Роль микробиома в развитии синдрома системного воспалительного ответа и сепсиса (научный обзор)
- Авторы: Хомякова Т.И.1, Хомяков Ю.Н.1, Макарова О.В.1
-
Учреждения:
- Научно-исследовательский институт морфологии человека имени академика А.П. Авцына
- Выпуск: Том 28, № 3 (2023)
- Страницы: 167-182
- Раздел: НАУЧНЫЕ ОБЗОРЫ
- URL: https://bakhtiniada.ru/1560-9529/article/view/131267
- DOI: https://doi.org/10.17816/EID451025
- ID: 131267
Цитировать
Аннотация
Сепсис ― опасная для жизни органная дисфункция, вызванная нарушенной реакцией организма на инфекцию. Развитию сепсиса предшествует синдром системного воспалительного ответа, который представляет собой общую воспалительную реакцию организма в ответ на тяжёлое поражение. Роль условно-патогенных микроорганизмов в развитии синдрома системного воспалительного ответа и сепсиса может считаться доказанной, однако значение микробиома кишки остаётся недооценённой.
Для исследования роли микробиома в развитии сепсиса широко применяют экспериментальные модели. Методы, используемые для создания моделей сепсиса путём нарушения барьерной функции кишечника хозяина, включают перевязку/пункцию слепой кишки, установку стента восходящей кишки и внутрибрюшинную инъекцию фекалий. Токсемию воспроизводят путём инъекций липополисахаридов, пептидогликанов, липотейхоевой кислоты, ДНК CpG, зимозана и синтетических липопептидов.
В обзоре проведена систематизация данных, касающихся роли компонентов клеточной стенки или мембран грамположительных и грамотрицательных бактерий ― представителей кишечного микробиома в патогенезе синдрома системного воспалительного ответа и сепсиса.
Ключевые слова
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Татьяна Ивановна Хомякова
Научно-исследовательский институт морфологии человека имени академика А.П. Авцына
Автор, ответственный за переписку.
Email: tatkhom@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3451-1952
канд. мед. наук
Россия, 117418, Москва, ул. Цюрупы, д. 3Юрий Николаевич Хомяков
Научно-исследовательский институт морфологии человека имени академика А.П. Авцына
Email: khomyakovyuri@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0540-252X
Scopus Author ID: 6602074139
ResearcherId: ACY-0748-2022
канд. мед. наук, д-р биол. наук
Россия, 117418, Москва, ул. Цюрупы, д. 3Ольга Васильевна Макарова
Научно-исследовательский институт морфологии человека имени академика А.П. Авцына
Email: makarov.olga2013@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8581-107X
д-р мед. наук, профессор
Россия, 117418, Москва, ул. Цюрупы, д. 3Список литературы
- Fleischmann C., Scherag A., Adhikari N.K., et al. International forum of acute care trialists. Assessment of global incidence and mortality of hospital-treated sepsis. Current estimates and limitations // Am J Respir Crit Care Med. 2016. Vol. 193, N 3. Р. 259–272. doi: 10.1164/rccm.201504-0781OC
- Dugani S., Veillard J., Kissoon N. Reducing the global burden of sepsis // CMAJ. 2017. Vol. 189, N 1. Р. E2–E3. doi: 10.1503/cmaj.160798
- Рыбакова М.Г. Сепсис: от синдрома системной воспалительной реакции до органной дисфункции // Архив патологии. 2021. Т. 83, № 1. C. 67–72. doi: 10.17116/patol20218301167
