Review

Review Image

משולחן המערכת

המחקר של המיקרוביום האנושי וכיצד הוא יכול להשפיע על מהלך חיינו ובריאותינו עבר בעולם מפרסומים נדירים למבול פרסומי כמעט בלתי נשלט.  ההבנה שחיידקי מערכת העיכול אינם דיירים בגופנו אלא חלק ממנו, נובעת ומשליכה על ההבנה שיש קשר הדוק וסימביוטי בין המיקרוביום לבין מגוון עצום של מצבים ומחלות במערכת העיכול ומחוץ למערכת כמו אוטיזם, סוכרת ומחלות מטבוליות אחרות, סרטן ופעילות מוחית. נתונים אלו הציתו את הדמיון וגרמו להתרגשות בקהילה המדעית ובציבור שכינו אותנו כסופר אורגניזם, המורכב מתאים אנושיים וחיידקים, כאשר החיידקים הם הדומיננטיים וכותרות כמו "אנחנו –  החיידקים שלנו" התפרסמו בכל העיתונים הפופולאריים המובילים בעולם. יתרה מזו, חברות מסחריות התחילו להציע ניתוח מדויק של הרכב המיקרוביום בצואה לאורך החיים ובמצבי מחלה שונים, להקפיא צואה במודלים מקובלים של בנק רקמות ולטפל בחיידקים ובצואה במתנדבים בריאים ובמצבי מחלה שיש בהם הגיון לטיפול כמו: פסאודוממברנוס קוליטיס וגם במחלות כמו אלצהיימר, סוכרת והשמנה. למרות שהמחקר בנושא זה קיבל תאוצה עצומה בשנים האחרונות, הוא נמצא עדיין בראשיתו, וגליוננו מגיש את המידע העדכני הקיים היום. קריאה מהנה

תחושת בטן: תפקידם המפתיע של החיידקים בגופנו, מעין לוי וד"ר ערן אלינב

המחלקה לאימונולוגיה, מכון ויצמן למדע, רחובות

התפיסה הרווחת היום היא, שבני האדם והחיידקים יחדיו מרכיבים מטה-אורגניזם המכיל בתוכו מטה-גנום המורכב מהגנום האנושי והגנום של טריליוני מיקרואורגניזמים המאכלסים את המעי. ה"מיקרוביום", מכלול הגנים השייכים למיקרוביוטה, מקודד ליכולות שונות, בין היתר יכולות מטבוליות, אשר לבני האדם אין בהעדרו. המיקרוביוטה והמאכסן עברו אבולוציה משותפת המאפשרת יחסים הדדיים, המועילים לשני הצדדים. ישנה תרומה נרחבת של המיקרוביוטה לפיזיולוגיה של המאכסן, כאשר הפרה של שיווי המשקל העדין הקיים בין המאכסן והמיקרוביוטה יכולה לגרום להתפתחות מחלות שונות.

לו יכולתם להציץ לתוך צינור מערכת העיכול, הייתם נחשפים למרכיב חשוב ומרכזי במערכת זו, שעד השנים האחרונות לא זכה לתשומת הלב לה הוא ראוי, והוא החיידקים הנמצאים בתוך כל אחד ואחת מאיתנו. החיידקים והמאכסן שלהם (בני אדם, אך גם כל היונקים והיוצרים הרב תאיים), מקיימים מערכת יחסים הדדית, בה שני הצדדים מרוויחים. בעבר, חקר החיידקים התמקד בחיידקים מסויימים, אשר תורבתו בתנאי מעבדה, ואופיינו באמצעות מבחנים שונים, בהם מיון החיידקים נעשה על בסיס תכונות החיידק כגון מבנה דופן התא, מרכיבי התא וחילוף החומרים שלו. הגילויים הראשונים בחקר החיידקים כללו את אלו של Koch ו Mechnikov. Koch, חתן פרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה לשנת 1905, פיתח שיטות לגילוי וזיהוי חיידקים, קבע עקרונות לזיהוי חיידקים כגורמי מחלה, וזיהה את החיידקים הגורמים למחלות השחפת והכולרה. Mechnikov, זוכה פרס נובל לשנת 1908 טען, כי המוות והחיים מתחילים במעיים, ושההזדקנות מקורה ברעלים שנמצאים במחזור הדם, ומגיעים מחיידקים במערכת העיכול. בנוסף, הוא היה הראשון לתאר את היתרונות שיש לחיידקים עבור האדם, והציע לראשונה את השימוש בחלב מותסס לצורך הארכת חיי אדם, בכך למעשה הציע את השימוש בחיידקים מועילים, הפרוביוטיקה. בשנות השמונים של המאה הקודמת חוקרים בתחום המיקרוביולוגיה הבינו, שרק חלק מאוד קטן מהחיידקים שניתן לראות במיקרוסקופ ניתנים לגידול בתרביות מעבדה, ולפיכך לא ניתן לחקור אותם בשיטות הקלאסיות. בשנים האחרונות היינו עדים להתקדמות אדירה בחקר אוכלוסיות החיידקים, אשר מאפשרת לחקור את כל החיידקים הקיימים, ואף לזהות מינים חדשים של חיידקים באמצעות ריצוף גנים, ובראשם ריצוף הגן s16 הריבוזומלי, המאפשר להפריד בין חיידקים שונים. תחום חדש זה, המכונה מטה-גנומיקה, מספק לחוקרים תבניות, המאפיינות את אוכלוסיות החיידקים הקיימות במערכת העיכול ובסביבות נוספות, ומאפשר בניית עצים אבולוציוניים של חיידקים. הגישה המטה-גנומית פתחה בפנינו עולם שלם של מיקרואורגניזמים, לימדה אותנו על המגוון של המיקרואורגניזמים המאכלסים נישות שונות בגופנו, ומעבר לכך, לימדה אותנו על הפוטנציאל התפקודי של החיידקים. על אף ההכרה בחשיבות החיידקים, חקר החיידקים המצויים בגוף האדם החל לצבור תאוצה זמן רב לאחר הגילויים הראשונים, והמונח "מיקרוביוטה" הוטבע רק בשנת 2001. המיקרוביוטה היא אוכלוסיית המיקרואורגניזמים הנמצאת במערכת העיכול בתוך כל אחד מאיתנו ומורכבת מחיידקים, ארכיאה, אאוקריוטים ווירוסים. מערכת העיכול נמצאת בחזית מחקר המיקרוביוטה מאחר והיא מכילה בתוכה את אחת מאוכלוסיות החיידקים הצפופות ביותר על פני כדור הארץ. מערכת העיכול האנושית היא המאוכלסת ביותר בחיידקים מכל מערכות הגוף, ומכילה מיליארדי תאים חיידקיים מאלפי סוגים שונים, שהרכבם המדוייק משתנה בבריאות ובמחלה. הוכח שמרבית החיידקים במערכת העיכול משתייכים לשתי מערכות, Bacteriodetes ו Firmicutes. מאמרים מדעיים שהתפרסמו בעשורים האחרונים תמכו בטענה שלמיקרואורגניזמים יש תפקידים מכריעים במצבי בריאות ובמחלות שונות של האורגניזם המאכסן. מחקרים רבים לימדו אותנו שהמיקרוביוטה מורכבת מ 1014 תאים, בהשוואה לכמות התאים האנושיים אשר מספרם מגיע ל 1013, במילים אחרות, ישנם פי עשרה תאים השייכים למיקרוביוטה, מאשר תאים השייכים למאכסן. בנוסף, היקף הגנום החיידקי גדול פי 100 מגנום המאכסן האנושי [1] טריליוני מיקרואורגניזמים המאכלסים את המעי. ה"מיקרוביום", מכלול הגנים השייכים למיקרוביוטה מקודד ליכולות שונות, בין היתר יכולות מטבוליות, אשר לבני האדם אין בהעדרו. המיקרוביוטה והמאכסן עברו אבולוציה משותפת המאפשרת יחסים הדדיים, המועילים לשני הצדדים. נסו לתאר עולם ללא חיידקים, האם עולם כזה יכול היה להתקיים? השאלה האם החיידקים הכרחיים לקיומנו החלה להחקר בשנת 1946 על ידי [ Reyniers[2], כאשר הותוו העקרונות ההנדסיים שאיפשרו את גידולן של חולדות סטריליות (germ free), ובהמשך של עכברים סטריליים, הנקיים ממיקרואורגניזמים [3]. אלו מהווים עד היום כלי ניסוי מרכזי וחשוב. האינטראקציה המורכבת והמגוונת בין המיקרוביוטה למאכסן נחקרת רבות על ידי שימוש בעכברים סטריליים, אשר גדלים ללא חיידקים, וירוסים, פטריות ופרזיטים לאורך כל משך חייהם. המאפיינים הסטריליים גורמים לחיות אלו להיות מודל מצוין לחקר מערכת היחסים בין המיקרוביוטה והמאכסן. בעזרת שימוש במודל זה ניתן לחקור את התרומה הפיזיולוגית והפתולוגית של מיקרואורגניזמים במצבים שונים של בריאות ומחלה. בנוסף, מערכת זו מאפשרת לחקור את התפקיד של מיקרואורגניזמים ספציפיים, תחום הנקרא Gnotobiology. למיקרוביוטה הנמצאת במערכת העיכול של כל אחד ואחת השפעה רבה על הפיזיולוגיה של מחלות המאכסן. עכברים סטריליים מהווים כלי חשוב ביותר להבנת המנגנונים המעורבים. כבר בשנת 1885, Pasteur הציג את העיקרון של חיות סטריליות, כאשר חקר את מערכת היחסים בין חיידק והמאכסן. בהתבסס על תצפיות שאסף, קבע Pasteur שהחיים ללא חיידקים אינם אפשריים, קביעה שזכתה לתומכים ומתנגדים לאורך השנים. כיום אנו מתייחסים למיקרוביוטה כאיבר הנעלם, הנשכח, אשר לא קיבל את תשומת הלב הראויה עד עתה, וכיום זוכה להבנת החשיבות והתרומה המשמעותית למגוון תהליכים המתרחשים בגוף המאכסן. מערכת היחסים המורכבת בינינו לבין החיידקים בתוכנו נחקרת בצורה אינטנסיבית. מחקרים רבים נעשו על הקשר בין מחלות מטבוליות והמיקרוביוטה. מחקרים אלו התמקדו בתחומים כגון סרטן, השמנה, כבד שומני, סוכרת ומחלות לב. במספר מחקרים הראו שהמיקרוביוטה של חולדות יכולה לעכב את הקישור של חומרים גורמי סרטן, ובכך למנוע השנות של סרטן [4][5]. בנוסף, מחקרים שונים הוכיחו, שלמיקרוביוטה יש יכולת לשנות את ביטוי הגנים בכבד, ובכך להשפיע על התגובה לתרופות שונות [6].

מערכת העיכול נמצאת בחזית מחקר המיקרוביוטה מאחר והיא מכילה בתוכה את אחת מאוכלוסיות החיידקים הצפופות ביותר על פני כדור הארץ. מערכת העיכול האנושית היא המאוכלסת ביותר בחיידקים מכל מערכות הגוף, ומכילה מיליארדי תאים חיידקיים מאלפי סוגים שונים, שהרכבם המדוייק משתנה בבריאות ובמחלה.

המיקרוביוטה משפיעה על התפתחות התסמונת המטבולית

השמנה וסינדרומים מטבוליים הפכו בשנים האחרונות למגיפה עולמית. אחד הגורמים החשובים בהשמנה הוא המאזן האנרגטי, אשר מושפע גם הוא מהמיקרוביוטה [7]. המעי בבני האדם מאוכלס על ידי כמות אדירה של חיידקים, הכוללים בעיקר כאלף זנים של חיידקים אנאירוביים. המיקרוביוטה יכולה להחשב כאיבר מטבולי הממלא תפקודים הכרחיים אשר בלעדיהם התפתחותנו ותפקודינו נפגמים. חלק מהתפקודים הללו כוללים עיכול של מרכיבי מזון שאין ביכולתנו לעכל כגון פוליסכרידים שמקורם בצמחים, סינתזה של ויטמינים, פירוק של מלחי מרה ועוד. במספר מחקרים נמצא כי בניגוד לעכברים המאוכלסים על ידי המיקרוביוטה, עכברים סטריליים מוגנים מהשמנה הנגרמת על ידי צריכה של דיאטה מערבית עשירה בשומן וסוכר. מחקרים נוספים הראו שהשמנה מלווה בשינויים בהרכב אוכלוסיית המיקרוביוטה במעי כאשר גם בעכברים וגם בבני אדם השמנה מלווה בעלייה בכמות היחסית של חיידקים Firmicutes וירידה בכמות[ Bacteroidetes [8. בנוסף, כיום אנו מבינים שהדמיון בין בני אדם שונים איננו נובע מהדמיון בהרכב החיידקים, אלא בהרכב הגנים המבוטאים על ידי החיידקים והרכב החומרים המיוצרים על ידי החיידקים התורמים לתפקודים דומים, כגון פונקציות מטבוליות. על פי גישה זו, כל אדם מהווה בית גידול לאוכלוסיית מיקרוביוטה ייחודית, כאשר הכוחות הפועלים לשימור אוכלוסיות שונות בבתי גידול שונים אינם ידועים.

