рассматривать как «аутоиммунное» заболевание ( 175 ). Однако классическая «теория аутоиммунитета» находится в процессе переоценки ( 78 , 176 ). Все больше данных свидетельствует о том, что «аутоантитела» на самом деле создаются в ответ на хронические, устойчивые патогены микробиома. В таких условиях молекулярная мимикрия или структурная гомология между патогеном и белками-хозяевами может привести к «побочным повреждениям» человеческой ткани. Например, Vojdani et al. ( 177) обнаружили, что 25 различных патогенов, связанных с болезнью Альцгеймера, или их молекулы могут реагировать с антителами против бета-амилоида посредством молекулярной мимикрии или связывания бактериальных токсинов с бета-амилоидом.

Растущее количество исследований документирует продукцию «аутоантител» в ответ на ряд бактериальных, вирусных и грибковых патогенов / патобионтов. Эти патогены не являются краткосрочными «пусковыми механизмами», а сохраняются как члены сложных микробиомных сообществ. Например, производство «аутоантител» недавно было связано с патобионтом микробиома Enterococcus gallinarum . Манфредо и др. ( 178 ) обнаружили E. galinarum в мезентериальных венах, лимфатических узлах, селезенке и печени мышей, генетически предрасположенных к аутоиммунитету. У этих мышей бактерии инициировали выработку «аутоантител», воспаление и активировали Т-клетки. Однако производство этого «аутоантитела» прекратилось, когда E. gallinarumрост подавлялся антибиотиком ванкомицином или внутримышечной вакциной. Кроме того, специфическая ДНК E. gallinarum была извлечена из биопсий печени пациентов с аутоиммунными заболеваниями человека, а совместные культуры с человеческими гепатоцитами воспроизвели результаты исследования на мышах.

Действительно, многие патогены могут управлять размножением активированных или клональных Т-клеток, часто связанных с «аутоиммунными» состояниями. Например, Tuffs et al. ( 179 ) обнаружили, что эндотоксины S. aureus запускают неконтролируемую активацию Т-клеток. Это привело к провоспалительному цитокиновому шторму, который является причиной как активации Т-клеток, так и связанного с ними воспаления.

Ось кишечник-мозг и микробиом мозга

Микробы и их метаболиты контролируют двунаправленную передачу сигналов между кишечником и мозгом через пути, известные как ось кишечник-мозг ( 180 ). Ось кишечник-мозг включает различные афферентные и эфферентные пути, включая блуждающий нерв, с сигнальными путями, влияющими на нервные, эндокринные и иммунные процессы. Кишечная нервная система кишечника содержит более 100 миллионов нейронов — больше, чем в периферической нервной системе или спинном мозге ( 181 ). Отсюда следует, что дисбактериоз кишечного микробиома может влиять на деятельность мозга. Например, Sampson et al. ( 79 ) трансплантировали образцы фекалий пациентов с болезнью Паркинсона стерильным мышам. У этих мышей, а не у контрольных, наблюдались физические симптомы, связанные с болезнью Паркинсона.

Однако появляется все больше свидетельств того, что люди могут иметь микробиом мозга. Исследователи из Гарвардского университета характеризуют эту экосистему как часть текущего «Проекта микробиома мозга». Что знаменует собой серьезный сдвиг парадигмы, несколько исследовательских групп показали, что как бета-амилоид, так и прионный белок (PrP) являются мощными антимикробными пептидами ( 182 , 183 ). Бета-амилоид проявлял противомикробную активность против ряда распространенных микроорганизмов с эффективностью, эквивалентной, а в некоторых случаях превышающей, чем у кателицидина (LL-37) ( 184 ). Эти патогены включали S. typhimurium, Candida albicans и, в последнее время, ряд герпесвирусов, способных персистировать в головном мозге Альцгеймера ( 88 , 185).

Полученные данные убедительно свидетельствуют о том, что бета-амилоид и PrP не являются бесполезными побочными продуктами аномального катаболизма мозга. Скорее, они, по-видимому, формируют опосредованный ответ врожденной иммунной системы на инфекционные агенты в ткани мозга ( 186 ). Ряд патологий мозга был зарегистрирован в патентах на ME / CFS ( 187 ). Эти результаты следует интерпретировать в свете этих новых парадигм, основанных на инфекциях, и в сочетании с новыми данными о микробиоме мозга.