- Singer M., Deutschman C.S., Seymour C.W., et al. The third international consensus definitions for sepsis and septic shock (Sepsis-3) // JAMA. 2016. Vol. 315, N 8. Р. 801–810. doi: 10.1001/jama.2016.0287
- Мишнев О.Д., Гринберг Л.М., Зайратьянц О.В. Актуальные проблемы патологии сепсиса: 25 лет в поисках консенсуса // Архив патологии. 2016. Т. 78, № 6. C. 3–8. doi: 10.17116/patol20167863-8
- Ramachandran G. Gram-positive and gram-negative bacterial toxins in sepsis: A brief review // Virulence. 2014. Vol. 5, N 1. Р. 213–218. doi: 10.4161/viru.27024
- Lilley E., Armstrong R., Clark N., et al. Refinement of animal models of sepsis and septic shock // Shock. 2015. Vol. 43, N 4. Р. 304–316. doi: 10.1097/SHK.0000000000000318
- Osuchowski M.F., Ayala A., Bahrami S., et al. Minimum quality threshold in pre-clinical sepsis studies (MQTiPSS): An International Expert Consensus Initiative for Improvement of Animal Modeling in Sepsis // Intensive Care Med Exp. 2018. Vol. 6, N 1. Р. 26. doi: 10.1186/s40635-018-0189-y
- Gutsmann T., Schromm A.B., Brandenburg K. The physicochemistry of endotoxins in relation to bioactivity // Int J Med Microbiol. 2007. Vol. 297, N 5. Р. 341–352. doi: 10.1016/j.ijmm.2007.03.004
- Fink M.P. Animal models of sepsis // Virulence. 2014. Vol. 5, N 1. Р. 143–153. doi: 10.4161/viru.26083
- Vogel S.N., Moore R.N., Sipe J.D., Rosenstreich D.L. BCG-induced enhancement of endotoxin sensitivity in C3H/HeJ mice. I. In vivo studies // J Immunol. 1980. Vol. 124, N 4. Р. 2004–2009.
- Хомякова Т.И., Хомяков Ю.Н. От термина «дисбактериоз» к понятию «патобиом»: эволюция взглядов // Лечение и профилактика. 2022. Т. 12, № 4. C. 50–56.
- Годовалов А.П. Микробные ассоциации биотопов человека как фактор, определяющий возникновение полимикробных инфекций // Эпидемиология и инфекционные болезни. 2023. Т. 28, № 2. C. 110–117. doi: 10.17816/EID317442
- Martens E.C., Neumann M., Desai M.S. Interactions of commensal and pathogenic microorganisms with the intestinal mucosal barrier // Nat Rev Microbiol. 2018. Vol. 16, N 8. Р. 457–470. doi: 10.1038/s41579-018-0036-x
- Massey W., Brown J.M. The gut microbial endocrine organ in type 2 diabetes // Endocrinology. 2021. Vol. 162, N 2. Р. bqaa235. doi: 10.1210/endocr/bqaa235
- Wang L., Wang S., Zhang Q., et al. The role of the gut microbiota in health and cardiovascular diseases // Mol Biomed. 2022. Vol. 3, N 1. Р. 30. doi: 10.1186/s43556-022-00091-2
- Tilg H., Adolph T.E., Trauner M. Gut-liver axis: Pathophysiological concepts and clinical implications // Cell Metab. 2022. Vol. 34, N 11. Р. 1700–1718. doi: 10.1016/j.cmet.2022.09.017
- Белобородова Н.В. Интеграция метаболизма человека и его микробиома при критических состояниях // Общая реаниматология. 2012. Т. 8, № 4. C. 42–54. doi: 10.15360/1813-9779-2012-4-42
- Черневская Е.А., Белобородова Н.В. Микробиота кишечника при критических состояниях (обзор) // General Reanimatol. 2018. Т. 14, № 5. C. 96–119. doi: 10.15360/1813-9779-2018-5- 96-119
