Микробиота кишечника у детей с ожирением и аллергическими заболеваниями

vaccine made with a synthetic single repeating unit of type 14 pneumococcal polysaccharide coupled to CRM197. Infect. Immun. 2002, 70: 5107-5114.

16. Ongkasuwan J., Valdez T.A., Hulten K.G. et al. Pneumococcal mastoiditis in children and the emergence of multidrug-resistant serotype 19A isolates. Pediatrics. 2008, 122 (1): 34-39.

17. Park I.H., Park S., Hollingshead S.K., Nahm M.H. Genetic basis for the new pneumococcal serotype, 6C. Infect. Immun. 2007, 75 (9): 4482-4489.

18. Park I.H., Pritchard D.G., Cartee R., et al. Discovery of a new capsular serotype (6C) within serogroup 6 of Streptococcus pneumoniae. J. Clin. Microbiol. 2007, 45 (4): 1225-1233.

19. Peri F. Clustered carbohydrates in synthetic vaccines. Chem. Soc. Rev. 2013, 42 :4543-4556.

20. Safari D., Marradi M., Chiodo F. et al. Gold nanoparticles as carriers for a synthetic Streptococcus pneumoniae type 14 conjugate vaccine. Vaccine. 2011, 29 (4): 849-854.

21. Safari D., Dekker H.A.T., Joosten A.F. Identification of the smallest structure capable of evoking opsonophagocytic antibodies against S. pneumoniae type 14. Infect. Immun. 2008,76 (10): 4615-4623.

22. Schreiber J.R., Jacobs M.R. Antibiotic-resistant pneumococci. Pediatr. Clin. North Am. 1995, 42: 519-37.

Поступила 20.09.14

Контактная информация: Курбатова Екатерина Алексеевна, д.м.н., профессор,

105064, Москва, М. Казенный пер., 5А, р.т. (495) 917-57-74

© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2015

О.В.Максимова1, Е.В.Зайцева2, С.А.Мазурина2, В.А.Ревякина3, В.Б.Гервазиева2

МИКРОБИОТА КИШЕЧНИКА У ДЕТЕЙ С ОЖИРЕНИЕМ И АЛЛЕРГИЧЕСКИМИ ЗАБОЛЕВАНИЯМИ

1Первый Московский государственный медицинский университет, 2НИИ вакцин и сывороток им. И.И.Мечникова, 3НИИ питания, Москва

Цель. Исследовать микрофлору кишечника у детей с ожирением и оценить ассоциацию ее с аллергическими заболеваниями. Материалы и методы. В исследование были включены 66 детей с различной массой тела в возрасте от 3 до 17 лет. Исследование микрофлоры кишечника у детей проводили согласно приказу МЗ РФ от 09.06.2003 № 231 «Об утверждении отраслевого стандарта «Протокол ведения больных. Дисбактериоз кишечника» (ОСТ 91500.11.0004-2003). Результаты. У здоровых детей в зависимости от массы тела выявлено увеличение количества микрооорганизмов типа Firmicutes и уменьшение количества микробов, относящихся к типу Bacteroidetes. Наличие аллергической патологии сопровождалось снижением численности Bacteroidetes и наличием Bacillus и Staphylococcus aureus вне зависимости от массы тела. В то же время, у всех детей с увеличением массы тела отмечено увеличение содержания Clostridium. Заключение. Полученные данные выявили ассоциацию изменений в микробиоте кишечника с развитием ожирения и аллергопатологией.

Журн. микробиол., 2015, № 3, С. 53—58

Ключевые слова: микробиота кишечника, ожирение, аллергические заболевания, дети O.V.Maksimova1, E.V.Zaitseva2, S.A.Mazurina2, V.A.Revyakina3, V.B.Gervazieva2 INTESTINE MICROBIOTA IN CHILDREN WITH OBESITY AND ALLERGIC DISEASES

1First Moscow State Medical University, 2Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera, 3Research Institute of Nutrition, Moscow, Russia

Aim. Study intestine microflora in children with obesity and evaluate its association with allergic diseases. Materials and methods. 66 children with various body weight aged 3 to 17 years were included into the study. Intestine microflora study in children was carried out according to the

order of the Ministry of Health of Russian Federation No. 231 of 09.06.2003 «Regarding approval of sectoral standard «Patient management protocol. Intestine dysbacteriosis» (SST 91500.11.0004-2003). Results. In healthy children depending on body weight an increase of the number of Firmicutes type microorganisms and a decrease of the number of microbes, belonging to Bacteroidetes type, was detected. The presence of allergic pathology was accompanied by a decrease of the number of Bacteroidetes and the presence of Bacillus and Staphylococcus aureus regardless of the body weight. At the same time, in all the children an increase of the content of Clostridium with the increase ofbody mass was noted. Conclusion. The data obtained have revealed an association of changes in intestine microbiota with the development of obesity and allergopa-thology.

