Roztroušená skleróza mozkomíšní, úloha střevní mikrobio­ty v poškozujícím zánětu

Souhrn

Většina tělních oddílů, především trávicí trakt, kůže, dýchací, rozmnožovací a močová soustava, je za normálních okolností osídlena složitými mikrobiálními společenstvími, která označujeme jako mikrobio­ta. Nejvíce informací máme o mikrobio­tě osídlující trávicí trubici. Osídlovací vzory v trávicí trubici získáváme v časném období života, především kojeneckém, a udržujeme si je za normálních podmínek po zbytek života. Fyziologická střevní mikrobio­ta určuje individuální charakteristiky slizniční a systémové imunity. Narušení střevní mikrobio­ty vede k tzv. dysbióze s rozsáhlými negativními dopady na fyziologii člověka. Nově jsou prokazovány zásadní souvislosti mezi střevní mikrobio­tou a CNS. Zatímco normální osídlovací vzory podporují optimální vývoj mozkových struktur, zajišťují pro ně z části energii a působí homeostaticky na zánětlivé procesy, dysbióza má za následek abnormální polarizaci T lymfocytárních subsetů. Výsledkem je rozvoj a postup poškozujícího zánětu, který může být součástí patofyziologických procesů vedoucích k RS. Střevní mikrobio­ta může být pozitivně ovlivněna prostřednictvím stravy bohaté na prebio­tické oligosacharidy, probio­tika a postbio­tika. Touto cestou lze ovlivnit poškozující zánět u nemocných s RS, jak je prokázáno na zvířecích modelech. Výsledky klinických pokusů, které mají ověřit význam transplantace fekální mikrobio­ty u nemocných s RS, lze očekávat v blízké budoucnosti.

Práce byla podpořena projektem Progres LF UK Hradec Králové Q40/ 10.

Klíčová slova:

komunikace – roztroušená skleróza – střevní mikrobiota – poškozující zánět – modulace

Úvod

V posledních zhruba 5– 7 letech jsme svědky mimořádného zájmu o studium mikrobio­ty u člověka. Označení mikrobio­ta používáme na místo původního termínu přirozená mikroflóra. Termín mikrobio­ta je komplexnější a lépe vystihuje podstatu tohoto pojmu. Počet studií, které se zabývají mikrobiálním osídlením různých tělních kompartmentů ve zdraví i v nemoci, rychle přibývá. Bez nadsázky lze říci, že to je v současné době jedna z nejaktivnějších oblastí výzkumu v celé bio­medicíně [1].

Zájem o studium přirozeného mikrobiálního osídlení vychází z několika příčin. Jistě velmi podstatné jsou rozvoj, rozšíření a zlevnění nových molekulárně bio­logických technik, které přinášejí zcela nový vhled do této problematiky, pokud je porovnáme s klasickými kultivačními přístupy. Obrovské množství dat, která jsou molekulárně bio­logickými analýzami získávána, vyžaduje pro vyhodnocení využití pokročilých postupů bio­informatiky. Jenom tak lze získaná data alespoň z části smysluplně interpretovat [2].

Důvodů, proč v současnosti prožíváme tak zásadní zájem o studium přirozeného osídlení člověka ve zdraví i nemoci, je jistě ještě mnoho. Podtrhneme především skutečnost, že pro mnohé patofyziologické procesy jsme neměli až dosud dostatečné vysvětlení. Šlo především o poznání zánětlivé reakce, která je základem obran­ného i poškozujícího zánětu a je významně určována individuálními charakteristikami každého člověka. Zde nám chyběly informace, proč ve zdánlivě stejných situacích je zánětlivá reakce u jednotlivých lidí odlišná. Postupně získáváme informace o zásadní úloze fyziologického osídlení člověka na jeho individuální imunitní reaktivitu. Zatím lze konstatovat, že nejvíce poznatků v tomto ohledu máme o přirozeném osídlení trávicí trubice a její ontogenetické dynamice, která je zásadně určena kojením mateřským mlékem. Jsou k dispozici doklady, že kojení, pravděpodobně cestou modulace střevní mikrobio­ty, se podílí na ontogenetickém programování jedince a chrání před rozvojem procesů, které mohou ústit až v rozvoj imunopatologických onemocnění [3]. Informace o úloze mikrobio­ty v jiných tělních oddílech jsou v porovnání s trávicím traktem velmi omezené. Je doloženo, že abnormity v kvalitativním i kvantitativním složení střevní mikrobio­ty jsou příčinou abnormálních funkcí střevní sliznice ve smyslu snížení bariérových funkcí a obrany vůči patogen­ním mikroorganizmům celkově. Jsou odpovědny za zesílenou prostupnost střevní sliznice, která umožní prostup potenciálně prozánětlivých působků do systémové cirkulace. Tyto prozánětlivé působky, a v ně­kte­rých případech i celé mikroorganizmy, ovlivňují různé cílové orgány vč. CNS. Vedou k povšechnému prozánětlivému nastavení jedince se všemi negativními důsledky metabolickými, imunitními a zánětlivými. Studiem zvířecích modelů ně­kte­rých onemocnění, vč. neurologických a psychiatrických nemocí, je prokazováno, že střevní mikrobio­ta je v příčin­né souvislosti s těmito chorobnými stavy. Ovlivněním střevní mikrobio­ty výživou lze pozitivně zasáhnout do ně­kte­rých patologií [4].