מערכת החיסון המולדת כמפתח לשליטה בהרכב המיקרוביוטה

בקרב יונקים, משטחים ריריים, מוקוזליים, מכילים אוכלוסייה צפופה מאוד של חיידקים. לכן, אחד מקווי ההגנה החשובים של הגוף נמצא במערכת העיכול, בה שכבה דקה של תאי אפיתל חוצצת בין המאכסן והמיקרוביוטה. נוכחות החיידקים מחייבת קיום של מנגנוני הגנה אצל המאכסן שיקנו יכולת לזהות חיידקים מחוללי מחלות ולהבטיח שמירה על סטריליות האיברים הלא ריריים בגוף. תאוריית ההכרה על ידי מערכת החיסון המולדת, אשר הוצעה על ידי שני חוקרים מובילים, Janeway ו[ Medzhitov [9][10 טוענת, שהמיקרוביוטה מזוהה על ידי קולטנים שונים השייכים למערכת החיסון המולדת שמזהים מרכיבים שמורים במיקרוביוטה וגורמים להפעלת תגובה אנטי מיקרוביאלית. במשטחים המאוכלסים בצפיפות רבה על ידי המיקרוביוטה, כגון המעי, תגובה אנטי מיקרוביאלית תוביל לסילוק חיידקים מועילים, ואף עלולה לגרום למצב של דלקת כרונית. לכן, במשך זמן רב, ההנחה היתה שהמאכסן צריך להימנע מזיהוי של חיידקים במשטחים ריריים. שינוי תפיסתי חל כאשר ראו שעכברים בעלי מוטציות בקולטנים השייכים למערכת החיסון המולדת מכילים אוכלוסיית מיקרוביוטה לא תקינה, מצב המכונה dysbiosis, וששינוי הרכב זה גורם לעכברים להיות יותר מועדים לפתח מחלות דלקתיות [11]. מאז ועד היום, מחקרים רבים הוכיחו שיש השפעה הדדית בין מערכת החיסון המולדת ובראשם הקולטנים המזהים את המיקרוביוטה לבין המיקרוביוטה. המיקרוביוטה נחוצה לשם התפתחות ותפקוד תקינים של מערכת החיסון המולדת, כאשר מהצד השני, מערכת החיסון שומרת על הרכב יציב של אוכלוסיית המיקרוביטה. כאשר אחד מהצדדים לא פועל באופן תקין, אם ישנה הפרעה לפעילות מערכת החיסון שנגרמת בהעדר המיקרוביוטה, או הרכב לא תקין של המיקרוביוטה בהעדר תפקוד תקין של מערכת החיסון המולדת, יכולה להיגרם מחלה. ישנם מנגנונים שונים אצל המאכסן המאפשרים לו לשמור על הרכב תקין של המיקרוביוטה. הקולטנים הראשונים שנחקרו אשר מזהים את המיקרוביוטה הם ה Toll like receptors [11][12][13. זיהוי המיקרוביוטה מתבסס על זיהוי של מרכיבים שמורים, כגון מולקולות שמורות, הייחודיות למיקרואורגניזמים. לאחר זיהוי המרכיבים השמורים, ישנה הפעלה של מסלולי סיגנל שונים הגורמים לתגובה דלקתית. המיקרוביוטה חשובה במצבי בריאות ומחלה ומספקת יכולות מטבוליות הכרחיות למאכסן. במספר מחקרים, החוקרים מצאו שהמיקרוביוטה יכולה להיות אחראית למחלות מטבוליות ותפקוד פגום של מערכת החיסון המולדת יכול להוביל לשינוי הרכב המיקרוביוטה. במחקר שנעשה על ידי Gewirtz וקבוצתו נמצא, שעכברים שחסרים את הקולטן TLR5, השייך למערכת החיסון המולדת ומתבטא במעי, מפתחים סינדרום מטבולי שבא לידי ביטוי בצריכה מוגברת של מזון, תנגודת לאינסולין ועלייה בכמות רקמת השומן. עוד נמצא שהשינויים המטבוליים מלווים בשינויים בהרכב המיקרוביוטה. כאשר עכברים סטריליים הוחזקו בכלוב אחד עם עכברים החסרים את TLR5, המיקרוביוטה הייחודית לעכברי TLR5 הועברה לעכברים הסטריליים, והעברה זו לוותה גם בהעברה של הסינדרום המטבולי. תוצאות אלו תומכות בהשערה, שהרכבים מסויימים של המיקרוביוטה יכולים לתרום לסינדרום מטבולי, ומציעות שמערכת החיסון המולדת משחקת תפקיד מפתח בשמירה על הרכב מיקרוביוטה תקין ומניעה של סינדרום מטבולי ומחלות אחרות [14]. בניגוד לעבודה זו, מחקר אחר טען שהרכב האוכלוסייה המיקרוביאלית לא משתנה בעקבות העדר תפקוד [TLR5 [15, עובדה המרמזת על חשיבות בית הגידול של העכברים בהשפעה על הרכב החיידקים. בנוסף להשפעה של TLR על הרכב האוכלוסייה המיקרוביאלית, לקולטנים אלו השפעה חשובה על התרבות של זני חיידקים ספציפיים כגון החיידק הסימביונטי Bacteroides Fragilis אשר גורם להפעלה של TLR2 ויצירת נישה מתאימה להתרבות של החיידק [16]. בנוסף ל TLR, ה Receptors Nod Like (NLR) הינם קולטנים השייכים למערכת החיסון המולדת ומופעלים על ידי מגוון רחב של מולקולות ייחודיות למיקרואורגניזמים, אך גם על ידי מולקולות המצביעות על נזק בתאי המאכסן. הקולטן NOD1 מזהה פפטידוגליקן מחיידקים גרם שליליים וגורם ליצירה של איברים לימפואידים במעי בנוסף לגירוי יכולת ההרג של תאים נויטרופילים [17][18]. עכברים חסרי NOD2 נושאים אוכלוסייה גדולה יותר של חיידקים מועילים ומציגים יכולת פחותה לסילוק של חיידקים מחוללי מחלה [19]. חלק מהחלבונים השייכים למשפחת ה NLR מסוגלים, תחת תנאים מסויימים ומבוקרים היטב, ליצור קומפלקס רב חלבוני בתא הקרוי אינפלמזום, אשר התגלה לראשונה בשנת 2002 על ידי[schoppT [20. האינפלמזום הוא חיישן המנטר את אוכלוסיית החיידקים ונוצר על ידי שורה של אותות המועברים בתא. האינפלמזום יכול לעבור אקטיבציה לאחר חישה של מולקולות השייכות למיקרוביוטה או מולקולות השייכות למאכסן ומצביעות על נזק לתא. לאחר הפעלתו, גורם האינפלמזום להפעלת הפרוטאז הקרוי aspase 1c אשר מבקע את הציטוקינים, IL18  ו IL1b לצורתם הפעילה, וכך מפעיל תגובה דלקתית. האינפלמזום מהווה מרכיב מפתח במערכת החיסון המולדת. מספר מחקרים הוכיחו, שכאשר יש מחיקה של האינפלמזום הנקרא NLRP6, ישנה ירידה בכמות הציטוקינים והתפתחות של אוכלוסיית מיקרוביוטה לא תקינה, אשר גורמת לעכברים להיות רגישים להתפתחות מחלות מעי דלקתיות, סרטן וסינדרום מטבולי [21]-[23]. בכל המחקרים הללו, הוכח בצורה ברורה שישנו קשר בין המיקרוביוטה לבין התפתחות מחלות שונות, כאשר המיקרוביוטה יכולה להעביר את הרגישות להפתחות מחלה בין פרטים שונים. בנוסף, NLRP6 ממלא תפקיד מפתח בהגנה מפני הדבקה בחיידקים פתוגנים. עכברים חסרי NLRP6 רגישים יותר להדבקה על ידי הפתוגן Rodentium Citrobacter, שבאה לידי ביטוי במצב פתולוגי חמור יותר מעכברים נורמליים בעקבות הדבקה [24]. אחד המנגנונים שבהם NLRP6 תורם להגנה מפני גורמי מחלה במעי הוא רגולציה של תאי הגביע במעי (goblet cells). חשיבותם של תאי הגביע במעי לשמירה על מצב בריא אינה מוטלת בספק, לדוגמא, עכברים שאינם מכילים תאי גביע נוטים לסבול ממחלות וזיהומים שונים. בין היתר, פעילותם של תאי הגביע במעי כוללת הפרשה של מוקוס, חומר אנטי מיקרוביאלי, לחלל המעי, אשר מונע מחיידקים לחדור את דופן המעי לחלל הסטרילי של הגוף. במחקר משותף אשר התבצע במעבדותיהם של Elinav, Flavell ו Finlay, התגלה שללא אינפלמזום נפגמת הפרשת שכבת המוקוס במעי, ולכן חיידקים יכולים לחדור בקלות לרקמה [24]. בנוסף לקולטנים המוזכרים, ישנם קולטנים נוספים, המבקרים ושומרים על יחסי גומלין תקינים בין המאכסן והמיקרוביטה באזורים המאוכלסים בצפיפות על ידי מיקרוביוטה. לדוגמא, הפעלה מקבילה של שני הקולטנים NLRP3 ו NLRC4 בתגובה להדבקה על ידי הפתוגן [Typhimurium Salmonella [25. בנוסף לחיידקים, המיקרוביוטה מכילה גם פטריות המזוהות על ידי קולטנים ייחודיים כגון Dectin1 המזהה מרכיב המצוי כמעט בכל הפטריות. בעכברים אשר חסרים את Dectin1 נוצרת רגישות יתר להתפתחות קוליטיס הנובעת מיכולת פגומה להתמודד עם קולוניזציה של פטריות [26].

המיקרוביוטה משפיעה על התפתחות ותפקוד מערכת החיסון

השמירה על אוכלוסיית מיקרוביוטה יציבה על ידי זרועות מערכת החיסון המולדת היא רק צד אחד של מערכת היחסים המתקיימת בין המיקרוביטה והמאכסן. מהצד השני, המיקרוביטה משפיעה על התפתחות מערכת החיסון. כאשר ישנה חשיפה לא מספקת למיקרוביוטה בשלבים מוקדמים של החיים ישנה רגישות להתפתחות של מחלות דלקתיות ואוטואימוניות שונות, כגון אלרגיה, אסטמה, מחלות מעי דלקתיות וטרשת נפוצה. היפותזה זו, הנקראת תאוריית ההגיינה, הוצעה לפני כעשרים שנים, אולם ההוכחות לתאוריה זו החלו להופיע רק בשנים האחרונות. המיקרוביוטה משפיעה על התפתחות תאים הנקראים sinnate lymphoid cell השייכים למערכת החיסון המולדת, אשר מהצד השני משפיעים על הרכב האוכלוסית המיקרוביאלית [27]. בנוסף, המיקרוביוטה משפיעה גם על מספרם של תאים לימפוציטים מסויימים מסוג T [28].    [break בשנים האחרונות היינו עדים להתקדמות אדירה בחקר אוכלוסיות החיידקים, אשר מאפשרת לחקור את כל החיידקים הקיימים, ואף לזהות מינים חדשים של חיידקים באמצעות ריצוף גנים, ובראשם ריצוף הגן s16 הריבוזומלי, המאפשר להפריד בין חיידקים שונים. תחום חדש זה, המכונה מטה-גנומיקה, מספק לחוקרים תבניות, המאפיינות את אוכלוסיות החיידקים הקיימות במערכת העיכול ובסביבות נוספות, ומאפשר בניית עצים אבולוציוניים של חיידקים

הקשר בין המיקרוביוטה לסרטן

הקשר בין דלקת לסרטן הוצע לראשונה במאה ה-19 על ידי המדען הגרמני Virchow, שהבחין בתסנין של תאים לויקוציטים לתוך רקמה סרטנית, ושיער שמדובר בתאים המגיעים לאזור בעקבות דלקת כרונית [29]. כיום הקשר בין סרטן ודלקת הולך ומתבהר, כאשר מחקרים מראים שאחד מכל חמישה מקרים של סרטן קשור להדבקה חיידקית. הדוגמאות המבוססות ביותר לקשר בין סרטן ומיקרואורגניזמים הן Human Papillomavirus, Hepatitis ו- Helicobacter Pylori. במקרה של וירוסים, הקשר הקשר בין הדבקה ויראלית וגידול סרטני תועד לראשונה לפני כמאה שנים כאשר תוארה יכולת ההעברה של לוקימיה בעופות [30]. עבור חיידקים, העיקרון של חיידקים הגורמים לסרטן מתועד בעיקר במקרים של Helicobacter Pylori ואדנוקרצינומה גסטרית, כמו כן במקרה של Salmonella Typhimurium וסרטן כיס המרה. הרכב המיקרוביוטה ברקמות סרטניות מגוון פחות, וחיידקים מסויימים מעורבים בהתפתחות סרטן. האזור החשוף ביותר בגוף להשפעה חיידקית וזיהומים פתוגנים הוא מערכת העיכול. עם זאת, ההשפעה החיידקית על סרטן המעי הגס היתה מעורפלת עד לאחרונה, כאשר הועלתה ההשערה שאפילו חיידקים מועילים ממלאים תפקיד בהתפתחות הסרטן, ויכולים במצבי מחלה להפוך לחיידקים מחוללי מחלה,  pathobionts. מספר מחקרים הראו, שמטופלים החולים בדלקות מעי כגון קרוהן וקוליטיס, מועדים יותר לפתח סרטן במעי הגס, כאשר משך המחלה נמצא בקורלציה עם הסיכוי לפתח סרטן [31][32]. העדויות לכך שהמיקרוביוטה מעורבת בדלקות מעי כרוניות הולכות ומצטברות בשנים האחרונות, וכעת ברור גם שדלקת כרונית היא בעלת תפקיד חשוב בהתפתחות סוגי סרטן שונים. בקרב חולים בסרטן המעי הגס, המיקרוביוטה מכילה יותר חיידקים אנאירוביים השייכים לקבוצות בהשוואה לאנשים בריאים [33][34]. כאמור, אחד המנגנונים בהם המיקרוביוטה משפיעה על המאכסן היא דרך פעילות מטבולית השומרת על שיווי משקל תקין. נמצא שהרכב המיקרוביוטה השונה בקרב חולי סרטן המעי הגס משפיע על ייצור חומצת השומן הקצרה בוטיראט [35], אשר מורידה את הנזק החימצוני ל DNA, מעודדת מוות תאי בעקבות נזק, ומעכבת את קצב גידול התאים הסרטניים [36]. המיקרוביוטה הנורמלית ידועה בכך שהיא מייצרת ומשחררת רעלנים שיכולים להיקשר לקולטנים על פני התאים של המאכסן, וכך להשפיע על מסלולי הסיגנל בתא. דוגמא לרעלן המיוצר על ידי חיידקים ומשפיע על התפתחות סרטן הוא bacteroides fragilis toxin, הנקשר לתאי אפיתל במעי ומעודד גדילה של התאים, קוליטיס, ואף גידולים במעי [37]. הקשר בין המיקרוביוטה וסרטן התחזק, כאשר ראו, שבעכברים שגדלים תחת תנאים סטריליים יש עיכוב בהתפתחות של קוליטיס בנוסף לעיכוב ביצירה של גידולים, בהשוואה לעכברים הגדלים בתנאים קונבנציונליים [38]. מערכת החיסון במוקוזה עוברת קו-אבולוציה עם המיקרוביוטה כבר בתהליך הלידה, ורוכשת את היכולת מחד להגיב לפתוגנים או גורמים זרים, ומאידך להיות סבילה לחיידקים השייכים למיקרוביוטה הנורמלית ולאנטיגנים המגיעים מהמזון. לקולטנים השייכים למערכת החיסון המולדת יש חשיבות רבה בחישה של אוכלוסיית המיקרוביוטה במעי ושמירה על תקשורת תקינה בין החלק הפרוקריוטי והאאוקריוטי של המערכת, מאחר והיא יכולה לחוש באותות המצביעים על אובדן שיווי המשקל היכול לדוגמא להיגרם מהדבקה על ידי פתוגן. בנוסף לתפקיד הקולטנים בעיצוב ושמירה על הרכב מיקרוביוטה תקין במעי, הם ממלאים תפקיד חשוב במניעה של גידולים במעי. חוסר בקולטן NOD1 נמצא כגורם להתפתחות גידולים, אך כאשר היתה מחיקה של המיקרוביוטה בעכברים אלו חל עיכוב בהתפתחות הגידולים. הוכחה  נוספת לקשר בין הרצפטורים השייכים למערכת החיסון המולדת והתפתחות של סרטן התקבלה כאשר ראו שעכברים חסרי TLR2 מועדים יותר להתפתחות של סרטן המעי הגס [39]. בנוסף לתפקידם ברגולציה של הרכב החיידקים במעי וההשפעה על תגובות חיסוניות השייכות הן לזרוע המולדת והן לזרוע הנרכשת של מערכת החיסון, קומפלקס האינפלמזום ממלא תפקיד חשוב במניעת גידולים במעי  [22],[40]-[43]. לדוגמא, נמצא שעכברים החסרים את אחד ממרכיבי האינפלמזום הנקראים ASC ו Caspase1 מציגים מחלה חמורה יותר, פתולוגיה חמורה יותר ויצירה של יותר פוליפים, בהשוואה לעכברים נורמלים. בנוסף, עכברים החסרים את האינפלמזום NLRP6 מפתחים מחלה חמורה יותר, שאף מועברת לעכברים נורמלים בתיווך של המיקרוביוטה הלא תקינה בעכברים אלו [21]. ההכרה בכך שהמיקרוביוטה יכולה להשפיע על התפתחות סרטן המעי הגס מצדיקה את המחקר שנעשה בתחום ואת חקר הרכב המיקרוביוטה וניצולו למטרות מניעתיות וטיפוליות, למשל באמצעות טיפול פרוביוטי.

