Взаимосвязь кишечного микробиома и эпилепсии: потенциальные возможности терапии фармакорезистентной эпилепсии

ВВЕДЕНИЕ / INTRODUCTION

Неврологические, когнитивные, психологические и психосоциальные нарушения приводят к снижению качества жизни пациентов с эпилепсией, увеличивая риск смерти, что составляет значительную долю глобального бремени болезней [1][2]. По данным Всемирной организации здравоохранения, около 50 млн человек во всем мире страдают эпилепсией, причем 25% приступов можно предотвратить, а 70% – эффективно контролировать с использованием противоэпилептических препаратов (ПЭП) [3].

Однако почти у 1/3 оставшихся пациентов эпилепсия не поддается медикаментозному лечению, т.е. оказывается фармакорезистентной (ФРЭ). Она констатируется в случае сохранения эпилептических приступов, несмотря на применение двух и более переносимых и корректно подобранных схем приема ПЭП как в монотерапии, так и в комбинациях [4].

Несмотря на то что в клиническую практику было внедрено более 20 ПЭП нового поколения, их фактическая эффективность и безопасность остаются намного ниже ожидаемых уровней [5]. Кроме того, особые группы населения, такие как новорожденные, беременные женщины, пожилые люди с сопутствующими заболеваниями, а также пациенты с лекарственно-устойчивыми генерализованными припадками, которым не представляется возможным проведение инвазивного вмешательства и всестороннего обследования перед началом лечения методами нейростимуляции. Следовательно, существует острая необходимость в поиске новых терапевтических мишеней и методов терапии, которые могли бы обеспечить оптимальное лечение пациентов с ФРЭ.

Современные разработки в области омиксных технологий (включая метагеномику, метатранскриптомику, метапротеомику и метаболомику) и биоинформатики позволили исследователям более подробно изучить кишечный микробиом (КМБ), особенно его функции [6]. Каждый омиксный метод имеет свои преимущества и недостатки и может быть включен в мульти-омиксный анализ, который позволяет получить таксономическую и функциональную характеристику КМБ. КМБ – это популяция микроорганизмов, большинство из которых непатогенны и положительно влияют на работу кишечника. Между КМБ и центральной нервной системой (ЦНС) существует взаимосвязь, которая осуществляется на протяжении всей жизни через двунаправленную динамическую сеть, известную как ось «микробиом – кишечник – мозг» (англ. microbiome-gut-brain axis, MGBA) [7]. MGBA также включает сеть нейромедиаторов, кровеносных сосудов, желез и нервных компонентов, участвующих в регуляции работы кишечника [8]. В последние годы MGBA привлекает все большее внимание в неврологическом научном сообществе, и недавние исследования продемонстрировали ее роль в развитии нервной системы, а также при различных неврологических расстройствах, включая аутизм, рассеянный склероз, болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера [9–11].

Помимо других неврологических заболеваний в последнее время активно изучалась сложная взаимосвязь между КМБ и эпилепсией. Суммируя результаты проведенных исследований, можно заключить, что КМБ изменяется у пациентов с ФРЭ. Хорошо известная кетогенная диета (КД) – диета с высоким содержанием жиров, достаточным количеством белков и низким содержанием углеводов – оказывает противосудорожное действие. Вмешательства, направленные на коррекцию дисбактериоза, включая пробиотики, антибиотики и трансплантацию фекальной микробиоты (ТФМ), обладают многообещающим потенциалом в качестве альтернативного лечения ФРЭ, несмотря на то что точный механизм действия остается неясным [12–17].

Цель – обобщить современные литературные данные, посвященные роли MGBA в ФРЭ, а также определить ценность изменения состава КМБ в качестве прогностического маркера формирования ФРЭ.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ / MATERIAL AND METHODS

Стратегия поиска публикаций / Publication search strategy

Проведен поиск публикаций в электронных базах данных PubMed/MEDLINE и eLibrary, а также в поисковой системе Google Scholar. Стратегия поиска включала следующие ключевые слова и их сочетания на русском и английском языках: «фармакорезистентная эпилепсия», «микробиом», «кишечный микробиом», «ось микробиом – кишечник – мозг», «эпилепсия», “drug-resistant epilepsy”, “microbiome”, “gut microbiome”, “microbiome-gut-brain axis”, “epilepsy”. Поиск выполнялся среди исследований, опубликованных до апреля 2024 г.

Методы отбора исследований / Research selection methods

Оценка статей проводилась в соответствии с рекомендациями PRISMA. Алгоритм отбора исследований представлен на рисунке 1.

В результате поиска было извлечено 4158 публикаций из PubMed/MEDLINE, 173 публикаций из eLibrary и 1100 публикации, найденных с помощью Google Scholar. Независимо друг от друга все авторы проводили скрининг названий и аннотаций выявленных статей, при обнаружении релевантных исследований извлекался полный текст соответствующей статьи. Дубликаты и неполнотекстовые версии были исключены. Полнотекстовые версии статей оценивались на предмет соответствия следующим критериям включения:

– работа опубликована на английском или русском языках;

– работа опубликована в рецензируемом научном издании;

– работа представляет собой обзор литературы, экспериментальное или клиническое исследование, содержащее указанные ключевые слова.

