Del 1 Postbiotika og nyresykdom
Jun 12, 2023
Abstrakt
Kronisk nyresykdom (CKD) anslås å bli den femte globale dødsårsaken innen 2040 som et resultat av nøkkelmangler i dagens tilgjengelige metoder for å diagnostisere og behandle nyresykdommer. I denne forbindelse kan det nye Holobiont-konseptet, brukt for å beskrive en individuell vert og dens mikrobielle samfunn, bane vei for en bedre forståelse av nyresykdomspatogenese og progresjon. Mikrobiota-modulerende eller -avledede intervensjoner inkluderer probiotika, prebiotika, synbiotika og postbiotika. Fra og med 2019 ble konseptet postbiotika oppdatert av International Scientific Association of Probiotics and Prebiotics (ISAPP) for å referere til preparater av livløse mikroorganismer og/eller deres komponenter som gir en helsemessig fordel for verten. Ved eksplisitt å ekskludere rensede metabolitter uten cellulær biomasse, blir all litteratur som bruker et slikt begrep potensielt foreldet. Vi gjennomgår nå det reviderte konseptet for postbiotika angående deres potensielle kliniske anvendelser og forskning på nyresykdom, ved å diskutere i detalj flere formuleringer som er under preklinisk utvikling som GABA-salt for diett-indusert hypertensjon og nyreskade, sonikert Lactobacillus paracasei i høy- fettdiett-indusert nyreskade, GABA-salt, lakto-GABA-salt og postbiotisk-GABA-salt ved akutt nyreskade, og O. formigenes lysater for hyperoksaluri. Videre gir vi et veikart for postbiotikaforskning i nyresykdom for å fremskynde klinisk oversettelse.
Nøkkelord
Kronisk nyre sykdom; postbiotika; prebiotika; probiotika; hyperoksaluri; Oxalobacter formigenes; GABA-salt.
Nøkkelbidrag
Dette er den første oversikten over postbiotika og nyresykdommer som har tatt i bruk 2019 ISAPP-definisjonen av postbiotika. Videre gir vi et veikart for postbiotikaforskning i nyresykdom for å fremskynde klinisk oversettelse.
Klikk her for å få Cistanche-fordelene
Den globale byrden av nyresykdom
Kronisk nyresykdom (CKD) er til dags dato definert ved måling av estimert glomerulær filtrasjonshastighet (eGFR, dvs. et mål på nyrefunksjon) og albuminuri (dvs. et mål på nyreskade), som er assosiert med en kombinert risiko for for tidlig død av alle årsaker og kardiovaskulær død, CKD-progresjon og akutt nyreskade (AKI) [1]. Til tross for nylige fremskritt på feltet, anslås CKD å bli den femte globale dødsårsaken innen 2040 og den andre dødsårsaken ved slutten av dette århundret i land med lang forventet levealder [2]. Disse anslagene illustrerer viktige mangler ved dagens metoder som brukes til å diagnostisere og behandle nyresykdommer. Som sådan kan en forbedret forståelse av den underliggende patogenesen til CKD hjelpe oss med å identifisere nye diagnostiske ledetråder og terapeutiske mål. I denne forbindelse kan holobiont-konseptet, et begrep som brukes for å beskrive en individuell vert og dens mikrobielle samfunn, inkludert virus og cellulære mikroorganismer [3], bane vei for en bedre forståelse av patogenesen av CKD. Det er faktisk økende bevis som tyder på at helse og sykdom kan være et resultat av bilateral interaksjon mellom en vert og dens mikrobiota, spesielt tarmmikrobiotaen. Slik interaksjon kan påvirkes av flere faktorer: sykdomstilstand hos verten, kosthold, legemidler og antibiotika [4]. Forsøk på å modulere vert-mikrobiota-interaksjonene har resultert i design og forskrivning av prebiotika, probiotika, synbiotika og postbiotika. Som et resultat av en nylig konsensus om definisjonen av postbiotika [5], har pre-2019 litteraturen om postbiotika og nyresykdom nå blitt potensielt foreldet. Følgelig har vi her gjennomgått konseptet og oppdatert litteraturen om postbiotika innen nyresykdom, ved å fokusere på disse intervensjonene i tråd med den reviderte konsensus om postbiotikakonseptet.
