Mikrobiota jelit u chorych na nadciśnienie tętnicze
Mikrobiota człowieka utworzona jest z ponad 39 bilionów drobnoustrojów, które należą do trzech głównych domen: bakterii, archea i eukariota, oraz do wirusów [1–3]. Wśród tych mikroorganizmów są zarówno drobnoustroje komensalne i symbiotyczne, jak i wywołujące stany patologiczne, w tym choroby zakaźne [1]. Analiza różnorodności bakterii wykazała, że w jelitach człowieka żyje około 1000 gatunków bakterii, będących przedstawicielami ponad 50 gromad bakterii [1, 4]. Gęstość komórek bakteryjnych w poszczególnych odcinkach jelit jest zróżnicowana i wynosi od 103/ml w dwunastnicy do 1011/ml w jelicie grubym [1].
Do głównych przedstawicieli mikrobioty jelit należą bakterie Firmicutes i Bacteroidetes stanowiące 90% wszystkich bakterii jelit. W mniejszym stopniu mikrobiotę jelit tworzą Proteobacteria, Actinobacteria i Fusobacteria [5–7].
W ostatnich latach dzięki dostępności technik biologii molekularnej możliwa stała się ilościowa analiza składu mikrobiomu jelit [8]. Najpowszechniej wykorzystywana technika opiera się na izolacji DNA i amplifikacji genu 16S rRNA bakterii z użyciem reakcji łańcuchowej polimerazy, a następnie analizie jego hiperzmiennych regionów. W obrębie sekwencji genu 16S rRNA bakterii kodującego małe podjednostki rybosomów znajduje się 9 regionów charakteryzujących się największą zmiennością międzygatunkową nazywanymi hiperzmiennymi (V1–V9). Po porównaniu ich sekwencji z danymi dotyczącymi powyższych sekwencji RNA pochodzący z uprzednio wykonanych analiz możliwa jest identyfikacja poszczególnych szczepów bakterii w badanej próbce. Uzyskane w ten sposób dane służą następnie do określenie różnorodności i składu mikrobioty jelit [1]. Do oceny składu i różnorodności mikrobioty jelit oblicza się wskaźniki Chao one (miara bogactwa bakterii, tj. liczby gatunków w badanej próbce) i Schannon (miara różnorodności; gdy występuje tylko jeden gatunek, wartość tego wskaźnika wynosi zero) [1].
Zaburzenia składu mikrobioty jelit określa się mianem dysbiozy [9]. Dysbioza charakteryzuje się zmniejszeniem liczby korzystnych bakterii komensalnych i symbiotycznych, zwiększeniem liczby potencjalnie patogennych bakterii, oraz utratą różnorodności mikrobioty [9].
Wyniki badań epidemiologicznych wskazują, że mikrobiota jelit chorych z nadciśnieniem tętniczym różni się od mikrobioty jelit osób z prawidłowym ciśnieniem tętniczym [10–19]. U chorych z nadciśnieniem tętniczym w porównaniu do osób z prawidłowym ciśnieniem tętniczym stwierdza się występowanie różnic jakościowych w składzie mikrobioty jelit oraz zmniejszenie jej bogactwa i różnorodności [10–19].
Zastosowanie modyfikacji mikrobioty jelit z wykorzystaniem probiotyków w leczeniu nadciśnienia tętniczego
Probiotykami są preparaty zawierające mikroorganizmy występujące w naturalnej zdrowej mikroflorze jelita grubego człowieka; bezwzględne lub względne beztlenowce; najczęściej szczepy Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus oraz Sacharomyces. Postać farmaceutyczna probiotyku musi umożliwiać przeżycie bakterii podczas pasażu jelitowego (t.j. działania soku żołądkowego, żółci i enzymów trawiennych). Probiotyki najczęściej mają formę liofilizatu. Pojedyncza dawka preparatu probiotyku powinna zawierać 109–1010 jednostek tworzących kolonię (CFU, colony forming units) żywych bakterii [20]. Probiotyki jednoszczepowe są wykorzystywane w celu osiągnięcia określonego pojedynczego efektu klinicznego, natomiast probiotyki wieloszczepowe mają złożone sposoby działania [20].