После процедуры отбора в обзор было включено 108 статей.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ / RESULTS AND DISCUSSION

Особенности патогенеза ФРЭ / Features of DRE pathogenesis

Изучение патогенеза ФРЭ имеет решающее значение не только для выбора подходящих стратегий, но и для предложения современных методов лечения. Метаанализ 35 клинических исследований с участием пациентов с эпилепсией обобщил клинические факторы риска, связанные с развитием ФРЭ, включая возраст начала, симптоматическую эпилепсию, аномальные результаты нейровизуализации и электроэнцефалографии, задержку психического развития в анамнезе, нервно-психические расстройства, фебрильные припадки и эпилептический статус [18].

Что касается механизмов, лежащих в основе фармакорезистентности, существуют различные гипотезы, которые можно разделить на две категории – этиология эпилепсии и изменение ответа на ПЭП, которые могут быть взаимосвязаны [4][19]. Этиологическими факторами, которые могут способствовать формированию ФРЭ, являются особенности поражения головного мозга, аутоиммунные нарушения, тяжесть заболевания и сопутствующие патологии. Нарушение ответа на ПЭП включает снижение эффективной концентрации ПЭП, а также изменение или отсутствие терапевтических мишеней [19].

Этиологические факторы

Известно, что различные формы эпилепсии имеют неодинаковый прогноз. Идиопатические генерализованные формы хорошо поддаются фармакотерапии, в то время как симптоматическая и криптогенная формы имеют худший терапевтический потенциал [4][20]. Действительно, трудно контролировать вторичные эпилептические приступы до устранения очагов травматического повреждения, острого кровотечения или диффузного повреждения аксонов.

Повреждение гиппокампа влияет на всасывание и метаболизм лекарственных препаратов. Например, полная потеря потенциалзависимых натриевых каналов в гранулярных клетках у пациентов с тромбоэмболией легочной артерии приводила к резистентности к карбамазепину [21]. Также обнаружено, что натриевые каналы влияют на чувствительность к фенитоину в нейронах зоны СА1 гиппокампа [22]. C. Xu et al. показали, что субикулярные пирамидные нейроны играют ключевую роль в контроле чувствительности к ПЭП [23].

Кроме того, у значительной части пациентов с впервые возникшей ФРЭ она имеет аутоиммунную природу [24], что выражается в продукции антител к специфическим мишеням головного мозга, включая рецептор N-метил-D-аспарагиновой кислоты (NMDA-рецептор), рецептор α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты (AMPA-рецептор), рецептор гамма-аминомасляной кислоты типа В (ГАМК_В) или богатый лейцином инактивируемый глиомой протеин 1. У таких больных в конечном итоге могут развиться как острые приступы, так и хроническая эпилепсия с преимущественным поражением височной доли [25].

И последнее, но не менее важное: после общих тонико-клонических и сложных фокальных парциальных приступов возникает ряд сопутствующих симптомов, таких как нарушение координации, снижение способности к внешнему восприятию и ухудшение памяти, что ограничивает эффективность лечения и приверженность пациентов к нему [26]. Поэтому для таких больных критически важно выявление и устранение этиологии эпилепсии.

Факторы, связанные с фармакодинамикой и фармакокинетикой ПЭП

Теория изменения мишени лекарственного средства была предложена очень рано, и в настоящее время она является одной из наиболее общепринятых теоретических гипотез [4][27]. Некоторые экспериментальные данные показывают, что концентрация лекарственного средства, которое проникает через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), изменяется при различных формах заболевания, и нейровоспаление также может привести к патологической гипервозбудимости, что в конечном итоге влияет на эффективность лекарственного средства [28][29].

Проникновение ПЭП через ГЭБ на разных уровнях эпилепсии может быть связано со степенью и восприимчивостью к экспрессии множества переносчиков лекарственных средств в головном мозге. Ответ на вопрос о том, является ли ПЭП субстратом для этих переносчиков, особенно в эндотелиальных клетках капилляров и астроцитах, помогает оценить проницаемость ГЭБ и эффективность лекарственных препаратов [30]. «Гипотеза о переносчике» гласит, что фармакорезистентность обусловлена повышенной экспрессией переносчиков, таких как P-гликопротеин (Pgp), входящий в состав белка множественной лекарственной устойчивости (англ. multiple drug resistance, MDR), а также семейства белков, связанных с раком молочной железы (англ. breast cancer resistance protein, BRCP) [31]. Данная теория подтверждается следующими фактами [32]:

– в гиппокампе пациентов с ФРЭ выявлена локальная сверхэкспрессия Pgp;

– у пациентов с ФРЭ Pgp экспрессировался в эндотелии сосудов и глиальных клетках по сравнению с больными без фармакорезистентности;

– более высокая частота приступов была достоверно связана с повышенной активностью Pgp в гиппокампе.

