A new paradigm of the pathogenesis of primary sclerosing cholangitis associated with ulcerative colitis: microbiota and system intestine-liver. A review

Full Text

Список сокращений

ВЗК – воспалительные заболевания кишечника

ЖВП – желчевыводящие пути

ЖК – желчная кислота

ПСХ – первичный склерозирующий холангит

СО – слизистая оболочка

ТФМ – трансплантация фекальной микробиоты

ФМ – фекальная микробиота

ЦП – цирроз печени

ЩФ – щелочная фосфатаза

ЯК – язвенный колит

Введение

Первичный склерозирующий холангит (ПСХ) – хроническое холестатическое идиопатическое заболевание печени, характеризующееся непрерывно прогрессирующим облитерирующим фиброзом и сегментарным расширением внутри- и/или внепеченочных желчных протоков, при естественном течении которого развиваются вторичный билиарный цирроз печени (ЦП) и печеночная недостаточность. ПСХ носит иммуноопосредованный характер и часто ассоциируется с воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК), сопровождается высоким риском развития холангиокарциномы и колоректального рака, тяжелых септических осложнений [1–3].

Хотя первые публикации, посвященные ПСХ, появились более 150 лет назад, до последнего времени заболевание обычно диагностировали лишь на стадии ЦП. С появлением магнитно-резонансной холангиопанкреатографии появилась возможность ранней диагностики ПСХ, изучения его распространенности и описания его фенотипов. Однако этиология ПСХ и причина ассоциации с ВЗК еще не раскрыты.

Глобальная заболеваемость и распространенность ПСХ не известны. Распространенность в различных странах на 100 тыс. населения составляет 0–31,7, в среднем 1, заболеваемость в год на 100 тыс. населения – 0–1,47, в среднем 1 [1]. В Российской Федерации исследования по ПСХ до настоящего времени не проводили. Особый интерес вызывает тесная связь ПСХ с ВЗК, особенно с язвенным колитом (ЯК). Частота ПСХ у пациентов с ЯК составляет 2–14% [4], и наоборот, преобладающим диагнозом среди ВЗК при ПСХ является ЯК, установленный у 60–80% людей [1, 5]. Существует риск недооценки распространенности ВЗК в исследованиях по ПСХ, при которых колоноскопия не была обязательной для его исключения. Распространенность ПСХ при ВЗК также может быть недооценена по причине частого субклинического течения ПСХ [6], а выполнение магнитно-резонансной холангиопанкреатографии не всегда обязательно при обследовании пациентов с ВЗК.

ПСХ, ассоциированный с ЯК, обычно выявляют у мужчин 30–40 лет, чаще с явлениями тотального колита. Признаки активного воспаления при этом наиболее выражены в проксимальном отделе толстой кишки со снижением активности по направлению к прямой кишке [1, 2, 7]. В популяционных исследованиях показано, что фенотип ПСХ-ВЗК чаще ассоциируется с тяжелым течением колита, требующим интенсивной терапии, высокой частотой колэктомии, высоким риском развития колоректального рака [8, 9], а также рака гепатобилиарной зоны (холангиокарциномы, карциномы желчного пузыря, рака поджелудочной железы) [8, 10]. Медиана выживаемости без трансплантации печени после установления диагноза ПСХ составляет 12,8–21,3 года [7, 11, 12].

Вопросы патогенеза ПСХ-ВЗК

Предложено несколько теорий патогенеза ПСХ-ВЗК, описывающих сложные механизмы, которые в исходе вызывают перидуктулярный фиброз желчных протоков и его прогрессирование. В настоящее время ПСХ рассматривают как генетически обусловленное, иммуноопосредованное заболевание, развивающееся под воздействием факторов внешней среды, играющих роль триггера.

Значение наследственности в патогенезе ПСХ-ВЗК имеет целый ряд четких доказательств [13–16]. Шведское когортное исследование ПСХ (n = 678) показало более высокий риск у родственников первой степени родства [17], что подтверждает генетический компонент патогенеза. Однако для ПСХ получены ограниченные генетические связи с ВЗК. Общегеномная генетическая корреляция (rG) между ПСХ и ЯК (rG = 0,29) оказалась значительно выше, чем между ПСХ и болезнью Крона (rG = 0,04). ЯК и болезнь Крона генетически более cхожи между собой (rG = 0,56), чем с ПСХ (p < 1,0×10¹⁵) [16]. Предполагается, что ассоциация ПСХ-ВЗК может являться самостоятельной нозологической формой, которая генетически отличается от классических фенотипов ВЗК, ПСХ и проявляется выраженной коморбидностью ПСХ-ВЗК [14]. В то же время в ряде исследований показано, что ПСХ – сложное иммуноопосредованное заболевание, при котором генетический вклад ограничен, вероятно, менее чем 10% развития заболевания, а также предполагается, что другие факторы риска окружающей среды могут играть более важную роль, чем генетические [16].