Przeprowadzono liczne badania kliniczne obejmujące małe grupy chorych, których celem była ocena wpływu probiotyków na ciśnienie tętnicze. W metaanalizie 23 randomizowanych badań klinicznych przeprowadzonej przez Qi i wsp., obejmującej 2037 osób, wykazano że zastosowanie probiotyku wiązało się ze zmniejszeniem skurczowego [średnia ważona różnica (WMD, weighted mean difference) = –3,05 mm Hg; 95% CI: –4,67 do –1,44) i rozkurczowego (WMD = –1,51; 95% CI: –2,38 do –0,65) ciśnienia tętniczego. Znamienny efekt przeciwnadciśnieniowy probiotyków w odniesieniu do skurczowego ciśnienia tętniczego stwierdzono jedynie u chorych z cukrzycą typu 2 lub nadciśnieniem tętniczym, natomiast w odniesieniu do rozkurczowego ciśnienia tętniczego jedynie u chorych z nadciśnieniem tętniczym [21]. W metaanalizie 9 badań klinicznych, przeprowadzonej przez Khalesi i wsp., obejmującej 543 osoby stwierdzono, że podawanie probiotyku prowadziło do zmniejszenia ciśnienia skurczowego [średnia różnica (MD, mean difference) = –3,56 mm Hg; 95% CI: –6,46 do –0,66) i rozkurczowego (MD = –2,38 mm Hg; 95% CI: –3,84 do –0,93). Większy efekt przeciwnadciśnieniowy stwierdzono u osób stosujących probiotyk wieloszczepowy w porównaniu z jednoszczepowym oraz w trakcie interwencji trwającej ponad 8 tygodni. Co więcej, jedynie stosowanie probiotyku zawierającego co najmniej 1011 CFU było związane z istotnym zmniejszeniem ciśnienia tętniczego [22].
Jednym z probiotyków, o udokumentowanych właściwościach przeciwnadciśnieniowych, dostępnych w Polsce, jest probiotyk wieloszczepowy Sanprobi Barrier. Ten probiotyk złożony jest z następujących bakterii: Bifidobacterium lactis W52, Lactobacillus brevis W63, Lactobacillus casei W56, Lactococcus lactis W19, Lactococcus lactis W58, Lactobacillus acidophilus W37, Bifidobacterium bifidum W23, Bifidobacterium lactis W51 oraz Lactobacillus salivarius W24. Jedna kapsułka probiotyku Sanprobi Barrier zawiera ≥ 2,5 × 109 CFU wymienianych powyżej bakterii [23]. W badaniach in vitro wykazano, że szczepy bakteryjne wchodzące w skład probiotyku Sanprobi Barrier poprawiają czynność bariery nabłonkowej, zmniejszają reakcje immunologiczne mogące pogarszać czynność bariery jelitowej (zmniejszają pobudzenie komórek tucznych), działają przeciwzapalnie [pobudzają wytwarzanie przeciwzapalnej interleukiny 10 (IL-10)] oraz mają zdolność do degradacji lipopolisacharydu (LPS) [24].
W opisanych poniżej dwóch randomizowanych badaniach klinicznych z użyciem placebo wykazano, że probiotyk wieloszczepowy Sanprobi Barrier wykazuje właściwości przeciwnadciśnieniowe.
Szulińska i wsp., w badaniu obejmującym 81 kobiet z otyłością w okresie pomenopauzalnym, oceniali wpływ podawania przez 12 tygodni małej dawki probiotyku wieloszczepowego Sanprobi Barrier (2,5 × 109 CFU/dobę — 1 kapsułka) w porównaniu z większą dawką (10 × 109 CFU/dobę — 4 kapsułki) oraz z placebo na ogólnoustrojowy stan zapalny i ciśnienie tętnicze. Wykazano, że podawanie probiotyku Sanprobi Barrier w dużej dawce, czyli 4 kapsułki/dobę wiązało się ze zmniejszeniem nasilenia ogólnoustrojowego stanu zapalnego. Pod wpływem stosowania tego probiotyku w dużej, podanej powyżej, dawce, wykazano zmniejszenie stężenia LPS w osoczu z 13,01 do 10,39 ng/ml (p = 0,0008), zmniejszenie stężenia czynnika martwicy nowotworu alfa (TNF-α, tumor necrosis factor alpha) w osoczu z 1,04 do 0,85 pg/ml (p = 0,0001) oraz zmniejszenie stężenia interleukiny 6 (IL-6) w osoczu z 4,50 do 4,41 pg/ml (p = 0,017). W tym badaniu wykazano również przeciwnadciśnieniowe właściwości probiotyku Sanprobi Barrier. Zastosowanie 1 kapsułki (mała dawka) tego probiotyku/dobę wiązało się ze zmniejszeniem ciśnienia tętniczego z 134/82 mm Hg do 131/82 mm Hg (p = 0,049 dla skurczowego ciśnienia tętniczego), natomiast zastosowanie 4 kapsułek (duża dawka) tego probiotyku/dobę wiązało się z zmniejszeniem ciśnienia tętniczego z 135/80 mm Hg do 131/80 mm Hg (p = 0,036 dla skurczowego ciśnienia tętniczego) [25, 26].