У людей, страдающих ФРЭ, также существуют эндогенные различия в кодировании переносчиков лекарственных средств (АТФ¹-связывающая кассета подсемейства B, член 1 (англ. ATP binding cassette subfamily B member 1, ABCB1), АТФ-связывающая кассета подсемейства G, член 2, ABCG2)) [33], мишеней для лекарственных средств (калиевый потенциалзависимый канал подсемейства Q, член 2 (англ. potassium channel, voltage-gated, KQT-like subfamily member 2, KCNQ2), синтезирующий синтаксин-связывающий белок 1 (англ. syntaxin binding protein 1, STXBP1)) [34], ферментов, метаболизирующих лекарственные средства (цитохром Р-450 (CYP) 2C9, CYP2C19) [35] и главного комплекса гистосовместимости, которые в различной степени могут способствовать снижению концентрации ПЭП в плазме крови и головном мозге [36].

Важно отметить, что исследования на животных пока не подтверждают фармакокинетическую гипотезу [37]. Кроме того, в настоящее время имеются противоречивые данные о связи между полиморфизмом ABCB1 и вариабельностью фармакокинетики эсликарбазепина [38].

Состав кишечного микробиома / Intestinal microbiome composition

КМБ кодирует более 3 млн генов, что значительно превышает возможности человеческого генома, который содержит всего около 23 тыс. генов [39].

Мнения о времени первоначальной колонизации кишечника человека расходятся. Одни авторы обнаружили, что у плодов в желудочно-кишечном тракте нет микроорганизмов, а бактериальная колонизация начинается при контакте с материнской микробиотой во время родов [40]. Другими авторами показано, что в кишечнике плода на 14-й неделе беременности содержится небольшое количество стафилококков и лактобацилл, а выделенные бактерии могут индуцировать активацию Т-клеток памяти in vitro, что указывает на то, что микроорганизмы могут существовать у плода и играть важную роль в становлении и активации иммунной системы [41].

В целом КМБ формируется в раннем возрасте, через 5 лет после рождения [42], и отличается у разных людей в зависимости от различных факторов, включая энтеротип, индекс массы тела, образ жизни и пищевые привычки [39]. Устойчивый КМБ отличается разнообразием, динамическим равновесием и включает шесть доминирующих типов (Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria и Verrucomicrobia), среди которых Firmicutes и Bacteroidetes составляют приблизительно 90% [39].

Изменения КМБ, ассоциированные с развитием ФРЭ / IM changes associated with DRE development

MGBA вовлечена во все аспекты патогенеза ФРЭ. Недавние исследования показали изменения в КМБ у больных ФРЭ по сравнению с пациентами с контролируемой эпилепсией (КЭ) и здоровыми лицами, не страдающими эпилепсией. Кроме того, обнаружено влияние противоэпилептической терапии на КМБ, что также продемонстрировано в ходе экспериментов на животных моделях [43–64].

Изменение КМБ у пациентов с ФРЭ

A. Peng et al. обнаружили, что состав КМБ у пациентов с КЭ и у людей без эпилепсии сходный. Однако у больных с частыми приступами наблюдалось увеличение соотношения Firmicutes/Bacteroidetesи снижение количества бифидо- и лактобактерий, чем у пациентов с четырьмя или меньшим количеством приступов в год [43].

В работе X. Gong et al. найдена модель, позволяющая отличить ФРЭ от КЭ, согласно которой у пациентов с ФРЭ в кишечных бактериальных таксонах наблюдалось увеличение числа типов Actinobacteria, Verrucomicrobia, Nitrospirae и родов Blautia, Bifidobacterium, Subdoligranulum, Dialister и Anaerostipes [44]. Кроме того, исследование, проведенное в Корее, показало, что количество Negativicutes, которые относятся к типу Firmicutes, было увеличено в группе ФРЭ [45]. Напротив, B. Şafak et al. в ходе оценки КМБ в группе пациентов с идиопатической фокальной эпилепсией обнаружили снижение количества Firmicutes, Bacteroides и Actinobacteria при увеличении количества Proteobacteria, Fusobacteria и Spirochaetes, которые участвуют в опосредовании механизмов аутоиммунных и воспалительных заболеваний в кишечнике и ЦНС [46].

Результаты оценки альфа-разнообразия также противоречивы. A. Peng et al. наблюдали значительно более высокий индекс альфа-разнообразия у пациентов с ФРЭ по сравнению с КЭ и лицами без эпилепсии [43], в то время как X. Gong et al. сообщили о совершенно противоположных результатах [44], а H. Lee et al. не обнаружили значимой разницы в альфа- и бета-разнообразиях между группами КЭ и ФРЭ [45].

В ходе исследования детей с ФРЭ X. Gong et al. показали, что в исследуемой группе наблюдается повышенное микробное альфа-разнообразие наряду со значительным преобладанием типа Actinobacteria и родов Enterococcus, Anaerostipes, Bifidobacterium, Bacteroides и Blautia [47]. G. Xie et al. выявили различия в составе КМБ между новорожденными с ФРЭ и здоровыми младенцами, у которых преобладали Proteobacteria, в то время как количество Bacteroides было снижено [48].

Примечательно, что таксоны кишечных бактерий демонстрируют значительные различия в чувствительности к лекарственным препаратам в разных возрастных группах с ФРЭ, хотя на них могут влиять привычки питания и другие факторы. Характер генетической изменчивости в патогенезе ФРЭ по-прежнему требует дальнейшего изучения с использованием более крупных выборок и более длительного времени наблюдения, чтобы исключить влияние факторов индивидуальности, с особым акцентом на изучение изменений в численности Firmicutes и Bacteroidetes. Краткие результаты клинических исследований представлены в таблице 1.