Je pochopitelné, že pro člověka je zatím hledání kauzálních souvislostí mikrobiálního osídlení a určitých patologických stavů velmi problematické. Zatím jsme na úrovni popisných studií, které ukazují na abnormity v kvalitativním i kvantitativním složení střevní mikrobio­ty při porovnání zdravých lidí a nemocných, např. s RS mozkomíšní, s některými neuropsychiatrickými onemocněními, autizmem, a dokonce i s onemocněním, jakým je náhlá CMP. Smyslem studia mikrobiálního osídlení ve vztahu k různým onemocněním je optimálně nalézt abnormity v mikrobiálním osídlení, zatím především střeva, které by predikovaly rozvoj dané patologie [5]. Zde by bylo žádoucí vhodným zásahem vedoucím k normalizaci mikrobio­ty u daného člověka zvrátit patogenetické procesy. U osob s projevy neurologických onemocnění se hledají cesty, jak ovlivnit narušenou mikrobio­tu s cílem pozitivně zasáhnout do vývoje nemoci. Je nepochybné, že tyto cíle nebude jednoduché splnit. S ohledem na mimořádnou komplexnost interakcí mezi člověkem, přirozenou mikrobio­tou a mikrobiálním světem, který nás obklopuje, bude ještě zapotřebí mnoho kvalitních a dobře konstruovaných studií, které by však ve výsledku měly být pro lidstvo prospěšné. Lze totiž konstatovat, že kontakt s mikrobiálním světem je pro lidstvo evolučně zásadně významný. Ztráta, omezení nebo modifikace vztahů mezi člověkem a mikrobiálním světem na individuální i populační úrovni jsou nepochybně z evolučního pohledu pro člověka škodlivé. Díky pokroku medicíny, především cestou aktivní imunizace a antibakteriální léčby, jsme podstatně omezili selekční tlak patogen­ních mikroorganizmů na lidstvo, což je nepochybně příznivé a pozitivní. Bohužel cenou za to jsou již zmíněné ztráty přirozeného kontaktu s mikrobiálním světem, které mohou být, podle současného názoru, příčinou vzrůstající incidence a prevalence celé řady nemocí, především imunopatologických, ale i tzv. civilizačních, které na první pohled s mikrobiálním světem vůbec nesouvisejí [6].

Mikrobio­ta – základní pojmy

Obrazně řečeno, člověk není na život „sám“. Je jasně prokázáno, že v genomu člověka se nacházejí sekvence, které vykazují homologii s virovou nebo bakteriální genetickou informací. Ně­kte­ré z nich mají zásadní význam pro životní funkce člověka. Příkladem by mohla být sekvence zajišťující procesy genového přeskupení, které jsou nezbytnou podmínkou vzniku receptorů pro antigen na T lymfocytech a antigen na B lymfocytech a v důsledku podmiňují diferenciaci T a B lymfocytů. Obecně přijatou hypotézou je mikrobiální původ mitochondrií přítomných ve velkém počtu v cytoplazmě všech buněk člověka. Jejich počet je extrémně vysoký v neuronech a v dalších buněčných strukturách CNS. Mitochondrie jsou organelou, ve které probíhají procesy oxidativní fosforylace, která je nej­efektivnějším způsobem získávání energie. Mitochondrie jsou původem primitivní bakterie řazené do říše Archea. Člověk je trvale, podle nejnovějších názorů, již v průběhu nitroděložního vývoje, exponován působením přirozené mikrobio­ty [7]. Působí na něj také environmentální mikrobiální podněty, které v drtivé většině zahrnují účinky nepatogen­ních mikroorganizmů. Svoji roli nepochybně sehrává i působení patogen­ních mikroorganizmů. Působení mikrobiálních podnětů je mimořádně komplexní a dynamické. Podle současného názoru je genetický aparát člověka, který zahrnuje cca 22 000 funkčních genů, malý na to, aby zajistil fungování tak komplexní entity, jakou je jedinec Homo sapiens. Máme za to, že „chybějící“ geny člověka jsou doplněny geny mikrobio­ty. Hovoříme o tzv. hypotéze „hologenomu“.

Mikrobio­ta je vysoce strukturované společenství všech mikroorganizmů, které osídlují daný habitat (niku). Jak již bylo řečeno, klasické kultivační postupy jsou schopny identifikovat pouze nepatrnou část mikrobio­ty jednotlivých habitatů. Analýza mikrobio­ty je v současnosti postavena na identifikaci specifických sekvencí 16S (18S) ribozomální ribonukleové kyseliny bakterií a specifických sekvencí hub molekulárně bio­logickými metodami. Bohužel zvlášť v českém písemnictví, ale je to poměrně běžná situace i v anglicky psané odborné literatuře, je nejednotnost v užívání termínu „mikrobio­m“. Podle převažujícího názoru je mikrobio­m definován jako suma genů všech prvků dané mikrobio­ty. Neměli bychom zaměňovat termín mikrobio­m s termínem mikrobio­ta. Stále častěji se setkáváme s dalšími úrovněmi studia mikrobio­ty, které vychází z funkčního pohledu na ni [8].