Учитывая частую ассоциацию с ВЗК, особенно с ЯК, в настоящее время активно обсуждается роль микробиоты в рамках концепции системы «кишечник – печень» в развитии ПСХ и ПСХ-ВЗК.

Концепция системы «микробиота – кишечник – печень» условно включает четыре основных направления в их тесной и непрерывной взаимосвязи:

1. дисбиоз кишечного микробиома;
2. повышенная кишечная проницаемость;
3. измененная энтерогепатическая циркуляция желчных кислот (ЖК);
4. аберрантный транспорт лимфоцитов [18].

Дисбиоз кишечника в зависимости от степени нарушения и свойств макроорганизма может являться триггером многих заболеваний человека и приводить к тяжелым нарушениям.

В имеющихся данных предположено двунаправленное взаимодействие оси «кишечник – печень», где в патофизиологии ПСХ у генетически предрасположенных людей главную роль играют желудочно-кишечный микробиом и циркулирующие ЖК. Именно ЖК формируют кишечный микробиом, тогда как кишечные микроорганизмы могут изменять структуру ЖК и их свойства [19]. Измененные ЖК напрямую влияют на микробиоту, что приводит к дисбиозу и повышенной транслокации микроорганизмов и токсинов через ослабленный кишечный барьер, синдрому повышенной проницаемости [20–22], длительной антигенной стимуляции и развитию аутоиммунной патологии. Активированные антигенами лимфоциты кишечника мигрируют в печень через воротную вену и в конечном итоге принимают непосредственное участие в воспалительных процессах. В соответствии с гипотезой абберантного механизма транспорта лимфоцитов Т-клетки, активированные определенным антигеном, становятся патрулирующими зрелыми Т-клетками и впоследствии стремятся вернуться обратно в ткань, где они первоначально столкнулись с этим антигеном. Данный механизм возвращения управляется интегринами и адрессинами. Экспрессия молекулы клеточной адгезии MAdCAM-1 и сосудистого адгезивного белка 1 (VAP-1) вместе с секрецией тимусного хемокина CCL25 являются общими для кишечной и печеночной систем пациентов с ПСХ, что позволяет активированным Т-клеткам связываться как со слизистой оболочкой (СО) кишечника, так и с эндотелием печени [23]. Перекрестные взаимодействия между холангиоцитами, иммунными клетками, звездчатыми клетками печени и миофибробластами в конечном итоге приводят к перидуктальному фиброзу, который является патогномоничным признаком ПСХ [24, 25].

Микробиота желудочно-кишечного тракта и ПСХ

Исследование микробиоты – одно из наиболее перспективных направлений в плане изучения патогенеза и поиска терапевтических подходов к лечению ПСХ-ВЗК. В настоящее время микробиоту рассматривают как экстракорпоральный орган, который играет огромную роль в поддержании гомеостаза и формировании иммунитета организма [26]. Микробиота кишечника состоит из триллионов микроорганизмов, включающих бактерии, грибки, простейшие, археи и вирусы, которые живут в тесной многоуровневой и разветвленной симбиотической связи с носителем. Постоянная кишечная микробиота представлена микроколониями, тесно взаимодействующими с кишечной стенкой в контакте с эпителием, далее последовательно располагаются анаэробы и аэробные бактерии, объединенные в микробно-тканевой комплекс. Фекальная микробиота (ФМ) составляет лишь 5% микробной популяции, а ее состав крайне непостоянен. Нарушение микробиома кишечника приводит к дисбиозу и, в дальнейшем, повышению проницаемости кишечника, что создает условия для транслокации микробов и связанных с ними патогенных молекулярных паттернов [21, 27]. В печени они вызывают воспаление через рецепторы, расположенные на купферовских, синусоидальных эндотелиальных, звездчатых клетках, и, активируя инфламмасому NLRP3, приводят к активации каскадов воспаления, вызывающих фиброз печени и ЦП [28]. Доказано, что разнообразие и насыщенность симбионтной кишечной микробиоты при ВЗК значительно снижаются, а патобионтов – увеличиваются. Влияние изменений в микробиоте на иммунное состояние макроорганизма подтверждается экспериментально доказанными нарушениями развития лимфоидной ткани, брыжеечных лимфатических узлов и пейеровых бляшек, снижением секреторного иммуноглобулина А и аномальным развитием кишечных Т-клеток у мышей, выращенных в безмикробной среде [26].