Zh. Mikrobiol. (Moscow), 2015, No. 3, P. 53-58

Key words: intestine microbiota, obesity, allergic diseases, children

ВВЕДЕНИЕ

Избыточная масса тела и ожирение являются актуальной проблемой современного здравоохранения во всем мире. По данным ВОЗ, начиная с 1980 г., распространенность ожирения увеличилась более чем втрое, особенно быстрыми темпами ожирение развивается у детей. Специалисты связывают это, в первую очередь, с ухудшением экологической обстановки и превалированием в пищевом рационе так называемой «западной диеты», богатой животными жирами. Среди многих факторов, влияющих на ожирение, в последнее десятилетие большое внимание уделяют изменениям кишечной микробиоты [3, 8, 13, 15]. Так, было показано, что микрофлора кишечника участвует в поддержании контроля массы тела, влияет на потребление и накопление энергии, а также способствует формированию хронического воспалительного состояния, характерного для ожирения [1, 2]. С другой стороны, жировая ткань (ЖТ) сама по себе является метаболически активной и рассматривается как иммунологический орган. В клетках ЖТ показан высокий уровень экспрессии ряда цитокинов, принимающих участие в формировании и поддержании хронического воспаления в организме [7, 18]. Воспаление ЖТ вносит свой существенный вклад в развитие аллергических заболеваний [5, 9, 17], при которых причинная роль отводилась поливалентной сенсибилизации. Персистирование различных микроорганизмов на слизистых оболочках способствует не только хроническому воспалению и сенсибилизации к бактериальным антигенам, но и участвует в энергетическом обмене, переваривании полисахаридов, активации ряда ферментов, способствующих липогенезу и отложению жира в адипоцитах, регуляции уровня гастроинтестинальных гормонов и лептина [2, 6, 14, 16]. В этой связи, представляло интерес исследовать микрофлору кишечника у детей с ожирением и оценить ассоциацию ее с аллергическими заболеваниями.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В исследование были включены 66 детей с различной массой тела в возрасте от 3 до 17 лет, наблюдавшихся на базе детской городской поликлиники ЮВАО №148 и НИИ питания г. Москва. Детей с эндокринной и аутоиммунной патологией в исследование не включали. Весовые категории (нормальный, избыточный вес и ожирение) определяли по перцентилям вариационного ряда ИМТ с учетом пола и возраста ребенка в соответствии с рекомендациями ВОЗ.

Исследование микрофлоры кишечника у детей проводили согласно приказу МЗ РФ от 09.06.2003 №231 «Об утверждении отраслевого стандарта «Протокол ведения больных. Дисбактериоз кишечника» (ОСТ 91500.11.0004-2003). Количество микробов каждого вида в 1 г клинического образца (навески фекалий) устанавливали по числу колоний, выросших на дифференциально-диагностических и селективных питательных средах с пересчетом на единицу посевного материала. Данные, полученные при

проведении количественного микробиологического анализа, были представлены в lg числа колониеобразующих единиц на 1 г исследуемого материала (КОЕ/г). Выделенные чистые культуры идентифицировали по морфологическим, тинкториальным, культуральным и биохимическим свойствам.

Статистический анализ полученных результатов проводился с помощью пакета прикладных программ Statistica 7.0 for Windows с предварительным анализом закона распределения для изучаемых параметров.

РЕЗУЛ ЬТАТЫ

Среди детей, включенных в группу исследования, у 43 диагностированы аллергические заболевания. Диагноз, степень тяжести и фаза аллергических заболеваний устанавливались по совокупности всех клинических признаков, данных лабораторно-инструментального обследования больных в клинике, а также результатов кожных скарификационных проб и анализа на специфические IgE в сыворотке крови. Аллергопатология была представлена: аллергическим ринитом и/или риноконъюн-ктивитом — 11 детей (25,58%), атопическим дерматитом — 18 детей (41,86%), бронхиальной астмой с сенсибилизацией к различным аллергенам пыльцы растений, бытовым и пищевым аллергенам — 7 детей (16,28%), пищевой аллергией — 6 детей (13,95%) и у 1 ребенка (2,33%) выявлена лекарственная аллергия.

