Механизмы взаимодействия кишечной микробиоты и микробиома
легких

Василевский И.В.
Белорусский государственный медицинский университет, Минск, Беларусь

Цель исследования. Проанализировать результаты исследований о
механизмах взаимодействия кишечного микробиома с микробиомом легких и показать
роль данных связей в патогенезе респираторных заболеваний.

Материалы и методы. Использованы современные литературные данные по
изучаемому вопросу.

Результаты и обсуждение. Кишечник и легкие имеют структурное и
функциональное сходство на разных стадиях развития, в контакте с внешней средой,
защитным слизистым слоем и колонизированными микробами [1]. Доказано, что эти
взаимосвязи характеризуются наличием существенных двунаправленных процессов,
реализуемых посредством сложных механизмов, поддерживающих функционирование оси
кишечник-легкие. Eladham M.W. с соавт. [2] указывают на многогранные механизмы
при рассмотрении связи заболеваний кишечника и легких. Следует заметить, что
несмотря на обширные исследования в последний период роли оси кишечник-легкие на
различных моделях заболеваний, механизмы, регулирующие взаимодействие между
тканями кишечника и легких во время болезненных состояний, тщательно не изучены.

Развитие технологий омики и метагеномики выявило жизненно важные
двунаправленные взаимодействия между составом межорганной микробиоты с момента
рождения и на протяжении всей жизни [3]. В настоящее время очевидно, что
микробные сообщества в кишечнике, а также в других эпителиальных слоях
существенно влияют на отдельные функции органов и иммунную регуляцию [4].
Установлена связь дисбиоза кишечника с патогенезом различных заболеваний,
включая заболевания легких, такие как астма и ХОБЛ, и другие [5]. Согласно
современному пониманию, микробиом легких может зависеть от потенциального
влияния со стороны транслоцированных микробов из других органов и тканей в
легкие, что приводит к дисбиозу микробиоты легких.

Сообщалось, что некоторые заболевания кишечника, включая воспалительные
заболевания кишечника, язвенный колит и болезнь Крона, связаны с заболеваниями
легких, такими как астма, ХОБЛ и муковисцидоз [6]. При болезненных состояниях
кишечник и легкие взаимодействуют посредством различных механизмов. Повышенное
системное воздействие микробов из дисбиотического кишечника и их метаболитов
индуцирует воспалительные цитокины, включая TNF-α, TGF-β, IL-5, IL-6, IL-1β,
IL-13, IL-17, IL-18 и IL-33, хемокины типа IL-8, CCL 2, 3, 4, 7, 20, CXCL 5,
CXCL8, CXCL10 [7]. В дополнение к системному кровообращению, мезентериальные
лимфатические сосуды могут также транспортировать провоспалительные факторы,
происходящие из кишечника, что приводит к активации легочных эндотелиальных
клеток и иммунных клеток, к повреждению альвеолярного барьера; это наблюдается
при остром респираторном дистресс-синдроме [8]. Кроме того, микробные метаболиты
всасываются в ткани слизистой оболочки кишечника и могут попадать в легкие через
системное кровообращение. Эти метаболиты связываются с рецептором,
ассоциированным с G-белком, модулируя функцию эпителиальных клеток легких, а
также клеток врожденного и адаптивного иммунитета [9]. Таким образом,
воспалительный процесс может перейти из кишечника в легкие.

Метаболиты, продуцируемые микробиотой, играют решающую роль в регулировании
гомеостаза хозяина, способствуя метаболическим функциям и регулируя иммунную
систему. Эти метаболиты могут достигать легких через кровь или лимфу, модулируя
иммунные реакции [10]. Все больше данных свидетельствует о влиянии микробиоты
кишечника на гомеостаз и иммунитет легких через побочные продукты метаболизма.

Такие продукты образуются в результате ферментации пищевых волокон.
Метаболиты, полученные из микробов, также могут переноситься внутри собственной
пластинки в брыжеечные лимфатические узлы с помощью антигенпрезентирующих клеток
и в конечном итоге активировать наивные В- и Т-клетки [10]. Короткоцепочечные
жирные кислоты, наиболее хорошо изученные метаболиты, абсорбируются тканью
слизистой оболочки кишечника и попадают в легкие через системное кровообращение.
Они связываются со своими рецепторами в легких и активируют иммунные клетки.
Бутират и пропионат являются наиболее распространенными и полезными метаболитами
кишечной флоры, взаимодействуют с иммунными клетками через рецепторы,
сопряженные с G-белком или толл-подобными рецепторами, модулируя функции
эпителиальных и иммунных клеток [9].

Eladham M.W. с соавт [2] на основе имеющейся в настоящее время литературы по
функционированию оси кишечник-легкие указывают на различные потенциальные
механизмы регуляции взаимодействия кишечника и легких. В частности, они включают
следующие варианты.

1) Дисбиоз – дисбаланс в составе нативного симбиоза может влиять на анатомию,
физиологию и иммунные реакции в кишечнике, что может отражаться и в легких.

2) Микробные перекрестные кишечные представители перемещаются в легкие через
системный кровоток и модулируют иммунные реакции.

3) Неправильное размещение иммунных клеток в кишечнике (интегрин α4β7 и
CCR9). Т-лимфоциты могут неправильно располагаться в легких и опосредовать
воспалительные реакции.

4) Взаимодействие слизистой оболочки – слой слизистой оболочки как в
кишечнике, так и в легких, может служить мостом для перемещения различных
медиаторов воспаления, включая микробы, их содержимое, активированные иммунные
клетки и их продукты.

5) Нарушение эпителиального барьера – воспалительная среда в кишечнике может
привести к эпителиальному апоптозу и приводит к повреждению эпителиального
барьера кишечника, что приводит к распространению содержимого кишечника, включая
микробы, их продукты, иммунные клетки и провоспалительные медиаторы, которые
могут перемещаться в легкие и вызывать побочные эффекты [2].

Выводы. Таким образом, многогранная связь между микробиотой кишечника
и дыхательными путями может влиять на развитие респираторных заболеваний.
Определенные виды кишечных микробов могут играть решающую роль в этом процессе
путем модуляции системных иммунных реакций. Дальнейшие исследования помогут
представить полную картину функционирования оси кишечник-легкие и определить
потенциально новые и эффективные методы лечения респираторных заболеваний.

Список литературы:

1. Tang J.Y., Tang Y.Q., Huang J. Gut microbiota and lung injury. Adv Exp Med
Biol. 2020; 1238 : 55–72.
2. Eladham M.W. et al. Unraveling the gut-Lung axis: Exploring complex
mechanisms in disease interplay. Heliyon. 2024; 10(1): e24032.
3. Schott E.M. et al. Targeting the gut microbiome to treat obesity-induced
osteoarthritis. JCI Insight. 2018; 3(8).
4. Zhu W., et al. The gut-lung axis: microbial crosstalk in pediatric
respiratory tract infections. Anterior Immunol. 2021;12: 741233.
5. Соколовская М. и др. Микробиом и астма. Практика лечения астмы. 2018; 4 :1.
6. Raftery A.L. et al. Association between inflammatory bowel disease and
chronic obstructive pulmonary disease. Anterior Immunol. 2020; 11: 2144.
7. Lee S., Kwon J. E., Cho M. L. Immunological pathogenesis of inflammatory
bowel diseases. Intest Res. 2018; 16 (1): 26–42.
8. Deich E.A. Intestinal lymph and lymphatic system: a source of factors leading
to organ damage and dysfunction. Anna. NY Acad. of Sciences. 2010; 1207 (Supplement
1): E103–E111.
9. Husted A.S. et al. GPCR-mediated metabolite signaling. Cell Metabol.
2017;25(4):777–796.
10. Bingula R. et al. Desired turbulence? The gut-lung axis, immunity, and lung
cancer. J Oncol. 2017;.5035371.

Опубликовано: Научное издание. Научно-практическая конференция с
международным участием ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ: МУЛЬТИДИСЦИПЛИНАРНЫЙ ВЗГЛЯД.
Материалы конференции. СПб.: 2025 г. – С.259-261.