Изменение КМБ в животных моделях ФРЭ

В доклинических исследованиях КМБ in vivo на животных моделях изучалась роль определенных микроорганизмов в развитии фенотипов эпилепсии. Из-за различных этиологий и неясного механизма эпилепсии ни одна стандартная животная модель до сих пор не была подтверждена в качестве модели эпилептического синдрома. Некоторые модели состояний, сопровождающихся симптоматической эпилепсией, могут помочь в поиске эффективного лечения ФРЭ, включая модели с химическим воздействием, такие как литий-пилокарпиновая модель, каиновая модель височной эпилепсии, а также модели эпилепсии с электрическим воздействием [50][51].

Данные, полученные на животных моделях, также свидетельствуют о том, что КМБ может быть прямо или косвенно вовлечен в патогенез ФРЭ [52]. R. Citraro et al. продемонстрировали значительные различия в бета-разнообразии и соотношении Firmicutes/Bacteroidetes между крысами линий Wistar и WAG/Rij (хорошо известная генетическая модель абсансной эпилепсии) [53]. C. De Caro et al. обнаружили повышенную восприимчивость к судорогам на мышиных моделях колита, индуцированного декстрансульфатом натрия [54]. J.S. Medel-Matus et al. установили, что хронический стресс способен привести к нарушениям в КБМ, и связанные с ним изменения также могут ускорить прогрессирование и увеличить продолжительность приступов [55].

Современное представление о роли MGBA в патогенезе ФРЭ / Current understanding of MGBA role in DRE pathogenesis

КМБ играет системную регулирующую роль посредством взаимосвязи нервной, эндокринной, иммунной, кровеносной и эндокринной систем [56], которые можно разделить на три пути: нейрональный, иммунный и эндокринный. В процессе дисбактериоза эти пути нарушаются, приводя к ряду реакций, включая воспаление, нарушение ГЭБ и повреждение нейромодуляторов, которые участвуют в развитии и прогрессировании различных неврологических расстройств [57].

Нейрональный путь

Нейрональный путь включает энтеральную нервную систему (ЭНС), блуждающий, симпатические и спинномозговые нервы, а также сигнальные молекулы, такие как нейропептиды.

ЭНС состоит из более чем 100 трлн нейронов, функционирующих независимо от ЦНС, которая может не только обрабатывать информацию о локальной стимуляции кишечника, но и реагировать на сигнал от ЦНС [58]. Наиболее эффективным способом передачи сигнала между ЭНС и ЦНС является блуждающий нерв [59]. Нейроподобные клетки – это разновидность сенсорных эпителиальных клеток кишечника, которые взаимодействуют с нейронами блуждающего нерва, используя глутамат в качестве нейромедиатора [60]. Затем сигналы передаются в сенсорные ядра ствола мозга, образуя нейронную цепь «кишечник – мозг» [61]. Глутамат может увеличивать количество белков, переносящих различные лекарственные средства через ГЭБ, тем самым способствуя развитию ФРЭ [62].

В дополнение к прямому нервному пути микроорганизмы в кишечнике могут продуцировать нейромедиаторы и нейромодуляторы, такие как ГАМК, серотонин (5-гидрокситриптамин – англ. 5-hydroxytryptamine, 5-НТ) и т.д. [14]. Тормозной нейромедиатор ГАМК и возбуждающий нейромедиатор глутамат работают вместе, модулируя тормозно-возбуждающий баланс, который нарушается во время инициации и распространения судорог [63]. A. mucinophilia и Parabacteroides оказывают противосудорожное действие, снижая системные уровни ГАМК и повышая соотношение ГАМК/глутамат в гиппокампе [12]. Доказано, что лактобациллы продуцируют ингибирующий нейромедиатор ГАМК, что приводит к повышению концентрации ГАМК в желудочно-кишечном тракте и ЦНС [64].

Что касается триптофана (англ. tryptophan, Trp), который является предшественником нейротрансмиттера 5-НТ, то он метаболизируется по кинурениновому пути и был изучен в рамках противосудорожной эффективности КД у крыс [65] и детей с ФРЭ [66]. Как Trp, так и его метаболит кинуренин могут проникать через ГЭБ, где в астроцитах они расщепляются до кинуреновой кислоты, которая является антагонистом NMDA-рецепторов [67]. Использование жирных кислот может вызывать седативный эффект за счет увеличения содержания Trp и кинуреновой кислоты в головном мозге [64].

Иммунный путь

Ось «микробиота – иммунитет» является центральным медиатором взаимодействия «кишечник – мозг» [68]. Кишечно-ассоциированная лимфоидная ткань (англ. gut-associated lymphoid tissue, GALT) – крупнейший и наиболее важный иммунный орган человека, включающий около 70% иммунных клеток всего организма [69]. Стимуляция со стороны микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности помогает поддерживать стабильность иммунной микросреды кишечника [70].

