Особенности микробиоценоза желудочно-кишечного тракта у больных ВИЧ-инфекцией


DOI: https://dx.doi.org/10.18565/epidem.2021.1.77-83

Попова Д.М., Вознесенский С.Л., Петрова Е.В., Соболева З.А.

1) Российский университет дружбы народов, Москва, Россия; 2) Инфекционная клиническая больница № 2 Департамента здравоохранения города Москвы, Москва, Россия
Важность кишечной микрофлоры для здоровья человека давно доказана многими исследованиями. Кишечные бактерии не только помогают переваривать пищу, но и участвуют в регуляции обмена веществ в целом, активно сотрудничают с иммунной системой, поддерживают организм в борьбе с бактериальными и вирусными инфекциями. В разных отделах желудочно-кишечного тракта человека обитает от 500 до 1000 видов бактерий. Установлено, что общая численность микробных клеток интестинальной микробиоты взрослого человека в среднем составляет 1014 КОЕ/г, что в 10 раз превышает численность клеток самого организма, а по числу совокупных генов превосходит кодирующую способность генома человека и составляет более 3 млн генов. Микробиота кишечника выполняет ряд важнейших функций: защитные, метаболические, трофические (структурные). ВИЧ-инфекция разрушительно влияет на физиологическое взаимодействие между условно-патогенной микрофлорой и иммунной системой. Нарушения иммунологических и эпителиальных барьеров приводят к энтеропатии, синдрому мальабсорбции, бактериальной транслокации и кишечным инфекциям. Длительная бактериальная транслокация в сыворотке крови ВИЧ-инфицированных пациентов может приводить к системному воспалительному ответу, который, в свою очередь, может вести к прогрессированию заболевания и истощению иммунитета. В обзоре представлены современные данные о микробиоме человека, методах его исследования, таксономическом составе и функциях. Отдельно рассмотрен патогенез поражения желудочно-кишечного тракта при ВИЧ-инфекции, обозначены проблемы и перспективы изучения микробиома у ВИЧ-инфицированных больных.

Литература


1. Пашинская Е.С., Побяржин В.В., Семенов В.М. Особенности биологии и паразитирования лямблий (обзор литературы). Клиническая инфектология и паразитология 2017; (1): 74–86.


2. Ходжаян А.Б., Михайленко А.К., Федоренко Н.Н. Медицинская паразитология и паразитарные болезни. В кн.: Ходжаян А.Б., Козлов С.С., Голубева М.В. (ред.). Протозоонозы и гельминтозы. Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2016. 448 с.


3. Human Microbiome Project Consortium. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature 2012; 486(7402): 207–14. DOI https://doi.org/10.1038/nature11234


4. Wilson K.H., Blitchington R.B., Greene R.C. Amplification of bacterial 16S ribosomal DNA with polymerase chain reaction. J. Clin. Microbiol. 1990; 28: 1942–6. PMCID: PMC268083 PMID: 2095137


5. Walter J., Ley R. The human gut microbiome: ecology and recent evolutionary changes. Ann. Rev. Microbiol. 2011; 65: 411–29. DOI: 10.1146/annurev-micro-090110-102830


6. Roxstrom-Lindquist K., Palm D., Reiner D., Ringqvist E., Svard S.G. Giardia immunity-an update. Trends Parasitol. 2006; 22: 26–31. DOI: 10.1016/j.pt.2005.11.005


7. Woese C.R. Bacterial evolution. Microbiol. Rev. 1987; 51: 221–71.


8. Woese C.R., Fox G.E. Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1977; 74: 5088–90. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088


9. Susan V., Lynch Ph.D., Pedersen O. The Human Intestinal Microbiome in Health and Disease. Nеw Eng. J. Med. 2016; 2370: 2369–79. DOI: 10.1056/NEJMra1600266


10. Zoetendal E.G., von Wright A., Vilpponen-Salmela T., Ben-Amor K., Akkermans A.D., de Vos W.M. Mucosaassociated bacteria in the human gastrointestinal tract are uniformly distributed along the colon and differ from the community recovered from feces. Appl. Environ. Microbiol. 2002; 68: 3401–7. DOI: 10.1128/aem.68.7.3401-3407.2002