Přirozená mikrobio­ta člověka – členění

Přirozená mikrobio­ta člověka osídluje vnější i vnitřní povrchy těla. Je možné ji nalézt ve většině tělních kompartmentů. Mikrobiální osídlení je zcela individuální a vychází z genetické dispozice každého jedince. Je zásadně určeno životními podmínkami, jak v pozitivním, tak negativním smyslu. Vykazuje ontogenetickou proměnlivost, která odpovídá potřebám člověka v daném stupni ontogenetického vývoje. Je samozřejmé, že jednotlivé kompartmenty se ve složení přirozeného mikrobiálního osídlení podstatně odlišují. Můžeme s jistými omezeními tvrdit, že pro jednotlivé kompartmenty je za normálních okolností, tj. „zdraví“, typická druhová pestrost. Ztráta druhové pestrosti, tzv. dysbióza, je typická pro patologické procesy. U člověka je takřka nemožné zjistit, zda dysbióza je příčinou nebo následkem patologického stavu. Přirozená mikrobio­ta, především trávicí trubice, je podstatně ovlivněna složením stravy. Výrazně odráží také rozmanité léčebné zásahy, nejenom antibio­tiky.

Nejvíce informací je o bakteriální složce přirozené mikrobio­ty jednotlivých tělních oddílů. Hovoříme o bakteriomu. Neměli bychom však zapomenout, že ve většině habitatů jsou součástí mikrobio­ty také archebakterie (archeom), viry (virom), bakteriofágy (bakteriofagom), kvasinky a jiné houby (mykobio­m) a v našich podmínkách vzácně též parazité (parazitom). Nejvíce informací je však k dispozici o bakteriomu. Připomínáme, že říše Bacteria je svým složením obrovská. Dále se člení na 50 kmenů (phyl­la). Je zřejmé, že i pro specialistu v této oblasti není možné obsáhnout všechny taxonomické informace. I my se omezíme pouze na popis ně­kte­rých kmenů a zcela výjimečně se vyjádříme k ně­kte­rým druhům (species).

Přirozená mikrobio­ta se nachází ve strukturách oka a ucha. Bude nepochybně zajímavé, až budou k dispozici podrobnější informace o přirozené mikrobio­tě rohovky ve vztahu k neurologickým onemocněním s ohledem na anatomickou blízkost [9]. Velmi podstatně působí na celkové zdraví člověka přirozená mikrobio­ta kůže. Ta se odlišuje v různých oddílech kožního systému v závislosti např. na expozici vnějším vlivům, suchosti, resp. vlhkosti kůže, přítomnosti tuků apod. Pro kůži je typická přítomnost mikrobů z kmenů Actinobacteria, Firmicutes a Proteobacteria. Zcela mimořádné je složení přirozené mikrobio­ty ústní dutiny. Tento kompartment se dále s ohledem na přirozené osídlení rozpadá. Můžeme popisovat samostatné mikrobio­ty povrchu zubu, jazyka. Pravděpodobně nejpodstatnější, s ohledem na zdraví či nemoc, je osídlení gingivální sliznice a struktur, které obklopují zub v dásni. V ústní dutině nacházíme mikroorganizmy z kmenů Bacteroidetes, Firmicutes a Proteobacteria. Patologie v mikrobiálním osídlení je jasně spojena např. s rozvojem gingivitidy a periodontitidy. Mikrobio­ta ústní sliznice je zdrojem mikroorganizmů, které pronikají do těla a působí obecně prozánětlivě. Byla popsána řada patologií, především zánětlivých onemocnění, které mohou souviset s mikrobiálními podněty vycházejícími z ústní dutiny, např. ateroskleróza. Na ústní dutinu navazuje respirační trakt. Zde jsou přítomny mikroorganizmy z kmene Bacteroidetes a Firmicutes. Abnormity v osídlení sliznice respiračního traktu jsou typicky nalézány v různých patologiích, např. bronchiálním astmatu, chronické obstrukční chorobě plicní, a jsou přímo zapojeny do imunopatogenetických procesů. Ve vagině plodné dospělé ženy převládá fyziologicky mikrobio­ta z kmene Firmicutes. Ta je spoluodpovědná za obranu tohoto mimořádně exponovaného kompartmentu. Porovnání výsledků různých studií vaginální mikrobio­ty je komplikované i z důvodu, že pro její analýzu jsou používány různé metodické postupy [10]. Lze definovat několik osídlovacích vzorů v závislosti na etnickém původu a individuální imunitní reaktivitě. Dysbióza je příčinou poměrně frekventních onemocnění urogenitálního traktu žen. Zcela nově jsou přinášeny důkazy, že bakteriální podněty jsou nezbytné pro samotný fyziologický vývoj plodu. Matka exponuje plod přes placentu selektivně v množině mikroorganizmů, jejíž převažující původ se zdá být v ústní mikrobio­tě. Cesty přenosu této mikrobio­ty nejsou známy. Prakticky jedinou možnou je cesta krví. Další přirozené osídlovací podněty získává dítě při průchodu porodními cestami. Porod císařským řezem je v tomto ohledu nežádoucí, protože omezuje fyziologické mikrobiální podněty, a naopak vede k expozici novorozence abnormálním mikrobiálním podnětům, především z kožních pokryvů.

