Микробиота кишечника у детей, больных бронхиальной астмой

Введение. Микробиота кишечника является одним из важнейших факторов, определяющих состояние здоровья человека, в том числе оказывает влияние на иммунологические механизмы развития аллергических болезней в детском возрасте. Роль микробиоты кишечника и оси «кишечник – легкие» в развитии и течении бронхиальной астмы (БА) является актуальной областью исследований.

Цель – провести анализ таксономического состава кишечной микробиоты у детей с БА с использованием метода секвенирования 16S pРНК.

Материалы и методы. В исследование включены пациенты, страдающие БА (n = 50, средний возраст 10,34 ± 2,99) и группа условно здоровых детей (n = 49, средний возраст 10,3 ± 2,8). Для всех участников выполнен сбор анамнеза и физикальное обследование, сбор образцов стула. Пациентам с БА проводилась оценка уровня общего и специфического иммуноглобулина (Ig) Е и спирометрия (измерение объема форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ₁)). Определение состава микробиоты выполнено с помощью секвенирования гена 16S рPНК с последующим биоинформатическим и статистическим анализом.

Результаты. Установлены значимые различия в составе микробиоты кишечника (бета-разнообразие) и снижение таксономического богатства (альфа-разнообразия) у пациентов с БА в сравнении с детьми без БА. У пациентов с БА увеличена представленность бактерий родов Bacteroides, Parabacteroides, Lachnospira, Roseburia, Akkermansia, Anaerostipes, Sutterella, Odoribacter, Phascolarctobacterium, Butyricimonas, а также неклассифицированные бактерии семейств Rikenellaceae. Кишечная микробиота детей, не страдающих БА, характеризовалась более высоким содержанием бактерий родов Blautia, Bifidobacterium, Dorea, Ruminococcus, Streptococcus, Eubacterium, Acinetobacter, Collinsella, Lactococcus, Catenibacterium и неклассифицированные бактерии семейств Clostridiaceae, Coriobacteriaceae. Выявлены значимые отличия в количественной представленности бактерий в зависимости от вида сенсибилизации, уровня общего иммуноглобулина IgE и значения ОФВ₁ .

Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о различиях состава микробиоты кишечника детей, страдающих БА, и условно здоровых детей.

1. Levy M.L., Bacharier L.B., Bateman E., Boulet L.-P., Brightling C., Buhl R. et al. Key recommendations for primary care from the 2022 Global Initiative for Asthma (GINA) update. NPJ Prim. Care Respir. Med. 2023;33(7). DOI: 10.1038/s41533-023-00330-1.

2. Dharmage S.C., Perret J.L., Custovic A. Epidemiology of asthma in children and adults. Front. Pediatr. 2019;246(7). DOI: 10.3389/fped.2019.00246.

3. Zhu Z., Camargo C.A., Raita Y., Freishtat R.J., Fujiogi M., Hahn A. et al. Nasopharyngeal airway dual-transcriptome of infants with severe bronchiolitis and risk of childhood asthma: A multicenter prospective study. J. Allergy Clin. Immunol. 2022;150(4):806–816. DOI: 10.1016/j.jaci.2022.04.017.

4. Thorsen J., Rasmussen M.A., Waage J., Mortensen M., Brejnrod A., Bonnelykke K. et al. Infant airway microbiota and topical immune perturbations in the origins of childhood asthma. Nat. Commun. 2019;10(1):5001. DOI: 10.1038/s41467-01912989-7.

5. Toivonen L., Karppinen S., Schuez-Havupalo L., Waris M., He Q., Hoffman K.L. et al. Longitudinal changes in early nasal microbiota and the risk of childhood asthma. Pediatrics. 2020;146(4). DOI: 10.1542/peds.2020-0421.

6. Marsland B.J., Trompette A., Gollwitzer E.S. The gut-lung axis in respiratory disease. Ann. Am. Thorac. Soc. 2015;12(2):150– 156. DOI: 10.1513/AnnalsATS.201503-133AW.

7. Budden K.F., Gellatly S.L., Wood D.L., Cooper M.A., Morrison M., Hugenholtz P. et al. Emerging pathogenic links between microbiota and the gut-lung axis. Nat. Rev. Microbiol. 2017;15(1):55–63. DOI: 10.1038/nrmicro.2016.142.

8. Ashique S., De Rubis G., Sirohi E., Mishra N., Rihan M., Garg A. et al. Short chain fatty acids: fundamental mediators of the gut-lung axis and their involvement in pulmonary diseases. Chem. Biol. Interact. 2022;368:110231. DOI: 10.1016/j.cbi.2022.110231.

9. Arrieta M.C., Stiemsma L.T., Dimitriu P.A., Thorson L., Russell S., Yurist-Doutsch S. et al. Early infancy microbial and metabolic alterations affect risk of childhood asthma. Sci. Transl. Med. 2015;7(307):307ra152. DOI: 10.1126/scitranslmed.aab2271.

