Specifikke tarmmikrober har kapacitet til at påvirke normal skeletvækst og modning

Mikrober ses ofte som patogener, der forårsager sygdom, men billedet er faktisk mere komplekst end den begrænsede visning. Tarmmikrobiomet, som er samlingen af ​​mikroorganismer, der koloniserer den sunde tarm, betragtes som et støtteorgan, der kan regulere værtens biologiske funktioner, herunder skeletal sundhed. Forskere ved Medical University of South Carolina (MUSC), der studerer osteoimmunologi, grænsefladen mellem skelet- og immunsystemet, har undersøgt virkningen af ​​en bestemt mikroorganisme, segmenterede filamentøse bakterier (SFB), om post-pubertal skeletudvikling. Deres resultater, udgivet online den 10. januar i Journal of Bone and Mineral Research Plus , viste, at SFB forhøjede responsen fra specifikke immunceller i tarmen og leveren. Dette svar førte til øget osteoklastaktivitet og nedsat osteoblastaktivitet, kumulativt svækkende tilvækst af knoglemasse.

"Dette er den første kendte rapport, der viser, at inden for det komplekse tarmmikrobiom, specifikke mikrober har kapacitet til at påvirke normal skeletvækst og modning, sagde Chad M. Novince, D.D.S., Ph.d., en adjunkt i kollegierne for medicin og tandlægemedicin, der studerer mikrobiomets indvirkning på osteoimmunologi og skeletudvikling.

Novince-laboratoriet fokuserer på den post-pubertale fase af skeletudvikling, det kritiske plasticitetsvindue, der understøtter optjening af cirka 40% af en persons maksimale knoglemasse. Nyere arbejde fra laboratoriet viste, at tarmmikrobiomet øger immunresponserne i lever- og knoglemiljøet, som forringer skeletmasse. SFB er blevet vist af andre grupper at aktivere immunresponset af TH17-celler på en interleukin-17A (IL-17A) afhængig måde. Forskningen havde til formål at forbinde disse aspekter af SFB-medieret immunitet afgøre, om specifikke tarmmikrober har evnen til at påvirke skeletets sundhed.

For at studere virkningerne af SFB og tarmmikrobiomet på skeletal sundhed, Novince -laboratoriet brugte en musemodel med en defineret mikrobiota. Denne forskning blev faciliteret af MUSC's Gnotobiotic Animal Core, som er instrueret af Caroline Westwater, Ph.d., medforfatter og professor i College of Dental Medicine. Fås via den unikke dyrekerne, kimfrie mus (ingen mikrobiota) og gnotobiotiske mus (defineret mikrobiota) er en glimrende model til undersøgelse af mikrobiomets bidrag til skeletudvikling.

Når vi tænker på knogler, det er altid balancen mellem osteoblaster og osteoklaster; osteoblaster danner knoglen, og osteoklasterne resorberer knoglen. SFB -kolonisering forårsagede et skift i begge sider af aksen:osteoklastaktiviteten steg, og osteoblastaktiviteten faldt, hvilket er skadeligt for skelettet. "

Chad M. Novince, adjunkt i gymnasierne i medicin og tandlæge, MUSK

For at begynde sine studier, Novince-laboratoriet sammenlignede kimfrie mus med SFB-monoassocierede mus. Mus, der havde SFB, udviste en reduktion på 20% i trabekulært knoglevolumen - den knogletype, der gennemgår høje knoglemetabolisme. Yderligere undersøgelse af disse mus viste, at SFB-kolonisering førte til øgede IL-17A-niveauer i tarmen og cirkulation, og øget osteoklastpotentiale.

Næste, Novince -laboratoriet undersøgte, om tilstedeværelsen af ​​SFB i en kompleks tarmmikrobiota kunne påvirke normal skeletudvikling. De sammenlignede Taconic-specifikke patogenfrie mus, der havde SFB som en del af deres mikrobiom, med Taconic-specifik-patogenfrie mus, der manglede SFB.

Tilstedeværelsen af ​​SFB i en kompleks mikrobiota førte til reduceret trabekulært knoglemængde, som blev tilskrevet øget osteoklastaktivitet og nedsat osteoblastaktivitet. SFB -kolonisering førte til en proinflammatorisk immunstatus i tarmen, med øget antal myeloidafledte suppressorceller (MDSC'er) og M1-makrofager i lymfeknuderne forbundet med tarmen. I øvrigt, SFB-kolonisering øgede IL-17A-niveauerne i tarmen og kredsløbet.

Interessant nok, SFB -tilstedeværelsen i en kompleks tarmmikrobiota stimulerede også dybt immunforsvaret. SFB -kolonisering opregulerede proinflammatoriske immunfaktorer i leveren og øgede TH17 -celler i leveren, der dræner lymfeknuder. Desuden, tilstedeværelsen af ​​SFB førte til højere niveauer af akutte fase reaktanter - immunfaktorer, der dannes i leveren og udskilles i kredsløbet. Lipocalin-2 (LCN2) var særlig interessant, fordi det er et antimikrobielt peptid, der påvirker knoglemetabolisme.

SFB-kolonisering resulterede i øgede cirkulerende niveauer af IL-17A og LCN2, som begge er faktorer, der understøtter osteoklastaktivitet og undertrykker osteoblastaktivitet. Taget sammen, disse data viser, at SFB spiller en kritisk rolle i reguleringen af ​​immunresponset i både tarmen og leveren, som har betydelige virkninger på skelettet og giver stærk støtte til, at tarmmikrobiota-handlinger på skelettet delvist medieres gennem en tarm-lever-knogleakse .

Derudover SFB's bidrag til skelethelse kan have betydelige kliniske konsekvenser.

"Hvis vi kan forhindre koloniseringen eller nedbryde specifikke mikrober som SFB fra mikrobiomet, der er et klinisk potentiale for at optimere tilvækst af knoglemasse under skeletal udvikling efter puberteten, "sagde Novince.

Det vides, at diæt, probiotika og antibiotika har betydelige virkninger på mikrobiomets sammensætning, herunder SFB -kolonisering. Et flertal af en persons knoglemasse tilkommer under ungdomsårene, eller efterfølgende. Når folk bliver ældre, de begynder langsomt at miste knoglemasse, hvilket sætter dem i fare for brud og knogleskørhed. Modulation af SFB, gennem ikke-invasive indgreb såsom diæter eller probiotika, kunne muliggøre opbygning eller optimering af maksimal tilvækst af knoglemasse i ungdomsårene. Dette ville begrænse risikoen for aldring forbundet med lav knoglemasse og relaterede brud.

Sammenfattende, Novinces gruppe har vist, at inden for det komplekse mikrobiom, en bestemt kommensal mikrobe, SFB, har kapacitet til kritisk at ændre den måde, mikrobiomet interagerer med værtens immunsystem og skelet. Dette immunrespons, medieret gennem en tarm-lever-knogleakse, fremkalder et pro-osteoklast- og anti-osteoblastmiljø i knoglen, som forringer normal skeletvækst og modning. Det stærke bidrag fra leverimmunitet berettiger til yderligere undersøgelse af, hvordan produkterne i den akutte fase kan have en feedback -effekt på mikrobiomet eller yderligere virkninger på værten.

• 60+ organisationer taler, når NASH Summit Boston vender tilbage
• Folk, der spiser højt fiberindhold,