Zcela mimořádné postavení zaujímá mikrobio­ta trávicího traktu. Do jisté míry je však tento náš názor podmíněn skutečností, že o přirozené mikrobio­tě trávicí trubice máme nejvíce informací a je studována zatím nejpodrobněji. Trávicí trakt kojenců osídlují mikroorganizmy z kmene Actinobacteria a Proteobacteria. Jejich přítomnost je podmíněna mimo jiné kojením. Mateřské mléko totiž obsahuje prebio­tické oligosacharidy, které zásadním způsobem ovlivňují dynamiku osídlení v časných obdobích života. U dospělých je za normálních okolností převažující část mikrobio­ty trávicího traktu tvořena bakteriemi. Z nich zhruba 80 % představují bakterie kmene Bacteroidetes, kam zařazujeme rody Bacteroides a Prevotel­la. Vedle kmene Bacteroidetes se ve střevě dospělých nachází dále bakterie kmene Firmicutes, které zahrnují rody Clostridium a Lactobacil­lus. Zhruba 10 % mikrobio­ty dospělých tvoří bakterie kmene Proteobacteria a zbytek bakterie kmene Actinobacteria [11].  

Mikrobio­ta trávicí trubice

Porovnáme-li jednotlivé oddíly trávicí trubice, její mikrobio­ta vykazuje významné rozdíly v kvalitativním i kvantitativním složení. Agresivní prostředí žaludku představuje natolik nehostin­né prostředí pro většinu živých mikroorganizmů, že je významnou součástí našich obran­ných mechanizmů, které chrání alimentární trakt. Přesto část mikrobů přítomných v potravě v tomto prostředí přežívá a fyziologicky se posouvá do distálních úseků trávicí trubice. Existuje vysoce specializovaný bakteriální druh, který je schopen dlouhodobě přežívat na antrální sliznici žaludku. Jedná se o Helicobacter pylori (H. pylori). Tento mikrob byl pravděpodobně v minulosti součástí fyziologické mikroflóry. Tyto „fyziologické“ kmeny H. pylori neobsahovaly faktory patogenity a nepůsobily poškození antrální sliznice. Naopak jistá nízká trvalá úroveň zánětlivé odpovědi v této části trávicí trubice, vyvolaná kolonizací „fyziologickými“ kmeny H. pylori, byla v minulosti v obrovském tlaku patogen­ních mikroorganizmů přítomných v potravě pravděpodobně selekční výhodou. Kolonizace H. pylori je prokazatelná u větší části dospělých lidí i v současnosti. Často se však jedná o nebezpečné kmeny, které obsahují faktory patogenity odpovědné za poškození epitelových struktur. Toto poškození je dále akcentováno dlouhodobým zánětem, ve kterém převažují poškozující prvky. Výsledkem může být dokonce rozvoj adenokarcinomu žaludku nebo B-non Hodgkinova lymfomu.

Distální úseky trávicí trubice jsou podle odhadů osídleny cca 1 × 10¹³ mikroorganizmů [12]. Je to velmi komplexní mikrobiální společenství, které zahrnuje cca 40 000 různých druhů (genospecies). Výsledky získané genomickými analýzami jsou považovány za platné. Je zde postupná snaha o jejich průkaz klasickými kultivačními postupy. Není překvapivé, že kultivačně bylo zatím izolováno z lidského těla pouze 2 776 bakteriálních druhů [13]. Je málo pravděpodobné, že by bylo možné dosáhnout shody mezi postupy získanými genomikou (genomics) a kulturomikou (culturomics). Kultivační in vitro pokusy nikdy nenahradí komplexní interakce, ke kterým v různých tělních nikách mezi jednotlivými mikrobiálními species dochází a které jsou podmínkou množení většiny zástupců mikrobio­ty. Složky mikrobio­ty jsou ve vzájemných vztazích podpory, neutrality i kompetice. Ně­kte­ré složky mikrobio­ty podporují bariérové funkce střeva a stimulují slizniční a zprostředkovaně i systémovou imunitu. Základní funkcí střevní mikrobio­ty je trávení složek stravy, pro které není člověk enzymaticky vybaven. Je zdrojem energie živin, vitaminů a mediátorů. Mikrobio­ta je schopna metabolizovat a také detoxikovat škodlivé látky přítomné v potravě. Již jsme se zmínili o zesílení bariérových funkcí epitelových struktur. To se uskutečňuje tvorbou mastných kyselin s krátkým řetězcem (short chain fatty acid; SCFA), které jsou hlavním zdrojem energie pro epitelové buňky. Přímo a zprostředkovaně ovlivňuje slizniční i systémovou imunitu a další orgány vč. CNS [14].