Рецепторы опознавания паттерна (англ. pattern recognition receptors, PRR), патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (ПАМП) и молекулярный фрагмент, ассоциированный с повреждениями (англ. damage associated molecular pattern, DAMP) играют важную роль в вышеуказанном процессе, распознавая сигналы кишечника [70]. Макрофаги устанавливают иммунный гомеостаз, воспринимая ПАМП через toll-подобные рецепторы (англ. toll-like receptors, TLR) и nod-подобные рецепторы (англ. nod-like receptors, NLR), а затем активируя врожденные лимфоидные клетки 3-й группы для высвобождения гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (англ. granulocyte-macrophage colony stimulating factor 2, GM-CSF) и интерлейкина-2 (ИЛ-2), поддерживая таким образом динамический баланс регуляторных Т-клеток (англ. regulatory T-cells, Treg) [71].

Чрезмерное количество Prevotella приводит к непрерывной выработке ИЛ-6 и слабовыраженному воспалению [72]. Alistipes также положительно коррелируют с ИЛ-6 и белком группы В1 с высокой подвижностью (англ. high-mobility group protein B1, HGMB1) [73], последний положительно коррелирует с частотой судорожных припадков [74, 75]. Кроме того, сегментированные филаментные бактерии играют ключевую роль в индукции T-хелпера 17 (англ. T-helper type 17, Th17), который помогает поддерживать иммунитет слизистой оболочки кишечника [75]. В то же время Treg, индуцируемые клостридиями, обладают системным противовоспалительным действием [76].

Медиаторы нейровоспаления способствуют развитию ФРЭ, вызывая увеличение количества белков, переносящих лекарственные средства, и нестабильность ГЭБ [77]. Считается, что астроциты и микроглия являются инициаторами нейровоспаления, высвобождая провоспалительные факторы (ИЛ-1β, фактор некроза опухоли альфа и ИЛ-6), затем активируются другие иммунные клетки для участия в нейроиммунной реакции, которая приводит к повреждению ГЭБ [24, 25]. Различные подгруппы Т-клеток периферического происхождения при эпилептогенных поражениях оказывают обратное влияние на тяжесть заболевания, а агрегация γδ-Т-лимфоцитов, продуцирующих ИЛ-17, и подавление регуляции Treg-клеток свидетельствуют о плохой клинической эффективности [78]. В метаанализе, проведенном E.E. de Vries et al., сообщалось, что уровни ИЛ-6, ИЛ-17 в сыворотке крови и ИЛ-1β и ИЛ-10 в спинномозговой жидкости значительно различались у пациентов с эпилепсией [79], а у больных височной эпилепсией активируется ось ИЛ-1β/ИЛ-R1, что приводит к снижению ГАМК_А [80].

Эндокринный путь

Бактериальный дисбактериоз приводит к нарушениям эндокринного обмена, что играет важную роль в развитии эпилепсии [81]. Короткоцепочечные жирные кислоты (англ. short-chain fatty acid, SCFA) – микробные метаболиты, которые в настоящее время являются объектом исследований в области MGBA. В основном это ацетат, пропионат и бутират, они могут проникать в кровоток, модулируя функцию иммунных клеток в системном кровотоке и потенциально снижая нейровоспаление [82].

M. Lindefeldt et al. предположили, что выработка SCFA снижена у пациентов с эпилепсией [83]. R. Citraro et al. дополнительно подтвердили, что концентрации пропионата и бутирата в кишечнике у крыс линии WAG/Rij были ниже, что приводило к раннему нарушению кишечного барьера и активации воспаления перед возникновением приступов [53]. ТФМ частично восстанавливала повреждения, вызванные воспалением кишечника, а также уменьшала количество абсансов [53]. Показано, что ацетат и бутират обладают противовоспалительной активностью [84], а бутират может снижать общий воспалительный статус циркулирующих моноцитов [85]. Кроме того, упомянутый выше кинуренин находится под контролем бутирата, вырабатываемого КМБ [86].

Имеются данные, что деацетилазы гистонов (англ. histone deacetylases, HDAC) участвуют в различных заболеваниях ЦНС, включая нейродегенеративные патологии и эпилепсию [87]. Исследования на животных моделях заболеваний ЦНС показывают, что SCFA могут функционировать в качестве ингибиторов HDAC, проявляя нейропротекторные и нейрорегенеративные свойства [88]. Это указывает на то, что SCFA могут воздействовать на ЦНС, связываясь с рецепторами, сопряженными с G-белком (англ. G-protein-coupled receptor, GPCR), или ингибируя активность HDAC. Хотя взаимосвязь между кишечником и ЦНС изучалась лишь в течение короткого времени, а лежащий в ее основе механизм не был выяснен, предполагается, что SCFA играют ключевую роль в системе MGBA.

Благодаря высокой экспрессии монокарбоксилатных транспортеров на эндотелиальных клетках SCFA могут проникать через ГЭБ и воздействовать на головной мозг [89]. Более того, у стерильных мышей наблюдалась сниженная экспрессия белка плотных контактов, что приводило к повышению проницаемости ГЭБ. Это явление можно обратить вспять при введении стерильным мышам бактерий, продуцирующих SCFA [90]. Аналогичным образом показано, что пропионат SCFA защищает ГЭБ от патогенного воспалительного и окислительного стресса [91]. Это позволяет предположить, что SCFA участвуют в регуляции функции ГЭБ и поддержании его целостности.