Многие годы возможности изучения микробиоты ограничивались культуральными методами, позволявшими определять лишь малую часть аэробов. Введение в практику секвенирования нуклеиновых кислот последнего поколения расширило возможности ее изучения, позволило получить данные первичной структуры генов РНК рибосом, определяемых в ДНК микроорганизма с целью его идентификации. В настоящее время проводится целый ряд исследований, направленных на изучение микробиоты кишечника, оценку ее влияния на иммунные реакции в патогенезе ПСХ и его ассоциации с ВЗК. В недавнем крупном исследовании ФМ проанализировали на основе профилей секвенирования гена-ампликона 16S рибосомной РНК с включением 137 пациентов с ПСХ, 118 с ЯК и 133 здоровых лиц, проживающих в Норвегии и Германии. Географических различий в микробиоте не выявлено, но, тем не менее, ее состав различался у пациентов с ПСХ по сравнению с контрольной группой (p < 0,001). Обнаружены различия в профилях микробиоты между пациентами с ПСХ и ЯК, в отличие от ПСХ-ВЗК. Это позволило авторам предположить, что ПСХ сам по себе приводит к выявляемым изменениям микробиоты фекалий [29]. Идентифицировано несколько микроорганизмов, ранее не описанных в ассоциации с ПСХ, отмечено превышение количества микроорганизмов типа Proteobacteria, класса Gammaproteobacteria, обилие рода Parabacteroides, идентифицирована новая таксономическая единица, принадлежащая роду Bacteroides, Gammaproteobacteria, все из которых – грамотрицательные бактерии с мембранами, содержащими липополисахарид (LPS) [30]. Увеличение Parabacteroides является особенно интересным, поскольку выявлено, что этот устойчивый к желчи таксон связан с изменениями в метаболизме холестерина и ЖК.

В нескольких исследованиях показано, что у пациентов с ПСХ значительно выше, чем у здоровых, представительство Veillonella spp. [29, 30]. В исследовании M. Kummen и соавт. (2017 г.) количество Veillonella было в 4,8 раза выше при ПСХ по сравнению с контрольной группой и имело положительную корреляцию с прогностическим индексом ПСХ (AUC [площадь под кривой] 0,64) [29]. При пересчете и добавлении других родов, связанных с ПСХ, корреляция возросла (AUC 0,78). Этот таксон может продуцировать аминоксидазы, такие как сосудистый адгезивный белок-1 (VAP-1), облегчает адгезию лимфоцитов, тропных к кишечнику и эндотелию печени, потенциально способствует проявлению ПСХ-ВЗК как результата аберрантного транспорта лимфоцитов между кишечником и печенью [29, 31]. Изменение относительного содержания Veillonella в микробиоме кишечника не является специфическим для ПСХ, но потенциально рассматривается как маркер прогрессирования заболевания печени [29]. Существует предположение о том, что Veillonella напрямую способствует фиброгенезу при ПСХ, но прямые доказательства пока отсутствуют. Важно отметить, что во всех приведенных наблюдениях изучали ФМ. Вместе с тем необходимы исследования и микробиома СО кишки, которые могут оказаться более информативными.