Střevní mikrobio­ta je ustavena v kojeneckém období na základě genetické dispozice pod vlivem faktorů vnějšího světa. Pozitivně na její vznik a rozvoj působí kojení, které je naprosto nezastupitelné pro obsah prebio­tických oligosacharidů v mateřském mléce. Později působí pozitivně strava bohatá na rostlin­né složky obsahující nerozpustnou vlákninu i rozpustnou tzv. prebio­tickou vlákninu. Velmi pozitivní vliv na fyziologickou mikrobio­tu střeva mají zdraví prospěšné mikroorganizmy, tzv. probio­tika, které přijímáme s potravou. Nejbohatším zdrojem probio­tik jsou zkvašené mléčné výrobky. Střevní mikrobio­tu poškozují antibio­tika, zvláště podaná kojenci. Bohužel v jídelníčku většiny lidí žijících v rozvinutých zemích převažuje strava živočišného původu, především maso a živočišné tuky. Naopak rostlin­né složky jsou potlačeny. To vše působí negativně na střevní mikrobio­tu. Negativní dopady umocňuje ještě průmyslově produkovaná potrava, která je programově zbavována mikrobiálních složek, aby byla „bezpečná“, tj. neobsahovala patogen­ní mikro­organizmy. Bohužel jsou při tom odstraněny i zdraví prospěšné mikroby, které se v potravě přirozeně nacházejí. Průmyslově produkovaná potrava obsahuje obrovské množství nejrůznějších chemických látek, ať již jako kontaminant nebo dodaných s cílem zlepšit organoleptické vlastnosti potravin (látky E). Mnohé z nich prokazatelně negativně působí na střevní mikrobio­tu. Negativně samozřejmě působí také nejrůznější léčiva [15].

Fyziologická mikrobio­ta zdravého jedince je málo proměn­ná. Osídlovací vzor, který se ustavil v časném období života, se udržuje za normálních podmínek po celý život. Fyziologická mikrobio­ta má lokální i systémové protizánětlivé účinky. Chemické substance produkované mikrobio­tou ovlivňují enterické neurony i funkce CNS. Dysregulovaná, dysbio­tická mikrobio­ta produkuje látky s prozánětlivými účinky a potenciálně i látky s karcinogen­ním účinkem.

Pokud se zaměříme na osídlení trávicí trubice v jejím průběhu, v proximálních úsecích tenkého střeva je poměrně nízký kvalitativní i kvantitativní obsah mikrobů. Tenké střevo je však speciálně uzpůsobeno svými anatomickými strukturami, např. přítomností Payerských plátů, na indukci slizniční i systémové imunity. Můžeme zjednodušeně říci, že v tenkém střevu probíhají procesy vedoucí k indukci zánětlivé imunitní odpovědi, polarizace T lymfocytů, aktivace a diferenciace B lymfocytů. V tlustém střevě se dále zvyšuje počet mikroorganizmů a dosahuje svého maxima. Zde převažují metabolické funkce střevní mikrobio­ty, které napomáhají zpracování pro člověka nestravitelných složek potravy. Tlusté střevo je i místem indukce T regulačních subsetů T lymfocytů.

Mikrobio­ta trávicí trubice se neodlišuje pouze v průběhu své délky. Odlišuje se i transluminárně. Jiné mikroorganizmy pevně adherují na povrchy epitelových struktur a představují podněty pro slizniční i imunitní systém. Luminální mikroorganizmy vykazují převážně metabolickou aktivitu [16].       

Střevní mikrobio­ta a zánětlivá degenerativní onemocnění – „kauzalita vs. asociace“

Není překvapení, že i pro onemocnění postihující CNS jsou hledány souvislosti se střevní mikrobio­tou. V tomto ohledu jsou zkoumána prakticky všechna významná onemocnění člověka postihující kteroukoliv orgánovou soustavu [17,18]. Problémem všech těchto studií u člověka je již výše zmíněná otázka kauzality a asociace. U člověka nelze provádět experimenty, které jsou proveditelné na zvířecích modelech. Kauzální účinek mikrobio­ty na zánětlivá neurodegenerativní onemocnění by mohly prokázat prospektivní kohortové studie, které jsou však pro tyto nemoci alespoň dosud nerealizovatelné. Důvodem jsou nízká incidence těchto onemocnění a dlouhý časový odstup od pravděpodobného časového intervalu, kdy alterovaná mikrobio­ta působí, od klinických projevů nemoci a doby její dia­gnostiky. Většina informací je proto získávána z případových kontrolovaných studií. Zde je vždy imanentním problémem otázka „zdravých kontrol“. Tento typ studií také nepřináší odpověď, co je prvotní, a nevylučuje, že se jedná pouze o asociaci, a ne o kauzalitu [19].