- Marshall J.C. Gastrointestinal flora and its alterations in critical illness // Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 1999. Vol. 2, N 5. Р. 405–411. doi: 10.1097/00075197-199909000-00009
- Zhou A., Yuan Y., Yang M., et al. Crosstalk between the gut microbiota and epithelial cells under physiological and infectious conditions // Front Cell Infect Microbiol. 2022. N 12. Р. 832672. doi: 10.3389/fcimb.2022.832672
- Chow J., Tang H., Mazmanian S.K. Pathobionts of the gastrointestinal microbiota and inflammatory disease // Curr Opin Immunol. 2011. Vol. 23, N 4. Р. 473–80. doi: 10.1016/j.coi.2011.07.010
- Ruff W.E., Greiling T.M., Kriegel M.A. Host-microbiota interactions in immune-mediated diseases // Nat Rev Microbiol. 2020. Vol. 18, N 9. Р. 521–538. doi: 10.1038/s41579-020-0367-2
- Zhao S., Lieberman T.D., Poyet M., et al. Adaptive evolution within gut microbiomes of healthy people // Cell Host Microbe. 2019. Vol. 25, N 5. Р. 656–667.e8. doi: 10.1016/j.chom.2019.03.007
- Faith J.J., Guruge J.L., Charbonneau M., et al. The long-term stability of the human gut microbiota // Science. 2013. Vol. 341, N 6141. Р. 1237439. doi: 10.1126/science.1237439
- Feliziani S., Marvig R.L, Luján A.M., et al. Coexistence and within-host evolution of diversified lineages of hypermutable Pseudomonas aeruginosa in long-term cystic fibrosis infections // PLoS Genet. 2014. Vol. 10, N 10. Р. e1004651. doi: 10.1371/journal.pgen.1004651
- Rice T.A., Bielecka A.A., Nguyen M.T., et al. Interspecies commensal interactions have nonlinear impacts on host immunity // Cell Host Microbe. 2022. Vol. 30, N 7. Р. 988–1002.e6. doi: 10.1016/j.chom.2022.05.004
- Оганян К.А., Аржанова О.Н., Зациорская С.Л., Савичева А.М. Энтерококки и их роль в перинатальной патологии // Журнал акушерство и женские болезни. 2015. № 5. C. 49–54.
- Griffith S.J., Nathan C., Selander R.K., et al. The epidemiology of Pseudomonas aeruginosa in oncology patients in a general hospital // J Infect Dis. 1989. Vol. 160, N 6. Р. 1030–1036. doi: 10.1093/infdis/160.6.1030
- Hansen F., Johansen H.K., Østergaard C., et al. Characterization of carbapenem nonsusceptible Pseudomonas aeruginosa in Denmark: A nationwide, prospective study // Microb Drug Resist. 2014. Vol. 20, N 1. Р. 22–29. doi: 10.1089/mdr.2013.0085
- Laughlin R.S., Musch M.W., Hollbrook C.J., et al. The key role of Pseudomonas aeruginosa PA-I lectin on experimental gut-derived sepsis // Ann Surg. 2000. Vol. 232, N 1. Р. 133–42. doi: 10.1097/00000658-200007000-00019
- Zhao S., Lieberman T.D., Poyet M., et al. Adaptive evolution within gut microbiomes of healthy people // Cell Host Microbe. 2019. Vol. 25, N 5. Р. 656–667.e8. doi: 10.1016/j.chom.2019.03.007
- Yelin I., Flett K.B., Merakou C., et al. Genomic and epidemiological evidence of bacterial transmission from probiotic capsule to blood in ICU patients // Nat Med. 2019. Vol. 25, N 11. Р. 1728–1732. doi: 10.1038/s41591-019-0626-9
- Zhu X.X., Zhang W.W., Wu C.H., et al. The novel role of metabolism-associated molecular patterns in sepsis // Front Cell Infect Microbiol. 2022. N 12. Р. 915099. doi: 10.3389/fcimb.2022.915099