А как насчет генома человека?

При исследовании аневризм аорты Gottlieb et al. ( 188 ) сообщили, что аллели, содержащие SNP BAK1, были обнаружены в ткани аорты, но не в образцах крови тех же пациентов. Совсем недавно Ursini et al. ( 189 ) обнаружили, что локусы риска гена шизофрении, которые взаимодействуют с осложнениями в раннем возрасте, высоко экспрессируются в плаценте. Однако эти локусы дифференциально экспрессировались в плаценте женщин, перенесших осложнения во время беременности. Они также по-разному регулировались в плаценте мужского пола по сравнению с женским потомством.

Эти и связанные с ними результаты убедительно свидетельствуют о том, что окружающая среда может выбирать активность генома человека. Например, Harley et al. ( 190 ) обнаружили, что в клетках, инфицированных EBV, EBNA2 и его факторы транскрипции модулируют активность человеческих генов, связанных с риском рассеянного склероза, ревматоидного артрита, диабета 1 типа и других состояний. Фактически, почти половина локусов риска системной красной волчанки была занята EBNA2 и ко-кластерными факторами транскрипции человека.

Исследования генома человека также должны учитывать полный объем микробной ДНК и РНК в тканях и крови человека. Если геномный ассемблер не может учесть это загрязнение, шансы ложноположительного однонуклеотидного полиморфизма (SNP) значительно увеличиваются во время анализа ( 191 ). Загрязнение даже небольшим количеством микробной ДНК / РНК — всего одна или две пары оснований различий — достаточно, чтобы вызвать значительные статистические ошибки в этом отношении.

Иммуностимуляция в лечении ME / CFS

Если ME / CFS вызвано последовательной инфекцией, методы лечения, которые поддерживают или активируют иммунную систему человека, могут улучшить здоровье микробиома, позволяя пациентам лучше воздействовать на стойкие патогены. Разработка таких методов лечения должна быть приоритетом для исследовательского сообщества ME / CFS. Однако большинство иммуностимулирующих методов лечения, нацеленных на патогены, характеризуются иммунопатологией — каскадом реакций, в которых воспаление, высвобождение цитокинов и высвобождение эндотоксина генерируются как часть ответа иммунной системы на гибель микробов ( 192 — 194).). Хозяину особенно трудно управлять гибелью внутриклеточных патогенов, поскольку организм должен иметь дело с мусором, образующимся в результате апоптоза. Воспаление также возникает в ответ на компоненты бактериальной клеточной стенки, включая липополисахарид эндотоксина грамотрицательных штаммов ( 192 ). К счастью, симптомы, вызванные иммунопатологией, обычно носят временный характер и имеют тенденцию к исчезновению по мере уничтожения все большего числа патогенов.

Временная иммунопатология, возникшая в результате лечения противомикробными препаратами, документирована более века, при этом симптомы варьируются в зависимости от природы целевых патогенов. Этот феномен, впервые названный реакцией Яриша-Герксхаймера, первоначально наблюдался при лечении сифилиса ртутью и пенициллином ( 195 , 196 ). Реакция Яриша-Герксхаймера / иммунопатология с тех пор была отмечена в широком спектре хронических воспалительных состояний, включая туберкулез и бруцеллез ( 197 ). Краткосрочная иммунопатология также является центральным признаком острой инфекции. Если у пациента развивается грипп, воспалительные симптомы усиливаются, поскольку иммунная система выделяет цитокины и хемокины в ответ на заражающий вирус.