Komunikace mezi střevní mikrobio­tou, střevním slizničním systémem, slizničním a systémovým imunitním systémem a CNS je mnohočetná. Je mimo jiné zprostředkována enterickým nervovým systémem a pomocí nervus vagus. Velmi zjednodušeně můžeme konstatovat, že normální, či lépe řečeno, normálně se vyvíjející střevní mikrobio­ta poskytuje přímo prostřednictvím autonomního nervového systému a zprostředkovaně prostřednictvím působků uvolňovaných do krve, které přecházejí přes hematoencefalickou bariéru do mozku, homeostatické podněty, optimalizující jak imunitní odpověď, tak funkce CNS. Jedná se o regulační působení, které zajistí udržení tolerance vlastních struktur imunitním systémem. To je zprostředkováno optimálními proporcemi mezi jednotlivými imunoregulačními subsety. Střevní mikrobio­ta zajistí optimální kondici epitelových struktur, které za normálních okolností neumožňují prostup škodlivých substancí, případně substancí s prozánětlivými účinky. Zprostředkovaně zajistí optimální souhru mezi různými subsety dendritických buněk, makrofágů, a především imunoregulačních subsetů T a B lymfocytů, které se na základě podnětů zprostředkovaných střevní mikrobio­tou funkčně polarizují v lamina propria [20].

Naopak abnormální střevní mikrobio­ta působí velmi komplexně negativně na struktury CNS. Opět se tak děje buď přímo (prostřednictvím nervových spojení), a nebo zprostředkovaně (prostřednictvím krve a prostupu bio­logicky aktivních substancí přes hematoencefalickou bariéru). Abnormální střevní mikrobio­ta není schopna metabolizovat škodliviny přítomné v potravě. Sama je naopak zdrojem chemicky velmi rozmanitých látek, které mohou mít neurotoxické účinky. Je zatím málo doceněno, že SCFA tvořené střevní mikrobio­tou nepředstavují pouze energetický a diferenciační substrát pro epitelové struktury střeva, ale působí neurotroficky i v tak vzdálené destinaci, jakou je CNS. Fyziologická střevní mikrobio­ta tvoří SCFA především z pro člověka nestravitelných oligosacharidů přítomných v potravě, tzv. prebio­tik. V závislosti na kvalitativním a kvantitativním obsahu prebio­tik ve stravě a složení mikrobio­ty vznikají tři základní SCFA: butyrát, acetát a propionát. Jsou velké odlišnosti mezi těmito jednotlivými SCFA jak s ohledem na jejich dopad na slizniční a systémovou imunitu, tak v jejich možnostech ovlivnit CNS [21].

Mikrobio­ta může tvořit i rozkládat tryptofan, který je substrátem pro bio­konverzi v neuromediátory, např. serotonin. Abnormální střevní mikrobio­ta může také rozkládat substance, které CNS potřebuje pro správnou funkci. Konkrétním příkladem může být metabolizmus serotoninu, který je ně­kte­rými složkami střevní mikrobio­ty rozkládán až na látky charakteru kynureninů. Ně­kte­ré z těchto metabolitů vykazují neurotoxické účinky. Ruku v ruce s těmito popsanými negativními vlivy abnormální střevní mikrobio­ty jde také narušení bariérové funkce střevní sliznice. Ta se stává řádově propustnější jak pro prozánětlivé působky mikroorganizmů charakteru pathogen as­sociated molecular pattern, tak pro translokaci celých mikrobiálních těl. Narušené struktury, především epitelové, se stanou zdrojem prozánětlivých vzorů vnitřního poškození. Ně­kte­ré z nich mají charakter alarminů. Jsou schopny poskytnout abnormální diferenciační podněty prekurzorům dendritických buněk, které jsou následně schopny vytvořit patologické prostředí umožňující klonální expanzi a následně funkční polarizaci T lymfocytů. Podobně mohou tyto vzory abnormálně stimulovat také autoreaktivní B lymfocyty. Výsledkem je klonální expanze a funkční polarizace T a B lymfocytů za vzniku převažujících subsetů Th1 a Th17, snad i Th22, které jsou podle současných představ podstatnou součástí poškozujícího zánětu u nemocných s neurodegenerativními onemocněními [22]. Takto alterovaný imunitní systém vysílá působky, které mohou narušit integritu hematoencefalické bariéry. Dochází k neregulovanému vstupu imunokompetentních buněk do CNS s možným rozvojem intratékálního poškozujícího zánětu. Zároveň chybí přirozená trofická podpora, kterou normálně strukturám CNS poskytuje fyziologický imunitní systém. Podle nejnovějších poznatků střevní mikrobio­ta vedle již zmíněné tvorby SCFA a neuroaktivních látek, např. tryptofanu a monoaminů (serotonin, histamin, dopamin), které ovlivňují funkční aktivitu CNS, ovlivňuje také epigenetické procesy. Jejich prostřednictvím je regulován přepis genů nutný pro strukturní vývoj mozku i pro funkce mozku, jakými jsou plasticita synapsí, kognitivní funkce apod. [23].