- Dammermann W., Wollenberg L., Bentzien F., et al. Toll-like receptor 2 agonists lipoteichoic acid and peptidoglycan are able to enhance antigen specific IFNγ release in whole blood during recall antigen responses // J Immunol Methods. 2013. Vol. 396, N 1-2. Р. 107–15. doi: 10.1016/j.jim.2013.08.004
- Augusto L.A., Bourgeois-Nicolaos N., Breton A., et al. Presence of 2-hydroxymyristate on endotoxins is associated with death in neonates with Enterobacter cloacaecomplex septic shock // Science. 2021. Vol. 24, N 8. Р. 102916. doi: 10.1016/j.isci.2021.102916
- Schumann R.R., Zweigner J. A novel acute-phase marker: lipopolysaccharide binding protein (LBP) // Clin Chem Lab Med. 1999. Vol. 37, N 3. Р. 271–274. doi: 10.1515/CCLM.1999.047
- Wegscheider K., Schumann R.R. High concentrations of lipopolysaccharide-binding protein in serum of patients with severe sepsis or septic shock inhibit the lipopolysaccharide response in human monocytes // Blood. 2001. Vol. 98, N 13. Р. 3800–3808. doi: 10.1182/blood.v98.13.3800
- Звягин А.А., Демидова В.С., Смирнов Г.В. Биологические маркеры в диагностике и лечении сепсиса (обзор литературы) // Раны и раневые инфекции. Журнал имени профессора Б.М. Костючёнка. 2016.Т. 3, № 2. С. 20–23. doi: 10.17650/2408-9613-2016-3-2-19-23
- Brown S., Santa Maria J.P., Walker S. Wall teichoic acids of gram-positive bacteria // Annu Rev Microbiol. 2013. N 67. Р. 313–336. doi: 10.1146/annurev-micro-092412-155620
- Percy M.G., Gründling A. Lipoteichoic acid synthesis and function in gram-positive bacteria // Annu Rev Microbiol. 2014. N 68. Р. 81–100. doi: 10.1146/annurev-micro-091213-112949
- Wezen C.X., Chandran A., Eapen R.S., et al. Structure-based discovery of lipoteichoic acid synthase inhibitors // J Chem Inf Model. 2022. Vol. 62, N 10. Р. 2586–2599. doi: 10.1021/acs.jcim.2c00300
- Dickson K., Lehmann C. Inflammatory response to different toxins in experimental sepsis models // Int J Mol Sci. 2019. Vol. 20, N 18. Р. 4341. doi: 10.3390/ijms20184341
- Ginsburg I. Role of lipoteichoic acid in infection and inflammation // Lancet Infect Dis. 2002. Vol. 2, N 3. Р. 171–179. doi: 10.1016/s1473-3099(02)00226-8
- Richter S.G., Elli D., Kim H.K., et al. Small molecule inhibitor of lipoteichoic acid synthesis is an antibiotic for Gram-positive bacteria // Proc Natl Acad Sci USA. 2013. Vol. 110, N 9. Р. 3531–3536. doi: 10.1073/pnas.1217337110
- Schneewind O., Missiakas D. Lipoteichoic acids, phosphate-containing polymers in the envelope of gram-positive bacteria // J Bacteriology. 2014. Vol. 196, N 6. P. 1133–1142. doi: 10.1128/ JB.01155-13
- Szentirmai É., Massie A.R., Kapás L. Lipoteichoic acid, a cell wall component of Gram-positive bacteria, induces sleep and fever and suppresses feeding // Brain Behav Immun. 2021. N 92. Р. 184–192. doi: 10.1016/j.bbi.2020.12.008
- Kubicek-Sutherland J.Z., Vu D.M., Mendez H.M., et al. Detection of lipid and amphiphilic biomarkers for disease diagnostics // Biosensors (Basel). 2017. Vol. 7, N 3. Р. 25. doi: 10.3390/bios7030025