Анализ данных ИМТ исследуемых пациентов позволил распределить всех детей по весовым категориям. В группе с аллергией — 15 детей с ожирением, 8 детей с избыточной массой тела и 20 детей с нормальной массой тела. В группе детей без аллергии — 17 детей с ожирением и 6 детей с нормальной массой тела. В обеих группах дети были одинаково распределены по гендерной принадлежности: дети с аллергией (девочки/мальчики — 16/27) и без аллергии (девочки/мальчики — 12/11).

Как известно, микробиота человека состоит на 90% из облигатной, на 9,5% — факультативной и на 0,5% из транзиторной микрофлоры. При этом облигатная микрофлора составляет основу микробиоценоза ЖКТ и представлена преимущественно анаэробными сахаролитическими бактериями. В нашем исследовании не было выявлено достоверных изменений количества Bifidobacterium, Lactobacillus, Escherichia coli, Enterococcus и анаэробных кокков с увеличением массы тела как у детей с аллергией, так и у детей без нее (табл. 1). При этом количество Bacteroidetes, анаэробных неспорообразующих микроорганизмов, принимающих участие в процессах пищеварения и липидного обмена, у здоровых детей с увеличением веса снижалось. У этих детей также выявлена отрицательная связь численности Bacteroidetes с ИМТ (r=-0,52, p=0,04).

Факультативная микрофлора также важна для качественного функционирования

Таблица 1. Состав облигатной микрофлоры кишечника у детей с различной массой тела и аллергическими заболеваниями

Высеваемость микроорганизмов в КОЕ/г (Lg, M±o) у детей

Микроорганизмы Без аллергии C аллергией

норма ожирение норма избыток ожирение

Bifidobacterium 7,80+0,75 6,78+0,79 7,30+0,66 7,13+0,35 7,05+0,83

Bacteroidetes 8,10+0,98 6,72+0,72* 6,94+0,78 6,56+0,81 6,73+0,85

Lactobacillus 4,83+1,33 4,97+0,76 4,84+0,96 5,09+1,17 4,83+0,79

Escherichia coli 6,67+1,03 6,53+0,94 6,85+0,99 6,38+1,30 6,45+1,04

Анаэробные кокки 7,40+0,89 7,00+0,70 7,04+0,54 6,56+0,61 6,70+0,75

Enterococcus 3+2,2 2,47+2,3 4,75+3,33 3,8+3,2 3,5+3

Число детей (n) 6 17 20 8 15

Примечание. *р<0,05 — по сравнению со здоровыми детьми с нормальной массой тела.

Таблица 2. Состав факультативной микрофлоры кишечника у детей с различной массой тела и аллергическими заболеваниями

Частота повышенного выявления микроорганизмов в КОЕ/г (%) у детей

Микроорганизмы Без аллергии С аллергией

норма ожирение норма избыток ожирение

Enterococcus более 106 0 2

Staphylococcus более 104 0 4

Грибы более 103 КОЕ/г 0 3

Другие факультативные бактерии более 104 ** 0 4

Bacillus более 103 КОЕ/г 0 0 6

Staphylococcus aureus 0 0 4 (20) 1 (12,5) 0

Лактозонегативные Escherichia coli более 10% 1

Clostridium более 103 2

Число детей (n) 6 17 20 8 15

Примечание. *р<0,05 — по сравнению с детьми с нормальной массой тела. ** Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter, Serratia.

биоценоза кишечника и организма человека в целом. Представители факультативной флоры продуцируют биологически активные вещества, стимулируют иммунную систему и принимают участие в различных метаболических процессах организма. Мы оценили частоту повышенного содержания факультативной микрофлоры кишечника у детей с различной массой тела и аллергией (табл. 2).

У здоровых детей при ожирении, в отличии от детей с нормальной массой тела, высеваются Enterococcus, Staphylococcus, грибы и ряд других бактерий. При этом у детей с аллергией высевается тот же спектр микроорганизмов вне зависимости от ИМТ. Для микробиоты детей с аллергией, кроме того, было характерно наличие Bacillus и Staphylococcus aureus. Обращает также на себя внимание достоверное увеличение содержания Clostridium с увеличением массы тела (p=0,001) вне зависимости от наличия аллергической патологии.

Таким образом, анализируя видовой, численный состав микробиоценоза кишечника у детей с различной массой тела, мы отметили увеличение количества микрооор-ганизмов типа Firmicutes и уменьшение количества микробов, относящихся к типу Bacteroidetes. В этой связи, мы проанализировали соотношение Firmicutes/Bacteroide-tes у детей с аллергическими заболеваниями и без них в зависимости от массы тела (рис. 1).

Как видно из рис. 1, у здоровых детей с нормальной массой тела численность Firmicutes в 2,46 раза превышает численность Bacteroidetes, при этом у детей с ожирением соотношение Firmicutes/ Bacteroidetes составило 3,46. Исследование микробиоты детей с аллергическими заболеваниями выявило превалирование типа Firmicutes над типом Bacteroidetes в 3,53 у детей с нормальной массой тела, в 3,87 у детей с избытком и в 3,27 у детей с ожирением.

Таким образом, выявленные соотношения Firmicutes/Bacteroidetes в микрофлоре кишечника у детей с аллергическими заболеваниями в зависимости от массы тела носили сравнимый характер и не отличались от таковых у здоровых детей с

Рис. 1. Соотношение Firmicutes/Bacteroidetes у детей с аллергическими заболеваниями (внизу) и без них (вверху) в зависимости от массы тела.

ожирением. В то же время, учитывая выявленное нами увеличение численности Clostridium в микробиоте кишечника детей, мы решили оценить, как соотносится в микробиоте класс Clostridium с Bacte-roidetes у всех детей.

Как видно из рис. 2, у здоровых детей с нормальной массой тела численность Clostridium по отношению к численности Bacteroidetes составляла 0,19, при этом у детей с ожирением это соотношение равно 0,72. У детей с аллергическими заболеваниями соотношение Clostridium/ Bacteroidetes составило 0,38 у детей с нормальной массой тела, 0,72 у детей с избытком и 0,7 у детей с ожирением. Таким образом, можно полагать, что изменения в составе кишечной микробиоты при ожирении, а именно преобладание численности Firmicutes над численностью Bacteroidetes, происходит за счет увеличения класса Clostridium. В то же время, у здоровых детей с увеличением массы тела снижается количество Bacteroidetes, а у детей с аллергопатологией, по всей видимости, происходят изменения численности классов микроорганизмов, относящихся к типу Firmicutes. Однако последнее требует дальнейшего изучения.

ОБСУЖДЕНИЕ

Проведенное нами исследование микрофлоры кишечника детей с ожирением и аллергическими заболеваниями выявило изменения в численном и видовом составе. Наличие аллергической патологии влияло на микробиоту кишечника независимо от веса. Микроорганизмы типа Firmicutes более чем в 3 раза преобладали над типом Bacteroidetes как у детей с нормальной, так и у детей с избыточной массой тела и ожирением. Более того, у этих детей численность Bacteroidetes была значительно ниже.

У здоровых детей численность Bacteroidetes была снижена только при ожирении. У этих детей также прослеживалась четкая взаимосвязь в соотношении Firmicutes/ Bacteroidetes в зависимости от массы тела ребенка, причем преобладание численности Firmicutes происходило за счет увеличения численности класса Clostridium. При этом следует отметить, что увеличение численности Clostridium в зависимости от массы было выявлено и у детей с аллергопатологией.

Наши данные сопоставимы с рядом зарубежных исследований. Аналогичная взаимосвязь Firmicutes/Bacteroidetes была наглядно продемонстрирована в ряде работ, проведенных на мышах [6, 8, 14], и у детей с ожирением [4, 19]. В последнее время активно изучается связь ожирения с наличием Clostridium. В экспериментальной работе было показано, что Clostridium кластера XIV способствуют развитию ожирения, поддерживая неспецифическое воспаление в жировой ткани за счет белка жгутиков — флагеллина, связывающегося с TLR-5, экспрессированных на поверхности кле-ток[11]. Однако клинические данные пока противоречивы [10, 12] и требуют дальнейшего исследования, особенно у детей с аллергической патологией.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зверев В.В., Максимова О.В., Гервазиева В.Б. Микробиота кишечника и ее связь с ожирением. Инфекционные болезни. 2014, 12 (3): 69-79.