Интерес представляет работа J. Sabino и соавт. (2016 г.), в которой показано, что увеличение Enterococcus spp. положительно коррелирует с уровнем сывороточной щелочной фосфатазы (ЩФ) и обструкцией желчных протоков [32]. Авторы предположили, что увеличение Veillonella и Fusobacterium spp. способно вызывать провоспалительные реакции, связанные с ПСХ и ПСХ-ВЗК. В исследовании S. Lemoinne и соавт. (2020 г.) представлены данные о снижении доли семейства Saccharomycetaceae, включая вид Saccharomyces cerevisiae, который, как известно, при дисбактериозе обладает противовоспалительными свойствами и снижен у пациентов с активным ВЗК [33]. M. Quraishi и соавт. (2020 г.) проанализировали секвенирование 16S рибосомной РНК микробиоты СО толстой кишки у больных в группах с ВЗК, ПСХ-ВЗК и в контрольной группе и обнаружили повышенные популяции Escherichia, Lachnospiraceae и Megasphera у пациентов с ПСХ-ВЗК по сравнению с контрольной группой. У пациентов с ПСХ-ВЗК они также выявили сниженное количество видов Prevotella и Roseburia (продуцентов бутирата, вырабатываемого микробиотой кишечника, который не только является важным источником энергии для колоноцитов, но и выполняет иммуномодулирующие функции, а также поддерживает функцию эпителиального барьера) и почти полное отсутствие Bacteroides. Дисбиотическая микробиота толстой кишки у пациентов с ЯК характеризуется более низкой численностью этих «стражей кишечника» – производителей бутирата [34, 35]. Ассоциация ВЗК и ПСХ в рамках гипотезы о том, что кишечные микробы и лимфоциты, активированные в кишечнике, играют роль в воспалении желчных протоков, исследована в работе Е. Schrumpf и соавт. (2017 г.). У мышей-гнотобионов NOD.c3c4, выращенных в безмикробной среде, наблюдалось менее тяжелое повреждение желчных протоков по сравнению с мышами, выращенными обычным способом. Авторы делают вывод о том, что кишечная микробиота вносит вклад в заболевание желчевыводящих путей (ЖВП) [36]. В то же время другие авторы подтверждают концепцию, касающуюся защитной роли комменсальной микробиоты и ее метаболитов в патобиологии повреждения ЖВП и ПСХ [37]. Они проверили гипотезу о том, что у мышей-гнотобионтов развивается фенотип ПСХ, отличный от такового у мышей, содержащихся в обычных условиях. На мышиной модели ПСХ авторы показали, что отсутствие комменсальной микробиоты приводит к более серьезному повреждению ЖВП и усилению старения холангиоцитов, что потенциально является ключевым механизмом, стимулирующим повреждение ЖВП при ПСХ [37]. Обсуждаются условия сбора и методы хранения материала, которые могут влиять на микробный состав, поскольку почти все данные о микробиоме поступают из образцов кала и требуется оценка микробиоты на основе исследования всего микробиотканевого комплекса кишки. D. Shalon и соавт. (2023 г.) сравнили ФМ с образцами микробиоты СО кишечника, которые собраны с помощью недавно разработанного капсулированного устройства для отбора проб (CapScan, Envivo Bio). У одного и того же пациента наблюдались более выраженные различия микробиоты СО, чем в образцах кала или слюны. Состав микробиома, протеома и ЖК в образцах кишечника значительно отличался от образцов кала [38]. Т. Liwinski и соавт. (2020 г.) исследовали микробиом желчных протоков и обнаружили выраженные отличия от состава микробиот ротовой полости, дуоденальной жидкости и СО двенадцатиперстной кишки. Самые сильные различия между пациентами с ПСХ и контрольной группой наблюдались по микробному составу протоковой желчи. При ПСХ выявлено снижение биоразнообразия и увеличение патогена Enterococcus faecalis. Большая доля E. faecalis положительно коррелировала с концентрацией вредной тауролитохолевой кислоты, что позволило сделать вывод о том, что повреждение желчных протоков, возможно, было усилено бактериями, но не являлось прямой или единственной причиной [39]. Согласно приведенным результатам микробиом кишечника может быть вовлечен в патогенез ПСХ, а микробиом ПСХ-ВЗК отличается от микробиома пациентов с изолированным ВЗК. До сих пор не выявлено никакой специфической микробной сигнатуры, уникальной для ПСХ, а также необходимы дополнительные исследования с комплексной функциональной и количественной характеристикой микробиома.