- Middelveld R.J., Alving K. Synergistic septicemic action of the gram-positive bacterial cell wall components peptidoglycan and lipoteichoic acid in the pig in vivo // Shock. 2000. Vol. 13, N 4. Р. 297–306. doi: 10.1097/00024382-200004000-00008
- Schneewind O., Missiakas D. Lipoteichoic acids, phosphate-containing polymers in the envelope of gram-positive bacteria // J Bacteriol. 2014. Vol. 196, N 6. Р. 1133–1142. doi: 10.1128/JB.01155-13
- Zhong Y., Kinio A., Saleh M. Functions of NOD-like receptors in human diseases // Front Immunol. 2013. N 4. Р. 333. doi: 10.3389/fimmu.2013.00333
- Said-Sadier N., Ojcius D.M. Alarmins, inflammasomes and immunity // Biomed J. 2012. Vol. 35, N 6. Р. 437–449. doi: 10.4103/2319-4170.104408
- Wolf A.J., Underhill D.M. Peptidoglycan recognition by the innate immune system // Nat Rev Immunol. 2018. Vol. 18, N 4. Р. 243–254. doi: 10.1038/nri.2017.136
- Wolf A.J., Reyes C.N., Liang W., et al. Hexokinase Is an innate immune receptor for the detection of bacterial peptidoglycan // Cell. 2016. Vol. 166, N 3. Р. 624–636. doi: 10.1016/j.cell.2016.05.076
- Jeong J.H., Jang S., Jung B.J., et al. Differential immune-stimulatory effects of LTAs from different lactic acid bacteria via MAPK signaling pathway in RAW 264.7 cells // Immunobiology. 2015. Vol. 220, N 4. Р. 460–466. doi: 10.1016/j.imbio.2014.11.002
- Cox K.H., Cox M.E., Woo-Rasberry V., Hasty D.L. Pathways involved in the synergistic activation of macrophages by lipoteichoic acid and hemoglobin // PLoS One. 2012. Vol. 7, N 10. Р. e47333. doi: 10.1371/journal.pone.0047333
- Kim H.G., Kim N.R., Gim M.G., et al. Lipoteichoic acid isolated from Lactobacillus plantarum inhibits lipopolysaccharide-induced TNF- production in THP-1 cells and endotoxin shock in mice // J Immunol. 2008. Vol. 180, N 4. Р. 2553–2561. doi: 10.4049/jimmunol.180.4.2553
- Yipp B.G., Andonegui G., Howlett C.J. Profound differences in leukocyte-endothelial cell responses to lipopolysaccharide versuslipoteichoic acid // J Immunol. 2002. Vol. 168, N 9. Р. 4650–4658. doi: 10.4049/jimmunol.168.9.4650
- Sharma P., Dube D., Sinha M., et al. Structural insights into the dual strategy of recognition by peptidoglycan recognition protein, PGRP-S: Structure of the ternary complex of PGRP-S with lipopolysaccharide and stearic acid // PLoS One. 2013. Vol. 8, N 1. Р. e53756. doi: 10.1371/journal.pone.0053756
- Van Langevelde P., van Dissel J.T., Ravensbergen E., et al. Antibiotic-induced release of lipoteichoic acid and peptidoglycan from staphylococcus aureus: Quantitative measurements and biological reactivities // Agents Chemother. 1998. Vol. 42, N 12. Р. 3073–3078. doi: 10.1128/AAC.42.12.3073
- Imai J., Kitamoto S., Sugihara K., et al. Flagellin-mediated activation of IL-33-ST2 signaling by a pathobiont promotes intestinal fibrosis // Mucosal Immunol. 2019. Vol. 12, N 3. Р. 632–643. doi: 10.1038/s41385-019-0138-4
- Naseer N., Egan M.S., Ruiz V.M., et al. Human NAIP/NLRC4 and NLRP3 inflammasomes detect Salmonella type III secretion system activities to restrict intracellular bacterial replication // PLoS Pathog. 2022. Vol. 18, N 1. Р. e1009718. doi: 10.1371/journal.ppat.1009718