SCFA способны воздействовать на иммунные клетки и модулировать иммунный ответ, тем самым уменьшая воспаление. SCFA изменяют набор нейтрофилов, регулируя выработку воспалительных цитокинов посредством ингибирования HDAC и индуцируя хемотаксис нейтрофилов путем активации FFAR2 [92]. Эти бактериальные метаболиты влияют на созревание и способность продуцировать провоспалительные цитокины моноцитов, макрофагов и дендритных клеток [93]. Кроме того, SCFA могут модулировать активацию Т-клеток и эффекторный ответ. Ингибируя ацетилирование гистонов, SCFA непосредственно стимулируют дифференцировку Т-клеток в Т-хелперные клетки, усиливая активацию mTOR, или косвенно способствуют трансформации Т-лимфоцитов в регуляторные Т-клетки P3 (FoxP3+), а не в интерферон-γ + Т-клетки, воздействуя на дендритные клетки [94].

Клетки микроглии необходимы для развития, врожденного иммунитета и гомеостаза ЦНС. Они участвуют в синаптогенезе, регенерации аксонов, выживании нейронов и регуляции воспалительных реакций в ЦНС [95]. D. Erny et al. заметили, что клетки микроглии стерильных мышей имеют глобальные дефекты, и дефектная микроглия может быть восстановлена с помощью SCFA [96]. Физиологические микромолярные концентрации SCFA могут снижать уровни цитотоксинов и цитокинов, которые секретируются при стимуляции THP-1 микроглиоподобных клеток [97]. В нескольких исследованиях сообщалось, что бутират обладает способностью снижать активацию микроглии и оказывать сильное противовоспалительное действие in vivo и in vitro [98, 99]. Очевидно, что SCFA являются потенциальными медиаторами КМБ, влияющими на системное воспаление и нейроиммунную функцию.

КМБ как терапевтическая мишень при ФРЭ / IM as a therapeutic target in DRE

Диетотерапия (КД) доказала свою эффективность, относительную безопасность и может сочетаться с другими противоэпилептическими методами лечения. КД, пробиотики, ТФМ и антибиотики потенциально могут влиять на КМБ и таким образом способствовать контролю над судорожными приступами.

Эффективность КД в контроле судорожных приступов

Эффективность классической КД в отношении ФРЭ была доказана в различных исследованиях [100]. КД изменяла состав КМБ через 4 дня после введения в рацион. Подтверждено увеличение относительной численности Akkermansia muciniphila, paracellosis, Sutterella и Erysipelaceae [12]. Другое клиническое исследование показало, что после длительной терапии КД (24 нед) примерно у половины детей частота приступов снизилась на 66% [101].

Во время КД уровень глюкозы снижается и печень окисляет жирные кислоты для обеспечения организма энергией. При этом в крови повышается содержание кетонов, что может служить биохимическим признаком состояния метаболического кетоза, спровоцированного КД [101]. Выявлены изменения в метаболитах у пациентов с ФРЭ, в основном включающие снижение уровня лактата и повышение уровня креатина, фосфокреатина и холина [102, 103]. У пациентов с ФРЭ и КД кетоновые тела могут сбалансировать повышенные уровни глутамата за счет регуляции его везикулярных транспортеров [104] и ГАМК-рецепторов [105], в конечном итоге повышая уровень ГАМК в спинномозговой жидкости, что способствует антиоксидантному эффекту и ремиссии эпилепсии [106].

Нетрудно связать терапевтические механизмы диетических вмешательств с изменениями в кишечной флоре. На самом деле КД может в значительной степени уменьшить дисбаланс КМБ, и, что более важно, КМБ и его метаболиты необходимы для противоэпилептического эффекта КД. X. Gong et al. обнаружили восемь родов кишечной микрофлоры, ассоциированных с эпилепсией, которые полностью исчезали после 6 мес лечения КД [47]. Y. Zhang et al. оценивали эффективность КД у детей с ФРЭ, через 6 мес лечения у пациентов наблюдалось значительное снижение частоты клинических приступов и улучшение результатов электроэнцефалографии по сравнению с исходным уровнем, что сопровождалось заметным снижением соотношения Firmicutes/Bacteroidetes [49].

Кроме того, кетоновые тела могут избирательно ингибировать рост бифидобактерий, который был повышен у пациентов с ФРЭ [55], и снижать уровень провоспалительных Th17-клеток в кишечнике [107]. C.A. Olson et al. обнаружили, что Akkermansia и Parabacteroides играют роль в КД-опосредованном противоэпилептическом эффекте путем снижения активности гамма-глутамилтранспептидазы и стабилизации баланса ГАМК/глутамата в гиппокампе [12].

Роль пробиотиков и ТФМ в терапии ФРЭ

Как в клинических исследованиях пациентов с эпилепсией, так и в экспериментах на животных моделях был обнаружен дисбактериоз кишечной микрофлоры. Пробиотики изменяют состав КМБ, а некоторые добавки, как было показано, уменьшают частоту приступов.