Лечение

Еще в 1950-х годах выдвинута гипотеза о том, что портальную бактериемию у пациентов с ЯК и так называемым перихолангитом можно лечить антибиотиками [40]. С тех пор проведено несколько рандомизированных контролируемых испытаний и ретроспективных исследований, оценивающих эффект антибиотиков при ПСХ. И ванкомицин, и метронидазол продемонстрировали благоприятное влияние согласно оценке риска по шкале Майо и уровню ЩФ [41–43]. Систематический обзор и метаанализ исследований у взрослых с ПСХ показали снижение ЩФ на 66% (p < 0,002) и 23% (p = 0,18) для ванкомицина и метронидазола соответственно [42]. Лечение ванкомицином нацелено на грамположительные бактерии [44], в том числе на различные виды Clostridium spp., которые, как известно, в первую очередь участвуют в дегидроксилировании первичных ЖК во вторичные, присутствующих в дистальном отделе тонкой кишки и толстой кишке [42, 45]. Эта относительно узкая специфичность ванкомицина может быть потенциальным объяснением его воздействия на ПСХ, тогда как другие антибиотики (такие как рифаксимин, метронидазол и миноциклин), испытанные при лечении ПСХ, считаются антибиотиками широкого спектра действия. Возможно, ванкомицин, опосредованно воздействуя на кишечные микробы, влияет на метаболизм ЖК [46]. Ванкомицин, в дополнение к его воздействию на кишечные микробы, вероятно, также обладает иммуномодулирующим эффектом. Исследование небольшой группы детей (n = 14) с ПСХ-ЯК, получавших перорально ванкомицин, показало, что в дополнение к разрешению симптомов и нормализации биохимии печени наблюдалось увеличение периферических CD4⁺FoxP3⁺регуляторных Т-клеток (Treg) и уровней трансформирующего фактора роста β (ТФР-β), что предполагает иммуномодулирующий эффект ванкомицина [47]. Пероральное применение антибиотика рифаксимина, который плохо всасывается в системный кровоток, у пациентов с ЦП приводит к снижению эндотоксемии, модулирует микробиом кишечника и, следовательно, влияет на ось «кишечник – печень» [48, 49]. С учетом того, что у пациентов с ПСХ наблюдается чрезмерное представительство Villanelle spp., ожидается положительный результат в лечении рифаксимином пациентов с ПСХ ввиду его локального действия. Однако первое открытое клиническое исследование рифаксимина у пациентов с ПСХ в целом пока не показало никаких существенных улучшений в первичной конечной точке (по уровню ЩФ) или любой из вторичных конечных точек (уровню аспартатаминотрансферазы, общего билирубина, γ-глутамилтранспептидазы, альбумина, С-реактивного белка и оценки риска ПСХ) [50]. Модуляция микробиома кишечника пока не доказала широкой эффективности при холестатических заболеваниях печени, а также отсутствуют терапевтические варианты, доступные для рутинного использования за пределами клинических исследований.

Трансплантация ФМ

Предполагается, что трансплантация ФМ (ТФМ) увеличивает разнообразие микроорганизмов кишечника, поддерживая целостность эпителия, снижая проницаемость кишечника и воспаление при ПСХ-ВЗК [51]. Пилотные исследования продемонстрировали улучшение симптомов ВЗК и биохимических показателей, при этом успешное приживление определенных операционных таксономических единиц коррелировало с увеличением разнообразия микробиома и снижением уровней ЩФ в сыворотке крови [52]. Образцы фекалий от пациентов с ПСХ в этом исследовании имели повышенный уровень Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis и Enterococcus gallinarum. После применения TФМ авторы выделяли указанные бактерии из брыжеечных лимфатических узлов, что предполагает их транслокацию через кишечный барьер. Известно, что K. pneumonia образует поры в кишечных клетках и потенциально может играть важную роль в целостности кишечного барьера [53]. В эксперименте на мышиной модели ПСХ доказано, что дисбактериоз кишечника усугубляет прогрессирование заболеваний печени [54]. Пилотное исследование TФМ на пациентах с ПСХ-ВЗК показало увеличение разнообразия микробиоты у всех 10 участников исследования. Всем выполняли TФМ от одного донора с помощью колоноскопии. Наблюдалось снижение ЩФ ≥ 50% у 3 из 10 пациентов с ПСХ. Авторы рекомендовали более крупные контролируемые исследования для определения эффективности и механизмов TФМ при ПСХ [52].

Заключение

Представленные в обзоре сложные взаимосвязи кишечника и печени на генетическом, иммунологическом, клеточном, микробиологическом и физиологическом уровнях вызывают еще больше вопросов, касающихся патогенеза ПСХ-ВЗК.

Основной целью современных исследований ПСХ-ВЗК является определение ключевых звеньев патогенеза, поскольку понимание механизмов, посредством которых возникают приведенные аномальные иммунные реакции, нарушения функции холангиоцитов и циркуляции энтерогепатического желчного потока, вероятно, могут привести к разработке новых и эффективных патогенетических методов лечения. В будущем необходимы исследования, позволяющие лучше понять механизмы формирования данного заболевания и определить потенциальные терапевтические мишени в выборе лечения.

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE.

Authors' contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria.

Источник финансирования. Авторы декларируют отсутствие внешнего финансирования для проведения исследования и публикации статьи.

Funding source. The authors declare that there is no external funding for the exploration and analysis work.

About the authors

Evgenia S. Sbikina

Loginov Moscow Clinical Scientific Center

Author for correspondence.
Email: esbikina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2195-9643

канд. мед. наук, ст. науч. сотр. отд. гепатологии

Russian Federation, Moscow

Elena V. Vinnitskaya

Loginov Moscow Clinical Scientific Center

Email: esbikina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0344-8375

д-р мед. наук, зав. отд. гепатологии

Russian Federation, Moscow

Asfold I. Parfenov

Loginov Moscow Clinical Scientific Center

Email: esbikina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9782-4860

д-р мед. наук, проф., зав. отд. патологии кишечника

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files