Spesifikke tarmmikrober har kapasitet til å påvirke normal skjelettvekst og modning

Mikrober blir ofte sett på som patogener som forårsaker sykdom, men bildet er faktisk mer komplekst enn det begrensede synet. Tarmmikrobiomet, som er samlingen av mikroorganismer som koloniserer den sunne tarmen, regnes som et støtteorgan som kan regulere vertsbiologiske funksjoner, inkludert skjeletthelse. Forskere ved Medical University of South Carolina (MUSC) som studerer osteoimmunologi, grensesnittet til skjelett- og immunsystemet, har undersøkt virkningen av en bestemt mikroorganisme, segmenterte filamentøse bakterier (SFB), på skjelettutvikling etter puberteten. Resultatene deres, publisert online 10. januar i Journal of Bone and Mineral Research Plus , viste at SFB forhøyet responsen til spesifikke immunceller i tarmen og leveren. Denne responsen førte til økt osteoklastaktivitet og redusert osteoblastaktivitet, kumulativt svekker benmasseakkumulering.

"Dette er den første kjente rapporten som viser at i det komplekse tarmmikrobiomet, spesifikke mikrober har kapasitet til å påvirke normal skjelettvekst og modning, "sa Chad M. Novince, D.D.S., Ph.D., en assisterende professor ved høyskolene i medisin og tannmedisin, som studerer mikrobiomets innvirkning på osteoimmunologi og skjelettutvikling.

Novince-laboratoriet fokuserer på den post-pubertale fasen av skjelettutvikling, det kritiske plastisitetsvinduet som støtter opptjening av omtrent 40% av en persons høyeste benmasse. Nyere arbeid fra laboratoriet viste at tarmmikrobiomet øker immunresponsene i lever- og beinmiljøet, som svekker skjelettbenmassen. SFB har blitt vist av andre grupper for å aktivere immunresponsen til TH17-celler på en interleukin-17A (IL-17A) avhengig måte. Forskningen hadde som mål å knytte disse aspektene ved SFB-mediert immunitet til å avgjøre om spesifikke tarmmikrober har evnen til å påvirke skjeletthelsen.

For å studere effekten av SFB og tarmmikrobiomet på skjeletthelse, Novince -laboratoriet brukte en musemodell med en definert mikrobiota. Denne forskningen ble tilrettelagt av MUSCs Gnotobiotic Animal Core, som er regissert av Caroline Westwater, Ph.D., medforfatter og professor ved College of Dental Medicine. Tilgjengelig gjennom den unike dyrekjernen, bakteriefrie mus (ingen mikrobiota) og gnotobiotiske mus (definert mikrobiota) gir en utmerket modell for å studere mikrobiomets bidrag til skjelettutvikling.

Når vi tenker på bein, det er alltid balansen mellom osteoblaster og osteoklaster; osteoblastene danner beinet, og osteoklastene resorberer beinet. SFB -kolonisering forårsaket et skifte på begge sider av aksen:osteoklastaktiviteten gikk opp, og osteoblastaktiviteten gikk ned, som er skadelig for skjelettet. "

Chad M. Novince, adjunkt ved høyskolene i medisin og tannmedisin, MUSK

For å starte studiene, Novince-laboratoriet sammenlignet bakteriefri mus med SFB-monoassosierte mus. Mus som hadde SFB viste en reduksjon på 20% i trabekulært beinvolum - den typen bein som gjennomgår høye benmetabolisme. Ytterligere undersøkelse av disse musene viste at SFB-kolonisering førte til økte IL-17A-nivåer i tarmen og sirkulasjon, og forbedret osteoklastpotensial.

Neste, Novince -laboratoriet undersøkte om tilstedeværelsen av SFB i en kompleks tarmmikrobiota kan påvirke normal utvikling av skjelettet. De sammenlignet Taconic spesifikke patogenfrie mus som hadde SFB som en del av mikrobiomet med Taconic spesifikke patogenfrie mus som manglet SFB.

Tilstedeværelsen av SFB i en kompleks mikrobiota førte til redusert trabekulært beinvolum, som ble tilskrevet økt osteoklastaktivitet og redusert osteoblastaktivitet. SFB -kolonisering førte til en proinflammatorisk immunstatus i tarmen, med økt antall myeloid-avledede suppressorceller (MDSC) og M1-makrofager i lymfeknuter assosiert med tarmen. Videre, SFB-kolonisering økte IL-17A-nivåene i tarmen og sirkulasjonen.

Interessant, SFB -tilstedeværelsen i en kompleks tarmmikrobiota stimulerte også sterkt hepatisk immunitet. SFB -kolonisering oppregulerte proinflammatoriske immunfaktorer i leveren og økte TH17 -celler i leveren som drenerer lymfeknuter. Dessuten, tilstedeværelsen av SFB førte til høyere nivåer av reaktanter i akuttfase - immunfaktorer som dannes i leveren og skilles ut i sirkulasjonen. Lipocalin-2 (LCN2) var spesielt interessant fordi det er et antimikrobielt peptid som påvirker beinmetabolismen.

SFB-kolonisering resulterte i økte sirkulasjonsnivåer av IL-17A og LCN2, som begge er faktorer som støtter osteoklastaktivitet og undertrykker osteoblastaktivitet. Tatt sammen, disse dataene viser at SFB spiller en kritisk rolle i å regulere immunresponsen i både tarmen og leveren som har betydelige effekter på skjelettet og gir sterk støtte til at tarmmikrobiota-handlinger på skjelettet delvis formidles gjennom en tarm-lever-bein-akse .

I tillegg SFBs bidrag til skjeletthelsen kan ha betydelige kliniske implikasjoner.

"Hvis vi kan forhindre kolonisering eller tømme spesifikke mikrober som SFB fra mikrobiomet, det er et klinisk potensial for å optimalisere benmasseakkumulering under post-pubertal skjelettutvikling, "sa Novince.

Det er kjent at diett, probiotika og antibiotika har betydelige effekter på sammensetningen av mikrobiomet, inkludert SFB -kolonisering. Et flertall av en persons benmasse påløper i ungdomsårene, eller etterfølgende. Når folk blir eldre, de begynner sakte å miste beinmasse, som setter dem i fare for brudd og osteoporose. Modulering av SFB, gjennom ikke-invasive inngrep som dietter eller probiotika, kan muliggjøre oppbygging eller optimalisering av maksimal opphopning av benmasse i ungdomsårene. Dette vil begrense risikoen for aldring forbundet med lav benmasse og relaterte brudd.

Oppsummert, Novinces gruppe har vist at innenfor det komplekse mikrobiomet, en bestemt kommensal mikrobe, SFB, har kapasitet til å kritisk endre måten mikrobiomet interagerer med vertens immunsystem og skjelett. Denne immunresponsen, mediert gjennom en tarm-lever-bein-akse, induserer et pro-osteoklast- og anti-osteoblastmiljø i beinet, som svekker normal skjelettvekst og modning. Det sterke bidraget fra hepatisk immunitet krever ytterligere undersøkelser av hvordan akuttfaseproduktene kan ha en tilbakemeldingseffekt på mikrobiomet eller ytterligere effekter på verten.

• 60+ organisasjoner som skal tale når NASH Summit Boston kommer tilbake
• Folk som spiser mye fiber,