В клиническом исследовании, проведенном в Испании, оценивалась эффективность применения пробиотика, содержащего восемь видов бактерий: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus brevis, Bifido- bacterium lactis, B. lactis и Streptococcus salivarius subsp. thermophilus у 45 пациентов с ФРЭ [107]. По результатам исследования, у 28,9% пациентов количество приступов уменьшилось более чем на 50%. После этого S. Tahmasebi et al. обнаружили, что пробиотики и добавки Nigella sativa (черный тмин) оказывают протективное действие у крыс с развившимся киндлингом, влияя не только на ремиссию судорожных приступов, но и на когнитивные нарушения, вызванные судорогами, а также на долговременную потенциацию гиппокампа [108].

Наиболее эффективной стратегией восстановления КМБ теоретически могла бы быть ТФМ от здоровых доноров. Однако на сегодняшний день не опубликовано ни одного клинического исследования, посвященного лечению пациентов с эпилепсией с использованием ТФМ. Тщательно спланированные исследования в различных популяциях и на животных моделях позволят выявить ключевые изменения КМБ при ТФМ, которые могут стать полезными для лечения эпилепсии в будущем.

Антибиотики и противоэпилептический эффект

Антибиотики оказывают кратковременное воздействие на КМБ. Доказано, что азитромицин снижает содержание бифидобактерий в КМБ детей на 14 дней [109]. Миноциклин может значительно сократить соотношение Firmicutes/Bacteroidetes в кишечнике с последующим снижением уровня системных цитокинов/хемокинов и ослаблением тревожного поведения [110].

Имеются данные о том, что у 6 детей с эпилепсией после лечения антибиотиками судорожная активность отсутствовала в течение 2 нед [111]. Другое исследование с участием 23 пациентов с ФРЭ предоставило дополнительные доказательства того, что при кратковременном приеме ципрофлоксацина у пациентов наблюдалось значительное снижение частоты приступов, которое началось на 1-й неделе и продолжалось до 12-й недели, сопровождаясь снижением соотношения Firmicutes/Bacteroidetes в кишечнике [112]. Миноциклин также продемонстрировал противосудорожную активность у пациента с астроцитомой и ФРЭ [113].

Применение антибиотиков для изменения состава кишечной микробиоты может быть тесно связано с этиологией и лечением эпилепсии, особенно у пациентов с ФРЭ и нарушениями КМБ. Антибиотики способны оказывать положительное влияние на контроль приступов у таких больных [114]. Однако, хотя H.M.H. Braakman et al. выдвинули гипотезу о благоприятном воздействии антибиотикотерапии, они не представили прямых доказательств в поддержку этой теории [111].

Тем не менее нельзя упускать из виду, что некоторые антибиотики, такие как пенициллин, цефалоспорины четвертого поколения, имипенем и ципрофлоксацин, могут вызывать симптоматические судороги [115]. Хотя этот риск количественно оценивается как низкий или очень низкий (уровень доказательности III–IV), судороги, вызванные приемом антибиотиков, часто наблюдаются при наличии сопутствующих состояний, включая травмы, внутричерепные опухоли, острое нарушение мозгового кровообращения, а также у пожилых людей или лиц с печеночно-почечной недостаточностью. Детям, страдающим ФРЭ и вторичным эпилептическим синдромом, клиническое применение антибиотиков не противопоказано, однако необходимы дальнейшие исследования, посвященные их влиянию на КМБ в данной популяции [114]. При необходимости применения антибиотиков может быть рекомендована короткая, точная, индивидуальная схема лечения в сочетании с пробиотиками [115][116].

В целом с момента официального внедрения КД-терапии в область лечения эпилепсии ее эффективность постоянно подтверждалась, а изучение соответствующих механизмов, в которых важную роль играют Bifidobacterium, Firmicutes и Bacteroidetes, постоянно обновлялось. Пробиотики и антибиотики также могут в определенной степени облегчать приступы, однако доказательств этого явно недостаточно из-за отсутствия углубленных исследований механизма действия. Кроме того, хорошо известно, что значительная часть антибиотиков могут, наоборот, инициировать эпилептические приступы [117].

Ограничения исследований / Research limitations

Существующие исследования, касающиеся оценки КМБ при ФРЭ, имеют ряд ограничений, которые необходимо учитывать при интерпретации результатов. К ним относятся:

– небольшие размеры выборок (многие исследования включают небольшое количество участников, что ограничивает возможность обобщения результатов на всю популяцию пациентов с ФРЭ);

– гетерогенность пациентов (пациенты с ФРЭ представляют собой гетерогенную группу с различными клиническими проявлениями и причинами заболевания, и это затрудняет определение общих закономерностей и механизмов, связанных с КМБ);

– дефицит рандомизированных контролируемых исследований (большинство исследований носят обсервационный характер, что не позволяет установить причинно-следственные связи между изменениями в микробиоме и течением заболевания; рандомизированные контролируемые испытания могли бы предоставить более убедительные доказательства эффективности и безопасности предлагаемых методов лечения).

Эти ограничения подчеркивают необходимость проведения дальнейших исследований с большими выборками, более строгим дизайном и применением современных аналитических методов для уточнения роли КМБ в развитии и лечении ФРЭ.

Перспективы контроля эпилепсии на основе коррекции КМБ / Prospects for epilepsy control based on IM correction

Все больше данных подтверждают, что существуют значительные различия в количестве кишечных бактерий у пациентов с эпилепсией и у людей без эпилепсии. Это открывает новые возможности для диагностики эпилепсии.