מחקרים רבים לימדו אותנו שהמיקרוביוטה מורכבת מ 1014 תאים, בהשוואה לכמות התאים האנושיים שמספרם מגיע ל 1013. במילים אחרות, ישנם פי עשרה תאים השייכים למיקרוביוטה, מאשר תאים השייכים למאכסן. בנוסף, היקף הגנום החיידקי גדול פי 100 מגנום המאכסן האנושי. 

האינטראקציה בין המיקרוביוטה ומערכת החיסון דרך מטבוליטים

עד היום, מרבית המחקר שנעשה בחקר האינטרקציה בין המיקרוביוטה ומערכת החיסון התמקד במולקולות חיידקיות כגון מולקולות המוצגות על פני התאים וחומצות גרעין, כאשר מאידך מעט תשומת לב ניתנה לדרך אחרת של תקשורת בין החיידקים ומערכת החיסון שהיא מטבוליטים. מטבוליטים הם מולקולות קטנות שמהוות תוצרי ביניים, או תוצרים סופיים לפירוק של מרכיבי מזון שונים המתבצע על ידי חיידקים. הרכב הדיאטה משפיע בצורה דרמטית על הרכב ותפקוד המיקרוביוטה, השפעה הניכרת בתוך ימים בודדים [44]. פוליסכרידים צמחיים, אשר אינם ניתנים לעיכול על ידי המאכסן, כגון צלולוז, מהווים מרכיב נכבד בהרכב הדיאטה ההומנית. תסיסת פוליסכרידים על ידי חיידקים יוצרת חומצות שומן קצרות כגון אצטט, בוטיראט ופרופיונאט. לאחרונה הצטברו עדויות לכך שחומצות שומן קצרות אלו מבקרות את המטבוליזם של המאכסן, ומשפיעות גם על התגובה החיסונית. לדומא, נמצא שחומצות שומן קצרות מורידות את התגובה החיסונית, ועכברים שאינם יכולים להעביר אותות דרך חומצות השומן הקצרות מפתחים קוליטיס, אסטמה ודלקות פרקים [45]. בנוסף, שלושה מחקרים, אשר התפרסמו לאחרונה, הראו שישנו קשר ישיר בין חומצות השומן הקצרות לבין רגולציה של תאי T רגולטוריים [46]. בנוסף, חומצות השומן הקצרות יכולות להיות מנוצלות על ידי תאי האפיתל במעי בתור מקור אנרגיה [47]. המיקרוביוטה ממלאת תפקיד חשוב גם במטבוליזם של חומצות אמינו, מאחר ורק עשר חומצות אמינו יכולות להיות מיוצרות על ידי המאכסן כאשר יתר חומצות האמינו מסופקות מהמזון ועוברות מטבוליזם על ידי המיקרוביוטה [48]. בנוסף לתפקיד חומצות האמינו במטבוליזם של המאכסן, נמצא שלחלק מחומצות האמינו יש גם תפקיד ברגולציה של תגובות חיסוניות. דוגמא בולטת לכך היא חומצת האמינו טריפטופן, אשר יכולה להשפיע על קצב הגידול של תאי לימפוציטים מסוג T. בנוסף, חוסר בחומצת האמינו טריפטופן משפיע על הרכב ותפקוד המיקרוביוטה [49]. חומצת האמינו ארגינין משפיעה על התגובה החיסונית במהלך הדבקה על ידי פתוגנים [50]. בנוסף לתרומת המיקרוביוטה למטבוליזם של חומצות אמינו, ישנה חשיבות גם במטבוליזם של ויטמינים. לדוגמא, חיידקים מסויימים במעי כגון bifidobacterium ו- Lactobacilli יכולים ליצור את הויטמין 9B [51][52. לויטמינים A, C וחלק מ B יש השפעה על מנגנוני ההגנה של המאכסן. ויטמין A והמטבוליט חומצה רטינואית הם הדוגמא הבולטת ביותר לכך. חוסר בויטמין A יכול לגרום לרגישות גבוהה יותר להדבקה על ידי פתוגנים [53]. בנוסף, לילדים בעלי רמות נמוכות של ויטמין A יש מחסור בתאי T [54]. ויטמינים נוספים, אשר חשובים  לתגובה החיסונית הם 9B ו 12B. ויטמין D משפיע על האקטיבציה של תאי T וחוסר בויטמין זה מעלה את הרגישות לפתח מחלות מעי דלקתי וסרטן המעי הגס [55]. המחקר בתחום המטבוליטים מהמיקרוביוטה והאינטרקציה שלהם עם מערכת החיסון הוביל את הקהילה המדעית להבנה מנגנונית של יחסי הגומלין בין המיקרוביוטה והמאכסן. החשיבות הרבה והפוטנציאל של מטבוליטים מהמיקרוביוטה כווסתים של התגובה החיסונית מובילה למחקר שיאפשר שימוש במטבוליטים להשפעה ושינוי של תגובות חיסוניות ודלקת.

המיקרוביוטה נחוצה לשם התפתחות ותפקוד תקינים של מערכת החיסון המולדת, כאשר מהצד השני, מערכת החיסון שומרת על הרכב יציב של אוכלוסיית המיקרוביטה. כאשר אחד מהצדדים לא פועל באופן תקין, אם ישנה הפרעה לפעילות מערכת החיסון שנגרמת בהעדר המיקרוביוטה, או הרכב לא תקין של המיקרוביוטה בהעדר תפקוד תקין של מערכת החיסון המולדת, יכולה להיגרם מחלה.

לסיכום

מיקרוביוטה היא בעלת  תפקיד מרכזי בתחומים שונים הנסקרו כאן ובתחומים מגוונים נוספים. מחקרים רבים מוכיחים שהמיקרוביוטה ומערכת החיסון המולדת מקיימים יחסים הדדים. ישנה תרומה נרחבת של המיקרוביוטה לפיזיולוגיה של המאכסן, כאשר הפרה של שיווי המשקל העדין הקיים בין המאכסן והמיקרוביוטה יכולה לגרום להתפתחות מחלות שונות. פיתוח גישות לזיהוי הרכב המיקרוביוטה במצבי מחלה יכול לשמש ככלי לאבחון מחלות מעיים דלקתיות ומחלות מטבוליות, אולי אף לפני הופעת תסמיני מחלה. בנוסף, זיהוי של אוכלוסיות ספציפיות של חיידקים במצבים פיזיולוגיים ופתולוגים ייחודיים יכול לשמש גם כאמצעי וגישה חדשה לריפוי של מחלות מטבוליות, סרטן ודלקות. 

Referenes:

1. Xu, J. and J.I. Gordon, Honor thy symbionts. Proc Natl Acad Sci U S A, 2003. 100(18): p. 10452-9.

2. Reyniers, J.A., P.C. Trexler, and R.F. Ervin, Rearing germ-free albino rats. Lobund reports, 1946(1): p. 1-84.

3. Pleasants, J.R., Rearing germfree cesarean-born rats, mice, and rabbits through weaning. Ann N Y Acad Sci, 1959. 78: p. 116-26.

4. Chin, S.F., et al., Conjugated linoleic acid (9,11- and 10,12-octadecadienoic acid) is produced in conventional but not germ-free rats fed linoleic acid. J Nutr, 1994. 124(5): p. 694-701.

5. Morton, K.C. and C.Y. Wang, Enhanced macromolecular binding of N-[4-(5-nitro-2-furyl)-2-thiazolyl]- formamide in germfree versus conventional rats. Cancer Res, 1983. 43(8): p. 3628-32.

6. Bjorkholm, B., et al., Intestinal microbiota regulate xenobiotic metabolism in the liver. PLoS One, 2009. 4(9): p. e6958.

7. Backhed, F., et al., The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage. Proc Natl Acad Sci U S A, 2004. 101(44): p. 15718-23.

8. Turnbaugh, P.J., et al., An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest. Nature, 2006. 444(7122): p. 1027-31.

9. Medzhitov, R., Approaching the asymptote: 20 years later. Immunity, 2009. 30(6): p. 766-75.

10. Janeway, C.A., Jr., Approaching the asymptote? Evolution and revolution in immunology. Cold Spring Harb Symp Quant Biol, 1989. 54 Pt 1: p. 1-13.

11. Rakoff-Nahoum, S., et al., Recognition of commensal microflora by toll-like receptors is required for intestinal homeostasis. Cell, 2004. 118(2): p. 229-41.

12. Slack, E., et al., Innate and adaptive immunity cooperate flexibly to maintain host-microbiota mutualism. Science, 2009. 325(5940): p. 617-20.

13. Medzhitov, R., P. Preston-Hurlburt, and C.A. Janeway, Jr., A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity. Nature, 1997. 388(6640): p. 394-7.

14. Vijay-Kumar, M., et al., Metabolic syndrome and altered gut microbiota in mice lacking Toll-like receptor 5. Science, 2010. 328(5975): p. 228-31.

15. Ubeda, C., et al., Familial transmission rather than defective innate immunity shapes the distinct intestinal microbiota of TLR-deficient mice. J Exp Med, 2012. 209(8): p. 1445-56.

16. Round, J.L., et al., The Toll-like receptor 2 pathway establishes colonization by a commensal of the human microbiota. Science, 2011. 332(6032): p. 974-7.

17. Bouskra, D., et al., Lymphoid tissue genesis induced by commensals through NOD1 regulates intestinal homeostasis. Nature, 2008. 456(7221): p. 507-10. 18. Clarke, T.B., et al., Recognition of peptidoglycan from the microbiota by Nod1 enhances systemic innate immunity. Nat Med, 2010. 16(2): p. 228-31

19. Petnicki-Ocwieja, T., et al., Nod2 is required for the regulation of commensal microbiota in the intestine. Proc Natl Acad Sci U S A, 2009. 106(37): p. 15813-8.

20. Martinon, F., K. Burns, and J. Tschopp, The inflammasome: a molecular platform triggering activation of inflammatory caspases and processing of proIL-beta. Mol Cell, 2002. 10(2): p. 417-26.

21. Hu, B., et al., Microbiota-induced activation of epithelial IL-6 signaling links inflammasome-driven inflammation with transmissible cancer. Proc Natl Acad Sci U S A, 2013. 110(24): p. 9862-7.

22. Elinav, E., et al., NLRP6 inflammasome regulates colonic microbial ecology and risk for colitis. Cell, 2011. 145(5): p. 745-57.

23. Henao-Mejia, J., et al., Inflammasome-mediated dysbiosis regulates progression of NAFLD and obesity. Nature, 2012. 482(7384): p. 179-85.

24. Wlodarska, M., et al., NLRP6 inflammasome orchestrates the colonic host-microbial interface by regulating goblet cell mucus secretion. Cell, 2014. 156(5): p. 1045-59.

25. Broz, P., et al., Redundant roles for inflammasome receptors NLRP3 and NLRC4 in host defense against Salmonella. J Exp Med, 2010. 207(8): p. 1745-55.

