Prvi del Postbiotiki in ledvična bolezen
Jun 12, 2023
Povzetek
Predvideva se, da bo kronična ledvična bolezen (CKD) do leta 2040 postala peti svetovni vzrok smrti zaradi ključnih pomanjkljivosti v trenutnih metodah, ki so na voljo za diagnosticiranje in zdravljenje bolezni ledvic. V zvezi s tem lahko nov koncept Holobionta, ki se uporablja za opis posameznega gostitelja in njegove mikrobne skupnosti, utre pot k boljšemu razumevanju patogeneze in napredovanja bolezni ledvic. Intervencije, ki modulirajo ali izhajajo iz mikrobiote, vključujejo probiotike, prebiotike, sinbiotike in postbiotike. Od leta 2019 je Mednarodno znanstveno združenje probiotikov in prebiotikov (ISAPP) posodobilo koncept postbiotikov, da se nanaša na pripravke neživih mikroorganizmov in/ali njihovih komponent, ki dajejo koristi zdravju gostitelja. Z izrecno izključitvijo prečiščenih metabolitov brez celične biomase je vsaka literatura, ki uporablja tak izraz, potencialno zastarela. Zdaj pregledujemo revidirani koncept postbiotikov v zvezi z njihovimi potencialnimi kliničnimi aplikacijami in raziskavami pri ledvični bolezni, tako da podrobno razpravljamo o več formulacijah, ki so v predkliničnem razvoju, kot je GABA-sol za hipertenzijo, povzročeno z dieto, in poškodbo ledvic, ultrazvočno obdelan Lactobacillus paracasei v visoko. poškodbe ledvic zaradi maščobne diete, GABA-sol, lakto-GABA-sol in postbiotična-GABA-sol pri akutni poškodbi ledvic in lizati O. formigenes za hiperoksalurijo. Poleg tega ponujamo načrt za postbiotične raziskave pri ledvični bolezni, da bi pospešili klinični prevod.
Ključne besede
kronična ledvična bolezen; postbiotiki; prebiotiki; probiotiki; hiperoksalurija; Oxalobacter formigenes; GABA-sol.
Ključni prispevek
To je prvi pregled postbiotikov in bolezni ledvic, ki je sprejel definicijo postbiotikov ISAPP iz leta 2019. Poleg tega ponujamo načrt za postbiotične raziskave pri ledvični bolezni, da bi pospešili klinični prevod.
Kliknite tukaj, če želite pridobiti ugodnosti Cistanche
Globalno breme ledvične bolezni
Kronična ledvična bolezen (CKD) je do danes opredeljena z merjenjem ocenjene hitrosti glomerulne filtracije (eGFR, tj. merilo delovanja ledvic) in albuminurije (tj. merilo poškodbe ledvic), ki sta povezani s kombiniranim tveganjem za prezgodnja smrt zaradi vseh vzrokov in srčno-žilna smrt, napredovanje kronične ledvične bolezni in akutna ledvična okvara (AKI) [1]. Kljub nedavnemu napredku na tem področju se ocenjuje, da bo kronična ledvična bolezen postala peti svetovni vzrok smrti do leta 2040 in drugi vzrok smrti do konca tega stoletja v državah s pričakovano dolgo življenjsko dobo [2]. Te projekcije ponazarjajo ključne pomanjkljivosti trenutnih metod, ki se uporabljajo za diagnosticiranje in zdravljenje bolezni ledvic. Kot tako nam lahko izboljšano razumevanje osnovne patogeneze kronične ledvične bolezni pomaga prepoznati nove diagnostične namige in terapevtske cilje. V zvezi s tem lahko koncept holobionta, izraz, ki se uporablja za opis posameznega gostitelja in njegove mikrobne skupnosti, vključno z virusi in celičnimi mikroorganizmi [3], utre pot k boljšemu razumevanju patogeneze kronične ledvične bolezni. Dejansko je vse več dokazov, ki kažejo, da sta lahko zdravje in bolezen posledica dvostranske interakcije med gostiteljem in njegovo mikrobioto, zlasti črevesno mikrobioto. Na takšno interakcijo lahko vpliva več dejavnikov: bolezensko stanje gostitelja, prehrana, zdravila in antibiotiki [4]. Poskusi moduliranja interakcij med gostiteljem in mikrobioto so privedli do oblikovanja in predpisovanja prebiotikov, probiotikov, sinbiotikov in postbiotikov. Zaradi nedavnega soglasja o definiciji postbiotikov [5] je pred-2019 literatura o postbiotikih in bolezni ledvic zdaj potencialno zastarela. V skladu s tem smo tukaj pregledali koncept in posodobili literaturo o postbiotikih na področju bolezni ledvic, tako da smo se osredotočili na te posege v skladu z revidiranim soglasjem o konceptu postbiotikov.
Cistanche tablete
Črevesna mikrobiota: ključni modifikator bolezni in zdravja ledvic
V zadnjih letih se je v kontekstu kronične ledvične bolezni pojavila ključna vloga črevesne mikrobiote kot modulatorja homeostaze, ki vpliva tako na zdravje kot na bolezen [6,7]. Dejansko obstaja tesna povezava med črevesno disbiozo, hipervolemijo, sistemskim vnetjem, omamljanjem miokarda in sindromom podhranjenosti-vnetja pri populaciji KLB [8]. Bolezen ledvic lahko vpliva na črevesno mikrobioto prek več mehanizmov, od vpliva uremičnega okolja do vpliva predpisanih diet (npr. diete z nizko vsebnostjo kalija imajo pogosto malo prehranskih vlaknin), pa tudi pogoste uporabe antibiotikov in polifarmacije, ki lahko negativno vpliva na črevesno mikrobioto [9–11]. Nasprotno pa lahko spremenjena črevesna mikrobiota prispeva k razvoju in napredovanju kronične ledvične bolezni s posredovanjem povečanega vnetja in/ali ustvarjanjem uremičnih toksinov in njihovih prekurzorjev [12]. Povečana prepustnost črevesja, ki je posledica degradacije celovitosti pregrade, kot posledica spremenjene mikrobiote, omogoča prehod endotoksinov in bakterijskih produktov v kri. To lahko vodi do povečanja oksidativnega stresa in vnetja, kar prispeva k zapletom kronične ledvične bolezni, kot so srčno-žilne bolezni in motnje presnove mineralov. Črevesna mikrobiota lahko proizvaja tudi indole, amine in fenole iz prehranskih sestavin, predvsem beljakovin. Ti metaboliti, pridobljeni iz črevesja, se lahko nadalje presnavljajo v uremične toksine p-krezil sulfat (PCS), indoksil sulfat (IS) in trimetilamin N-oksid (TMAO) [9,11,13]. Prisotnost uremičnih toksinov v obtoku lahko povzroči vnetne dogodke, ki spodbujajo izražanje faktorja transformacije (TGF- 1) in proizvodnjo reaktivnih kisikovih vrst (ROS) v epitelijskih celicah ledvičnih tubulov [14]. IS in PCS tudi zavirata ekspresijo Klotho preko hipermetilacije genov [15]. Klotho deluje proti staranju in nefroprotektivno. Vsi ti dejavniki lahko povzročijo pospešeno napredovanje kronične ledvične bolezni in z njo povezanih srčno-žilnih motenj. Prepoznavanje medsebojnega vplivanja med ledvicami in mikrobioto je vodilo k večjim prizadevanjem za razvoj novih terapevtskih pristopov, osredotočenih na ciljanje na mikrobioto.
Standardizirana Cistanche in Cistanche tubulosa
Prebiotiki, probiotiki, sinbiotiki in postbiotiki
Prehrana ima velik vpliv na sestavo mikrobiote, saj tako ljudje kot njihova črevesna mikrobiota uporabljajo sestavine prehrane kot hranila. Posledično so se pojavile intervencije za modulacijo mikrobiote ali iz nje izpeljane intervencije, vključno s probiotiki, prebiotiki, sinbiotiki in postbiotiki, ki so lahko na voljo kot zdravila, prehrana ali prehranska dopolnila [16,17] (slika 1). Koncepti probiotikov, prebiotikov in sinbiotikov so dobro opisani v znanstveni literaturi.
Izraz "probiotik" je grškega izvora in pomeni "za življenje". Verjetno je bil prvič uporabljen leta 1954, čeprav se je njegov pomen sčasoma spremenil. Trenutno definicijo sta leta 2002 oblikovali Organizacija Združenih narodov za prehrano in kmetijstvo (FAO) in Svetovna zdravstvena organizacija (WHO): "živi sevi strogo izbranih mikroorganizmov, ki, če jih dajemo v ustreznih količinah, koristijo zdravju gostitelja ". Definicijo je leta 2013 sprejelo Mednarodno znanstveno združenje za probiotike in prebiotike (ISAPP) [18,19]. FAO/WHO je leta 2007 prebiotike opredelila kot "nepreživetje živilske komponente, ki prinaša koristi za zdravje gostitelja, povezane z modulacijo mikrobiote". Prebiotiki so molekule, ki jih lahko presnavljajo bakterije v prebavnem traktu in vključujejo prehranske vlaknine, ki jih presnavljajo bakterijski encimi, da proizvedejo koristne presnovke, kot so kratkoverižne maščobne kisline (SCFA), vključno z butiratom, acetatom in propionatom [20]. Prebiotike bi lahko uporabljali kot alternativo probiotikom ali v kombinaciji z njimi [19]. Leta 1995 je bil uveden izraz "sinbiotik" za opredelitev sinergističnega delovanja pro- in prebiotikov. Glavni cilj sinbiotikov je izboljšati stopnjo preživetja probiotikov v prebavnem traktu, ustrezna kombinacija pa naj bi zagotovila večjo učinkovitost v primerjavi z uporabo vsakega posebej.
Nazadnje, druga strategija, ki lahko spodbuja zdravje z reprodukcijo koristi črevesne mikrobiote, je uporaba postbiotikov, nastajajočega orodja, pridobljenega iz mikroorganizmov, o katerem podrobneje razpravljamo spodaj.
Izvleček Cistanche
Koncept postbiotika 2019: kaj je in kaj ni postbiotik
Čeprav so probiotiki živi mikroorganizmi, se lahko do konca roka uporabnosti poškodujejo in umrejo. Malo pozornosti je bilo posvečeno prispevku teh mrtvih mikroorganizmov in produktov fermentacije k morebitnemu biološkemu vplivu probiotikov [5]. Leta 2019 je Mednarodno znanstveno združenje probiotikov in prebiotikov (ISAPP) definiralo koncept postbiotika z znanstvenega, komercialnega in regulativnega vidika kot "pripravek neživih mikroorganizmov in/ali njihovih komponent, ki koristi zdravju gostitelja « [5]. "Priprava" pomeni, da mora imeti posebno formulacijo, doseženo z določenimi metodami inaktivacije, da se zagotovijo koristni učinki. "Neživi" se nanaša na mikroorganizme, ki so bili živi in ko so bili uničeni, so ohranili svoj blagodejni učinek. Beseda "komponente" se osredotoča na blagodejni učinek, ki bi ga lahko imele mikrobne komponente, kot so komponente celične stene in pili. Medtem ko so mikrobni metaboliti lahko prisotni v postbiotskih pripravkih in bi lahko igrali bistveno vlogo, definicija ne vključuje prečiščenih metabolitov brez celične biomase. Vendar pa je do leta 2019 literatura pogosto uporabljala izraz nepravilno s sklicevanjem na cepiva in prečiščene metabolite, kot so SCFA, proteini in peptidi, kot postbiotike [21–23]. Zaradi tega lahko vsaka starejša literatura, ki uporablja izraz postbiotik, postane zastarela in zahteva nujno ponastavitev.
Pri pripravi postbiotika je treba upoštevati opredeljena merila: najprej je treba pred inaktivacijo opredeliti sestavo mikroorganizma, na primer s sekvenciranjem genoma. Drugič, postopek inaktivacije je treba opisati in preveriti. Tretjič, postbiotski pripravek je treba prijaviti [5].
Glavna prednost postbiotikov v primerjavi s probiotiki je njihova stabilnost. Zaradi njihove priprave in sestave so izjemno stabilni več let pri sobni temperaturi, zato so še posebej primerni za tiste prostore, kjer je vzdrževanje hladne verige za transport in skladiščenje še vedno omejitev. Poleg tega imajo morda boljši varnostni profil v primerjavi s probiotiki, saj se ne morejo razmnoževati in povzročati bakteriemije ali fungemije. Kljub temu je treba varnost še vedno oceniti za katero koli vrsto postbiotika [5].
Možni mehanizmi delovanja postbiotikov vključujejo modulacijo rezidenčne mikrobiote, izboljšanje funkcije epitelijske pregrade, modulacijo sistemskih ali lokalnih imunskih odzivov, modulacijo sistemskih presnovnih odzivov in sistemsko signalizacijo prek živčnega sistema [5] (slika 2).
Reference
1. Perez-Gomez, MV; Bartsch, L.-A.; Castillo-Rodriguez, E.; Fernandez-Prado, R.; Fernandez-Fernandez, B.; Martin-Cleary, C.; Gracia-Iguacel, C.; Ortiz, A. Razjasnitev koncepta kronične ledvične bolezni za nefrologe. Clin. Ledvica J. 2019, 12, 258–261. [CrossRef] [PubMed]
2. Ortiz, A.; Roger, M.; Jiménez, VM; Perez, JCR; Furlano, M.; Atxer, LS; Zurro, DG; Casabona, CMR; Gómez, CG; Bermúdez, PP; et al. RICORS2040: Potreba po skupnih raziskavah kronične ledvične bolezni. Clin. Kidney J. 2021, 15, 372–387. [CrossRef] [PubMed]
3. Douglas, AE; Werren, JH Luknje v hologenomu: Zakaj simbioze gostitelja in mikroba niso holobionti. mBio 2016, 7, e02099. [CrossRef] [PubMed]
4. Maier, L.; Pruteanu, M.; Kuhn, M.; Zeller, G.; Telzerow, A.; Anderson, EE; Brochado, AR; Fernandez, KC; Doza, H.; Mori, H.; et al. Obsežen vpliv neantibiotičnih zdravil na človeške črevesne bakterije. Narava 2018, 555, 623–628. [CrossRef] [PubMed]
5. Salminen, S.; Collado, MC; Endo, A.; Hill, C.; Lebeer, S.; Quigley, EMM; Sanders, ME; Šamir, R.; Swann, JR; Szajewska, H.; et al. Soglasna izjava Mednarodnega znanstvenega združenja probiotikov in prebiotikov (ISAPP) o opredelitvi in obsegu postbiotikov. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2021, 18, 649–667. [CrossRef]
6. Zhang, P.; Zou, J.-Z.; Chen, J.; Tan, X.; Xiang, F.-F.; Shen, B.; Hu, J.-C.; Wang, J.-L.; Wang, Y.-Q.; Yu, J.-B.; et al. Povezava trimetilamin N-oksida s kardiovaskularno smrtnostjo in smrtnostjo zaradi vseh vzrokov pri bolnikih na hemodializi. Ren. neuspeh. 2020, 42, 1004–1014. [CrossRef]
7. Zhao, J.; Ning, X.; Liu, B.; Dong, R.; Bai, M.; Sun, S. Specifične spremembe črevesne mikrobiote pri bolnikih s kronično ledvično boleznijo: posodobljen sistematični pregled. Ren. neuspeh. 2021, 43, 102–112. [CrossRef]
8. Zsom, L.; Zsom, M.; Salim, SA; Fülöp, T. Ocenjena stopnja glomerularne filtracije pri kronični ledvični bolezni: Kritični pregled na ocenah temelječih napovedi posameznih izidov pri bolezni ledvic. Toksini 2022, 14, 127. [CrossRef]
9. Cigarran Guldris, S.; González Parra, E.; Primeri Amenós, A. Črevesna mikrobiota pri kronični ledvični bolezni. Nefrologija 2017, 37, 9–19. [CrossRef]
10. Favero, C.; Carriazo, S.; Cuarental, L.; Fernandez-Prado, R.; Gomá-Garcés, E.; Perez-Gomez, MV; Ortiz, A.; Fernandez-Fernandez, B.; Sanchez-Niño, dr. Fosfat, mikrobiota in kronična ledvična bolezen. Hranila 2021, 13, 1273. [CrossRef]
11. Chi, M.; Ma, K.; Wang, J.; Ding, Z.; Li, Y.; Zhu, S.; Liang, X.; Zhang, Q.; Pesem, L.; Liu, C. Imunomodulatorni učinek črevesne mikrobiote pri bolezni ledvic. J. Immunol. Res. 2021, 2021, 5516035. [CrossRef]
12. Castillo-Rodriguez, E.; Fernandez-Prado, R.; Esteras, R.; Perez-Gomez, MV; Gracia-Iguacel, C.; Fernandez-Fernandez, B.; Kanbay, M.; Tejedor, A.; Lazaro, A.; Ruiz-Ortega, M.; et al. Vpliv spremenjene črevesne mikrobiote na napredovanje kronične ledvične bolezni. Toksini 2018, 10, 300. [CrossRef] [PubMed]
13. Fernandez-Prado, R.; Esteras, R.; Perez-Gomez, MV; Gracia-Iguacel, C.; Gonzalez-Parra, E.; Sanz, AB; Ortiz, A.; Sanchez-Niño, MD Hranila, spremenjena v toksine: mikrobiota Modulacija lastnosti hranil pri kronični ledvični bolezni. Nutrients 2017, 9, 489. [CrossRef] [PubMed]
14. Poveda, J.; Sanchez-Niño, dr.med.; Glorieux, G.; Sanz, AB; Egido, J.; Vanholder, R.; Ortiz, A. P-krezil sulfat deluje vnetno in citotoksično na človeške proksimalne tubularne epitelne celice. Nefrol. Dial. Presaditev. 2014, 29, 56–64. [CrossRef] [PubMed]
15. Sun, C.-Y.; Chang, S.-C.; Wu, M.-S. Zatiranje ekspresije Klotho z uremičnimi toksini, vezanimi na beljakovine, je povezano s povečano ekspresijo DNA metiltransferaze in hipermetilacijo DNA. Kidney Int. 2012, 81, 640–650. [CrossRef]
16. Črevesna mikrobiota pri kronični ledvični bolezni – PubMed. Dostopno na spletu: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27553986/ (dostop 11. 7. 2022).
17. Mills, S.; Stanton, C.; Lane, JA; Smith, GJ; Ross, RP Precizna prehrana in mikrobiom, I. del: Trenutno stanje znanosti. Nutrients 2019, 11, 923. [CrossRef]
18. Kim, S.-K.; Guevarra, RB; Kim, Y.-T.; Kwon, J.; Kim, H.; Cho, JH; Kim, HB; Lee, J.-H. Vloga probiotikov pri boleznih, povezanih z mikrobiomom človeškega črevesja. J. Microbiol. Biotehnologija. 2019, 29, 1335–1340. [CrossRef]
19. Markowiak, P.; ´Sli˙zewska, K. Učinki probiotikov, prebiotikov in sinbiotikov na zdravje ljudi. Nutrients 2017, 9, 1021. [CrossRef]
20. Holscher, HD Prehranske vlaknine in prebiotiki ter gastrointestinalna mikrobiota. Črevesni mikrobi 2017, 8, 172–184. [CrossRef] [PubMed]
21. Muralitharan, RR; Jama, HA; Xie, L.; Peh, A.; Snelson, M.; Marques, FZ Microbial Peer Pressure: Vloga črevesne mikrobiote pri hipertenziji in njenih zapletih. Hipertenzija 2020, 76, 1674–1687. [CrossRef]
22. Vrzáˇcková, N.; Ruml, T.; Zelenka, J. Postbiotiki, presnovna signalizacija in rak. Molecules 2021, 26, 1528. [CrossRef]
23. Rhys-Jones, D.; Climie, RE; Gill, PA; Jama, HA; Vodja, GA; Gibson, PR; Kaye, DM; Muir, JG; Marques, FZ Mikrobne intervencije za nadzor in zmanjšanje krvnega tlaka v Avstraliji (MICRoBIA): Utemeljitev in zasnova dvojno slepega randomiziranega navzkrižnega s placebom kontroliranega preskušanja. Poskusi 2021, 22, 496. [CrossRef]
Chiara Favero 1, Laura Giordano 2, Silvia Maria Mihaila 2, Rosalinde Masereeuw 2, Alberto Ortiz 1,3,4 in Maria Dolores Sanchez-Niño 1,3,5,
1 Oddelek za nefrologijo in hipertenzijo, IIS-Fundacion Jimenez Diaz UAM, 28049 Madrid, Španija
2. oddelek za farmakologijo, Inštitut za farmacevtske vede Utrecht, Univerza Utrecht, 3584 CG Utrecht, Nizozemska
3 Redes de Investigación Cooperativa Orientadas a Resultados en Salud (RICORS) 2040, 28049 Madrid, Španija
4 Departamento de Medicina, Facultad de Medicina, Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Madrid, Španija
5 Departamento de Farmacología, Facultad de Medicina, Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Madrid, Španija