11. Dillon S. M., Lee E.J., Kotter C.V., Austin G.L., Dong Z. et al. An altered intestinal mucosal microbiome in HIV-1 infection is associated with mucosal and systemi c immune activation and endotoxemia. Mucosal Immunol. 2014; (7): 983–94. DOI: https://doi.org/10.1038/mi.2013.116


12. Stephanie M.D., Daniel N.F., Wilson C.C. The gut microbiome and HIV-1 pathogenesis: a two-way street. AIDS 2016, 30: 2737–51. DOI: 10.1097/QAD.0000000000001289


13. Lozupone C.A., Li M., Campbell T.B. et al. Alterations in the gut microbiota associated with HIV-1 infection. Cell Host Microbe 2013; 14: 329–39. DOI: 10.1016/j.chom.2013.08.006


14. Sun Y., Ma Y., Lin P. et al. Fecal bacterial microbiome diversity in chronic HIV-infected patients in China. Emerg. Microb. Infect. 2016; (5): 31. DOI: 10.1038/emi.2016.25


15. Va´zquez-Castellanos J.F., Serrano-Villar S., Latorre A. et al. Altered metabolism of gut microbiota contributes to chronic immune activation in HIV-infected individuals. Mucosal Immunol. 2015; (8): 760–72. DOI: 10.1038/mi.2014.107


16. Dinh D.M., Volpe G.E., Duffalo C. et al. Intestinal microbiota, microbial translocation, and systemic inflammation in chronic HIV infection. J. Infect. Dis. 2015; 211: 19–27. DOI: 10.1093/infdis/jiu409


17. McHardy I. H., Li X., Tong M. et al. HIV Infection is associated with compositional and functional shifts in the rectal mucosal microbiota. Microbiome 2013; (1): 26. DOI: 10.1186/2049-2618-1-26


18. Nowak P., Troseid M., Avershina E. et al. Gut microbiota diversity predicts immune status in HIV-1 infection. AIDS 2015; 29: 2409–18. DOI: 10.1097/QAD.0000000000000869


19. Noguera-Julian M., Rocafort M., Guille´n Y. et al. Gut microbiota linked to sexual preference and HIV infection. EBioMedicine 2016; 5: 135–46. DOI: 10.1016/j.ebiom.2016.01.032


20. Monaco C.L., Gootenberg D.B., Zhao G. et al. Altered virome and bacterial microbiome in human immunodeficiency virusassociated acquired immunodeficiency syndrome. Cell Host Microbe 2016; 19: 311–22. DOI: 10.1016/j.chom.2016.02.011


21. Dillon S.M., Lee E.J., Kotter C.V. et al. Gut dendritic cell activation links an altered colonic microbiome to mucosal and systemic T-cell activation in untreated HIV-1 infection. Mucosal Immunol. 2016; 9: 24–37. DOI: https://doi.org/10.1038/mi.2015.33


22. Klase Z., Ortiz A., Deleage C. et al. Dysbiotic bacteria translocate in progressive SIV infection. Mucosal Immunol. 2015; 8: 1009–20. DOI: 10.1038/mi.2014.128


23. Chang J.Y., Antonopoulos D.A., Kalra A. et al. Decreased diversity of the fecal microbiome in recurrent Clostridium difficile–associated diarrhea. J. Infect. Dis. 2008; 197: 435–8. DOI: 10.1086/525047


24. Yu G., Fadrosh D., Ma B. et al. Anal microbiota profiles in HIV-positive and HIV-negative MSM. AIDS 2014; 28: 753–60. DOI: 10.1097/QAD. 0000000000000154


25. Vujkovic-Cvijin I., Dunham R.M., Iwai S. et al. Dysbiosis of the gut microbiota is associated with HIV disease progression and tryptophan catabolism. Sci. Transl. Med. 2013; 5: 193. DOI: 10.1126/scitranslmed. 3006438


26. Thom K., Petrik J. Progression towards AIDS leads to increased Torque teno virus and Torque teno minivirus titers in tissues of HIV infected individuals. J. Med. Virol. 2007; 79: 1–7. DOI: 10.1002/jmv.20756