Пациенты с ВИЧ / СПИДом после лечения комбинированной антиретровирусной терапией (АРТ) проходят форму иммунопатологии, называемую воспалительным синдромом восстановления иммунной системы (ВСВИ) ( 198 ). ВСВС возникает, поскольку АРТ позволяет иммунной системе хозяина лучше воздействовать на патогены, приобретенные в предыдущие периоды иммуносупрессии, вызванной ВИЧ. Ряд хорошо изученных патогенов был связан с IRIS, включая герпесвирусы и M. tuberculosis ( 193 ). Однако воспалительная реакция также отмечается у пациентов с отрицательным посевом, что позволяет предположить, что IRIS может также включать новые или не охарактеризованные патогены ( 198 ).

За последнее десятилетие мы совместно с нашими клиническими сотрудниками разработали иммуностимулирующую терапию, используемую для лечения пациентов с рядом хронических воспалительных состояний ( 200 ). Лечение основано на использовании предполагаемого агониста VDR в форме олмесартана медоксомила с целью реактивации компонентов врожденного иммунитета под контролем VDR. В 2013 году мы опубликовали серию историй болезни, демонстрирующих улучшение у пациентов с ME / CFS, получавших это лечение ( 199). Однако у всех субъектов ME / CFS, которым вводили терапию, наблюдалась иммунопатология и ассоциированное усиление воспалительных симптомов, которое длилось в течение многих лет. Как правило, пациенты, получавшие лечение на ранних стадиях заболевания, испытывали меньшую иммунопатологию, что подчеркивало необходимость использования иммуностимулирующих методов лечения для прогнозирования и даже профилактики.

В то время как некоторые врачи ME / CFS могут беспокоиться о страданиях, вызванных иммунопатологией, другие исследовательские сообщества привыкли к методам лечения, вызывающим временный дискомфорт. Новые методы иммунотерапии рака также вызывают иммунопатологию за счет активации Т-клеток пациента. Это позволяет иммунной системе лучше воздействовать на злокачественные опухоли ( 194 , 201 ). Возникающий в результате «синдром высвобождения цитокинов» приводит к глубокому временному усилению симптомов. Однако такое усиление симптомов считается приемлемым, поскольку пациенты, которые переносят реакцию, с большей вероятностью войдут в состояние ремиссии. Поскольку многие формы рака связаны с тяжелым дисбиозом микробиома, по крайней мере, часть «синдрома высвобождения цитокинов» может быть результатом гибели устойчивых патогенов.

Обсуждение

История ME / CFS убедительно свидетельствует о том, что инфекционные агенты играют центральную роль в развитии процесса болезни. Однако открытие микробиома человека произвело революцию в понимании и изучении персистирующей инфекции и хронического воспаления. Люди обладают обширными микробиомными сообществами бактерий, вирусов и грибков почти во всех тканях и крови. Сотни миллионов уникальных генов, содержащихся в этом микробиоме, затмевают ~ 20 500 генов в геноме человека. Людей лучше всего описать как холобионтов, у которых эти микробные геномы и геном человека постоянно взаимодействуют, регулируя экспрессию генов хозяина, метаболизм и иммунитет.

Многие воспалительные болезненные состояния, включая неврологические состояния и рак, связаны с дисбактериозом или дисбалансом сообществ микробиома человека в различных частях тела. В то время как дисбактериоз кишечного микробиома уже был идентифицирован при ME / CFS, отдельные микробные и вирусные сообщества могут дополнительно сохраняться в крови ME / CFS и ткани мозга. Возможная идентификация этих микробиомов должна быть приоритетом для исследовательского сообщества ME / CFS, но анализ требует использования очень специфических технологий и методологий.

Патогены и связанные с ними белки / метаболиты контролируют метаболизм человека и экспрессию генов таким образом, что может подтолкнуть холобионта человека к состоянию болезни. Исследования дисбактериоза микробиома при ME / CFS должны учитывать этот микроб и вирусную активность. Большинство человеческих микробов могут изменять экспрессию своих генов, чтобы действовать как патогены в условиях дисбаланса и иммуносупрессии. Это поведение патобионта дополнительно определяется активностью и вирулентностью соседних микробов. Пациенты с ME / CFS могут содержать многие из тех же микробов и вирусов, что и здоровые люди, но эти патобионты могут действовать с повышенной вирулентностью у пациентов с этим заболеванием.

