Prima parte Postbiotice și boli de rinichi

Abstract

Se estimează că boala renală cronică (IRC) va deveni a cincea cauză globală de deces până în 2040, ca urmare a deficiențelor cheie ale metodelor actuale disponibile pentru diagnosticarea și tratarea bolilor renale. În acest sens, noul concept Holobiont, folosit pentru a descrie o gazdă individuală și comunitatea sa microbiană, poate deschide calea către o mai bună înțelegere a patogenezei și progresiei bolii renale. Intervențiile de modulare a microbiotei sau derivate includ probioticele, prebioticele, simbioticele și postbioticele. Începând cu 2019, conceptul de postbiotică a fost actualizat de către Asociația Științifică Internațională a Probioticelor și Prebioticelor (ISAPP) pentru a se referi la preparatele de microorganisme neînsuflețite și/sau componentele acestora care conferă un beneficiu pentru sănătate gazdei. Prin excluderea explicită a metaboliților purificați fără biomasă celulară, orice literatură care utilizează un astfel de termen este potențial depășită. Acum trecem în revistă conceptul revizuit de postbiotice în ceea ce privește potențialele lor aplicații clinice și cercetarea în bolile renale, discutând în detaliu mai multe formulări care sunt în curs de dezvoltare preclinic, cum ar fi GABA-sare pentru hipertensiune arterială indusă de dietă și leziuni renale, Lactobacillus paracasei sonicat în leziuni renale induse de dieta cu grăsimi, sare GABA, sare lacto-GABA și sare GABA postbiotică în leziuni renale acute și lizate de O. formigenes pentru hiperoxalurie. În plus, oferim o foaie de parcurs pentru cercetarea postbiotică în bolile de rinichi pentru a accelera traducerea clinică.

Cuvinte cheie

boală cronică de rinichi; postbiotice; prebiotice; probiotice; hiperoxalurie; Oxalobacter formigenes; GABA-sare.

Contribuție cheie

Aceasta este prima prezentare generală a postbioticelor și a bolilor renale care a adoptat definiția ISAPP 2019 a postbioticelor. În plus, oferim o foaie de parcurs pentru cercetarea postbiotică în bolile de rinichi pentru a accelera traducerea clinică.

Faceți clic aici pentru a obține beneficiile Cistanche

Povara globală a bolilor de rinichi

Boala cronică de rinichi (CKD) este definită până în prezent prin măsurarea ratei estimate de filtrare glomerulară (eGFR, adică o măsură a funcției renale) și albuminurie (adică, o măsură a leziunii renale), care sunt asociate cu un risc combinat de moarte prematură de toate cauzele și deces cardiovascular, progresie CKD și leziune renală acută (AKI) [1]. În ciuda progreselor recente în domeniu, se estimează că CKD va deveni a cincea cauză globală de deces până în 2040 și a doua cauză de deces până la sfârșitul acestui secol în țările cu speranță de viață lungă [2]. Aceste proiecții ilustrează deficiențele cheie ale metodelor actuale utilizate pentru diagnosticarea și tratarea bolilor renale. Ca atare, o înțelegere îmbunătățită a patogenezei de bază a CKD ne poate ajuta să identificăm noi indicii de diagnostic și ținte terapeutice. În acest sens, conceptul de holobiont, un termen folosit pentru a descrie o gazdă individuală și comunitatea sa microbiană, inclusiv viruși și microorganisme celulare [3], poate deschide calea către o mai bună înțelegere a patogenezei CKD. Există într-adevăr dovezi tot mai mari care sugerează că sănătatea și boala pot fi rezultatul interacțiunii bilaterale dintre o gazdă și microbiota acesteia, în special microbiota intestinală. O astfel de interacțiune poate fi afectată de mai mulți factori: starea bolii la gazdă, dietă, medicamente și antibiotice [4]. Încercările de a modula interacțiunile gazdă-microbiotă au dus la proiectarea și prescrierea de prebiotice, probiotice, sibiotice și postbiotice. Ca urmare a unui consens recent asupra definiției postbioticelor [5], literatura pre-2019 despre postbiotice și boli renale a devenit acum potențial învechită. În consecință, aici am trecut în revistă conceptul și am actualizat literatura despre postbiotice în domeniul bolii renale, concentrându-ne pe aceste intervenții în conformitate cu consensul revizuit asupra conceptului postbiotic.