26. Iliev, I.D., et al., Interactions between commensal fungi and the C-type lectin receptor Dectin-1 influence colitis. Science, 2012. 336(6086): p. 1314-7.

27. Sanos, S.L., et al., RORgammat and commensal microflora are required for the differentiation of mucosal interleukin 22-producing NKp46+ cells. Nat Immunol, 2009. 10(1): p. 83-91.

28. Wei, B., et al., Commensal microbiota and CD8+ T cells shape the formation of invariant NKT cells. J Immunol, 2010. 184(3): p. 1218-26.

29. Balkwill, F. and A. Mantovani, Inflammation and cancer: back to Virchow? Lancet, 2001. 357(9255): p. 539-45.

30. Hu, W.Y., F.D. Bushman, and A.C. Siva, RNA interference against retroviruses. Virus Res, 2004. 102(1): p. 59-64.

31. Jess, T., C. Rungoe, and L. Peyrin-Biroulet, Risk of colorectal cancer in patients with ulcerative colitis: a meta-analysis of population-based cohort studies. Clin Gastroenterol Hepatol, 2012. 10(6): p. 639-45.

32. Eaden, J.A., K.R. Abrams, and J.F. Mayberry, The risk of colorectal cancer in ulcerative colitis: a meta-analysis. Gut, 2001. 48(4): p. 526-35.

33. Arthur, J.C., et al., Intestinal inflammation targets cancer-inducing activity of the microbiota. Science, 2012. 338(6103): p. 120-3.

34. Sobhani, I., et al., Microbial dysbiosis in colorectal cancer (CRC) patients. PLoS One, 2011. 6(1): p. e16393.

35. Wang, T., et al., Structural segregation of gut microbiota between colorectal cancer patients and healthy volunteers. ISME J, 2012. 6(2): p. 320-9.

36. Rose, D.J., et al., Influence of dietary fiber on inflammatory bowel disease and colon cancer: importance of fermentation pattern. Nutr Rev, 2007. 65(2): p. 51-62.

37. Wu, S., et al., A human colonic commensal promotes colon tumorigenesis via activation of T helper type 17 T cell responses. Nat Med, 2009. 15(9): p. 1016-22.

38. Kim, S.C., et al., Variable phenotypes of enterocolitis in interleukin 10-deficient mice monoassociated with two different commensal bacteria. Gastroenterology, 2005. 128(4): p. 891-906.

39. Lowe, E.L., et al., Toll-like receptor 2 signaling protects mice from tumor development in a mouse model of colitis-induced cancer. PLoS One, 2010. 5(9): p. e13027.

40. Dupaul-Chicoine, J., et al., Control of intestinal homeostasis, colitis, and colitis-associated colorectal cancer by the inflammatory caspases. Immunity, 2010. 32(3): p. 367-78.

41. Allen, I.C., et al., The NLRP3 inflammasome functions as a negative regulator of tumorigenesis during colitis-associated cancer. J Exp Med, 2010. 207(5): p. 1045-56.

42. Hu, B., et al., Inflammation-induced tumorigenesis in the colon is regulated by caspase-1 and NLRC4. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010. 107(50): p. 21635-40.

43. Chen, G.Y., et al., A functional role for Nlrp6 in intestinal inflammation and tumorigenesis. J Immunol, 2011. 186(12): p. 7187-94.

44. David, L.A., et al., Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome. Nature, 2014. 505(7484): p. 559-63.

45. Maslowski, K.M., et al., Regulation of inflammatory responses by gut microbiota and chemoattractant receptor GPR43. Nature, 2009. 461(7268): p. 1282-6.

46. Smith, P.M., et al., The microbial metabolites, short-chain fatty acids, regulate colonic Treg cell homeostasis. Science, 2013. 341(6145): p. 569-73.

47. Donohoe, D.R., et al., The microbiome and butyrate regulate energy metabolism and autophagy in the mammalian colon. Cell Metab, 2011. 13(5): p. 517-26.

48. Wise, D.R. and C.B. Thompson, Glutamine addiction: a new therapeutic target in cancer. Trends Biochem Sci, 2010. 35(8): p. 427-33.

49. Zelante, T., et al., Tryptophan catabolites from microbiota engage aryl hydrocarbon receptor and balance mucosal reactivity via interleukin-22. Immunity, 2013. 39(2): p. 372-85.

50. Rodriguez, P.C., et al., Arginase I production in the tumor microenvironment by mature myeloid cells inhibits T-cell receptor expression and antigen-specific T-cell responses. Cancer Res, 2004. 64(16): p. 5839-49.

51. Strozzi, G.P. and L. Mogna, Quantification of folic acid in human feces after administration of Bifidobacterium probiotic strains. J Clin Gastroenterol, 2008. 42 Suppl 3 Pt 2: p. S179-84.

52. Kleerebezem, M. and E.E. Vaughan, Probiotic and gut lactobacilli and bifidobacteria: molecular approaches to study diversity and activity. Annu Rev Microbiol, 2009. 63: p. 269-90.

53. Spencer, S.P., et al., Adaptation of innate lymphoid cells to a micronutrient deficiency promotes type 2 barrier immunity. Science, 2014. 343(6169): p. 432-7.

54. Butera, S.T. and S. Krakowka, Assessment of lymphocyte function during vitamin A deficiency. Am J Vet Res, 1986. 47(4): p. 850-5.

55. Wada, K., et al., Vitamin D receptor expression is associated with colon cancer in ulcerative colitis. Oncol Rep, 2009. 22(5): p. 1021-5.

האם יש למיקרופלורה השפעות במחלת הסרטן? פרופ' בטי שוורץ

 ביה"ס למדעי התזונה, האוניברסיטה העברית

החיידקים במעיים משחקים תפקיד מפתח במספר רב של מנגנונים הקשורים להיווצרות של סרטן במערכת העיכול. מספר רב של מחקרים דנו בנושא הבוער הזה ברחבי העולם. הסקירה הנוכחית דנה בידע מעודכן על מעורבותם של החיידקים במערכת העיכול בגרימה או במניעה של סרטן, כולל דיון במנגנונים אפשריים. הסקירה המוצגת היא מקיפה ודנה במספר גדול של עדויות ממחקר בבעלי חיים ומחקרים קליניים, הבודקים את המיקרופלורה, או את תפקידם של חיידקים שיכולים לאכלס את המעי באמצעות שימוש של פרוביוטיקה (PRO) ו / או prebiotics (PRE) ואת חלקם במניעה ו/או טיפול בגידולים במערכת העיכול.

  סוגי החיידקים במעיים (המיקרופלורה)

האוכלוסייה הרגילה של חיידקי המעיים הינה אוסף מורכב, דינמי ומגוון של מיקרואורגניזמים, אשר מאכלסים את מערכת העיכול (1). יש בדרך כלל קשר סימביוטי בין אוכלוסיית החיידקים למארח. אינטראקציה זו לטווח ארוך יוצרת תועלת הדדית: המארח (מעי האדם) תורם חומרים מזינים חיוניים הנחוצים להישרדות של החיידקים, והחיידקים מצידם ממלאים תפקידים רבים חיוניים עבור המארח (1). פיתוח שיטות תירבות חיידקים מתוחכמות איפשר זיהוי של מבנים ופונקציות לא ידועות של קהילות החיידקים, ושל יחסי הגומלין בין החיידקים למארח (1). המעיים האנושיים מכילים פי 10 יותר חיידקים (1014) מאשר מספר התאים האאוקריוטים בגוף האדם כולו. יש בפלורה של המעיים פי 100  יותר גנים בהשוואה לגנום האנושי (2). על פי הגישה ה metagenomic, בני אדם הם בעצם "ייצורי-על" (superorganisms), שהגנום שלהם הוא הסכום של הגנים של הגנום האנושי ושל הפלורה במעיים (microbiome)(3). מחקרים מורכבים מסוג מטגנומי (metagenomic) המאופיינים באנליזת הגנום של המיקרופלורה הראו כי מיקרופלורת המעיים מורכבת מהרבה סוגי פריטים הכוללים כ-1000-1500 מיני חיידקים. נוסף לכך הראו, שלכל בן אדם יש לפחות 160 מינים מהסוגים הנ"ל, ושהסוגים האלו הם משותפים (2) במידה רבה באוכלוסייה. החיידקים היותר שכיחים והאחוזים שלהם הם כדלקמן:Firmicutes שמהווים  30.6-83%  והם וכוללים את Clostridium Ruminococcus, Eubacterium, Dorea, Peptostreptococcus, Peptococcus, Lactobacillus-L; Bacteroidetes , שמהווים 8-48% וכוללים את משפחת ה Bacteroides;  Actinobacteria שמהווים0.7-16.7%  וכוללים את משפחת ה Bifidobacterium-BF ו Proteobacteria שמהווים 0.1-26.6% וכוללים את משפחת ה Enterobacteriacee(4, 5). מספר מיני חיידקים במערכת העיכול עולה מהפה (פחות מ 200 מינים) עד למעי הגס. מספר החיידקים במעי הגס יכול להגיע לכ- 1010-1012 לגרם של תוכן המעי, כאשר האוכלוסייה הדומיננטית היא האוכלוסייה של אנאירוביים (1). השונות של החיידקים, הן מבחינה כמותית והן מבחינה איכותית לאורך מערכת העיכול, נובעת מגורמים שתלויים במארח (host) (pH, זמן מעבר, חומצות מרה, אנזימי עיכול, ליחה), או לחלופין גורמים שאינם תלויים במארח (חומרי הזנה, תרופות, גורמים סביבתיים) או בגורמים התלויים בחיידקים עצמם (יכולת הידבקות לתאים, אנזימים, פעילות מטבולית) (6).

הוכח בצורה ברורה של-GC יש קשר ישיר ל-HP. חיידק ה HP נחשב לפרו-קרצינוגן טיפוסי, הגורם להתפתחות סוגים שונים של סרטן קיבה. תמיכה בהשערה זו התקבלה בממצאים בהם מיגור מוחלט וחיסול מוצלח של HP לאחר טיפול מתאים הוביל  גם לריפוי של GC ב70-80% מהמקרים 

סוגי סרטן במערכת העיכול והקשר שלהם לחיידקים

רוב המחקרים, הדנים בקשר בין סוגי סרטן במערכת העיכול לחיידקים, התמקדו בסרטן קיבה (GC) או בסרטן המעי הגס (CRC). ההשפעות של החיידקים באזורים אחרים של מערכת העיכול (ושט, מעי דק) אינן ברורות ונדרשים אי לכך מחקרים נוספים.

אדנוקרצינומה של הוושט

אדנוקרצינומה של הוושט (OAC) היא מחלה ממארת שמתפתחת כתוצאה של ריפלוקס (reflux) בין הקיבה לוושט (GERD) שמתרחש לטווח ארוך. לעתים קרובות המחלה מתקדמת ועוברת דרך מצב ביניים Barrett's Esophagus (BE) (סוקר ב (7)). לאחרונה פורסמה מטא אנליזה שכללה 19 מחקרים, שכללו ביחד מעל 1700 מקרים ו 5600 מקרי ביקורת, כאשר המסקנה היא כי קיים קשר הפוך בין הנוכחות שלHelicobacter Pilori   (HP) בקיבה ו-OAC, השפעה זו היא משמעותית יותר כאשר הזן של HP שייך לזני CagA החיוביים (הזנים הפתוגניים ביותר). המטא אנליזה גם גילתה כי לא היה קשר בין HP לקרצינומה של הוושט מסוג squamous carcinoma(8). בניגוד ל OAC, הוכח בצורה ברורה של-GC יש קשר ישיר ל-HP. חיידק ה HP נחשב לפרו-קרצינוגן טיפוסי, הגורם להתפתחות סוגים שונים של סרטן קיבה. תמיכה בהשערה זו התקבלה בממצאים בהם מיגור מוחלט וחיסול מוצלח של HP לאחר טיפול מתאים הוביל  גם לריפוי של GC ב70-80% מהמקרים (9).

סרטן המעי הדק

לסרטן המעי הדק קשר הדוק לדלקת כרונית ולחוסר תפקוד חיסוני, בעיקר במחלות צליאק וקרוהן וגם בתסמונות polyposis. מכיוון, שיש שכיחות נמוכה מאוד של מקרי אדנוקרצינומה במעי הדק, בניגוד מוחלט למתרחש במעי הגס, מניחים שיש שלל גורמים העשויים להיות מעורבים בהתנהגות המנוגדת הזו והם: (1) הבדלים בצפיפות ובטקסונומיה של החיידקים האנאירוביים בתכולת הצואה באזורי המעי הגס לעומת מעי הדק, (2) הבדלים בחילוף החומרים בין שני אזורי המעי, כאשר במעי הגס יש חילוף חומרים מהמעי לכבד דרך המעבר ה-enterohepatic של חומצות מרה ומולקולות אחרות, ו (3) הבדל משמעותי בקצב המעבר של התכולה בין שני אזורי המעי (9).