27. Garcı´a-Alvarez M., Berenguer J., Alvarez E. et al. Association of torque teno virus (TTV) and torque teno mini virus (TTMV) with liver disease among patients coinfected with human immunodeficiency virus and hepatitis C virus. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2013; 32: 289–97. DOI: 10.1007/s10096-012-1744-1


28. Handley S.A., Thackray L.B., Zhao G. et al. Pathogenic simian immunodeficiency virus infection is associated with expansion of the enteric virome. Cell 2012; 151: 253–66. DOI: 10.1016/j.cell.2012.09.024


29. Deeks S.G., Kitchen C.M., Liu L. et al. Immune activation set point during early HIV infection predicts subsequent CD4+ T-cell changes independent of viral load. Blood 2004; 104: 942–7. DOI: 10.1182/blood-2003-09-3333


30. Tincati C., Douek D.C., Marchetti G. Gut barrier structure, mucosal immunity and intestinal microbiota in the pathogenesis and treatment of HIV infection. AIDS Res. Ther. 2016; 13: 19. DOI: 10.1186/s12981-016-0103-1


31. Krishnan S., Wilson E.M., Sheikh V. et al. Evidence for innate immune system activation in HIV type 1-infected elite controllers. J. Infect. Dis. 2014; 209: 931–9. DOI: 10.1093/infdis/jit581


32. Viskovic K., Zidovec-Lepej S., Gorenec L. et al. Cardiovascular markers of inflammation and serum lipid levels in HIV-infected patients with undetectable viraemia. J. Int. AIDS Soc. 2014; 7(4, Suppl. 3): 19548. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-018-24446-4


33. Sandler N.G., Wand H., Roque A. et al; INSIGHT SMART Study Group. Plasma levels of soluble CD14 independently predict mortality in HIV infection. J. Infect. Dis. 2011; 203: 780–90. DOI: 10.1093/infdis/jiq118


34. Tenorio A.R., Zheng Y., Bosch R.J. et al. Soluble markers of inflammation and coagulation but not T-cell activation predict non-AIDS-defining morbid events during suppressive antiretroviral treatment. J. Infect. Dis. 2014; 210: 1248–59. DOI: 10.1093/infdis/jiu254


35. Lapenta C., Boirivant M., Marini M. et al. Human intestinal lamina propria lymphocytes are naturally permissive to HIV-1 infection. Eur. J. Immunol. 1999; 29: 1202–08. DOI: 10.1002/(SICI)1521-4141(199904)29 :04<1202::AID-IMMU1202>3.0.CO;2-O


36. Guadalupe M., Reay E., Sankaran S. et al. Severe CD4+ T-cell depletion in gut lymphoid tissue during primary human immunodeficiency virus type 1 infection and substantial delay in restoration following highly active antiretroviral therapy. J. Virol. 2003; 77: 11708–17. DOI: 10.1128/JVI.77. 21.11708-11717.2003


37. Brenchley J.M., Schacker T.W., Ruff L.E. et al. 2004. CD4+ T-cell depletion during all stages of HIV disease occurs predominantly in the gastrointestinal tract. J. Exp. Med. 2004; 200: 749–59. DOI: 10.1084/jem.20040874


38. Steele A.K., Lee E.J., Manuzak J.A. et al. Microbial exposure alters HIV-1-induced mucosal CD4+ T cell death pathways ex vivo. Retrovirology 2014; (11): 14. DOI: 10.1186/1742-4690-11-14


39. Mehandru S., Poles M.A., Tenner-Racz K. et al. Lack of mucosal immune reconstitution during prolonged treatment of acute and early HIV-1 infection. PLoS Med. 2006; 3: e484. DOI: 10.1371/journal.pmed.0030484


40. Fernandes S.M., Pires A.R., Ferreira C. et al. Enteric mucosa integrity in the presence of a preserved innate interleukin 22 compartment in HIV type 1-treated individuals. J. Infect. Dis. 2014; 210: 630–40. DOI: 10.1093/ infdis/jiu126


41. Kim C.J., Nazli A., Rojas O.L., Chege D. et al. A role for mucosal IL-22 production and Th22 cells in HIV-associated mucosal immunopathogenesis. Mucosal Immunol. 2012; 5: 670–80. DOI: 10.1038/ mi.2012.72