Pastile de Cistanche

Microbiota intestinală: un modificator cheie al bolilor renale și sănătății

În ultimii ani, un rol cheie al microbiotei intestinale ca modulator al homeostaziei, influențând atât sănătatea, cât și boala, a apărut în contextul CKD [6,7]. Într-adevăr, există o strânsă legătură între disbioza intestinală, hipervolemie, inflamație sistemică, asomare miocardică și sindromul de malnutriție-inflamație la populațiile cu BRC [8]. Boala de rinichi poate influența microbiota intestinală prin mai multe mecanisme, variind de la influența mediului uremic până la impactul dietelor prescrise (de exemplu, dietele cu conținut scăzut de potasiu sunt adesea sărace în fibre alimentare), precum și utilizarea frecventă a antibioticelor și a polifarmaciei care poate modula negativ microbiota intestinală [9-11]. În schimb, microbiota intestinală alterată poate contribui la dezvoltarea și progresia CKD prin medierea inflamației crescute și/sau generarea de toxine uremice și precursorii acestora [12]. Creșterea permeabilității intestinale rezultată din degradarea integrității barierei, ca o consecință a unei microbiote alterate, permite tranziția endotoxinelor și a produselor bacteriene în sânge. Acest lucru poate duce la o creștere a stresului oxidativ și a inflamației, contribuind la complicații CKD, cum ar fi bolile cardiovasculare și tulburările de metabolism mineral. Microbiota intestinală poate genera, de asemenea, indoli, amine și fenoli din componentele dietei, în principal proteine. Acești metaboliți derivați din intestine pot fi metabolizați în continuare în toxine uremice p-crezil sulfat (PCS), indoxil sulfat (IS) și trimetilamină N-oxid (TMAO) [9,11,13]. Prezența toxinelor uremice în circulație poate duce la evenimente proinflamatorii, promovând expresia factorului de transformare- (TGF- 1) și producerea de specii reactive de oxigen (ROS) în celulele epiteliale tubulare renale [14]. IS și PCS inhibă, de asemenea, expresia Klotho prin hipermetilarea genelor [15]. Klotho are un efect anti-îmbătrânire și nefroprotector. Toți acești factori pot duce la o accelerare a progresiei CKD și a tulburărilor cardiovasculare asociate acesteia. Recunoașterea interacțiunii dintre rinichi și microbiotă a condus la eforturi sporite în dezvoltarea de noi abordări terapeutice axate pe țintirea microbiotei.

Cistanche și Cistanche tubulosa standardizate

Prebiotice, probiotice, sibiotice și postbiotice

Dieta are un impact mare asupra compoziției microbiotei, deoarece atât oamenii, cât și microbiota lor intestinală folosesc componentele dietetice ca nutrienți. Ca urmare, au apărut intervenții care modulează sau derivate microbiota, inclusiv probiotice, prebiotice, sibiotice și postbiotice, care ar putea fi disponibile ca medicamente, dietă sau suplimente alimentare [16,17] (Figura 1). Conceptele de probiotice, prebiotice și simbiotice au fost toate bine descrise în literatura științifică.

Termenul „probiotic” este de origine greacă și înseamnă „pentru viață”. Probabil că a fost folosit pentru prima dată în 1954, deși semnificația sa s-a schimbat în timp. Definiția actuală a fost formulată în 2002 de Organizația pentru Alimentație și Agricultură a Națiunilor Unite (FAO) și Organizația Mondială a Sănătății (OMS): „tulpini vii de microorganisme strict selectate care, administrate în cantități adecvate, conferă un beneficiu pentru sănătate gazdei. ". Definiția a fost adoptată de Asociația Științifică Internațională pentru Probiotice și Prebiotice (ISAPP) în 2013 [18,19]. Prebioticele au fost definite în 2007 de FAO/OMS ca o „componentă alimentară neviabilă care conferă un beneficiu pentru sănătate gazdei asociat cu modularea microbiotei”. Prebioticele sunt molecule care pot fi metabolizate de bacterii în tractul gastrointestinal și includ fibre alimentare care sunt metabolizate de enzimele bacteriene pentru a produce metaboliți benefici, cum ar fi acizii grași cu lanț scurt (SCFA), inclusiv butirat, acetat și propionat [20]. Prebioticele ar putea fi folosite fie ca alternativă la probiotice, fie combinate cu acestea [19]. În 1995, a fost introdus termenul „synbiotic” pentru a defini acțiunea sinergică a pro- și prebioticelor. Obiectivul principal al sibioticelor este de a îmbunătăți rata de supraviețuire a probioticelor în interiorul tractului intestinal, iar o combinație adecvată ar trebui să ofere o eficiență sporită în comparație cu utilizarea fiecăruia în mod individual.

În cele din urmă, o altă strategie capabilă să promoveze sănătatea prin reproducerea beneficiilor microbiotei intestinale este utilizarea postbioticelor, un instrument emergent derivat din microorganisme, despre care vom discuta mai detaliat mai jos.