סרטן המעי הגס

סרטן מעי גס ספורדי (Sporadic Colorectal Cancer [CRC]) מהווה כ 85-90% מכל מקרי סרטן המעי הגס.  מספר המחקרים והעדויות בהם מוכיחים כי חיידקי המעי הגס מעורבים בהיווצרות גידולי CRC במעי הגס הולכים וגדלים. אוכלוסיית החיידקים והמאפיינים שלהם עוברים שינוי משמעותי כאשר יש התפתחות של סרטן מעי גס. אחת מההוכחות היא ששינויים כאלו חלים כבר באוכלוסייה שהתגלו אצלה נגעים טרום סרטניים, וגם באוכלוסייה בעלת סיכון גבוה להתפתחות המחלה, בהשוואה לנבדקים בריאים ו/או אוכלוסייה בסיכון נמוך לפתח סרטן (10). למרות זאת, טרם הוברר האם השינויים האלה קשורים ישירות לסיבת התפתחות הגידול, או שלחילופין חלים שינויים באוכלוסיית החיידקים כתוצאה מהגידול (11, 12). כדי ללמוד בצורה מעמיקה את סיבת הפעילות של מיקרופלורה זו נבדקה הפעילות הציטוטוקסית (Cytotoxic) והגנוטוקסית (genotoxic) של המיקרופלורה על ידי אנליזת דגימות מי צואה של נבדקים בריאים. הפעילות הציטוטוקסית בודקת את ההשפעה של מי הצואה על שגשוג תאי אפיתל המעי, והפעילות הגנוטוקסית בודקת את הנזק לדנ"א שגורמים מי הצואה לתאי המעי. ייתכן והפגיעה נגרמת על ידי חומצות מרה משניות הנמצאות בריכוזים משמעותיים בתכולת המעי הגס (13). כך הוכיחו, כי במי הצואה אכן קיימים חומרים מסרטנים בתכולת המעי הגס, כמו כן הוכיחו שפעילות גנוטוקסית משמעותית ומוגברת התקבלה על ידי מי הצואה מאנשים הצורכים תזונה עשירה בשומן ובבשר, ולעומת זאת התקבלה פעילות נמוכה יותר על ידי מי צואה מאנשים שצרכו מזון עשיר בסיבים, ואפילו הייתה נמוכה מזו שהתקבלה על ידי מי צואה של אנשים שצרכו תזונה דלה בשומן ובשר (14, 15). עדויות נוספות משמעותיות התומכות במעורבות של מיקרופלורת המעי בהתפתחות סרטן מעי גס מתקבלות ממחקרים בבעלי חיים: עכברים ו/או חולדות הגדלים בתנאים סטריליים לגמרי (ללא חיידקים, Germ free, GF) מפתחים דלקת כיבית  (קוליטיס) וגידולים במעי הגס במספר מופחת באופן משמעותי בהשוואה לאותם בעלי חיים הגדלים בתנאים קונבנציונליים (16, 17). בנוסף, למכרסמים הגדלים בתנאי GF יש בדם היקפי מספר מוגבר של סוגי תאים שמחסלים תאי גידול [תאי  Natural Killers (NK)], מספר מוגבר של לימפוציטים ציטוטוקסיים מסוג T, ותאי B. ממצאים אלו מעידם שלמכרסמי GF יש תגובה חיסונית יעילה יותר נגד סרטן. אוכלוסיית החיידקים (המיקרוביוטה, Microbiota) יכולה לתרום להתפתחות CRC באמצעות שינוי במרכיבים השונים שהחיידקים יוצרים. פעילות זאת נקראת דיסביוסיס (dysbiosis) (18) והיא נגרמת מתכונות מזיקות של חיידקים מסוימים, כתוצאה מכך יש שינוי בהרכב אוכלוסיית החיידקים, וכן שינוי בפעילות המטבולית של חיידקים (19). גורמים רבים יכולים לשנות את אוכלוסיית החיידקים בדרכי העיכול כולל אנטיביוטיקה, מתח נפשי ופיזי, קרינה, תנועת מעיים שונה, תזונה וכו' (19).

אוכלוסיית החיידקים האחראית להתפתחות סרטן במערכת העיכול (dysbiosis)

רוב האינפורמציה הקיימת עד כה על תופעת הdysbiosis  היא תוצאה של מחקרים שבוצעו במקרים של סרטן מעי גס.

חיידקים בוושט

עד לאחרונה, לא פורסמו מחקרים המתארים את מגוון חיידקי הוושט בחולים הסובלים מאדנוקרצינומה בוושט (20). במחקר שפורסם רק לאחרונה בדקו את חיידקי הוושט של חולים עם GERD, BE, OAC בהשוואה לאנשים בקבוצת ביקורת. המחקר הראה, שחלה ירידה משמעותית במספר החיידקים מכל הסוגים בחולי GERD ובחולי BE למעט חיידקים מסוג קמפילובקטר, שהוכח שהם מיישבים את הוושט של חולי GERD וחולי BE במספרים הולכים וגדלים. באותו מחקר הוכח שהזן השולט הוא קמפילובקטר מסוג Concisus. בחולי GERD וBE , בהם אומת שהוושט מיושב על ידי מספר מוגבר של חיידקי קמפילובקטר הוכח,  שבדמם של הנבדקים יש רמות גבוהות של IL-18  (21). התפקיד שיש ל IL-18 ב OAC לא נחקר עדיין; עם זאת, כבר בעבר דווח על הקשר בין הרמות בסרום של IL-18 ומחלת האדנוקרצינומה במקרי סרטן אחרים (22).

חיידקים בקיבה

בהקשר לתפקיד המיקרוביוטה וdysbiosis בקיבה במחקרים שנערכו לאחרונה, בדקו את אוכלוסיית החיידקים בקיבה בחולים עם GC וגילו להפתעתם שהקיבה מיושבת על ידי קהילת חיידקים מורכבת לא שונה באופן מאוד משמעותי מקבוצת הביקורת, אבל בכול זאת יש לה ייחודיות מסוימת. למשל; ב GC נמצא שאוכלוסיית החיידקים הטיפוסית התחלפה על ידי מינים שונים השייכים לסוגים של  Streptococcus L, Veillonellaו Prevotella, שתפקידם בהתפתחות GC טרם נקבע (23).

חיידקים במעי הדק

בהקשר לסרטן מעי דק, מספר חוקרים סוברים, כי זיהומים של HP וקמפילובקטר jejuni קשורים לסיכון לפתח לימפומה של המעי דק, במיוחד במחלת small intestinal diseaseimmunoproliferative(24). הוצע, כי שגשוג יתר של חיידקי המעי הדק עלול להגדיל את הסיכון להתפתחות אדנוקרצינומה  במעי הדק, שכן החיידקים האנאירוביים המאכלסים את המעיים יוצרים אנזימים כגון glucuronidase, glucosidase sulfatase reductase, ו decarboxylase, אשר פועלים על מצעים שונים (מרה חומצות, חומצות שומן, וכו'), והפעילות האנזימטית עשויה לגרום לייצור מטבוליטים מסרטנים  (25). עם זאת, המחקרים בתחום סרטן המעי הדק הם נדירים והראיות הן מוגבלות למדי; מחקרים נוספים נדרשים כדי להבהיר את תפקידם הייחודי של החיידקים בהיווצרות של סרטן המעי הדק.

חיידקים במעי הגס

בהקשר לסרטן מעי גס (CRC) נמצא, שחיידקים מסוימים נפוצים יותר בצואה של חולי הסרטן לעומת קבוצת הביקורת. מחקר שבוצע לאחרונה הראה, כי בחולי CRC אוכלוסיית Bacteroides fragilis הועשרה, ואילו בקבוצת הביקורת אוכלוסייתvulgatusBacteroides, וuniformis  Bacteroidesהועשרה. כמו כן, אוכלוסיית החיידקים השייכים לסוגים של אנטרוקוקוס, Escherichia  Shigella, קלבסיאלה, סטרפטוקוקוס ו Peptostreptococcus הועשרה באופן משמעותי יותר בחולי CRC, בעוד שאוכלוסיית החיידקים השייכים לסוג Roseburia וסוגי חיידקים המייצרים בוטיראט כגון Lachnospiraceae מספרם היה נמוך יותר בצורה משמעותית (26). מעקב אחר הפרופיל האנטיגני של Streptoccocus bovis/ gallolyticus  איפשר להבחין בין חולי CRC לקבוצת הביקורת (סוקר ב (27)). פרופיל אנטיגני זה התגלה גם בחולים שפיתחו פוליפים, דבר המצביע על כך שההדבקה מתרחשת בשלב מוקדם במהלך היווצרות הנגע הסרטני (28). אנליזה של אוכלוסיית החיידקים הנצמדים לרירית המעי הגס של חולים הסובלים מ CRC הראתה ספירה נמוכה באופן משמעותי של Bifidobacterium (BF), במיוחד  longumBF בהשוואה לחולי דלקת (29). מחקר שעשה אנליזה של ההרכב של אוכלוסיית החיידקים בצואה במקרי אדנומה מצא מספר גדול באופן משמעותי של  Proteobacteria, Dorea ,Faecalibacterium, וירידה משמעותית ברמות של Bacteroidetes, Bacteroides spp , וspp  Coprococcusלעומת קבוצת הביקורת (30). יתר על כן, על פני השטח של רירית האדנומה במעי הגס הייתה ירידה של פי 20 בחיידקי רירית אופייניים (comensal) בהשוואה לרקמה הנורמאלית (31). בהקשר זה מחקר נוסף גילה, באופן מפתיע, כי רקמת CRC הייתה קשורה בייצוג יתר של חלק מחיידקי ה- commensals – דוגמה לזה הם חיידקי Coriobacteridae, במיוחד מהסוג של Slackia (שהוכח בעבר שמסוגלים לגרום למוות מתוכנן (אפופטוזיס) של תאים סרטניים) ובנוסף חיידקים מסוג Collinsella, Roseburia,Fusobacterium וFaecalibacterium (שלושת סוגי החיידקים האחרונים הינם חיידקים המסוגלים לייצר בוטיראט בכמויות גדולות). לעומת זאת,אוכלוסיית החיידקים מסוגEnterobacteriaceae  הכוללים Serratia, Kluyvera, Cronobacter, Shigella, ו  Salmonella spp הייתה נמוכה בצורה משמעותית ברקמת חולי CRC(18).

פעילות מועילה של אוכלוסיית החיידקים בסרטן מסוג CRC

בין הפעילויות המועילות של אוכלוסיית חיידקי המעיים על המארח האנושי, רבות קשורות בהגנה מפני סרטן בעיקר מסוג CRC (סוקר ב  (32)): לחיידקים תפקיד חשוב בהתמיינות הסדירה של תאי האפיתל במעי, וכן בבקרה על השגשוג של תאי האפיתל; בקרה על ההתפתחות של מחסום האפיתל (33); יצירת קשר הדוק יותר בין התאים מסוג tight junctions; הגנה מפני זנים פתוגניים; תרומה להבשלה והתפתחות של רקמת הלימפה הקשורה במערכת העיכול (GALT gut-associated lymphoid tissue). מערכת ה GALT הינה חלק מהמערכת החיסונית המולדת, כאשר לקולטנים ממשפחת ה NOD (nucleotide-binding oligomerization domain receptors) ולקולטנים ממשפחת ה  TLR (או Toll like receptors) יש תפקיד חשוב. היבטים חיוביים נוספים נובעים מהתסיסה של פחמימות שלא ניתנות לעיכול, כדי לייצר חומצות שומן קצרות שרשרת – Short-chain fatty acids (SCFA); ה SCFA החשובה ביותר היא בוטיראט, אשר הוכח שיש לה תפקיד חשוב בוויסות של גדילת תאי מעי והתמיינותם, כמו כן היא מעכבת את התפשטות התאים הסרטניים של המעי הגס תוך כדי גרימת תהליך האפופטוזיס  של תאים אלו. פעילויות אלו דווחו לגבי תאי אדנומה של מעי הגס ותאי סרטן המעי הגס (34, 35). ההשפעות האנטי-סרטניות של בוטיראט כוללות גם גרימת ביטוי מוגבר של סמנים של התמיינות (phosphatasealkaline) (36) ושל גנים הקשורים להגנה מפני מצבי עקה של תאי אפיתל המעי כגון הגן ל-  Glutathione – -transferases -S ושל גנים אחרים. כמו כן בוטיראט גורמת לדיכוי ביטוי של ציקלו-אוקסיגנז מסוג 2, הקשור עם סינתזת פרוסטגלנדינים (סוקר ב (37)). בנוסף, בוטיראט משנה את האפיגנום (epigenome), אשר מהווה סמן לאופן סידור הכרומטין, באמצעות עיכוב של אנזימים מסוג deacetylaseshistone שגורמים לדאצטילציה של היסטונים המצויים בכרומטין (38). היבטים נוספים בהקשר למטבוליזם של חומצות מרה ודגרדציה מוגברת של כימיקלים מזיקים (xenobiotics)  או של מסרטנים המצויים במזון (39).

במי הצואה אכן קיימים חומרים מסרטנים. פעילות גנוטוקסית משמעותית ומוגברת התקבלה על ידי מי הצואה מאנשים הצורכים תזונה עשירה בשומן ובבשר, ולעומת זאת התקבלה פעילות נמוכה יותר על ידי מי צואה מאנשים שצרכו מזון עשיר בסיבים, ואפילו הייתה נמוכה מזו שהתקבלה על ידי מי צואה של אנשים שצרכו תזונה דלה בשומן ובשר 

שינויים מטבולומיים (metabolomic) בסרטן במערכת העיכול

המחקרים שפורסמו עד כה התמקדו בסוג סרטן CRC בלבד, וטרם הופיעו עבודות הקשורות לשינויים מטבולומיים במקרי סרטן מערכת עיכול אחרים. לאחרונה בוצעה השוואה בין דגימות מי צואה (FW)  מחולי CRC ו polyposis , בהשוואה לקבוצת ביקורת, והתוצאות הראו רמות גבוהות יותר של ואלין, לאוצין, איזולאוצין, גלוטמאט וטירוזין ורמות נמוכות יותר של methylamine בחולים בהשוואה לקבוצת הביקורת (40). ניתוח נוסף של FW הוכיח ירידה ברמות של אצטט ובוטיראט בחולי CRC לעומת ביקורת, בעוד שהרמות של פרולין וציסטאין היו בקורלציה עם חומרת מחלת ה-CRC(41). הסביבה התאית (Microenvironment) שמתקבלת עקב נוכחות הגידול היא שונה לגמרי מהסביבה התאית שיש לתאים במעי בריא. הוכח שבגידולים של המעי הגס בהשוואה לביופסיות ריריות נורמאליות יש עלייה משמעותית בריכוז של חומצת חלב, גלוטמט, אספרטאט, טאורין, spermine, גלוטתיון ו glycerophosphoethanolamine, וזה מלווה בירידה משמעותית בסוגים שונים של inositol(42). מחקר נוסף שנערך לאחרונה מצא ריכוזים גבוהים של רוב חומצות האמינו להוציא גלוטמין בגידולים במעי הגס. ברקמת הגידול הוכח, שרמות המטבוליטים השייכים למעגל tricarboxylic acid cycle   היו גבוהות יותר, בעוד שרמות גלוקוז ופירובט ירדו (42). Chan et al.(43)זיהו עשרה מטבוליטים ייחודיים שהופרדו מדגימות הגידול. ריכוז שומנים, גלוקוז ופוליאתילן גליקול היה נמוך יותר בגידולים מאשר ברירית נורמאלית, ואילו ריכוזן של תרכובות המכילות כולין, טאורין, אינוזיטול, גליצין, חומצת החלב, phosphoethanolamine ו phosphocholine היה גבוה יותר בדגימות גידולי CRC  (43).