2. Максимова О.В., Гервазиева В.Б., Зверев В.В. Микробиота кишечника и аллергические заболевания. Журн. микробиол. 2014, 3: 49-60.

Рис. 2. Соотношение Clostridium /Bacteroidetes у детей с аллергическими заболеваниями (внизу) и без них (вверху) в зависимости от массы тела.

3. Armougom F., Henry M., Vialettes B. et al. Monitoring bacterial community of human gut microbiota reveals an increase in Lactobacillus in obese patients and methanogens in anorexic patients. PLoS One. 2009, 4 (9): e7125.

4. Bervoets L., Van Hoorenbeeck K., Kortleven I. et al. Differences in gut microbiota composition between obese and lean children: a cross-sectional study. Gut Pathogens. 2013, 5: 1-10.

5. Ciprandi G., Pistorio A., Tosca M. et al. Body mass index, respiratory function and bronchial hyperreactivity in allergic rhinitis and asthma. Res. Medicine. 2009, 103: 289-295.

6. Geurts L., Lazarevic V., Derrien M. et al. Altered gut microbiota and endocannabinoid system tone in obese and diabetic leptin-resistant mice: impact on apelin regulation in adipose tissue. Front. Microbiol. 2011, 2: 149.

7. Greenberg A.S., Obin M.S. Obesity and the role of adipose tissue in inflammation and metabolism. J. Clin. Nutr. 2006, 83 (2): 461-465.

8. Ley R.E., Turnbaugh P.J., Klein S., Gordon J.I. Microbial ecology: human gut microbes associated with obesity. Nature. 2006, 444 (7122): 1022-1023.

9. Ly N.P., Litonjua A., Gold D.R., Celedon J.C. Gut microbiota, probiotics, and vitamin D: interrelated exposures influencing allergy, asthma, and obesity? J. Allergy. Clin. Immunol. 2011, 127 (5): 1087-1094.

10. Madan R., Petri W.A., Jr. Role of obesity and adipose tissue-derived cytokine leptin during Clostridium difficile infection. Anaerobe. 2015, pii: S1075-9964(15)00013-X. [Epub ahead of print].

11. Pekkala S., Munukka E., Kong L. et al. Toll-like receptor 5 in obesity: The role of gut microbiota and adipose tissue inflammation. 2015, doi: 10.1002/oby.20993. [Epub ahead of print].

12. Punni E., Pula J.L., Asslo F. et al. Is obesity a risk factor for Clostridium difficile infection? Obes. Res. Clin. Pract. 2015, 9 (1): 50-54.

13. Schwiertz A., Taras D., Schafer K. et al. Microbiota and SCFA in lean and overweight healthy subjects. Obesity. 2009, 18: 190-195.

14. Turnbaugh P.J., Backhed F., Fulton L., Gordon J.I. Diet-induced obesity is linked to marked but reversible alterations in the mouse distal gut microbiome. Cell Host Microbe. 2008, 3 (4): 213-223.

15. Turnbaugh P.J., Hamady M., Yatsunenko T. et al. A core gut microbiome in obese and lean twins. Nature. 2009, 457 (7228): 480-484.

16. Turnbaugh P.J., Ridaura V.K., Faith J.J. et al. The effect of diet on the human gut microbiome: a metagenomic analysis in humanized gnotobiotic mice. Sci. Transl. Med. 2009, 1 (6): 6-14.

17. Visness C.M., London S.J., Daniels J.L. et al. Association of Childhood Obesity with Atopic and Non-Atopic Asthma: Results from the National Health and Nutrition Examination Survey 1999-2006. J. Asthma. 2010, 47 (7): 822-829.

18. Weisberg S., McCann D., Desai M. et al. Obesity is associated with macrophage accumulation in adipose tissue. J. Clin. Invest. 2003, 112: 1796-1808.

19. Xu P., Li M., Zhang J., Zhang T. Correlation of intestinal microbiota with overweight and obesity in Kazakh school children. BMC Microbiol. 2012, 12: 283.

Поступила 17.02.15

Контактная информация: Мазурина Светлана Александровна, к.б.н.,

105064, Москва, М. Казенный пер., 5а, р.т. (495)917-49-00