- Xue Y., Tuipulotu E.D., Tan W.H., et al. Emerging activators and regulators of inflammasomes and pyroptosis // Trends Immunol. 2019. Vol. 40, N 11. Р. 1035–1052. doi: 10.1016/j.it.2019.09.005
- Grimaldi E., Donnarumma G., Perfetto B., et al. Proinflammatory signal transduction pathway induced by Shigella flexneri porins in caco-2 cells // Braz J Microbiol. 2009. Vol. 40, N 3. Р. 701–713. doi: 10.1590/S1517-838220090003000036
- Mukhopadhaya A., Mahalanabis D., Chakrabarti M.K. Role of Shigella flexneri 2a 34 kDa outer membrane protein in induction of protective immune response // Vaccine. 2006. Vol. 24, N 33-34. Р. 6028–6036. doi: 10.1016/j.vaccine.2006.03.026
- Sugimoto N., Leu H., Inoue N., et al. The critical role of lipopolysaccharide in the upregulation of aquaporin 4 in glial cells treated with Shiga toxin // J Biomed Sci. 2015. Vol. 22, N 1. Р. 78. doi: 10.1186/s12929-015-0184-5
- Keskinidou C., Lotsios N.S., Vassiliou A.G., et al. The interplay between aquaporin-1 and the hypoxia-inducible factor 1α in a lipopolysaccharide-induced lung injury model in human pulmonary microvascular endothelial cells // Int J Mol Sci. 2022. Vol. 23, N 18. Р. 10588. doi: 10.3390/ijms231810588
- Zhu Y., Wang Y., Teng W., et al. Role of Aquaporin-3 in intestinal injury induced by sepsis // Biol Pharm Bull. 2019. Vol. 42, N 10. Р. 1641–1650. doi: 10.1248/bpb.b19-00073
- Takeuchi O., Kawai T., Mühlradt P.F., et al. Discrimination of bacterial lipoproteins by Toll-like receptor 6 // Int Immunol. 2001. Vol. 13, N 7. Р. 933–940. doi: 10.1093/intimm/13.7.933
- Fang H., Wang Y., Deng J., et al. Sepsis-Induced gut dysbiosis mediates the susceptibility to sepsis-associated encephalopathy in mice // Systems. 2022. Vol. 7, N 3. Р. e0139921. doi: 10.1128/msystems.01399-21
- Wang L., Lin F., Ren M., et al. The PICK1/TLR4 complex on microglia is involved in the regulation of LPS-induced sepsis-associated encephalopathy // Int Immunopharmacol. 2021. N 100.Р. 108116. doi: 10.1016/j.intimp.2021.108116
- Johannes H.M., Abraham P.R., van Barreveld E., et al. Distribution and kinetics of lipoprotein-bound lipoteichoic acid // Infect Immun. 2003. Vol. 71, N 6. P. 3280–3284. doi: 10.1128/IAI.71.6.3280-3284.2003
- Levine D.M., Parker T.S., Donnelly T.M., et al. In vivo protection against endotoxin by plasma high density lipoprotein // Proc Natl Acad Sci USA. 1993. Vol. 90, N 24. Р. 12040–12044. doi: 10.1073/pnas.90.24.12040
- Vreugdenhil A.C., Snoek A.M., van Veer C., et al. LPS-binding protein circulates in association with apoB-containing lipoproteins and enhances endotoxin-LDL/VLDL interaction // J Clin Invest. 2001. Vol. 107, N 2. Р. 225–234. doi: 10.1172/JCI10832
- Leung A.K., Genga K.R., Topchiy E., et al. Reduced Proprotein convertase subtilisin/kexin 9 (PCSK9) function increases lipoteichoic acid clearance and improves outcomes in Gram positive septic shock patients // Sci Rep. 2019. Vol. 9, N 1. Р. 10588. doi: 10.1038/s41598-019-46745-0
- Ursell L.K., Metcalf J.L., Parfrey L.W., Knight R. Defining the human microbiome // Nutr Rev. 2012. Vol. 70, Suppl. 1. Р. S38–S44. doi: 10.1111/j.1753-4887.2012.00493.x
Дополнительные файлы