Cistanche piller
The Gut Microbiota: En nøkkelmodifikatoren av nyresykdom og helse
I de senere årene har en nøkkelrolle til tarmmikrobiotaen som en homeostasemodulator, som påvirker både helse og sykdom, dukket opp i sammenheng med CKD [6,7]. Det er faktisk en nær sammenheng mellom intestinal dysbiose, hypervolemi, systemisk betennelse, myokardial bedøvelse og underernæring-betennelsessyndrom i CKD-populasjoner [8]. Nyresykdom kan påvirke tarmmikrobiotaen gjennom flere mekanismer, alt fra påvirkningen av det uremiske miljøet til påvirkningen av foreskrevne dietter (f.eks. lavkaliumdietter er ofte lav i kostfiber), samt hyppig bruk av antibiotika og polyfarmasi som kan negativt modulere tarmmikrobiotaen [9–11]. Omvendt kan endret tarmmikrobiota bidra til utvikling og progresjon av CKD ved å mediere økt betennelse og/eller generere uremiske toksiner og deres forløpere [12]. Økningen i intestinal permeabilitet som følge av nedbrytning av barriereintegriteten, som en konsekvens av en endret mikrobiota, muliggjør overgang av endotoksiner og bakterieprodukter til blodet. Dette kan potensielt føre til en økning i oksidativt stress og betennelse, noe som bidrar til CKD-komplikasjoner, slik som hjerte- og karsykdommer og forstyrrelser i mineralmetabolisme. Tarmmikrobiotaen kan også generere indoler, aminer og fenoler fra kostholdskomponenter, hovedsakelig proteiner. Disse tarm-avledede metabolittene kan metaboliseres videre til de uremiske toksinene p-cresylsulfat (PCS), indoksylsulfat (IS) og trimetylamin N-oksid (TMAO) [9,11,13]. Tilstedeværelsen av uremiske toksiner i sirkulasjonen kan føre til proinflammatoriske hendelser, fremme ekspresjonen av transformerende faktor- (TGF- 1) og produksjonen av reaktive oksygenarter (ROS) i nyrenes tubulære epitelceller [14]. IS og PCS hemmer også Klotho-ekspresjon via gen-hypermetylering [15]. Klotho har en antialdrings- og nefroprotektiv effekt. Alle disse faktorene kan føre til en akselerasjon av CKD-progresjon og tilhørende kardiovaskulære lidelser. Erkjennelsen av samspillet mellom nyrene og mikrobiotaen har ført til økt innsats i utviklingen av nye terapeutiske tilnærminger fokusert på å målrette mikrobiotaen.
Standardisert Cistanche og Cistanche tubulosa
Prebiotika, probiotika, synbiotika og postbiotika
Kostholdet har stor innvirkning på sammensetningen av mikrobiotaen da både mennesker og deres tarmmikrobiota bruker kostholdskomponenter som næringsstoffer. Som et resultat har mikrobiotamodulerende eller -avledede intervensjoner dukket opp, inkludert probiotika, prebiotika, synbiotika og postbiotika, som kan være tilgjengelige som legemidler, diett eller kosttilskudd [16,17] (Figur 1). Begrepene probiotika, prebiotika og synbiotika er alle godt beskrevet i den vitenskapelige litteraturen.
Begrepet "probiotisk" er av gresk opprinnelse og betyr "for livet". Den ble sannsynligvis først brukt i 1954, selv om betydningen har endret seg over tid. Den nåværende definisjonen ble formulert i 2002 av FNs mat- og landbruksorganisasjon (FAO) og Verdens helseorganisasjon (WHO): "levende stammer av strengt utvalgte mikroorganismer som, når de administreres i tilstrekkelige mengder, gir en helsegevinst for verten. ". Definisjonen ble vedtatt av International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) i 2013 [18,19]. Prebiotika ble definert i 2007 av FAO/WHO som en "ikke levedyktig matkomponent som gir en helsegevinst til verten assosiert med modulering av mikrobiotaen". Prebiotika er molekyler som kan metaboliseres av bakterier i mage-tarmkanalen og inkluderer kostfibre som metaboliseres av bakterielle enzymer for å produsere gunstige metabolitter som kortkjedede fettsyrer (SCFA), inkludert butyrat, acetat og propionat [20]. Prebiotika kan brukes enten som et alternativ til probiotika eller kombinert med dem [19]. I 1995 ble begrepet "synbiotisk" introdusert for å definere den synergistiske virkningen av pro- og prebiotika. Hovedmålet med synbiotika er å forbedre overlevelsesraten for probiotika inne i tarmkanalen, og en passende kombinasjon bør gi økt effektivitet sammenlignet med bruken av hver enkelt.
Til slutt, en annen strategi som kan fremme helse ved å reprodusere fordelene med tarmmikrobiota er bruken av postbiotika, et fremvoksende mikroorganismeavledet verktøy som vi diskuterer mer i dybden nedenfor.