Было показано, что внутриклеточные патогены, в том числе некоторые связанные с ME / CFS, напрямую вмешиваются в процессы транскрипции, трансляции и репарации ДНК человека. Молекулярная мимикрия белков / метаболитов хозяина и патогена еще больше усугубляет это вмешательство. Взаимодействующие микробы также могут вызывать болезни, изменяя экспрессию их коллективных генов. Другие патогены отключают митохондрии или могут инфицировать ткань центральной нервной системы, нарушая регуляцию передачи сигналов через ось кишечник-мозг. Антитела и / или клональные Т-клетки, идентифицированные у пациентов с ME / CFS, вероятно, активируются в ответ на многие из этих устойчивых патогенов микробиома.

Различные патогены развили аналогичные механизмы выживания, чтобы отключить иммунный ответ хозяина и / или метаболические пути хозяина. Метаболическая дисфункция, вызванная этими разными микробами, может приводить к сходным группам воспалительных симптомов. ME / CFS может быть вызвано этой патоген-индуцированной дисфункцией, при этом природа дисбактериоза и проявления симптомов зависят от уникального инфекционного анамнеза пациента и окружающей среды. Первоначальная инфекция или воздействие окружающей среды ослабляют иммунную систему хозяина. Это облегчает патобионтам подрыв иммунного ответа и вмешательство в экспрессию генов хозяина и метаболизм. Начинается эффект снежного кома, при котором микробиом становится все более дисбиотическим, поскольку сила иммунного ответа со временем ослабевает. Ожидается, что уникальные симптомы, которые развиваются у любого пациента с ME / CFS, будут варьироваться в зависимости от местоположения, вида, штамма и вирулентности патогенов, вызывающих этот дисбактериоз. Таким образом, хотя определенные доминантные или ключевые патогены могут быть идентифицированы при ME / CFS, следует ожидать, что состав микробиома, метаболома и протеома ME / CFS будет несколько отличаться у отдельных пациентов.

Эти общие механизмы предполагают, что ME / CFS лучше всего изучать вместе с другими хроническими состояниями, связанными с дисбиозом микробиома, стойкой инфекцией и неблагоприятным воздействием окружающей среды. К ним относятся фибромиалгия и синдром войны в Персидском заливе, а также состояния, подобные синдрому после Эболы, при котором тяжелые хронические симптомы развиваются после заражения «острым» инфекционным агентом, который может сохраняться в латентных формах.

Лечение, которое поддерживает или активирует иммунную систему человека, может позволить пациентам с ME / CFS улучшить здоровье микробиома за счет лучшего нацеливания на патогены с течением времени. Ожидается, что, как и новые иммунотерапевтические методы лечения рака, эти иммуностимулирующие методы лечения вызовут временную иммунопатологию. Институциональные обозреватели, которые не решаются одобрить терапию на основе иммунопатологии, должны учитывать, что качество жизни ME / CFS обычно очень низкое, и пациенты демонстрируют существенное увеличение смертности от суицида ( 202 ).

Пациентам часто требуется годы, чтобы получить диагноз ME / CFS. Эта задержка тратит ценный период, в течение которого иммунная система наиболее чувствительна к иммуностимулирующему лечению. Пациенты, получающие лечение на более ранней стадии заболевания, также с меньшей вероятностью будут иметь тяжелую или длительную иммунопатологию. Это говорит о том, что иммуностимулирующую терапию следует назначать прогностическим и даже профилактическим образом. Кроме того, вмешательства или методы лечения, которые могут помочь пациентам лучше управлять побочными продуктами иммунопатологии (бактериальный ЛПС и т. Д.), Должны стать приоритетом для исследовательского сообщества.

Общий успех исследований ME / CFS также зависит от готовности научного сообщества принять концепцию человеческого холобионта. При ME / CFS иммунный ответ, метаболизм, центральная нервная система и экспрессия генов человека связаны с активностью микробиома и связанных с ним белков / метаболитов. Необходимо уделять больше внимания этим взаимосвязанным системам, что потребует более тесного сотрудничества между отдельными исследовательскими группами.

Show More

Добавить комментарий

Back to top button
%d такие блоггеры, как: