Что такое микробиом человека?
Организм человека находится в симбиотических взаимоотношениях с триллионами микроорганизмов, включая бактерии, грибы, клещей и вирусы. В совокупности они формируют микробиом, колонизирующий определенные анатомические области, главным образом кожу и желудочно-кишечный тракт.
В физиологических условиях эти микроорганизмы не вызывают патологии, но оказывают прямое влияние на обменные процессы, барьерные функции и патогенез различных заболеваний.
Желудочно-кишечный тракт человека
Схематическое изображение слизистой оболочки кишечника в норме (с микробиотой) и при ее отсутствии
Что такое микробиом кишечника?
Слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта служит средой обитания для сотен триллионов микроорганизмов. Ее таксономический состав вариабелен, однако у взрослых доминируют представители типов Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria и Proteobacteria.
Взаимосвязь между интестинальной микробиотой и иммунной системой в настоящее время является одним из наиболее активно изучаемых направлений биомедицины.
Бактерии микробиома кишечника
Бактероиды (Bacteroides)
Actinomyces israelii
Кишечная палочка (Escherichia coli)
Какие факторы влияют на микробиом кишечника?
Формирование относительно стабильного профиля кишечного микробиома происходит в течение первых трех лет жизни. Он существенно различается у разных индивидуумов и динамически меняется у каждого человека на протяжении жизни. К факторам, определяющим его состав, относятся:
- Генетические факторы
- Способ родоразрешения (естественные роды или кесарево сечение)
- Характер вскармливания (грудное или искусственное)
- Возраст
- Рацион питания
- Микроорганизмы окружающей среды
- Прием лекарственных средств, особенно системных антибиотиков и ингибиторов протонной помпы.
Факторы образа жизни, влияющие на микробиом
Высокое таксономическое разнообразие микробиоты пищеварительного тракта и микробиома кожи повышает резистентность организма к инфекциям, аллергическим реакциям, аутоиммунным нарушениям, онкологическим процессам и дегенеративным возрастным изменениям. Поддерживать баланс микробиоты помогают следующие модификации образа жизни:
- Сон: регулярный, качественный ночной сон продолжительностью 8 часов каждые сутки.
- Питьевой режим: употребление достаточного количества чистой питьевой воды.
- Физическая активность: регулярные аэробные нагрузки умеренной и высокой интенсивности (по 30 минут ежедневно), предпочтительно на свежем воздухе.
- Диета: рацион с преобладанием растительной пищи, включающий 8–10 порций разнообразных свежих сезонных овощей и фруктов в день (например, средиземноморская диета с противовоспалительным профилем). Потребление ультрапереработанных продуктов и рафинированных сахаров следует свести к минимуму.
Наряду с фруктами и овощами средиземноморский тип питания предполагает употребление цельнозерновых злаков, бобовых, источников полезных жиров (орехи, семена, нерафинированное оливковое масло extra virgin), умеренного количества рыбы, белого мяса птицы, молочных продуктов, небольшого количества яиц и ограничение красного мяса (до 1 раза в неделю). «Зеленая» модификация средиземноморской диеты еще более насыщена растительными полифенолами и антиоксидантами.
Каковы функции микробиома кишечника?
Интестинальный микробиом выполняет важнейшие метаболические, трофические и защитные функции, в том числе:
- Защиту от системных воспалительных расстройств
- Участие в созревании и дифференцировке клеток иммунной системы
- Колонизационную резистентность (предотвращение адгезии и размножения патогенов)
- Формирование оральной и иммунной толерантности (способность отличать патогенные антигены от комменсальных и пищевых)
- Ферментацию неперевариваемых полисахаридов (пищевых волокон) с образованием короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК)
- Синтез витамина K, необходимого для свертывания крови, и витаминов группы B.
Что такое короткоцепочечные жирные кислоты?
Ключевым результатом метаболической активности микрофлоры является образование короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) при расщеплении сложных углеводов. Основными представителями являются пропионат, ацетат и бутират.
КЦЖК выполняют следующие функции:
- Поддерживают гомеостаз между провоспалительными и регуляторными иммунными механизмами в кишечнике
- Опосредованно влияют на колонизационную структуру микробиома кожи, оказывая системный противовоспалительный эффект
- Демонстрируют антимикробное действие в отношении патогенов, включая метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA)
- Предотвращают развитие аллергических и аутовоспалительных заболеваний.
Какова связь между микробиомом кишечника и иммунной системой?
Качественные и количественные сдвиги в составе кишечной микробиоты, снижение ее биоразнообразия, а также патологический иммунный ответ на комменсалы могут нарушать барьерную функцию кишечника и его регуляторный потенциал. Это провоцирует локальную и системную гиперреактивность иммунной системы с вовлечением кожных покровов.
Кишечный дисбиоз связывают с патогенезом широкого круга аллергических, аутоиммунных, метаболических, психосоматических и онкологических патологий.
Ось «кишечник — кожа»
Между желудочно-кишечным трактом и кожей существует двунаправленная связь (ось «кишечник — кожа»), реализуемая через нейроэндокринные и иммунные механизмы. Пути влияния микрофлоры кишечника на кожу включают:
- Противовоспалительные пути:
- Ряд комменсалов стимулирует дифференцировку регуляторных T-лимфоцитов (Treg), подавляющих чрезмерные иммунные реакции.
- КЦЖК ингибируют провоспалительные цитокины и способствуют созреванию иммунокомпетентных клеток.
- Повышение интестинальной проницаемости (синдром «дырявого кишечника»):
- Дисбиоз приводит к деструкции плотных контактов эпителия; микробные метаболиты, липополисахариды (эндотоксины) и фрагменты бактерий проникают в кровоток, запуская каскад системного и кожного воспаления.
- Нейромедиаторы:
- Микроорганизмы ЖКТ синтезируют и регулируют уровни нейромедиаторов (серотонин, ГАМК, дофамин), влияющих на нейрогенное воспаление, зуд и вазомоторную регуляцию в коже.
Микробиом кишечника и атопический дерматит
В ряде клинических исследований показано, что дисбиоз кишечника предшествует манифестации атопического дерматита у детей. Между микробиомом здоровых людей и пациентов с атопией выявлены существенные различия.
У детей раннего возраста, у которых впоследствии развился атопический дерматит, были зафиксированы:
- Снижение общего микробного разнообразия в толстой кишке
- Дисбаланс соотношения определенных групп микроорганизмов (увеличение Staphylococcus aureus, Clostridia и изменение пула Bacteroidetes)
- Снижение колонизации бактериями рода Bifidobacterium, причем их дефицит обратно коррелирует с тяжестью течения дерматита
- Дефицит бактерий рода Bacteroides и продуцентов муцина (таких как Akkermansia muciniphila, Ruminococcus gnavus и представителей семейства Lachnospiraceae).
Микробиом кишечника и акне
Изменения микробного профиля у пациентов с угревой болезнью (акне) связаны со следующими механизмами:
- Взаимодействие сигнального пути mTOR (мишени рапамицина у млекопитающих) с состоянием кишечного барьера, метаболизмом глюкозы и липогенезом в сальных железах
- Дисбиоз, спровоцированный психоэмоциональным стрессом и высокогликемической диетой, с последующей транслокацией эндотоксинов и индукцией системного микровоспаления.
Другие дерматозы
Исследования также выявили ассоциацию изменений микробиоты кишечника с патогенезом розацеа (включая синдром избыточного бактериального роста в тонкой кишке — СИБР), вульгарного псориаза и замедлением процессов эпителизации и заживления ран.
Что такое пробиотики, пребиотики и синбиотики?
Пробиотики, по определению ВОЗ, — это «живые микроорганизмы, которые при применении в адекватных количествах приносят пользу для здоровья хозяина». Наиболее распространенными пробиотическими штаммами являются бактерии родов Lactobacillus и Bifidobacterium.
Пребиотики — это неперевариваемые компоненты пищи (в основном олигосахариды), избирательно стимулирующие рост и метаболическую активность защитной микрофлоры толстого кишечника.
Синбиотики — это комбинированные продукты, содержащие в своем составе как пробиотики, так и пребиотики, обеспечивающие синергетический эффект.
Какова роль пробиотиков, пребиотиков и синбиотиков в дерматологии?
Основное назначение пробиотиков и пребиотиков — восстановление нормального баланса интестинальной микрофлоры и стимуляция ее метаболической активности. Изучение их клинической эффективности при кожной патологии продолжается, и текущие результаты неоднородны.
Применение пробиотических штаммов у беременных и новорожденных из групп высокого риска активно исследуется в качестве метода первичной профилактики атопического дерматита. В то же время убедительных доказательств эффективности монотерапии пробиотиками при уже сформировавшемся тяжелом атопическом дерматите пока недостаточно.
Опубликованы данные о том, что адъювантный прием пробиотиков способствует регрессу воспалительных элементов при акне за счет снижения системной воспалительной нагрузки и регуляции синтеза церамидов эпидермиса.
Список литературы
- Byrd AL, Belkaid Y, Segre JA. The human skin microbiome. Nat Rev Microbiol 2018; 16: 143–55. DOI: 10.1038/nrmicro.2017.157. PubMed
- Diotallevi F, Campanati A, Martina E, Radi G, Paolinelli M, et al. The Role of Nutrition in Immune-Mediated, Inflammatory Skin Disease: A Narrative Review. Nutrients. 2022; 14(3):591. Journal
- Davison G, Kehaya C, Wyn Jones A. Nutritional and Physical Activity Interventions to Improve Immunity. American Journal of Lifestyle Medicine. 2016;10(3):152-169. Journal
- Ellis SR, Nguyen M, Vaughn AR, Notay M, Burney WA, Sandhu S, et al. The skin and gut microbiome and its role in common dermatologic conditions. Microorganisms 2019; 7: 550. DOI: 10.3390/microorganisms7110550. PubMed
- Salem I, Ramser A, Isham N, Ghannoum MA. The gut microbiome as a major regulator of the gut-skin axis. Front Microbiol 2018; 9: 1459. DOI: 10.3389/fmicb.2018.01459. PubMed Central
- Yamazaki Y, Nakamura Y, Nunez G. Role of the microbiota in skin immunity and atopic dermatitis. Allergol Int 2017; 66: 539–44. DOI: 10.1016/j.alit.2017.08.004. PubMed
- Musthaq S, Mazuy A, Jakus J. The microbiome in dermatology. Clin Dermatol 2018; 36: 390–8. doi: 10.1016/j.clindermatol.2018.03.012. PubMed
- van der Meulen TA, Harmsen H, Bootsma H, Spijkervet F, Kroese F, Vissink A. The microbiome-systemic diseases connection. Oral Dis 2016; 22: 719–34. DOI: 10.1111/odi.12472. PubMed
- Kim JE, Kim HS. Microbiome of the skin and gut in atopic dermatitis (AD): understanding the pathophysiology and finding novel management strategies. J Clin Med 2019; 8: 444. DOI: 10.3390/jcm8040444. PubMed Central
- Kamada N, Seo SU, Chen GY, Nunez G. Role of the gut microbiota in immunity and inflammatory disease. Nat Rev Immunol 2013; 13: 321–35. DOI: 10.1038/nri3430. PubMed
- Thio HB. The microbiome in psoriasis and psoriatic arthritis: the skin perspective. J Rheumatol Suppl 2018; 94: 30–1. DOI: 10.3899/jrheum.180133. PubMed
- Maguire M MG. The role of microbiota, and probiotics and prebiotics in skin health. Arch Dermatol Res 2017; 309: 411–21. DOI: 10.1007/s00403-017-1750-3. PubMed
- Lunjani N, Hlela C, O'Mahony L. Microbiome and skin biology. Curr Opin Allergy Clin Immunol 2019; 19: 328–33. DOI: 10.1097/ACI.0000000000000542. PubMed
- Baquerizo Nole KL, Yim E, Keri JE. Probiotics and prebiotics in dermatology. J Am Acad Dermatol 2014; 71: 814–21. DOI: 10.1016/j.jaad.2014.04.050. PubMed