10. Abrahamsson T.R., Jakobsson H.E., Andersson A.F., Björkstén B., Engstrand L., Jenmalm M.C. Low gut microbiota diversity in early infancy precedes asthma at school age. Clin. Exp. Allergy. 2014;44(6):842–850. DOI: 10.1111/cea.12253.

11. Stokholm J., Blaser M.J., Thorsen J., Rasmussen M.A., Waage J., Vinding R.K. et al. Maturation of the gut microbiome and risk of asthma in childhood. Nat. Commun. 2018;9(1):141. DOI: 10.1038/s41467-017-02573-2.

12. Зольникова О.Ю., Поцхверашвили Н.Д., Кудрявцева А.В., Краснов Г.С., Гуватова З.Г., Трухманов А.С. и др. Изменение кишечного микробиома при бронхиальной астме. Терапевтический архив. 2020;92(3):56–60. DOI: 10. 26442/00403660.2020.03.000554.

13. Федосенко С.В., Огородова Л.М., Попенко А.С., Петров В.А., Тяхт А.В., Салтыкова И.В. и др. Особенности орофарингеальной микробиоты у больных бронхиальной астмой в зависимости от тяжести заболевания и уровня контроля. Российский аллергологический журнал. 2015;2:29–36.

14. Sokolova T.S., Petrov V.A., Saltykova I.V., Dorofeeva Y.B., Tyakht A.V., Ogorodova L.M. et al. The impact of Opisthorchis felineus infection and praziquantel treatment on the intestinal microbiota in children. Acta Trop. 2021;217:105835. DOI: 10.1016/j.actatropica.2021.105835.

15. Efimova D., Tyakht A., Popenko A., Vasilyev A., Altukhov I., Dovidchenko N. et al. Knomics-biota – a system for exploratory analysis of human gut microbiota data. BioData Min. 2018;6(11). DOI: 10.1186/s13040-018-0187-3

16. Caporaso J.G., Kuczynski J., Stombaugh J., Bittinger K., Bushman F.D., Costello E.K. et al. QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data. Nat. Methods. 2010;7(5):335–336. DOI: 10.1038/nmeth.f.303.

17. Odintsova V.E., Klimenko N.S., Tyakht A.V. Approximation of a microbiome composition shift by a change in a single balance between two groups of taxa. Msystems. 2022;7(3):e00155-22. DOI: 10.1128/msystems.00155-22.

18. Anderson M.J. A new method for non-parametric multivariate analysis of variance. Austral. Ecology. 2001;26(1): 32–46. DOI: 10.1111/j.1442-9993.2001.01070.

19. Chen C.C., Chen K.J., Kong M.S., Chang H.J., Huang J.L. Alterations in the gut microbiotas of children with food sensitization in early life. Pediatr. Allergy Immunol. 2016;27(3):254– 262. DOI: 10.1111/pai.12522.

20. Hsieh C.S., Rengarajan S., Kau A., Tarazona-Meza C., Nicholson A., Checkley W. et al. Altered IgA response to gut bacteria is associated with childhood asthma in Peru. J. Immunol. 2021;207(2):398–407. DOI: 10.4049/jimmunol.2001296.

21. Hou K., Wu Z.X., Chen X.Y., Wang J.Q., Zhang D., Xiao C. et al. Microbiota in health and diseases. Signal Transduct. Target Ther. 2022;7(1):135. DOI: 10.1038/s41392-022-00974-4.

22. Price C.E., Valls R.A., Ramsey A.R., Loeven N.A., Jones J.T., Barrack K.E. et al. Intestinal Bacteroides modulates inflammation, systemic cytokines, and microbial ecology via propionate in a mouse model of cystic fibrosis. mBio. 2024;15(2):e0314423. DOI: 10.1128/mbio.03144-23.

23. Cheng Z.X., Wu Y.X., Jie Z.J., Li X.J., Zhang J. Genetic evidence on the causality between gut microbiota and various asthma phenotypes: a two-sample Mendelian randomization study. Front. Cell Infect. Microbiol. 2024;13:1270067. DOI: 10.3389/fcimb.2023.1270067.

24. Melli L.C., do Carmo-Rodrigues M.S., Araújo-Filho H.B., Solé D., de Morais M.B. Intestinal microbiota and allergic diseases: A systematic review. Allergol. Immunopathol. (Madr.). 2016;44(2):177–188. DOI: 10.1016/j.aller.2015.01.013.

25. Jeong J., Lee H.K. The role of CD4+ T cells and microbiota in the pathogenesis of asthma. Int. J. Mol. Sci. 2021;22(21):11822. DOI: 10.3390/ijms222111822.

26. Chun Y., Do A., Grishina G., Arditi Z., Ribeiro V., Grishin A. et al. The nasal microbiome, nasal transcriptome, and pet sensitization. J. Allergy Clin. Immunol. 2021;148(1):244–249.e4. DOI: 10.1016/j.jaci.2021.01.031.

27. Новикова В.П., Листопадова А.П., Косенкова Т.В., Павлова С.Е., Демченкова О.А. Кишечная микробиота у детей с бронхиальной астмой. Профилактическая и клиническая медицина. 2017;4(65):30–34.