42. Tincati C., Merlini E., Braidotti P., Ancona G. et al. Impaired gut junctional complexes feature late-treated individuals with suboptimal CD4+ T-cell recovery upon virologically suppressive combination antiretroviral therapy. AIDS 2016; 30: 991–1003. doi:10.1097/QAD. 0000000000001015


43. Somsouk M., Estes J.D., Deleage C. et al. Gut epithelial barrier and systemic inflammation during chronic HIV infection. AIDS 2015; 29: 43–51. doi: 10.1097/QAD.0000000000000511


44. Lindemans C.A., Calafiore M., Mertelsmann A.M. et al. Interleukin-22 promotes intestinal-stem-cell-mediated epithelial regeneration. Nature 2015; 528: 560–4. doi: 10.1038/nature16460


45. Hensley-McBain T., Zevin A.S., Manuzak J. et al. Effects of fecal microbial transplantation on microbiome and immunity in simian immunodeficiency virus-infected macaques. J. Virol. 2016; 90: 4981–9. DOI: 10.1128/ JVI.00099-16


46. Al-Sadi R., Ye D., Said H.M., Ma T.Y. Cellular and molecular mechanism of interleukin-1b modulation of Caco-2 intestinal epithelial tight junction barrier. J. Cell. Mol. Med. 2011; 15: 970–82. DOI: 10.1111/j.1582-4934. 2010.01065.x


47. Pe´rez-Santiago J., Gianella S., Massanella M. et al. Gut Lactobacillales are associated with higher CD4 and less microbial translocation during HIV infection. AIDS 2013; 27: 1921–31. DOI: 10.1111/j.1582-4934.2010. 01065.x


48. Hummelen R., Changalucha J., Butamanya N. L. et al. Effect of 25 weeks probiotic supplementation on immune function of HIV patients. Gut Microbes 2011; 2: 80–5. DOI: 10.4161/gmic.2.2.15787


49. Irvine S.L., Hummelen R., Hekmat S. et al. Probiotic yogurt consumption is associated with an increase of CD4 count among people living with HIV/AIDS. J. Clin. Gastroenterol. 2010; 44: e201–e205. DOI: 10.1097/ MCG.0b013e3181d8fba8


50. Ellis C.L., Ma Z.M., Mann S.K. et al. Molecular characterization of stool microbiota in HIV-infected subjects by panbacterial and orderlevel 16S ribosomal DNA (rDNA) quantification and correlations with immune activation. J. Acquir. Immune Defic. Syndr. 2011; 57: 363–70. DOI: 10.1097/QAI.0b013e31821a603c


51. Paquin-Proulx D., Ching C., Vujkovic-Cvijin I. et al. Bacteroides are associated with GALT iNKT cell function and reduction of microbial translocation in HIV-1 infection. Mucosal Immunol. 2017; 10 (Issue 1): 69–78. DOI: 10.1038/ mi.2016.34


Об авторах / Для корреспонденции


Попова Дарья Михайловна – аспирант кафедры инфекционных болезней с курсами эпидемиологии и фтизиатрии Медицинского института Российского университета дружбы народов; врач-инфекционист отделения интенсивной терапии для больных с ВИЧ-инфекцией Инфекционной клинической больницы № 2 Департамента здравоохранения города Москвы, Москва, Россия; popovad@ikb2.ru; https://orcid.org/0000-0002-4056-9192
Вознесенский Сергей Леонидович – к.м.н., доцент кафедры инфекционных болезней с курсами эпидемиологии и фтизиатрии Медицинского института Российского университета дружбы народов, Москва, Россия; voznesenskiy_sl@pfur.ru; http://orcid. org/0000-0001-5669-1910
Петрова Елена Викторовна – заведующий отделением интенсивной терапии для больных с ВИЧ-инфекцией Инфекционной клинической больницы № 2 Департамента здравоохранения города Москвы, Москва, Россия; bolnica2@yandex.ru
Соболева Зинаида Александровна – врач-инфекционист отделения интенсивной терапии для больных с ВИЧ-инфекцией Инфекционной клинической больницы № 2 Департамента здравоохранения города Москвы, Москва, Россия; bolnica2@yandex.ru


Похожие статьи


Бионика Медиа