Extract de Cistanche

Conceptul de postbiotic din 2019: ce este și ce nu este un postbiotic

Deși probioticele sunt microorganisme vii, până la sfârșitul termenului de valabilitate, acestea se pot răni și pot muri. S-a acordat puțină atenție contribuției acestor microorganisme moarte și a produselor fermentației la orice impact biologic al probioticelor [5]. În 2019, Asociația Științifică Internațională a Probioticelor și Prebioticelor (ISAPP) a definit conceptul de postbiotic din punct de vedere științific, comercial și de reglementare ca o „preparare a microorganismelor neînsuflețite și/sau a componentelor acestora care conferă un beneficiu pentru sănătate gazdei. „ [5]. „Pregătirea” indică faptul că ar trebui să aibă o formulare specifică obținută prin anumite metode de inactivare pentru a conferi orice efecte benefice. „Neînsuflețit” se referă la microorganismele care erau în viață și odată ce au fost ucise, își păstrează efectul benefic. Cuvântul „componente” se concentrează pe efectul benefic pe care l-ar putea avea componentele microbiene, cum ar fi componentele peretelui celular și pili. În timp ce metaboliții microbieni ar putea fi prezenți în preparatele postbiotice și ar putea juca un rol esențial, definiția nu include metaboliții purificați lipsiți de biomasă celulară. Cu toate acestea, până în 2019, literatura a folosit frecvent termenul incorect, referindu-se la vaccinuri și metaboliți purificați, cum ar fi SCFA, proteine ​​și peptide ca postbiotice [21-23]. Acest lucru poate face ca orice literatură mai veche care folosește termenul postbiotic și necesită o resetare urgentă.

Prepararea unui postbiotic trebuie să urmeze criterii definite: în primul rând, compoziția microorganismului trebuie caracterizată înainte de inactivare, de exemplu prin secvențierea genomului. În al doilea rând, procesul de inactivare ar trebui descris și verificat. În al treilea rând, trebuie raportat preparatul postbiotic [5].

Principalul avantaj al postbioticelor în comparație cu probioticele constă în stabilitatea lor. Pregătirea și compoziția lor le fac extrem de stabile timp de câțiva ani la temperatura camerei, făcându-le astfel deosebit de potrivite pentru acele zone în care menținerea lanțului de frig pentru transport și depozitare este încă o limitare. În plus, ele pot avea un profil de siguranță mai bun în comparație cu probioticele, deoarece nu se pot replica și provoacă bacteriemie sau fungemie. Cu toate acestea, siguranța ar trebui să fie în continuare evaluată pentru orice tip de postbiotic [5].

Posibilele mecanisme de acțiune ale postbioticelor includ modularea microbiotei rezidente, îmbunătățirea funcției barierei epiteliale, modularea răspunsurilor imune sistemice sau locale, modularea răspunsurilor metabolice sistemice și semnalizarea sistemului prin intermediul sistemului nervos [5] (Figura 2).

Referințe

1. Perez-Gomez, MV; Bartsch, L.-A.; Castillo-Rodriguez, E.; Fernandez-Prado, R.; Fernandez-Fernandez, B.; Martin-Cleary, C.; Gracia-Iguacel, C.; Ortiz, A. Clarificarea conceptului de boală cronică de rinichi pentru non-nefrologi. Clin. Kidney 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: Necesitatea unei cercetări în colaborare în boala cronică de rinichi. Clin. Kidney J. 2021, 15, 372–387. [CrossRef] [PubMed]

3. Douglas, AE; Werren, JH Găuri în hologenom: de ce simbiozele gazdă-microb nu sunt holobionti. mBio 2016, 7, e02099. [CrossRef] [PubMed]

4. Maier, L.; Pruteanu, M.; Kuhn, M.; Zeller, G.; Telzerow, A.; Anderson, EE; Brochado, AR; Fernandez, KC; Doza, H.; Mori, H.; et al. Impactul extins al medicamentelor non-antibiotice asupra bacteriilor intestinale umane. Natura 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. Declarația de consens a Asociației Științifice Internaționale a Probioticelor și Prebioticelor (ISAPP) privind definiția și domeniul de aplicare al postbioticelor. 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. Asocierea N-oxidului de trimetilamină cu mortalitatea cardiovasculară și de toate cauzele la pacienții cu hemodializă. Ren. Eșuează. 2020, 42, 1004–1014. [CrossRef]

7. Zhao, J.; Ning, X.; Liu, B.; Dong, R.; Bai, M.; Sun, S. Modificări specifice în microbiota intestinală la pacienții cu boală cronică de rinichi: o revizuire sistematică actualizată. Ren. Eșuează. 2021, 43, 102–112. [CrossRef]

