Os micróbios específicos do intestino têm a capacidade afectar o crescimento e a maturação esqueletais normais

Os micróbios são vistos frequentemente como os micróbios patogénicos que causam a doença, mas a imagem é realmente mais complexa do que essa vista limitada. O microbiome do intestino, que é a coleção dos micro-organismos que colonizam o intestino saudável, é considerado um órgão suportando que possa regular funções biológicas do anfitrião, incluindo a saúde esqueletal. Os pesquisadores na universidade de South Carolina médica (MUSC) que estudam o osteoimmunology, a relação do esqueletal e sistemas imunitários, examinaram o impacto de um micro-organismo específico, bactérias filamentous segmentadas (SFB), na revelação esqueletal cargo-pubertal. Seus resultados, publicados em linha o 10 de janeiro no jornal do osso e da pesquisa mineral mais, mostrado que SFB elevado a resposta de pilhas imunes específicas no intestino e no fígado. Esta resposta conduziu à actividade osteoclast aumentada e à actividade diminuída do osteoblast, danificando cumulativa a acumulação em massa do osso.

“Este é o primeiro relatório conhecido para mostrar isso dentro do microbiome complexo do intestino, os micróbios específicos têm a capacidade afectar o crescimento e a maturação esqueletais normais,” disse Chade M. Novince, D.D.S., Ph.D., um professor adjunto nas faculdades da medicina e a medicina dental, que estuda o impacto do microbiome no osteoimmunology e na revelação esqueletal.

O laboratório de Novince centra-se sobre a fase cargo-pubertal de revelação esqueletal, o indicador crítico da plasticidade que apoia a acumulação de aproximadamente 40% da massa máxima do osso de uma pessoa. O trabalho recente do laboratório mostrou que o microbiome do intestino aumenta respostas imunes no ambiente do fígado e do osso, que danifica a massa esqueletal do osso. SFB foi mostrado por outros grupos para activar a resposta imune das pilhas TH17 em uma maneira dependente de interleukin-17A (IL-17A). A pesquisa apontada ligar estes aspectos da imunidade SFB-negociada determina se os micróbios específicos do intestino têm a capacidade para afectar a saúde esqueletal.

Para estudar os efeitos de SFB e o microbiome do intestino na saúde esqueletal, o laboratório de Novince utilizou um modelo do rato com um microbiota definido. Esta pesquisa foi facilitada pelo núcleo animal Gnotobiotic de MUSC, que é dirigido por Caroline Westwater, Ph.D., co-autor e professor na faculdade da medicina dental. Disponível através do núcleo animal original, dos ratos germe-livres (nenhum microbiota) e dos ratos gnotobiotic (microbiota definido) forneça um modelo excelente estudando as contribuições do microbiome à revelação esqueletal.

Sempre que nós pensamos do osso, é sempre o balanço dos osteoblasts e dos osteoclasts; os osteoblasts formam o osso, e o resorb dos osteoclasts o osso. A colonização de SFB causou uma SHIFT em ambos os lados da linha central: a actividade osteoclast foi acima, e a actividade do osteoblast foi para baixo, que é prejudicial ao esqueleto.”

Chade M. Novince, professor adjunto nas faculdades da medicina e da medicina dental, MUSC

Para começar seus estudos, o laboratório de Novince comparou ratos germe-livres aos ratos de SFB-monoassociated. Ratos que tiveram SFB exibido uma redução no volume trabecular do osso - o tipo a 20% de osso que se submete a taxas altas de metabolismo do osso. Um exame mais adicional destes ratos mostrou que a colonização de SFB conduziu níveis aumentados de IL-17A no intestino e na circulação, e aumentou o potencial osteoclast.

Em seguida, o laboratório de Novince examinado se a presença de SFB dentro de um microbiota complexo do intestino poderia influenciar a revelação esqueletal normal. Compararam os ratos específico-micróbio-livres Taconic que tiveram SFB como parte de seu microbiome aos ratos específico-micróbio-livres Taconic que faltaram SFB.

A presença de SFB dentro de um microbiota complexo conduziu ao osso reduzido o volume trabecular, que foi atribuído à actividade osteoclast aumentada e à actividade diminuída do osteoblast. Colonização de SFB conduzida a um estado imune proinflammatory no intestino, com números aumentados de pilhas mielóide-derivadas do supressor (MDSCs) e M1-macrophages nos nós de linfa associados com o intestino. Além disso, a colonização de SFB aumentou níveis de IL-17A no intestino e na circulação.

Interessante, a presença de SFB em um microbiota complexo do intestino igualmente estimulou profunda a imunidade hepática. A colonização de SFB upregulated factores imunes proinflammatory no fígado e aumentou as pilhas TH17 no fígado que drena nós de linfa. Além disso, a presença de SFB conduziu a uns níveis mais altos de reagentes agudos da fase - os factores imunes que são feitos no fígado e segregados na circulação. Lipocalin-2 (LCN2) era particularmente interessante porque é um peptide antimicrobial que influenciasse o metabolismo do osso.

A colonização de SFB conduziu aos níveis de circulação aumentados de IL-17A e de LCN2, que são ambos os factores que apoiam a actividade osteoclast e suprimem a actividade do osteoblast. Tomados junto, estes dados mostram que SFB joga um papel crítico em regular a resposta imune no intestino e o fígado qual tem os efeitos significativos no esqueleto e fornece o forte apoio que estripam acções do microbiota no esqueleto está negociado na parte com uma linha central do Intestino-Fígado-Osso.

Adicionalmente, a contribuição de SFB à saúde esqueletal pode ter implicações clínicas significativas.

“Se nós podemos impedir a colonização ou esgotar micróbios específicos tais como SFB do microbiome, há um potencial clínico aperfeiçoar a acumulação em massa do osso durante a revelação esqueletal cargo-pubertal,” disse Novince.

Sabe-se que a dieta, o probiotics e os antibióticos têm efeitos significativos na composição do microbiome, incluindo a colonização de SFB. Uma maioria da massa do osso de uma pessoa aumenta durante a adolescência, ou postpubescently. Enquanto os povos envelhecem, começam lentamente a perder a massa do osso, que os põe em risco das fracturas e da osteoporose. A modulação de SFB, com as intervenções não invasoras tais como dietas ou probiotics, podia permitir o acúmulo ou a optimização da acumulação máxima da massa do osso durante a adolescência. Isto limitaria o risco para envelhecer a baixa massa associada do osso e fracturas relativas.

Em resumo, o grupo de Novince mostrou que dentro do microbiome complexo, um micróbio comensal específico, SFB, tem a capacidade mudar crìtica a maneira que o microbiome interage com o sistema imunitário e o esqueleto do anfitrião. Esta resposta imune, negociada com uma linha central do Intestino-Fígado-Osso, induz um ambiente pro-osteoclast e anti-osteoblast no osso, que danifica o crescimento e a maturação esqueletais normais. A contribuição forte da imunidade hepática justifica a posterior investigação em como os produtos agudos da fase podem ter um efeito do feedback no microbiome ou efeitos adicionais no anfitrião.

Source:
Journal reference:

Hathaway‐Schrader, J. D., et al. (2020) Specific Commensal Bacterium Critically Regulates Gut Microbiota Osteoimmunomodulatory Actions During Normal Post‐Pubertal Skeletal Growth and Maturation. Journal of Bone and Mineral Research Plus. doi.org/10.1002/jbm4.10338.