חילוף חומרים של החיידקים במערכת העיכול וסיכון לסרטן מערכת העיכול

המחקרים שפורסמו עד כה מדווחים שמקרים של סרטן מאופיינים ברמות אבנורמאליות של המטבוליטים שמייצרים החיידקים. למשל מימן גופרתי (H2S) הוא התוצר של חיזור סולפט שמקורו בבשר שמבוצע על ידי החיידקים. H2S עשוי לגרום להיווצרות CRC דרך נזק לדנ"א, יצירה של רדיקלים חופשיים וגרימת דלקת ברירית (44). H2S יכול לגרום גם לפרוליפרציה מוגברת של תאי אפיתל במעי הגס (השפעה ההפוכה מזו של בוטיראט) יחד עם עיכוב של cytochrome-oxidase, והפרעה בניצול בוטיראט, בסינתזת ריר ובמתילציה של דנ"א (45). הוכח שריכוזי H2S היו גבוהים בצורה משמעותית בחולים שעברו ניתוח ל CRC, ופיתחו מאוחר יותר CRC מחדש, בהשוואה לאלו שלא פיתחו (46). יכולת המעי הגס לעשות דטוקסיפיקציה של רעלנים כגון H2S היא ירודה בחולים שפיתחו CRC(47). כמו כן נמצא ש Reactive oxygen species (ROS) עלולים לגרום לנזק לדנ"א, וריכוזם מוגבר יותר ב CRC(48). הוכח שהחיידק Enterococcus faecalis מייצר סופראוקסידים ברמות גבוהות (49) וגם HP מייצר בקיבה רמות גבוהות של ROS(50). השינוי שנגרם ל-DNA כתוצאה מנזק חמצוני הוא אחד מהגורמים החשובים ביותר המעורבים במוטגנזה שמובילה בסופו של דבר להיווצרות מחלת הסרטן (51). בנוסף, כמויות גדולות של מי חמצן מיוצרות ומופרשות על ידי תאי אדם סרטניים (52), מנגנון שעשוי לשפר את היכולת החודרנית של הגידול וגם לתרום לשיגשוגו. חומצות מרה הידרופוביות (משניות) מיוצרות על ידי המיקרופלורה. ריכוזן עולה במיוחד כשהתזונה כוללת צריכת שומן גבוהה, והמטבוליזם מתרחש דרך שפעול האנזים החיידקי 7 alfa-dehydroxylation (הנפוץ בקלוסטרידיום) (53). חומצות מרה משניות גורמות להפרעות מיטוטיות, לנזק בדנ"א, להשפעות אנטי אפופטוטיות וליצירה מוגברת של ROS, המעלה כאמור את הסיכון לפתח CRC(54). נוסף לכך הוכח, שרמות גבוהות של חומצות מרה בצואה קשורות לסיכון מוגבר לפתח CRC בבני אדם (55). תרכובות מסוג N-nitroso (NOC) מיוצרות מניטרטים (בעיקר מבשר אדום) על ידי חיידקי מעי. הוכח ש NOC הם חומרים מסרטנים מאוד, מכיוון שהם מסוגלים לגרום לאלקילציה ולפעילות גנוטוקסית של ה-DNA(56). מטבוליטים אחרים שהחיידקים מייצרים הם aglycones מסוימים (מסרטנים במכרסמים), אמינים ארומטיים (לא הוכחו כמסרטנים באופן ברור) ואצטאלדהיד (מטבוליט שמקורו מאתנול, מולקולה בעלת פעילות מסרטנת חזקה, היכולה לגרום לסרטן בכל מערכת העיכול) (57). אנזימים חיידקיים Beta-glucuronidase המיוצר על ידי הפלורה (במיוחד בפלורה הטיפוסית שנובעת מדיאטות שגורמות לסיכון גבוה לחלות ב-CRC) מעורב במחלת ה CRC, על ידי יצירת מטבוליטים מסרטנים והאצת קצב הגדילה של הנגע הסרטני (58). לשליש מסוגי חיידקי ה-Clostridia יש פעילות של Beta-glucuronidase. בניגוד ל-Clostridia, ב-Bacteroides ו BF חיידקים שהוכחו שהם קשורים בהגנה מפני תהליכים סרטניים, אין התבטאות של האנזים  Beta-glucuronidase(59). באוכלוסיות שנמצאות בסיכון גבוה לחלות ב- CRC, או לחילופין בחולי CRC, נמדדו רמות גבוהות יותר באופן משמעותי יחסית לקבוצת הביקורת של פעילות -Beta-glucuronidase בצואה (60).

חיידקים ושינויים אפיגנטיים בסרטן במערכת העיכול

סוגי סרטן למיניהם במערכת העיכול גם מושפעים משינויים אפיגנטיים (סוקר ב(61). השינויים האלו מאופיינים על ידי פעילות של hypomethylation של הדנ"א הגנומי הכללי, דבר המוביל לחוסר יציבות גנומית ולהפעלת אונקוגנים. פעילות זו יוצאת לפועל במקביל לתהליך היפרמתילציה של אזורי הפרומוטוריםהעשירים באזורים Cytosine-phosphate-Guanine (איי CpG)הגורמים להשתקה של גנים מדכאי סרטן. שינויים אלו מלווים בהגברת מודיפיקציה של היסטונים ומשפיעים גם על פרופיל של ה microRNA. פעילות זו קשורה לעיכוב ביטוי של גנים מדכאי גידולים, דבר הגורם להתקדמות מחלת ה CRC(62). במחקר שנערך לאחרונה מצאו 147 hypermethylations ו 27 hypomethylations של גנים המקודדים לחלבונים שהיו קשורים לעתים ל- CRC. מהגנים שהתגלו, עשרה מהם היו hypermethylated במאה אחוז של מקרי CRC. נמצאו עוד גנים רבים אחרים שהיו hypermethylated בלמעלה מ 50% מהמקרים של CRC. בנוסף, hypermethylations 11 ו 96 hypomethylations של miRNAs היו קשורים גם עם CRC   (61). אחד מהשינויים האפיגנטיים הנפוצים היום הוא ברמת המתילציה של אזורי האיים העשירים באיזורי CpG של רצף ה-DNA המקודד ל miR-137 הגורם להפחתת הביטוי של הmiR- הנ"ל. תופעה זו הינה אירוע אפיגנטי מוקדם ותכוף בסרטן מעי גס, המתרחש ב 81%  ממקרי CRC וב 14% של הרירית שנראית נורמאלית אבל סמוכה לאזורי הגידול. ההשתקה של miR-137 יכולה להשפיע על ביטוי של כ -500 גנים, שמהווים מטרות של miR-137(62). השינויים ש-miR-137 משפיע הוא ברמה של ביטוי של mRNA בשלל גני המטרה והוא יכול לגרום לשינויים של פי 2-20, ובמקביל יכול לגרום גם לשינויים בביטוי חלבון. ישנן מולקולות miR נוספות, שמשפיעות על מספר דומה של  גני המטרה, וגם הן מושפעים משינויים אפיגנטיים וגם להן השפעה חשובה על ההתפתחות של CRC. מחקר שנערך לאחרונה ב CRC באדם הראה, כי ביטוי הגן המדכא גידולים p21 המגיב ל miR, תלוי בבקרתו של בוטיראט שכאמור קודם הוא תוצר הפעילות המטבולית החיידקית (63). הפעילות האפיגנטית של מתילציה יכולה גם להשתנות על פי שינויים באוכלוסיית החיידקים ה commensal ולגרום בעקבות כך לשינויים ב DNA(64).

פרוביוטיקה, פרה-ביוטיקה, סינביוטיקה וסרטן במערכת העיכול

מכיוון שחיידקים מעורבים בהיווצרות של סרטן במערכת העיכול, מניפולציות מסוימות יכולות להיות מועילות ועשויות להיות להן השפעות המונעות את התפתחות הגידול. אי לכך החיידקים יכולים להיות מוגדרים כטיפוליים ממש או כאמצעי טיפול מניעתיcancer-preventive/therapeutic  (65). רוב המחקרים שבוצעו עד כה הם ב CRC. לאחרונה סוגי סרטן מערכת העיכול אחרים (כמו קיבה והוושט) החלו להיחקר גם כן. על פי ההגדרה הקלסית, פרוביוטיקה (PRO) הם חיידקים חיים אשר, כאשר ניתנים בכמות מספקת, מקנים יתרון בריאותי למארח (66). רוב הזנים של PRO שייכים ל L ו-BF, אבל יש גם שימש ב thermophilus סטרפטוקוקוס, אנטרוקוקוס, Escherichia coli וSaccharomyces boulardii(66). פרה-ביוטיקה, Prebiotic ( (PREהוא מרכיב מזון שאינו נעכל, וכך בצורה סלקטיבית מעודד צמיחה ו/או פעילות של אחד, או מספר מצומצם של חיידקים במעי הגס, שיש להם השפעה מועילה, כפי שהוכח שלאחר צריכתם חל שיפור בבריאות של בן האדם הצורך והמשמש כמארח של החיידקים. PRE נמצא בשימוש נרחב במחקרים הקשורים ל- CRC, ה-PRE הנפוצים הם החומרים אינולין ± אוליגופרוקטוז, lactulose, עמילן עמיד וסובין חיטה. Synbiotics ((SYN מוגדר כשילוב של  PRO ו PRE, אשר נחשב כשילוב יעיל יותר בהשוואה לכל אחד מהתוצרים לבד, במונחים של בריאות המעיים ותפקודם (67).  קיימים מספר פרסומים לאחרונה שסקרו את תפקידו של PRO, PRE ו SYN ב CRC(66). קיים מספר גדול של ראיות המוכיחות, שחיידקים במעיים תורמים להיווצרות גידול במערכת העיכול. מחקרים רבים הן in vitro והן במודלים של בעלי החיים מוכיחים ש  PRO ו PRE (במיוחד אינולין ± אוליגופרוקטוז) ו SYN (שילוב של PRO וPRE) הם בעלי השפעות מונעות ו/או נוגדות סרטן. עם זאת, אין מספיק עדויות ממחקרים בבני אדם כדי לתמוך בשימוש של מרכיבים אלה במניעה/ טיפול של סרטן במערכת העיכול, שהם תקפים מבחינה רפואית. המחקרים שבוצעו עד כה הם מאוד הטרוגניים (אוכלוסייה, גיל, ארץ, תזונה, סגנון חיים, סוג המחקר, זני PRO ושילובים של PRO עם PRE, מינון, משך ועיתוי, יעדים קליניים ותוצאות שנמדדות). יש עניין הולך וגובר בשימוש ב PRO, כאשר המטרה היא לפתח זנים שמסוגלים לגרום למניעת שגשוג, או לגרום למוות מתוכנן של תאים סרטניים במערכת העיכול (למשל סופראוקסיד דיסמוטאז, קטלאז, SCFA). נדרש מחקר נוסף כדי לחשוף את סוג האינטראקציות של מיקרופלורת המעי עם גורמים גנטיים וחיסוניים, דיאטה וגיל, לפני שניתן להסיק כל מסקנה כבדת משקל. מחקרים מתוכננים היטב, אקראיים, כפולי סמיות, מבוקרי פלצבו אנושיים באמצעות פרוביוטיקה ו/או prebiotics, עם מספיק מעקב נחוצים כדי לגבש כיוונים למניעה וטיפול. מחקרים נוספים עשויים לאפשר להשתמש בקומבינציות ייחודיות של PRO ו / או PRE כשהם מבוססים על הכרת ההרכב של אוכלוסיית החיידקים הנורמאלית (commensal) של פרט מסוים.

בין הפעילויות המועילות של אוכלוסיית חיידקי המעיים על המארח האנושי, רבות קשורות בהגנה מפני סרטן בעיקר מסוג CRC: לחיידקים תפקיד חשוב בהתמיינות הסדירה של תאי האפיתל במעי, וכן בבקרה על השגשוג של תאי האפיתל; בקרה על ההתפתחות של מחסום האפיתל; יצירת קשר הדוק יותר בין התאים מסוג tight junctions; הגנה מפני זנים פתוגניים ותרומה להבשלה והתפתחות של רקמת הלימפה הקשורה במערכת העיכול 

לסיכום

סוגי הסרטן של מערכת העיכול ממשיכים לייצג בעיה בריאותית משמעותית, למרות ההתקדמות בטיפול. חיידקים במעיים משחקים תפקיד מפתח במספר רב של מנגנונים הקשורים להיווצרות של סרטן במערכת העיכול. מספר רב של מחקרים דנו בנושא הבוער הזה ברחבי העולם. הסקירה הנוכחית דנה בידע מעודכן על מעורבותם של החיידקים במעיים בגרימה או במניעה של סרטן במערכת העיכול, כולל דיון במנגנונים אפשריים. הסקירה המוצגת היא מקיפה ודנה במספר גדול של עדויות ממחקר בבעלי חיים ומחקרים קליניים, הבודקים את המיקרופלורה, או את תפקידם של חיידקים שיכולים לאכלס את המעי באמצעות שימוש של פרוביוטיקה (PRO) ו / או prebiotics (PRE) ואת חלקם במניעה ו/או טיפול בגידולים במערכת העיכול. הסקירה מסכמת את המנגנונים האנטי-סרטניים האפשריים של חיידקי הפלורה, של PRO ו PRE בניסויים שונים  in vitro (במבחנה), בבעלי חיים והתערבויות קליניות. האינטראקציה יכולה להתבצע ברמה הגנטית, האפיגנטית (epigenetic), אינטראקציה עם גורמים חיסוניים, כאשר יש לדיאטה, למין ולגיל של הנבדק השפעה משמעותית. המסקנות הן שדרושים מחקרים נוספים, מתוכננים היטב, אקראיים, כפולי סמיות, מבוקרי פלצבו, מחקרי אוכלוסיות ושחלקם ישתמשו ב PRO ו / או PRE. נוסף לכך נדרשים מחקרים שיערכו לאורך זמן עם מספר נבדקים מספיק גדול שיעברו מעקב וששיטות המעקב יעברו תקיפות כדי לגבש כיוונים חדשים בשימוש ב PRE ו PRO למניעה ולטיפול. מסקנה נוספת של הסקירה היא שנדרש מחקר בסיסי נוסף כדי לחשוף מבחינה מנגנונית את סוג האינטראקציות של המיקרופלורה עם תאי המאחסן. כיוון המחקר בתחום המיקרופלורה עדיין נמצא בחיתוליו.