Střevní mikrobio­ta a poškozující zánět v CNS

Máme dostatek důkazů, že mikrobio­ta sehrává významnou úlohu v rozvoji poškozujícího zánětu v CNS. Lze konstatovat, že nejvíce dostupných informací máme o úloze střevní mikrobio­ty. Je velmi pravděpodobné, že se v blízké budoucnosti dozvíme více o úloze mikrobiálních společenství, která jsou lokalizována na CNS anatomicky bližších místech, např. mikrobio­ty oka nebo ústní dutiny. My se v našich úvahách soustředíme pouze na vztah střevní mikrobio­ty a poškozujícího zánětu v CNS. Zatím není jasné, zda dysbióza v trávicím traktu je spouštěčem imunopatologických procesů v CNS nebo pouze přispívá k jejich vzniku a rozvoji. Nejvíce informací je k dispozici z experimentálních zvířecích modelů, kterým je v případě RS myší model experimentální autoimunitní encefalitidy (EAE). U zvířat, která jsou chována v podmínkách gnotobio­tických modelů, tj. jsou sterilně porozena císařským řezem, jejich strava je sterilní a jsou chována v přísně sterilních podmínkách, téměř nelze experimentálně vyvolat EAE. U těch zvířat, u kterých dojde výjimečně k indukci EAE, je aktivita poškozujícího zánětu velmi nízká. Osídlení trávicího traktu běžnou mikrobio­tou vede k „zcitlivění“ těchto zvířat a známky EAE jsou u nich indukovány ve stejné míře a intenzitě jako u konvenčních myší. Pro tento fenomén bylo hledáno vysvětlení. Nyní je obecně přijímáno, že pro funkční polarizaci T lymfocytů do subsetů Th17 a Th1 jsou nezbytné podněty vycházející obecně z mikrobio­ty těla a specificky z mikrobio­ty trávicí trubice. V bezmikrobních zvířatech tyto podněty chybějí a funkční polarizace T lymfocytů nenastává. Nejsou tedy k dispozici T lymfocyty subsetů Th17 a Th1, které podle současných představ sehrávají podstatnou úlohu v patogenezi RS [19].

Rozvoj poškozujícího zánětu, který vede k projevům RS u lidí, je nepochybně multifaktoriální. Vedle určité genetické predispozice sehrávají pravděpodobně podstatnější úlohu environmentální faktory, které lze v reálném životě obtížně popsat pro jejich komplexnost a dynamiku. Přibývá však důkazů, že abnormity ve střevní mikrobio­tě, tj. přesun od normálního stavu, kdy převládají tzv. symbio­nty k patogen­ním bakteriím, tzv. patobio­ntům, je podstatnou součástí patofyziologie vedoucí k RS. U nemocných s RS lze prokázat narušení bariérových funkcí střeva, jehož důsledkem je průnik mikrobiálních působků či dokonce celých mikroorganizmů mimo střevní bariéry. Dochází pravděpodobně k jejich diseminaci v těle a důsledkem je rozvoj zánětlivé reakce. K dispozici máme studie, které porovnávají složení střevní mikrobio­ty mezi nemocnými s RS a zdravými osobami [24]. U nemocných s RS je zřetelně doložena „dysbióza“ charakterizovaná především ztrátou druhové pestrosti. Rozdíly ve složení střevní mikrobio­ty jsou zřejmé i při porovnání nemocných s RS v klidové fázi onemocnění s nemocnými s relapsem choroby. Pa­cienti s aktivní chorobou vykazují sníženou mikrobiální druhovou pestrost, zatímco u nemocných v remisi je střevní mikrobio­ta srovnatelná se zdravými osobami. Není zřejmé, jaký dopad na střevní mikrobio­tu mají různé způsoby léčby používané u nemocných s RS. Omezené informace máme pro použití glatiramer acetátu [25]. Obecně lze říci, že před léčbou jsou přítomny ve zvýšené míře patobio­nty z kmene Proteobacteria, např. z rodu Sutterel­la, a z kmene Bacteroidetes, např. z rodu Prevotel­la. Po úspěšném léčebném zásahu, který vede k remisi onemocnění, dochází k normalizaci zastoupení těchto pato­­biontů. Pokud se pokusíme o zobecnění, je RS, zvláště v aktivní fázi, spojena se ztrátou diverzity střevní mikrobio­ty. Pa­cienti s RS v remisi, ať již spontán­ní nebo ve většině případů dosažené léčebně, vykazují návrat k mikrobiální pestrosti charakterizující zdravé osoby.

V souladu s obecným názorem na úlohu jednotlivých bakteriálních kmenů střevní mikrobio­ty bylo u nemocných s RS popsáno zvýšené zastoupení bakterií z kmene Archea, konkrétně rodu Methanobrevibacter. a snížené zastoupení bakterií kmenů Firmicutes a Bacteroidetes. Je doloženo z jiných modelů, že přítomnost archebakterií charakterizuje abnormální zánětlivé aktivity. Naopak bakterie z kmene Firmicutes působí ve slizniční a systémové imunitě homeostaticky a vytváří optimální profil SCFA, z kterého profituje i CNS. Je jasné, že stávající systematické popisy složení střevní mikrobio­ty vypovídají velmi málo o jejím skutečném významu v obran­ném i poškozujícím zánětu. Postupně je věnována pozornost úloze metabolických aktivit jednotlivých zástupců střevní mikrobio­ty, jejich synergiím a antagonizmům, např. v tvorbě látek ovlivňujících slizniční i systémovou imunitu pozitivně i negativně, i extrémní schopnosti střevní mikrobio­ty rozkládat potenciálně škodlivá xenobio­tika. U nemocných s RS existují zatím velmi omezené úvahy o úloze jiných složek střevní mikrobio­ty, především mykobio­mu [26], tj. společenství fungálních organizmů, viromu neboli společenství virů, bakteriofagomu čili společenství bakteriálních virů a parazitomu, tj. společenství eukaryotických parazitů [27,28].