W drugim randomizowanym badaniu klinicznym z zastosowaniem probiotyku Sanprobi Barrier, Sabico i wsp. poddali analizie wyniki leczenia 78 chorych z cukrzycą typu 2. W badaniu tym oceniano wpływ podawania przez 12 tygodni 5 × 109 CFU/dobę (2 × 1 kapsułka) probiotyku Sanprobi Barrier w porównaniu z placebo na barierę jelitową (której czynność oceniano na podstawie stężenia endotoksyn bakteryjnych w osoczu) oraz na ciśnienie tętnicze. Wykazano, że zastosowanie probiotyku Sanprobi Barrier prowadzi do zmniejszenia stężenia endotoksyn bakteryjnych w osoczu o 3,6 IU/ml. Zastosowanie probiotyku Sanprobi Barrier przyczyniło się ponadto do zmniejszenia ciśnienia tętniczego z 135/84 mm Hg do 129/80 mm Hg (p < 0,01 dla skurczowego ciśnienia tętniczego i p < 0,03 dla rozkurczowego ciśnienia tętniczego) [27].
Podsumowując, w opisanych powyżej badaniach wykazano, że probiotyk wieloszczepowy Sanprobi Barrier korzystnie wpływa na barierę jelitową oraz ma pewne działanie przeciwnadciśnieniowe.
Hipertensynogenne właściwości dysbiotycznej mikrobioty
Wyniki poniżej opisanego doświadczenia na myszach wskazują, że dysbiotyczna mikrobiota jelit ma działanie hipertensynogenne. Li i wsp. wykonali transfer mikrobioty jelitowej (dwa razy w odstępie jednego dnia) od osoby z prawidłowym ciśnieniem tętniczym do 5 myszy pozbawionych mikrobioty (GF C57BL/6L) oraz transfer mikrobioty jelitowej od 2 chorych na nadciśnienie tętnicze do 10 myszy pozbawionych mikrobioty (GF C57BL/6L) [12]. U myszy, które otrzymały mikrobiotę od osoby z prawidłowym ciśnieniem tętniczym, po 7 dniach stwierdzono prawidłową mikrobiotę jelit, czyli eubiozę. Natomiast u myszy, które otrzymały mikrobiotę od chorych z nadciśnieniem tętniczym, po 7 dniach stwierdzono dysbiozę (zmniejszenie liczebności Anaerotruncus, Coprococcus, Ruminococcus, Clostridium, Roseburia, Blautia i Bifidobasterium, zwiększenie liczebności Coprobacillus i Prevotella, zmniejszenie wskaźnika Shannon). Po 9 tygodniach od transferu mikrobioty jelit skurczowe i rozkurczowe ciśnienie tętniczego były znamiennie wyższe u myszy, które otrzymały mikrobiotę od chorych z nadciśnieniem tętniczym niż u myszy, które otrzymały mikrobiotę od osoby z prawidłowym ciśnieniem tętniczym [12] (ryc. 1).
Wyniki poniżej opisanych doświadczeń na zwierzętach i badań klinicznych pozwoliły na poznanie mechanizmów hipertensynogennych dysbiotycznej mikrobioty jelit (ryc. 2).
Ściana jelit człowieka jest powierzchnią łączącą organizm ze środowiskiem zewnętrznym. Równoległe połączenia ścisłe pomiędzy kolonocytami, stanowiąc barierę jelitową, zabezpieczają przed wnikaniem do krwiobiegu patogenów, substancji toksycznych oraz czynników prozapalnych. Wyniki licznych badań wskazują, że dysbioza prowadzi do upośledzenia bariery jelitowej [28]. U szczurów z nadciśnieniem tętniczym (SHR, spontaneously hypertensive rat) stwierdza się morfologiczne cechy uszkodzenia jelit towarzyszące zaburzeniom bariery jelitowej (zmniejszenie długości kosmków) i cechy stanu zapalnego w jelicie grubym [29]. U tych szczurów wykazano zwiększoną przepuszczalność bariery jelitowej i zmniejszoną ekspresję białek tworzących ścisłe złącza, których czynność determinuje sprawność bariery jelitowej, czyli okludyny, białka Tjp1 i cinguliny [30]. Zaburzenie bariery jelitowej umożliwia zwiększone wchłanianie z jelit substancji o działaniu hipertensynogennym: trimetyloaminy (TMA) i LPS.