References:

 

1. Maccaferri S, Biagi E, Brigidi P. Metagenomics: key to human gut microbiota. Dig Dis. 2011;29:525-30.

 

2. Qin J, Li R, Raes J, Arumugam M, Burgdorf KS, Manichanh C, et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464:59-65.

  3. Peterson DA, Frank DN, Pace NR, Gordon JI. Metagenomic approaches for defining the pathogenesis of inflammatory bowel diseases. Cell Host Microbe. 2008;3:417-27.

4. Sanz Y, Moya-Perez A. Microbiota, inflammation and obesity. Adv Exp Med Biol. 2014;817:291-317.

5. Tap J, Mondot S, Levenez F, Pelletier E, Caron C, Furet JP, et al. Towards the human intestinal microbiota phylogenetic core. Environ Microbiol. 2009;11:2574-84.

6. McConnell EL, Fadda HM, Basit AW. Gut instincts: explorations in intestinal physiology and drug delivery. Int J Pharm. 2008;364:213-26.

7. Blaser MJ. Disappearing microbiota: Helicobacter pylori protection against esophageal adenocarcinoma. Cancer Prev Res (Phila). 2008;1:308-11.

8. Xie FJ, Zhang YP, Zheng QQ, Jin HC, Wang FL, Chen M, et al. Helicobacter pylori infection and esophageal cancer risk: an updated meta-analysis. World J Gastroenterol. 2013;19:6098-107.

9. Brigic E, Hadzic D, Mladina N. Childhood and Coress model of carcinogenesis. Med Arch. 2012;66:375-7.

10. Zhang MM, Cheng JQ, Xia L, Lu YR, Wu XT. Monitoring intestinal microbiota profile: a promising method for the ultraearly detection of colorectal cancer. Med Hypotheses. 2011;76:670-2.

11. Thomas LV, Ockhuizen T. New insights into the impact of the intestinal microbiota on health and disease: a symposium report. Br J Nutr. 2012;107 Suppl 1:S1-13.

12. Thomas LV, Ockhuizen T, Suzuki K. Exploring the influence of the gut microbiota and probiotics on health: a symposium report. Br J Nutr. 2014;112 Suppl 1:S1-S18.

13. de Kok TM, van Faassen A, Glinghammar B, Pachen DM, Eng M, Rafter JJ, et al. Bile acid concentrations, cytotoxicity, and pH of fecal water from patients with colorectal adenomas. Dig Dis Sci. 1999;44:2218-25.

14. Rowland IR. The role of the gastrointestinal microbiota in colorectal cancer. Curr Pharm Des. 2009;15:1524-7.

15. Sobhani I, Tap J, Roudot-Thoraval F, Roperch JP, Letulle S, Langella P, et al. Microbial dysbiosis in colorectal cancer (CRC) patients. PLoS One. 2011;6:e16393.

16. Kado S, Uchida K, Funabashi H, Iwata S, Nagata Y, Ando M, et al. Intestinal microflora are necessary for development of spontaneous adenocarcinoma of the large intestine in T-cell receptor beta chain and p53 double-knockout mice. Cancer Res. 2001;61:2395-8.

17. Vannucci L, Stepankova R, Kozakova H, Fiserova A, Rossmann P, Tlaskalova-Hogenova H. Colorectal carcinogenesis in germ-free and conventionally reared rats: different intestinal environments affect the systemic immunity. Int J Oncol. 2008;32:609-17.

18. Marchesi JR, Dutilh BE, Hall N, Peters WH, Roelofs R, Boleij A, et al. Towards the human colorectal cancer microbiome. PLoS One. 2011;6:e20447.

19. Hawrelak JA, Myers SP. The causes of intestinal dysbiosis: a review. Altern Med Rev. 2004;9:180-97

 20. Wang ZK, Yang YS. Upper gastrointestinal microbiota and digestive diseases. World J Gastroenterol. 2013;19:1541-50.

21. Blackett KL, Siddhi SS, Cleary S, Steed H, Miller MH, Macfarlane S, et al. Oesophageal bacterial biofilm changes in gastro-oesophageal reflux disease, Barrett's and oesophageal carcinoma: association or causality? Aliment Pharmacol Ther. 2013;37:1084-92.

22. Diakowska D, Markocka-Maczka K, Grabowski K, Lewandowski A. Serum interleukin-12 and interleukin-18 levels in patients with oesophageal squamous cell carcinoma. Exp Oncol. 2006;28:319-22

. 23. Engstrand L, Lindberg M. Helicobacter pylori and the gastric microbiota. Best Pract Res Clin Gastroenterol. 2013;27:39-45.

24. Pan SY, Morrison H. Epidemiology of cancer of the small intestine. World J Gastrointest Oncol. 2011;3:33-42.

25. Piscaglia AC, Campanale M, Gasbarrini G. Small bowel nonendocrine neoplasms: current concepts and novel perspectives. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2010;14:320-6

. 26. Zhu Q, Gao R, Wu W, Qin H. The role of gut microbiota in the pathogenesis of colorectal cancer. Tumour Biol. 2013;34:1285-300.

27. Abdulamir AS, Hafidh RR, Abu Bakar F. The association of Streptococcus bovis/gallolyticus with colorectal tumors: the nature and the underlying mechanisms of its etiological role. J Exp Clin Cancer Res. 2011;30:11

. 28. Tjalsma H, Scholler-Guinard M, Lasonder E, Ruers TJ, Willems HL, Swinkels DW. Profiling the humoral immune response in colon cancer patients: diagnostic antigens from Streptococcus bovis. Int J Cancer. 2006;119:2127-35.

29. Gueimonde M, Ouwehand A, Huhtinen H, Salminen E, Salminen S. Qualitative and quantitative analyses of the bifidobacterial microbiota in the colonic mucosa of patients with colorectal cancer, diverticulitis and inflammatory bowel disease. World J Gastroenterol. 2007;13:3985-9.

30. Shen XJ, Rawls JF, Randall T, Burcal L, Mpande CN, Jenkins N, et al. Molecular characterization of mucosal adherent bacteria and associations with colorectal adenomas. Gut Microbes. 2010;1:138-47

. 31. Pagnini C, Corleto VD, Mangoni ML, Pilozzi E, Torre MS, Marchese R, et al. Alteration of local microflora and alpha-defensins hyper-production in colonic adenoma mucosa. J Clin Gastroenterol. 2011;45:602-10

32. Dulal S, Keku TO. Gut microbiome and colorectal adenomas. Cancer J. 2014;20:225-31.

33. Scholtens PA, Oozeer R, Martin R, Amor KB, Knol J. The early settlers: intestinal microbiology in early life. Annu Rev Food Sci Technol. 2012;3:425-47.

34. Avivi-Green C, Polak-Charcon S, Madar Z, Schwartz B. Apoptosis cascade proteins are regulated in vivo by high intracolonic butyrate concentration: correlation with colon cancer inhibition. Oncol Res. 2000;12:83-95.

35. Avivi-Green C, Polak-Charcon S, Madar Z, Schwartz B. Different molecular events account for butyrate-induced apoptosis in two human colon cancer cell lines. J Nutr. 2002;132:1812-8.

36. Schwartz B, Avivi-Green C, Polak-Charcon S. Sodium butyrate induces retinoblastoma protein dephosphorylation, p16 expression and growth arrest of colon cancer cells. Mol Cell Biochem. 1998;188:21-30.

37. Scharlau D, Borowicki A, Habermann N, Hofmann T, Klenow S, Miene C, et al. Mechanisms of primary cancer prevention by butyrate and other products formed during gut flora-mediated fermentation of dietary fibre. Mutat Res. 2009;682:39-53. 38. Davie JR. Inhibition of histone deacetylase activity by butyrate. J Nutr. 2003;133:2485S-93S.

39. O'Hara AM, Shanahan F. The gut flora as a forgotten organ. EMBO Rep. 2006;7:688-93.

40. Scanlan PD, Shanahan F, Clune Y, Collins JK, O'Sullivan GC, O'Riordan M, et al. Culture-independent analysis of the gut microbiota in colorectal cancer and polyposis. Environ Microbiol. 2008;10:789-98.

41. Monleon D, Morales JM, Barrasa A, Lopez JA, Vazquez C, Celda B. Metabolite profiling of fecal water extracts from human colorectal cancer. NMR Biomed. 2009;22:342-8.

42. Moreno A, Arus C. Quantitative and qualitative characterization of 1H NMR spectra of colon tumors, normal mucosa and their perchloric acid extracts: decreased levels of myo-inositol in tumours can be detected in intact biopsies. NMR Biomed. 1996;9:33-45.

43. Chan EC, Koh PK, Mal M, Cheah PY, Eu KW, Backshall A, et al. Metabolic profiling of human colorectal cancer using high-resolution magic angle spinning nuclear magnetic resonance (HR-MAS NMR) spectroscopy and gas chromatography mass spectrometry (GC/MS). J Proteome Res. 2009;8:352-61.

44. Attene-Ramos MS, Nava GM, Muellner MG, Wagner ED, Plewa MJ, Gaskins HR. DNA damage and toxicogenomic analyses of hydrogen sulfide in human intestinal epithelial FHs 74 Int cells. Environ Mol Mutagen. 2010;51:304-14.

45. Christl SU, Gibson GR, Cummings JH. Role of dietary sulphate in the regulation of methanogenesis in the human large intestine. Gut. 1992;33:1234-8.

46. Kanazawa K, Konishi F, Mitsuoka T, Terada A, Itoh K, Narushima S, et al. Factors influencing the development of sigmoid colon cancer. Bacteriologic and biochemical studies. Cancer. 1996;77:1701-6.

47. Ramasamy S, Singh S, Taniere P, Langman MJ, Eggo MC. Sulfide-detoxifying enzymes in the human colon are decreased in cancer and upregulated in differentiation. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2006;291:G288-96.

48. Hope ME, Hold GL, Kain R, El-Omar EM. Sporadic colorectal cancer–role of the commensal microbiota. FEMS Microbiol Lett. 2005;244:1-7.

49. Balamurugan R, Rajendiran E, George S, Samuel GV, Ramakrishna BS. Real-time polymerase chain reaction quantification of specific butyrate-producing bacteria, Desulfovibrio and Enterococcus faecalis in the feces of patients with colorectal cancer. J Gastroenterol Hepatol. 2008;23:1298-303.

50. Handa O, Naito Y, Yoshikawa T. Redox biology and gastric carcinogenesis: the role of Helicobacter pylori. Redox Rep. 2011;16:1-7.

51. Acharya A, Das I, Chandhok D, Saha T. Redox regulation in cancer: a double-edged sword with th

erapeutic potential. Oxid Med Cell Longev. 2010;3:23-34.

52. Szatrowski TP, Nathan CF. Production of large amounts of hydrogen peroxide by human tumor cells. Cancer Res. 1991;51:794-8.

53. Ridlon JM, Kang DJ, Hylemon PB. Bile salt biotransformations by human intestinal bacteria. J Lipid Res. 2006;47:241-59.

54. Bernstein C, Holubec H, Bhattacharyya AK, Nguyen H, Payne CM, Zaitlin B, et al. Carcinogenicity of deo

xycholate, a secondary bile acid. Arch Toxicol. 2011;85:863-71.

55. Imray CH, Radley S, Davis A, Barker G, Hendrickse CW, Donovan IA, et al. Faecal unconjugated bile acids in patients with colorectal cancer or polyps. Gut. 1992;33:1239-45. 56. Loh YH, Jakszyn P, Luben RN, Mulligan AA, Mitrou PN, Khaw KT. N-Nitroso compounds and cancer incid

ence: the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC)-Norfolk Study. Am J Clin Nutr. 2011;93:1053-61.

57. Seitz HK, Stickel F. Acetaldehyde as an underestimated risk factor for cancer development: role of genetics in ethanol metabolism. Genes Nutr. 2010;5:121-8.

58. Takada H, Hirooka T, Hiramatsu Y, Yamamoto M. Effect of beta-glucuronidase inhibitor on azoxymethane-induced colonic carcinogenesis in rats. Cancer Res. 1982;42:331-34.

59. Dabek M, McCrae SI, Stevens VJ, Duncan SH, Louis P. Distribution of beta-glucosidase and beta-glucuronidase activity and of beta-glucuronidase gene gus in human colonic bacteria. FEMS Microbiol Ecol. 2008;66:487-95.

60. Kim DH, Jin YH. Intestinal bacterial beta-glucuronidase activity of patients with colon cancer. Arch Pharm Res. 2001;24:564-7.

61. Schnekenburger M, Diederich M. Epigenetics Offer New Horizons for Colorectal Cancer Prevention. Curr Colorectal Cancer Rep. 2012;8:66-81.

62. Balaguer F, Link A, Lozano JJ, Cuatrecasas M, Nagasaka T, Boland CR, et al. Epigenetic silencing of miR-137 is an early event in colorectal carcinogenesis. Cancer Res. 2010;70:6609-18.