Existuje řada možností, jak ovlivnit složení střevní mikrobio­ty. Bohužel lze konstatovat, že životní styl, především stravování, který je charakteristický pro lidi žijící v nejrozvinutějších zemích světa, tj. tam, kde je také nejvyšší incidence a prevalence RS, má za následek abnormity ve střevní mikrobio­tě. Zřejmě nejde pouze o důsledek výživy. Střevní mikrobio­ta je ovlivněna i hladinami vitaminu D, melatoninu a působí na ni i zeměpisná šířka, kde pa­cienti s RS žijí [29]. Důsledky dysbalance střevní mikrobio­ty jsou mnohočetné. Mimo jiné přispívají k obezitě, a především vedou ke ztrátě homeostatických regulací nutných pro udržení obran­ných funkcí zánětu. Výsledkem je přesmyk k poškozujícímu zánětu se všemi negativními důsledky pro zdraví člověka. Je doloženo, že pro nastavení fyziologické střevní mikrobio­ty je klíčové časné období života. Bez dalších podrobností konstatujeme, že pokud jsou pozitivní aspekty tvorby mikrobio­ty v časných fázích života ztraceny, v pozdějších fázích života již nemohou být obnoveny. To má negativní komplexní důsledky pro zdraví jedince [30].

Ovlivnění dysbio­tické střevní mikrobio­ty antibio­tiky, které může přinést určité pozitivní léčebné výstupy v jiných imunopatologiích, především Crohnově nemoci, není u nemocných s RS systematicky ověřeno. Nejsou k dispozici ani soustavně vyhodnocené informace, že by u nemocných s RS bylo možno pozitivně ovlivnit střevní mikrobio­tu obohacením stravy o probio­tické oligosacharidy, které prokazatelně stimulují preferenční růst ně­kte­rých skupin bakterií, především z kmene Firmicutes, a v důsledku mohou vést k pozitivním změnám v tvorbě bakteriálních metabolitů, např. SCFA. Zvláště na experimentálních zvířecích modelech jsou získávány důkazy, že ovlivnění střevní mikrobio­ty prostřednictvím bakteriálních kmenů s prokázanými probio­tickými vlastnostmi vede k normalizaci střevní mikrobio­ty s pozitivními dopady na vznik a průběh EAE. V tomto směru byla testována celá řada bakterií s probio­tickými charakteristikami. Zatím zcela chybějí informace, zda je možné pozitivně ovlivnit průběh onemocnění RS prostřednictvím tzv. postbio­tik. To jsou funkční potraviny, jejichž základem je bakteriálně fermentované mléko. Mikroby jsou však na rozdíl od probio­tických kmenů usmrceny šetrnou pasterizací. Celá těla mikrobů a jejich metabolické produkty s imunomodulačním potenciálem jsou v postbio­ticích přítomny [31–33].

Jako velmi nadějné v jiných indikacích je ovlivnění střevní mikrobio­ty prostřednictvím „transplantace“ fekální mikroflóry. Ta spočívá v přenosu faeces zdravého člověka do trávicího traktu nemocného. Výsledkem může být změna dysbio­tické střevní mikrobio­ty nemocného s její následnou normalizací. To může mít rozsáhlé pozitivní dopady na zdraví člověka. Jednoznačné důkazy o účin­nosti přenosu střevní mikrobio­ty jsou doloženy u nemocných trpících infekcí Clostridium dif­ficile. U nemocných s RS zatím nebyly podrobné studie provedeny. Jak je obvyklé, cestou internetu se šíří informace, že „transplantace“ fekální mik­roflóry je u nemocných s RS účin­nou cestou, jak omezit aktivitu onemocnění. Je však třeba zdůraznit, že jakákoliv „svépomocná“ transplantace fekální mikroflóry s sebou nese potenciální zdravotní rizika, a nelze ji proto doporučit [34].

Závěr

Studium mikrobio­ty, především střevní, je intenzivně realizováno u většiny závažných imunopatologických onemocnění, např. Crohnovy nemoci, ulcerózní kolitidy, revmatoidní artritidy a RS. Zastoupení mikrobio­ty ve skupinách nemocných je porovnáváno se zdravými probandy. Jsou porovnávány i skupiny nemocných mezi sebou. Z dosavadních výsledků lze uzavřít, že tato patofyziologicky odlišná onemocnění do určitě míry spojují „univerzální“ abnormální osídlovací vzory [35].

Autor deklaruje, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do biomedicínských časopisů.

prof. RNDr. Jan Krejsek, CSc.

Ústav klinické imunologie a alergologie

LF UK a FN Hradec Králové

Sokolská 581

500 05 Hradec Králové

e-mail: jan.krejsek@fnhk.cz

Přijato k recenzi: 1. 10. 2018

Přijato do tisku: 12. 2. 2019