Trimetyloamina jest produktem przemiany przez bakterie zasiedlające jelito grube (m. in. Clostridia, Tenericues, Proteus, Shigella, Prevotella, Aerobacter) karnityny, choliny i fosfatydylocholiny pochodzącej głównie z mięsa, ryb i jajek [31, 32]. W wątrobie, pod wpływem monooksygenazy zawierającej flawinę (FMOs, flavin-containing monooxygenase) TMA jest przekształcany do N-tlenku trimetyloaminy (TMAO). W osoczu można zidentyfikować TMA i TMAO (stężenie TMAO jest większe niż TMA) [31, 32]. W badaniach doświadczalnych na zwierzętach wskazano, że wchłanianie TMA w jelicie grubym jest zwiększone w nadciśnieniu tętniczym. Co więcej, stwierdzono, że TMA powoduje skurcz naczyń krwionośnych, a TMAO uwrażliwia naczynia krwionośne na hipertensynogenne działanie angiotensyny II (zmienia konformację receptora AT1) [29, 33, 34].
Lipopolisacharyd jest jednym z wzorców molekularnych związanych z patogenami (PAMPs, pathogen-associated molecular patterns). Jest to endotoksyna stanowiąca składnik ściany bakterii Gram(–). Po przedostaniu się przez barierę jelitową LPS wiąże się z receptorem toll-podobnym typu 4 (TLR4, toll-like receptor type 4) występującym na makrofagach [28, 35], poprzez co pobudza rozwój ogólnoustrojowego stanu zapalnego, co stanowi istotny czynnik hipertensynogenny [28]. W badaniu Li i wsp., obejmującym 106 chorych na nadciśnienie tętnicze i 251 osób z prawidłowym ciśnieniem tętniczym, wykazano, że chorzy na nadciśnienie tętnicze charakteryzowali się wyższym stężeniem LPS w surowicy w porównaniu z osobami zdrowymi (p = 0,005) [36].
U chorych z nadciśnieniem tętniczym dysbiotyczna mikrobiota zmniejsza wytwarzanie krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA, short chain fatty acids), czyli kwasów octowego, propionianowego i masłowego [16, 18], które mają właściwości przeciwnadciśnieniowe. Kwasy te są produktami beztlenowej fermentacji przez bakterie zasiedlające jelito grube, niestrawnych węglowodanów pochodzenia roślinnego (m.in. fruktopolisacharydów, galaktopolisacharydów i skrobi opornej). Dysbioza prowadzi do zmniejszenia wytwarzania SCFA [37]. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe są źródłem energii dla kolonocytów (zapewniają prawidłową czynność bariery jelitowej i działają lokalnie przeciwzapalnie) i dla mikrobioty (poprzez pobudzenie wzrostu bakterii komensalnych i symbiotycznych, które hamują rozwój bakterii chorobotwórczych konkurujących z nimi o miejsce kolonizacji) [37]. Te SCFA, które nie zostały poddane procesom metabolicznym przez kolonocyty, ulegają przemieszczeniu do osocza. Receptory SCFA, czyli receptory wolnych kwasów tłuszczowych (FFAR, free fatty acid receptor) (głównie FFAR3) występują między innymi na komórkach mięśni gładkich naczyń krwionośnych i na komórkach zwojów współczulnego układu nerwowego [38]. Pobudzenie FFAR3 prowadzi do rozkurczu mięśni gładkich naczyń krwionośnych i zmniejszenia ciśnienia tętniczego [38]. W badaniach doświadczalnych wykazano, że podawanie kwasu octowego zmniejsza ciśnienie tętnicze u myszy z nadciśnieniem tętniczym wywołanym deoksykortykosteronem. Stosowanie kwasu propionianowego zmniejsza ciśnienie tętnicze u myszy z nadciśnieniem tętniczym wywołanym angiotensyną II. Natomiast podawanie kwasu masłowego zmniejsza ciśnienie tętnicze u szczurów [39, 40].
Biorąc pod uwagę wyniki wyżej opisanych badań należy stwierdzić, że poznano mechanizmy uczestniczące w patogenezie nadciśnienia tętniczego związane z dysbiozą jelit. Należy przypuszczać, że modyfikacja mikrobioty przy wykorzystaniu niektórych probiotyków może u tych chorych przyczynić się do obniżenia ciśnienia tętniczego.
Podsumowanie
U chorych z nadciśnieniem tętniczym stwierdza się występowanie dysbiozy jelit. Dysbiotyczna mikrobiota jelit może uczestniczyć w patogenezie nadciśnienia tętniczego u tych chorych.
Wyniki metaanaliz wskazują, że niektóre probiotyki, modyfikujące korzystnie mikrobiotę jelit, mogą obniżać ciśnienie tętnicze.
Probiotyk wieloszczepowy Sanprobi Barrier w sposób korzystny wpływa na barierę jelitową i ma pewne działanie przeciwnadciśnieniowe.
Konflikt interesów
S.S. i A.W. nie zgłaszają konfliktu interesów; M.A. — honoraria wykładowe: Sanprobi.
