Microbial dysbiosis in the gut drives systemic autoimmune diseases

Abstract

Trillions of microbes survive and thrive inside the human body. These tiny creatures are crucial to the development and maturation of our immune system and to maintain gut immune homeostasis. Microbial dysbiosis is the main driver of local inflammatory and autoimmune diseases such as colitis and inflammatory bowel diseases. Dysbiosis in the gut can also drive systemic autoimmune diseases such as type 1 diabetes, rheumatic arthritis, and multiple sclerosis. Gut microbes directly interact with the immune system by multiple mechanisms including modulation of the host microRNAs affecting gene expression at the post-transcriptional level or production of microbial metabolites that interact with cellular receptors such as TLRs and GPCRs. This interaction modulates crucial immune functions such as differentiation of lymphocytes, production of interleukins, or controlling the leakage of inflammatory molecules from the gut to the systemic circulation. In this review, we compile and analyze data to gain insights into the underpinning mechanisms mediating systemic autoimmune diseases. Understanding how gut microbes can trigger or protect from systemic autoimmune diseases is crucial to (1) tackle these diseases through diet or lifestyle modification, (2) develop new microbiome-based therapeutics such as prebiotics or probiotics, (3) identify diagnostic biomarkers to predict disease risk, and (4) observe and intervene with microbial population change with the flare-up of autoimmune responses. Considering the microbiome signature as a crucial player in systemic autoimmune diseases might hold a promise to turn these untreatable diseases into manageable or preventable ones.

Intestinal microbiota and obesity

“…Po pierwsze, interakcja między obiema strukturami odbywa się za pomocą TLRs (Toll-like receptors). Ich pośrednictwo związane jest z procesami różnicowania komórek układu odpornościowego, równowagą między limfocytami T pomocniczymi a limfocytami T cytotoksycznymi, szczelnością błony śluzowej jelit oraz produkcją śluzu jelitowgo (8,9,17). Dodatkowo bakterie jelitowe mają zdolność do modulowania procesów ekspresji genów gospodarza za pośrednictwem microRNA -są to krótkie sekwencje niekodujące, które wyciszają ekspresję genów.…”

“…Aktywacja tego receptora skutkuje promocją procesów prowadzących do nadekspresji połączeń ścisłych między komórkami nabłonka jelitowego. Zmniejsza to przenikanie LPS i hamuje całą związaną z tym kaskadę reakcji układu odpornościowego (9). Choroby metaboliczne, takie jak otyłość, są związane z obniżeniem różnorodności gatunkowej jelitowego mikrobiomu; u osób otyłych spada poziom bakterii typu Bacetroidetes w stosunku do Firmicutes (7).…”

“…Przytoczone efekty można tłumaczyć obniżeniem stężania LPS (lippolisacharyd) we krwi modeli. LPS uwalniany jest do krwi gospodarza przez bakterie jelitowe i zastosowanie terapii antybiotykowej, może poskutkować redukcją populacji bakterii i spadkiem produkcji LPS (8,9). Jest to istotne, ponieważ wraz ze wzrostem poziomu LPS we krwi wzrastają markery stanu zapalnego w ciele, co może być powiązane z występowaniem chorób o podłożu zapalnym (9).…”

“…Bakterie zamieszkujące jelito grube należą do pięciu głównych grup: Firmicutes (głównie Clostridium, Eubacterium, Faecalibacterium), Bacteroidetes (głównie Alistipes, Bacteroides, Parabacteroides, Prevotella), Actinobacteria (Bifidobacterium), Proteobacteria (głównie Escherichia coli), Verrucomicrobia (Akkermansia) i Fusobacteria; przy czym dominują bakterie należące do dwóch pierwszych wymienionych typów (4). Skład mikrobiomu nie jest stały a ulega ciągłym zmianom, dostosowując się do ewoluujących warunków (1,2,(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10). W literaturze nadorganizm tworzony przez gospodarza i kolonizujące go organizmy symbiotyczne nazywany jest "holobiontem" aby zwrócić uwagę na zależność każdej ze składowych od siebie nawzajem (11).…”

“…3. Funkcja metaboliczna -mikroorganizmy zamieszkujące jelito są zdolne do rozkładu węglowodanów złożonych do cukrów prostych i krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, co zapewnia gospodarzowi dodatkowe źródło energii; szacuje się, że może to być aż 10% wymaganego dziennego zapotrzebowania kalorycznego (7)(8)(9)(10)(12)(13)(14). Dodatkowo flora bakteryjna pełni ważną rolę w syntezie witaminy K oraz niektórych witamin z grupy B, w krążeniu kwasów żółciowych i transformacji mutagennych karcynogenów (2,(4)(5)(6)(7).…”