8. Zsom, L.; Zsom, M.; Salim, SA; Fülöp, T. Rata estimată de filtrare glomerulară în boala cronică de rinichi: o revizuire critică a previziunilor bazate pe estimare ale rezultatelor individuale în boala renală. Toxine 2022, 14, 127. [CrossRef]

9. Cigarran Guldris, S.; González Parra, E.; Cazuri Amenós, A. Microbiota intestinală în boala cronică de rinichi. 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 și CKD. Nutrienți 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. Efectul imunomodulator al microbiotei intestinale în bolile de rinichi. 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. Impactul microbiotei intestinale alterate asupra progresiei bolii cronice de rinichi. Toxine 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 Nutrienți transformați în toxine: modularea microbiotei a proprietăților nutrienților în boala cronică de rinichi. Nutrienți 2017, 9, 489. [CrossRef] [PubMed]

14. Poveda, J.; Sanchez-Niño, MD; Glorieux, G.; Sanz, AB; Egido, J.; Vanholder, R.; Ortiz, A. P-crezil sulfatul are acțiuni proinflamatorii și citotoxice asupra celulelor epiteliale tubulare proximale umane. Nefrol. Apelează. Transplant. 2014, 29, 56–64. [CrossRef] [PubMed]

15. Soare, C.-Y.; Chang, S.-C.; Wu, M.-S. Suprimarea expresiei Klotho de către toxinele uremice legate de proteine ​​este asociată cu creșterea expresiei ADN-metiltransferazei și hipermetilării ADN-ului. Rinichi Int. 2012, 81, 640–650. [CrossRef]

16. Microbiota intestinală în boala cronică de rinichi — PubMed. Disponibil online: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27553986/ (accesat la 11 iulie 2022).

17. Mills, S.; Stanton, C.; Lane, JA; Smith, GJ; Ross, RP Precision Nutrition and the Microbiome, Partea I: Starea actuală a științei. Nutrienți 2019, 11, 923. [CrossRef]

18. Kim, S.-K.; Guevarra, RB; Kim, Y.-T.; Kwon, J.; Kim, H.; Cho, JH; Kim, HB; Lee, J.-H. Rolul probioticelor în bolile asociate microbiomului intestinal uman. J. Microbiol. Biotehnologia. 2019, 29, 1335–1340. [CrossRef]

19. Markowiak, P.; „Sli˙zewska, K. Efectele probioticelor, prebioticelor şi sibioticelor asupra sănătăţii umane. Nutrienți 2017, 9, 1021. [CrossRef]

20. Holscher, HD Fibre alimentare și prebiotice și microbiota gastrointestinală. Gut Microbes 2017, 8, 172–184. [CrossRef] [PubMed]

21. Muralitharan, RR; Jama, HA; Xie, L.; Peh, A.; Snelson, M.; Marques, FZ Presiunea microbiană de la egal la egal: Rolul microbiotei intestinale în hipertensiune arterială și complicațiile sale. Hipertensiune arterială 2020, 76, 1674–1687. [CrossRef]

22. Vrzáˇcková, N.; Ruml, T.; Zelenka, J. Postbiotice, semnalizare metabolică și cancer. Molecule 2021, 26, 1528. [CrossRef]

23. Rhys-Jones, D.; Climie, RE; Gill, PA; Jama, HA; Head, GA; Gibson, PR; Kaye, DM; Muir, JG; Marques, FZ Intervenții microbiene pentru controlul și reducerea tensiunii arteriale în Australia (MICRoBIA): justificarea și proiectarea unui studiu dublu-orb, randomizat, încrucișat, controlat cu placebo. Trials 2021, 22, 496. [CrossRef]

Chiara Favero 1 , Laura Giordano 2 , Silvia Maria Mihaila 2 , Rosalinde Masereeuw 2 , Alberto Ortiz 1,3,4, and Maria Dolores Sanchez-Niño 1,3,5,

1 Departamentul de Nefrologie și Hipertensiune arterială, IIS-Fundacion Jimenez Diaz UAM, 28049 Madrid, Spania

2 Divizia de Farmacologie, Institutul Utrecht pentru Științe Farmaceutice, Universitatea Utrecht, 3584 CG Utrecht, Țările de Jos

3 Redes de Investigación Cooperativa Orientadas a Resultados en Salud (RICORS) 2040, 28049 Madrid, Spania

4 Departamento de Medicina, Facultatea de Medicina, Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Madrid, Spania

5 Departamento de Farmacología, Facultatea de Medicina, Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Madrid, Spania