Cistanche ekstrakt
2019-konseptet med postbiotisk: Hva er og hva er ikke et postbiotikum
Selv om probiotika er levende mikroorganismer, kan de ved slutten av holdbarheten bli skadet og dø. Lite oppmerksomhet har blitt gitt til bidraget fra disse døde mikroorganismene og gjæringsproduktene til enhver biologisk påvirkning av probiotika [5]. I 2019 definerte International Scientific Association of Probiotics and Prebiotics (ISAPP) konseptet postbiotisk fra et vitenskapelig, kommersielt og regulatorisk synspunkt som en "fremstilling av livløse mikroorganismer og/eller deres komponenter som gir en helsegevinst for verten. " [5]. "Preparat" indikerer at det bør ha en spesifikk formulering oppnådd gjennom visse inaktiveringsmetoder for å gi noen gunstige effekter. "Inanimate" refererer til mikroorganismene som var i live, og når de først har blitt drept, beholder de sin gunstige effekt. Ordet "komponenter" fokuserer på den gunstige effekten som kan spilles av mikrobielle komponenter, som celleveggkomponenter og pili. Mens mikrobielle metabolitter kan være tilstede i postbiotiske preparater og kan spille en viktig rolle, inkluderer ikke definisjonen de rensede metabolittene som mangler cellulær biomasse. Men frem til 2019 har litteraturen ofte brukt begrepet feil ved å referere til vaksiner og rensede metabolitter, som SCFA, proteiner og peptider som postbiotika [21–23]. Dette gjør potensielt foreldet all eldre litteratur som bruker begrepet postbiotisk og krever en umiddelbar tilbakestilling.
Fremstillingen av et postbiotikum bør følge definerte kriterier: For det første må sammensetningen av mikroorganismen karakteriseres før inaktivering, for eksempel gjennom genomsekvensering. For det andre bør inaktiveringsprosessen beskrives og verifiseres. For det tredje skal det postbiotiske preparatet rapporteres [5].
Den største fordelen med postbiotika sammenlignet med probiotika ligger i deres stabilitet. Tilberedningen og sammensetningen gjør dem ekstremt stabile i flere år ved romtemperatur, noe som gjør dem spesielt egnet for de områder hvor vedlikehold av kjølekjeden for transport og lagring fortsatt er en begrensning. I tillegg kan de ha en bedre sikkerhetsprofil sammenlignet med probiotika da de ikke kan replikere og forårsake bakteriemi eller soppmi. Likevel bør sikkerheten vurderes for enhver form for postbiotika [5].
De mulige virkningsmekanismene til postbiotika inkluderer modulering av bosatt mikrobiota, forbedring av epitelbarrierefunksjon, modulering av systemiske eller lokale immunresponser, modulering av systemiske metabolske responser og systemsignalering via nervesystemet [5] (Figur 2).
Referanser
1. Perez-Gomez, MV; Bartsch, L.-A.; Castillo-Rodriguez, E.; Fernandez-Prado, R.; Fernandez-Fernandez, B.; Martin-Cleary, C.; Gracia-Iguacel, C.; Ortiz, A. Klargjøring av begrepet kronisk nyresykdom for ikke-nefrologer. Clin. Nyre 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: Behovet for samarbeidsforskning innen kronisk nyresykdom. Clin. Nyre J. 2021, 15, 372–387. [CrossRef] [PubMed]
3. Douglas, AE; Werren, JH Hull i hologenomet: Hvorfor vertsmikrobe-symbioser ikke er holobionter. mBio 2016, 7, e02099. [CrossRef] [PubMed]
4. Maier, L.; Pruteanu, M.; Kuhn, M.; Zeller, G.; Telzerow, A.; Anderson, EE; Brochado, AR; Fernandez, KC; Dose, H.; Mori, H.; et al. Omfattende innvirkning av ikke-antibiotiske legemidler på menneskelige tarmbakterier. Natur 2018, 555, 623–628. [CrossRef] [PubMed]
5. Salminen, S.; Collado, MC; Endo, A.; Hill, C.; Lebeer, S.; Quigley, EMM; Sanders, ME; Shamir, R.; Swann, JR; Szajewska, H.; et al. Den internasjonale vitenskapelige foreningen for probiotika og prebiotika (ISAPP) konsensuserklæring om definisjonen og omfanget av postbiotika. 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. Forening av trimethylamine N-oxide med kardiovaskulær og all-cause mortalitet hos hemodialysepasienter. Ren. Mislykket. 2020, 42, 1004–1014. [CrossRef]
7. Zhao, J.; Ning, X.; Liu, B.; Dong, R.; Bai, M.; Sun, S. Spesifikke endringer i tarmmikrobiota hos pasienter med kronisk nyresykdom: en oppdatert systematisk gjennomgang. Ren. Mislykket. 2021, 43, 102–112. [CrossRef]
8. Zsom, L.; Zsom, M.; Salim, SA; Fülöp, T. Estimated Glomerular Filtration Rate in Chronic Kidney Disease: A Critical Review of Estimate-Based Predictions of Individual Outcomes in Kidney Disease. Toxins 2022, 14, 127. [CrossRef]
9. Cigarran Guldris, S.; González Parra, E.; Cases Amenós, A. Gut Microbiota in Chronic Kidney Disease. Nefrologia 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, MD Fosfat, Microbiota og CKD. Næringsstoffer 2021, 13, 1273. [CrossRef]
11. Chi, M.; Ma, K.; Wang, J.; Ding, Z.; Li, Y.; Zhu, S.; Liang, X.; Zhang, Q.; Song, L.; Liu, C. Den immunmodulerende effekten av tarmmikrobiotaen ved nyresykdom. 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. Effekten av endret tarmmikrobiota på progresjon av kronisk nyresykdom. Toxins 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 Næringsstoffer omgjort til giftstoffer: Mikrobiotamodulering av næringsegenskaper ved kronisk nyresykdom. Næringsstoffer 2017, 9, 489. [CrossRef] [PubMed]
14. Poveda, J.; Sanchez-Niño, MD; Glorieux, G.; Sanz, AB; Egido, J.; Vanholder, R.; Ortiz, A. P-Cresyl Sulphate har proinflammatoriske og cytotoksiske virkninger på humane proksimale tubulære epitelceller. Nephrol. Slå. Transplantasjon. 2014, 29, 56–64. [CrossRef] [PubMed]
15. Sun, C.-Y.; Chang, S.-C.; Wu, M.-S. Undertrykkelse av Klotho-ekspresjon av proteinbundne uremiske toksiner er assosiert med økt DNA-metyltransferase-ekspresjon og DNA-hypermetylering. Nyre Int. 2012, 81, 640–650. [CrossRef]
16. Tarmmikrobiota ved kronisk nyresykdom—PubMed. Tilgjengelig på nettet: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27553986/ (åpnet 11. juli 2022).
17. Mills, S.; Stanton, C.; Lane, JA; Smith, GJ; Ross, RP Presisjonsernæring og mikrobiomet, del I: Vitenskapens nåværende tilstand. Næringsstoffer 2019, 11, 923. [CrossRef]
18. Kim, S.-K.; Guevarra, RB; Kim, Y.-T.; Kwon, J.; Kim, H.; Cho, JH; Kim, HB; Lee, J.-H. Probiotikas rolle i menneskelige tarmmikrobiom-assosierte sykdommer. J. Microbiol. Bioteknologi. 2019, 29, 1335–1340. [CrossRef]
19. Markowiak, P.; 'Sli˙zewska, K. Effekter av probiotika, prebiotika og synbiotika på menneskers helse. Næringsstoffer 2017, 9, 1021. [CrossRef]
20. Holscher, HD Dietary Fiber and Prebiotics and the Gastrointestinal Microbiota. Tarmmikrober 2017, 8, 172–184. [CrossRef] [PubMed]
21. Muralitharan, RR; Jama, HA; Xie, L.; Peh, A.; Snelson, M.; Marques, FZ Mikrobiell gruppepress: rollen til tarmmikrobiotaen i hypertensjon og dens komplikasjoner. Hypertensjon 2020, 76, 1674–1687. [CrossRef]
22. Vrzáˇcková, N.; Ruml, T.; Zelenka, J. Postbiotika, metabolsk signalering og kreft. Molecules 2021, 26, 1528. [CrossRef]
23. Rhys-Jones, D.; Climie, RE; Gill, PA; Jama, HA; Hode, GA; Gibson, PR; Kaye, DM; Muir, JG; Marques, FZ Mikrobielle intervensjoner for å kontrollere og redusere blodtrykket i Australia (MICRoBIA): Begrunnelse og utforming av en dobbeltblindet randomisert kryssende placebokontrollert prøvelse. Prøver 2021, 22, 496. [CrossRef]
Chiara Favero 1 , Laura Giordano 2 , Silvia Maria Mihaila 2 , Rosalinde Masereeuw 2 , Alberto Ortiz 1,3,4 og Maria Dolores Sanchez-Niño 1,3,5,
1 Avdeling for nefrologi og hypertensjon, IIS-Fundacion Jimenez Diaz UAM, 28049 Madrid, Spania
2 avdeling for farmakologi, Utrecht Institute for Pharmaceutical Sciences, Utrecht University, 3584 CG Utrecht, Nederland
3 Redes de Investigación Cooperativa Orientadas a Resultados en Salud (RICORS) 2040, 28049 Madrid, Spania
4 Departamento de Medicina, Facultad de Medicina, Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Madrid, Spania
5 Departamento de Farmacología, Facultad de Medicina, Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Madrid, Spania
