Микробиом и COVID-19 – связь и последствия

Микробиом и коронавирус

Коронавирусное заболевание COVID-19 возникло в 2019 году в провинции Хубэй (Китай) и стремительно распространившись во многие страны мира, быстро превратилось в пандемию. Это пандемическое заболевание вызвано новым β-коронавирусом, который получил название SARS-CoV-2 и является представителем РНК-вирусов с шипообразными выступами на поверхности оболочки, что создает впечатление короны, откуда и термин «коронавирус». Поскольку человечество столкнулось с новым вирусом, который способен очень быстро распространяться и поражать различные органы, вызывая в ряде случаев серьезные осложнения, COVID-19 оказался большим вызовом современной науке и практической медицине. Поэтому закономерным явился всплеск интереса научного сообщества к данной проблеме, о чем свидетельствует появление около 80 тысяч научных публикаций по данной тематике, размещенных только за несколько месяцев предыдущего года в наиболее крупных мировых базах данных.

В кратчайшие сроки было установлено, что SARS-CoV-2, главным образом, инфицирует клетки человека путем связывания с рецептором ACE2, значительный уровень экспрессии которого отмечается в ткани легких, и это определяет их высокую уязвимость при инфицировании. Помимо легких, одним из основных органов-мишеней инфекции, вызванной SARS-CoV-2, является кишечник, который, вероятно, может выступать в качестве потенциального пути распространения заболевания. Действительно, РНК вируса SARS-CoV-2 нередко обнаруживается в кишечнике пациентов с COVID-19, а некоторые больные имеют кишечные симптомы (диарею, тошноту, рвоту и др.). Интересно, что РНК вируса присутствует в кале у половины пациентов с COVID-19, даже при отсутствии вируса в дыхательных путях. Ученые полагают, что клетки кишечника (энтероциты) могут действовать как консервативные резервуары для коронавирусов. Нарушение работы желудочно-кишечного тракта является наиболее распространенным симптомом коронавируса у детей. Особенно это касается новых штаммов SARS-CoV-2, которые начали распространяться в разных странах, начиная с декабря прошлого года.  Среди специфических особенностей мутантных штаммов является рост доли молодых людей с тяжелым течением COVID-19 и устойчивость возбудителя болезни к традиционным методам лечения. Кроме того, участились случаи обострения процесса в остром периоде, что всегда утяжеляет течение болезни и ухудшает прогноз. У этих больных чаще отмечаются расстройства функций желудочно-кишечного тракта, боли в мышцах и суставах, сыпь на коже. Поэтому исследователи быстро сосредоточили внимание на роли, которую в развитии COVID-19 играют симбиотические микроорганизмы (микробиом).

Было показано, что пациенты с тяжелым и средним течением COVID-19, как правило, имеют нарушения в составе и метаболической функции микробиома (дисбиоз), который может ухудшить исход заболевания, поскольку уменьшение популяций полезных бактерий способствует размножению патогенной флоры, развитию иммунных нарушений и присоединению к основному заболеванию других патологических изменений в организме.

По мнению специалистов, дополнительные расстройства состава и функций микробиома может вызывать гипоксия, имеющая место при осложнении течения COVID-19. В патологический процесс может также вовлекаться нервная система кишечника, поражение которой происходит либо напрямую вследствие вирусной инфекции, либо за счет компонентов иммунного ответа. В результате этого, в частности за счет стимуляции блуждающего нерва, усиливается диарея, рвота и другие дисфункции пищеварительного тракта. В связи с активизацией оси кишечник-микробиом-мозг в некоторых случаях после заражения возбудителем COVID-19 регистрируются неврологические дисфункции на уровне центральной нервной системы, о чем свидетельствуют случаи так называемого «мозгового тумана». Недуг сопровождается усталостью, потерей памяти, спутанностью сознания и другими аномалиями. Исследователи обнаружили у таких пациентов воспаление и высокий уровень цитокинов в спинномозговой жидкости, что объясняло их симптомы. Доказано, что микробиом ведет себя как независимая нервная система, благодаря чему получил название «второй мозг». Фактически именно на кишечном уровне вырабатываются необходимые питательные вещества для мозговой деятельности.

Поскольку, симбиотические микробы населяют не только кишечник человека, но и многие другие органы, в том числе легкие, интерес ученых к возможности участия полноценного микробиома в защите от коронавирусной болезни COVID-19 непрерывно возрастает. Существование специфических осей между всеми локальными микробиомами, по которым они активно обмениваются микроорганизмами позволяет кишечным эндотоксинам и микробным метаболитам влиять на легкие через кровь, а токсины из легких (при развитии воспаления) могут влиять на кишечный микробиом. Действительно, в ряде исследований показано, что инфекции респираторного тракта ассоциируются с изменениями состава кишечной микробиоты.

Многочисленные экспериментальные и клинические наблюдения показали, что поврежденный микробиом играет ключевую роль в патогенезе сепсиса и острого синдрома расстройства дыхания, что наблюдается у тяжелых пациентов, особенно у пожилых людей и лиц с ослабленным иммунитетом с тенденцией к серьезным клиническим осложнениям. Поэтому перекрестный разговор между легочным и кишечным микробиомом может повлиять на исход заболевания.