Например, незначительное увеличение соотношения Bacteroidetes/Firmicutes перед приступом при снижении численности Bacteroidetes, Paraceletes, Phascolarctobacterium и Sutterella является многообещающим показателем для прогнозирования надвигающегося приступа абсанса (прогностический биомаркер) [118][119]. Кроме того, тип и доля бактерий также могут быть тесно связаны с эпилептической активностью [120]. Выявление изменений в видах и соотношении бактерий в кишечнике пациентов с эпилепсией полезно для разработки потенциальных биомаркеров (например, соотношение Bacteroidetes/Firmicutes) [121].

Таким образом, будущие исследования с большой выборкой, основанные на метагеномике, протеомике и метаболомике, позволят охарактеризовать механизмы и количественные соотношения роли КМБ в патогенезе эпилепсии. КМБ перспективен в качестве биомаркера эпилепсии (предрасположенность/риск, диагностический, контролирующий и прогностический биомаркер). С другой стороны, КМБ может быть полезен для дифференциальной диагностики пациентов с ФРЭ и КЭ на любом уровне, а также использоваться в качестве эффективной терапевтической мишени [81].

Направления будущих исследований

Изучение КМБ при ФРЭ представляет собой перспективную область для улучшения лечения эпилепсии. Выявление точных изменений в составе или функции КМБ при ФРЭ может быть использовано в клинической практике для идентификации лекарственной устойчивости на ранней стадии и лечения пациентов с помощью более целенаправленных вмешательств (например, КД, пробиотиков и пребиотиков).

Необходимо проведение масштабных исследований с включением пациентов на ранней стадии заболевания, а также с проспективным анализом и изучением микробиома их кишечника в связи с прогрессированием заболевания (количество приступов, реакция на лечение и т.д.). Кроме того, анализ КМБ может быть использован для мониторинга реакции на лечение у пациентов, получающих терапию, направленную на коррекцию КМБ.

В будущих исследованиях следует изучить влияние ПЭП на КМБ и наоборот. Предполагается, что некоторые ПЭП могут воздействовать на рост и выживаемость кишечных бактерий. С другой стороны, КМБ может влиять на метаболизм лекарств, изменяя их всасывание, биодоступность и эффективность посредством различных прямых и косвенных механизмов. Кроме того, будущие исследования могут установить, может ли изменение бактериального состава помочь в лечении ФРЭ с использованием антибиотиков, пробиотиков и ТФМ, и выявить долгосрочные эффекты подобных вмешательств. Также важно определить побочные эффекты КД для общего состояния здоровья пациентов с точки зрения изменения КМБ.

Наконец, необходимо расширить исследования дисбактериоза кишечника как фактора, способствующего эпилептогенезу, за пределы пациентов с ФРЭ. Изменения в КМБ могут также наблюдаться в случаях контролируемой эпилепсии, и это еще предстоит изучить.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ / CONCLUSION

Доказательства корреляции между КМБ и ФРЭ являются убедительными. Во-первых, существуют явные различия в составе микробиоты кишечника у пациентов с эпилепсией в зависимости от чувствительности к лекарственным препаратам. Хотя результаты были разными, обнаружено, что потенциально полезные виды, такие как Bacteroidetes, выявлялись реже, в то время как потенциально патогенные виды, такие как Firmicutes, Proteobacteria, Verrucomicrobia и Fusobacteria, наблюдались чаще у пациентов с ФРЭ. Во-вторых, хотя механизмы до конца не выяснены, дисбактериоз КМБ может быть скорректирован с помощью экзогенных вмешательств, таких как КД и лечение пробиотиками, что впоследствии приведет к изменениям в нейрохимической передаче сигналов в головном мозге и, следовательно, к снижению эпилептической активности.

КМБ может быть регулятором возникновения и прогрессирования эпилепсии. С точки зрения кишечника комменсальные бактерии способствуют поддержанию стабильности кишечного барьера и местного метаболического баланса. С системной точки зрения КМБ играет ключевую роль в реактивности иммунной системы. Нарушение этого баланса приводит к проникновению токсичных соединений и мешает всасыванию лекарственных средств. Однако коррекция КМБ для лечения ФРЭ по-прежнему сопряжена с трудностями. Прежде всего, эпилепсия, особенно ФРЭ, приводит к дисбактериозу, что усложняет идентификацию конкретных штаммов пробиотиков, необходимых для восстановления исходного микробного состава, без предварительного профилирования КМБ. Кроме того, отсутствие консенсуса относительно корреляции между специфической микробиотой кишечника и ФРЭ в предыдущих исследованиях может быть объяснено многофакторным влиянием на состав КМБ, включая такие факторы, как возраст, географическое положение, особенности питания, социально-экономический статус и этиология эпилепсии.

Следовательно, КД, пробиотики и антибиотики могут оказывать влияние на эпилепсию, корректируя дисбактериоз КМБ. Однако на данный момент исследования не предоставляют достаточно убедительных доказательств. В будущих клинических исследованиях необходимо использовать стандартизированные методики и увеличить количество участников, чтобы получить более достоверные результаты. Кроме того, требуются дальнейшие фундаментальные исследования для изучения возможных механизмов и терапевтических целей.