В предупреждении развития патогенных инфекций, в том числе COVID-19, роль здорового микробиома в большой степени заключается в поддержании в оптимальном состоянии иммунной системы. Симбиотические микробы секретируют противомикробные соединения и иммуномодулирующие сигналы, а также конкурируют с патогенными микробами за источники питания и места обитания, содействуя тем самым формированию состояния гомеостаза организма человека. Исследования с использованием экспериментальных животных показали, что состав сбалансированного микробиома оказывает существенное влияние на эффективность легочного иммунитета. Повышенное использование антибиотиков, в частности пенициллинов, цефалоспоринов, макролидов и хинолонов, повреждающих структуру микробиома, коррелировало с повышенным риском рака легких. Оптимизация иммунных функций позволяет предупредить повреждение легких и других жизненно важных органов. В таких обстоятельствах очень важным является сохранение сбалансированного иммунного ответа, поскольку как сверхреактивный, так и очень слабый ответ будет приводить к клиническим осложнениям типа пневмонии и острого синдрома расстройства дыхания.

Поскольку микробиом играет важную роль в иммунитете, в период пандемии значительно активизировались исследования в отношении воздействия на инфекцию, вызванную коронавирусом SARS-Cov2, средств микробиомной терапии, в частности пробиотиков (живых микроорганизмов, которые при назначении в адекватных количествах оказывают благотворное влияние на здоровье человека).

Сегодня многие исследователи во всем мире исследуют взаимосвязи между микробиомом и восприимчивостью к COVID-19, а также оценивают способность различных пробиотических штаммов понижать уровень вирусной нагрузки посредством различных механизмов действия.

До настоящего времени уже была показана перспективность применения пробиотиков при целом ряде инфекционных и соматических заболеваний, в том числе ассоциированных с различными вирусами. Например, в клинических испытаниях, установлено, что назначение пробиотиков в начале жизни недоношенных детей приводило к значительному уменьшению частоты вирусных инфекций дыхательного тракта. Эти данные показывают, что воздействие на микробиом при оптимальном подборе пробиотиков может предоставить новые недорогие методологии уменьшения риска вирусных инфекций. Кроме того, установлена способность некоторых пробиотиков предупреждать различные вирусные инфекции, в частности понижать титры вирусов гриппа, вируса Эбола и цитомегаловирусов, понижение тяжести и длительности инфекций верхних дыхательных путей или гастроэнтерита. Важное значение для лечения больных вирусными заболеваниями имеют также противовоспалительные свойства отдельных пробиотиков.

Недавно появились результаты исследований, которые показали, что критически больные пациенты на искусственной вентиляции легких, которые получали пробиотики, имели значительно менее выраженную пневмонию по сравнению с плацебо. Поэтому можно предполагать, что пневмонию, связанную с COVID-19, можно ослабить аналогичным образом.

Недавно исследовательские группы в Бельгии, США и Великобритании, независимо друг от друга, показали способность специфических штаммов лактобацилл понижать вирусную активность в носоглотке и ротоглотке посредством усиления барьера и противовоспалительного эффекта с понижением риска вторичной бактериальной инфекции при COVID-19. Исследователи полагают, что пробиотики можно применять в качестве вспомогательного средства при профилактике и лечении вирусных инфекций, включая COVID-19. Известно, что пожилые люди, пациенты с ослабленным иммунитетом и с другими сопутствующими заболеваниями, (диабет, сердечно-сосудистые и метаболические расстройства) плохо справляются с COVID-19. Интересно отметить, что у всех таких пациентов имеются серьезные нарушения микробиома. Поэтому назначение в качестве вспомогательной терапии пробиотиков может способствовать облегчению степени тяжести болезни и более быстрому выздоровлению больных. Другой подход может заключаться в профилактическом применении пробиотиков лицами, имеющими непосредственный контакт с больными.

Следует особо отметить, что огромный ассортимент на современном фармацевтическом рынке пробиотиков требует огромной ответственности при выборе оптимальной пробиотической формулы для каждого конкректного случая. Далеко не каждый пробиотик является безопасным для тяжело больных пациентов. Поэтому только пробиотики с убедительно доказанной безопасностью и микробиомной эффективностью могут использоваться в качестве вспомогательной терапии.

В целом представляется, что модуляция микробиома с помощью пробиотиков при любой вирусной инфекции может улучшать состояние больных, прежде всего посредством влияния на иммунитет. Применение пробиотиков может служить одним из эффективных средств профилактики, а также их целесообразно назначать пациентам с COVID-19 для ускорения выздоровления и улучшения исходов заболевания. Пробиотическое воздействие на микробиом рассматривается учеными как один из многообещающих терапевтических подходов для улучшения состояния больных COVID-19, а также предупреждения связанных с ним воспалительных осложнений. Сегодня интерес к этому вопросу настолько возрос, что в ближайшее время следует ожидать большого количества новых результатов исследований, которые позволят определить оптимальные подходы к применению пробиотиков у больных COVID-19. Результаты таких исследований могут дать новые направления понимания инфекционных заболеваний и могут помочь в их лечении в будущем.