63. Hu S, Dong TS, Dalal SR, Wu F, Bissonnette M, Kwon JH, et al. The microbe-derived short chain fatty acid butyrate targets miRNA-dependent p21 gene expression in human colon cancer. PLoS One. 2011;6:e16221

. 64. Kellermayer R. Epigenetics and the developmental origins of inflammatory bowel diseases. Can J Gastroenterol. 2012;26:909-15.

65. Serban DE. Gastrointestinal cancers: influence of gut microbiota, probiotics and prebiotics. Cancer Lett. 2014;345:258-70.

66. Fotiadis CI, Stoidis CN, Spyropoulos BG, Zografos ED. Role of probiotics, prebiotics and synbiotics in chemoprevention for colorectal cancer. World J Gastroenterol. 2008;14:6453-7.

67. Roberfroid M, Gibson GR, Hoyles L, McCartney AL, Rastall R, Rowland I, et al. Prebiotic effects: metabolic and health benefits. Br J Nutr. 2010;104 Suppl 2:S1-63.

הקשר בין חיידקי המעי להשמנה, ד"ר ניב זמורה

פנימית ט', בי"ח איכילוב, המרכז הרפואי סוראסקי ת"א

לאורך השנים הלך והתבהר שלמיקרוביוטה במערכת העיכול האנושית תפקידים רבים החל מהשפעה על המטבוליזם ועל מערכת החיסון של האורגניזם ותרומתה להתפתחות מחלות סיסטמיות שונות וכלה בהשפעה על תחושות כמו רעב ושובע, ואף על רגשות מורכבים יותר, כגון חרדה ונטילת סיכונים. במאמר זה נתמקד בהשפעת המיקרוביוטה על נטיית האורגניזם להשמנה ועל המנגנונים השונים, המסבירים את ההשפעה שלהם על המטבוליזם של המאכסן. לבסוף נציין מספר כיוונים פוטנציאליים עתידיים לטיפול במגפת ההשמנה באמצעות שינוי המיקרוביוטה.

מגפת ההשמנה מהווה אתגר למערכות הבריאות בעולם המערבי. כיום יותר מ-500 מיליון אנשים בעולם מוגדרים שמנים, ומספרם הולך ומאמיר. אנשים שמנים מצויים בסיכון לפתח דיסליפידמיה, כבד שומני, תנגודת לאינסולין ואף גידולים סרטניים שונים. כמחצית מהסובלים מהשמנה מפתחים סינדרום מטבולי, המתבטא בהשמנה בטנית. הסרה כירורגית של רקמות השומן הן במדור התת-עורי [1] והן במדור התוך-בטני [2] אינה משפרת את הרגישות לאינסולין של חולים אלה. אחד הגורמים המשפיעים על הנטייה להשמנה ועל התבטאויותיה המטבוליות הוא חיידקי המעי. בתחילת המאה ה-20 ניתנו שני פרסי נובל בפיזיולוגיה וברפואה למדענים, אשר חקרו את הקשר שבין חיידקים לבריאות האדם. הראשון מביניהם היה רוברט קוך, אשר גילה שהחיידקים הם הגורמים למחלות זיהומיות, והשני איליה מצ'ניקוב, אשר הציע לראשונה את השימוש בחלב מותסס לצורך הארכת חיי האדם, ובכך למעשה הגה את רעיון הפרוביוטיקה. אף על פי כן, חקר החיידקים המצויים בגוף האדם החל לצבור תאוצה הרבה לאחר מכן, והמונח "מיקרוביום" הוטבע רק בשנת 2001. באותה שנה צוטט ג'וליאן דייויס, מיקרוביולוג מאוניברסיטת בריטיש קולומביה, באומרו שאמנם ריצוף הגנום האנושי הוא הישג כביר בביולוגיה, אך הוא לא יהיה מושלם עד להבנת היחסים הסינרגיסטיים בין בני האדם לחיידקים השוכנים בתוכם, ואכן בשנת 2007 החל פרויקט המיקרוביום האנושי של ה-NIH [3]. אמנם מדובר בתחום חדש יחסית, ורב הנסתר על הנגלה, אך מאז ועד היום נחשפים טפח אחר טפח של המיקרוביום האנושי. מערכת העיכול האנושית היא המאוכלסת ביותר בחיידקים מכל מערכות הגוף ומכילה מיליארדי תאים חיידקיים מאלפי סוגים שונים, שהרכבם המדויק אינו ידוע, אולם הוכח כי מרביתם (80-90%) משתייכים לשתי קבוצות – Bacteroidetes ו-Firmicutes. לאורך השנים הלך והתבהר שלמיקרוביוטה במערכת העיכול האנושית תפקידים רבים החל מהשפעה על המטבוליזם ועל מערכת החיסון של האורגניזם ותרומתה להתפתחות מחלות סיסטמיות שונות וכלה בהשפעה על תחושות כמו רעב ושובע, ואף על רגשות מורכבים יותר, כגון חרדה ונטילת סיכונים [4]. במאמר זה נתמקד בהשפעת המיקרוביוטה על נטיית האורגניזם להשמנה ועל המנגנונים השונים, המסבירים את ההשפעה שלהם על המטבוליזם של המאכסן. לבסוף נציין מספר כיוונים פוטנציאליים עתידיים לטיפול במגפת ההשמנה באמצעות שינוי המיקרוביוטה.

על מנת לאבחן את הגורמים האחראיים להשמנה התמקדו בגנים שנמצאו שונים בין תאומות רזות לבין תאומות הסובלות מעודף משקל והשוו ביניהם. מהשוואה זו עלה כי מקורם של 75% מהגנים המיוחסים להשמנה היה בחיידקי ה-Actinobacteria ו-25% מהם בחיידקי ה-Firmicutes, מאידך מקורם של 42% מהגנים המיוחסים להרזיה היה בחיידקי ה-Bacteroidetes. 

פתופיזיולוגיה – המיקרוביוטה כמודולטור מטבולי

לחיידקי המעי תפקיד מרכזי בפירוק ובספיגה של מרכיבי מזון שונים, והם בעלי השפעה ישירה ועקיפה על תהליכים מטבוליים בגוף המאכסן. Bäckhed וקבוצתו [5] הראו, שמסת השומן של עכברים בעלי פלורת מעי רגילה גבוהה ב-40% מזו של עכברים סטריליים (germfree). בנוסף, תצפיות הראו שתזונה עשירה בפחמימות ובשומנים בעכברים סטריליים לא גרמה להפרעות מטבוליות אשר נצפו בעכברים רגילים. הועלו מספר השערות לתצפית זו: ראשית, פחמימות שאינן ניתנות לעיכול ע"י בני אדם (כגון צלולוז, קסילנים ואינולין) עוברות פירוק ותסיסה ע"י המיקרוביוטה לצורך ייצור אנרגיה הנדרשת לגדילת החיידקים. כתוצאה מתגובות אלה משתחררות חומצות שומן קצרות-שרשרת (אצטאט, פרופריונאט, בוטיראט), המהוות מקור מזון לאפיתל המעי ולרקמות מרוחקות, ומכאן נובעת חשיבותם של חיידקי המעי להפקת אנרגיה. הדבר הודגם בניסוי בו עכברים סטריליים הראו ירידה בכמות חומצות שומן קצרות-שרשרת במעי לעומת עכברים רגילים. כאשר עכברים אלה הודגרו עם מיקרוביוטה נורמלית למשך 14 יום נצפתה עלייה במסת השומן. זאת ועוד, עכברים סטריליים אשר הודגרו עם מיקרוביוטה שנלקחה מעכברי ob/ob, בעלי מוטציה בגן המקודד את החלבון לפטין, הניחנים בתיאבון מוגבר ובהשמנה ניכרת, הראו עלייה כפולה במשקלם. כמו כן כאשר מדדו את האתנול באוויר הננשף מפיותיהם של בני אדם שמנים לעומת רזים מצאו כי רמותיו היו גבוהות יותר בשמנים, דבר המעיד אף הוא על תסיסה מוגברת ועלייה בכמות חומצות השומן קצרות-השרשרת במעי של נבדקים אלה [6]. שנית, אותן חומצות שומן קצרות-שרשרת אינן מתפקדות כמקור מזון בלבד עבור המאכסן, אלא גם כמולקולות מאותתות (signaling molecules). הן מהוות ליגנדים לרצפטור GPR41, ובכך מעלות את רמת החלבון PYY, אשר מדכא תיאבון, את ריקון הקיבה, את ההפרשות מהלבלב ומהמעי ואת תנועתיות המעי. בהיעדר חומצות שומן אלה תחול ירידה ברמת החלבון PYY וכתוצאה מכך עלייה בתנועתיות המעי ופגיעה בספיגת האנרגיה מהתזונה [7]. שלישית, בעקבות תצפיותיהם של Bäckhed וקבוצתו שהראו, שעכברים בעלי מעי חסר חיידקים, אשר ניזונים מכלכלה עתירת שומן מוגנים מפני השמנה, עלתה ההשערה, כי המיקרוביוטה של המעי מעכבת חמצון תלוי-AMPK של חומצות שומן בשרירים ובכבד. עוד נטען באותו מאמר, כי המיקרוביוטה מדכאת את ייצור החלבון Angptl4 (המכונה גם Fiaf) וכתוצאה מכך יותר טריגליצרידים מושקעים ברקמת השומן [5]. על פי הסברים אלה השמנה עלולה להיגרם ממנגנון הנעוץ בחיידקי המעי בלבד, וללא תלות בצריכת האנרגיה ע"י האדם. רביעית, תהליך ההשמנה מתאפיין בדלקת בעוצמה נמוכה, אשר עשויה להיות מתווכת ע"י חיידקי המעי במספר מנגנונים. חיידקים גראם שליליים מבטאים על גבי הממברנה שלהם ליפו-פוליסכרידים (LPS) פרו-אינפלמטוריים, ותזונה עתירת שומן מעודדת את ספיגתם לדם [8]. יתר על כן, תזונה זו גם משנה את הרכב אוכלוסיית חיידקי המעי, ומגבירה את חדירות המעי, ובכך למעשה מעודדת מצב של "אנדוטוקסמיה מטבולית", אשר מוביל לדלקת סיסטמית של רקמת השומן ולאי סבילות לאינסולין. חדירות המעי מתווכת ע"י החלבון GLP-2, אשר מכתיב את ביטויים של שני חלבוני tight junction (ZO-1 ואוקלודין) וע"י המערכת האנדוקנבינואידית, שניהם מושפעים מהרכב המיקרוביוטה [9-11]. הדלקת הסיסטמית המאפיינת השמנה, נשלטת ע"י פפטידים המיוצרים במעי, המושפעים מקיום או מהיעדר מיקרוביוטה. אחד מחלבונים אלה הוא חלבון ממשפחת העמילואידים (SAA3), אשר נתגלה ברמה מוגברת ברקמות שומן של עכברים שניזונו מתזונה עתירת שומנים. עוד נמצא, כי המיקרוביוטה היא רגולטור חשוב של ביטוי החלבון, שכן רמתו היתה גבוהה יותר ברקמות שומן ומעי של עכברים רגילים לעומת עכברים נטולי חיידקים [12]. מחקר הראה, שטיפול אנטיביוטי בעכברים שמנים (הן עכברי ob/ob והן עכברים אשר ניזונו מתזונה משמינה) הוביל להעלמות האנדוטוקסמיה והקהה את התגובות המטבוליות הנקשרות בהשמנה. מחקרים אחרים הראו שריכוז גבוה של החיידקים Faecalibacterium prausnitzii ו-Bifidobacteriaמוריד את רמת ה-LPS במעי ומגביל את חדירות מוקוזת המעי, ובכך מפחית את האנדוטוקסמיה והדלקת הנלווית לה [13].

הרכב המיקרוביוטה בבריאות ובמצבי עודף משקל

מחקרים רבים עמדו על ההבדל בין הרכב חיידקי המעי באורגניזמים שמנים לעומת רזים. במחקר שנערך ע"י Ley וקבוצתה [14] נמצא, כי לעכברים טרנסגניים מסוג ob/ob הרכב מיקרוביוטה שונה מזה של עכברים רזים. ניתוח הדנ"א החיידקי מהצואה של עכברים אלה הראה רמה גבוהה יותר של חיידקים מסוג Firmicutes לעומת Bacteroidetes. אותה קבוצה הוכיחה מאוחר יותר, ששינויים דומים במיקרוביוטה נצפים גם בבני אדם שמנים ורזים בהתאמה. קבוצה אחרת העריכה ספיגה אנרגטית ממזון בעכברים ע"י מכשיר קלורימטר. הודגם, כי עכברים שריכוז ה-Firmicutes בצואתם היה גבוה הראו עלייה בצריכה האנרגטית מתזונתם, ממצא העשוי להסביר את ממצאיה של Ley [15]. מחקרים מטאגנומים ע"י Qin וקבוצתו [16] (אשר בוצעו בסין) ו-Karlsson וקבוצתו [17] (אשר בוצעו באירופה) הראו הבדלים בחיידקי המעי בין אנשים בריאים לבין חולי סוכרת. באחרונים נמצאו יותר חיידקים מקבוצת ה-Clostridia אשר אינם מייצרים בוטיראט לעומת כאלה המייצרים אותו. Karlsson הבחין ביותר חיידקים מסוג Lactobacillus gasseriו-Streptococcus mutans בחולי סוכרת, ואילו Qin הבחין ביותר חיידקים מסוג Escherichia coli, המייצרים LPS, בחולים אלה. במחקר שהתבצע ע"י Turnbaugh וקבוצתו [18] נערכה השוואה של מיקרוביוטה בין זוגות תאומות מונוזיגוטיות ודיזיגוטיות ואימהותיהן. נמצא כי קיים "מיקרוביום ליבה", אשר משותף לכל הנחקרות, כאשר השונות במיקרוביוטה בין בנות משפחה קטנה יותר לעומת השונות באוכלוסיה כולה. על מנת לאבחן את הגורמים האחראיים להשמנה התמקדו בגנים שנמצאו שונים בין תאומות רזות לבין תאומות הסובלות מעודף משקל והשוו ביניהם. מהשוואה זו עלה כי 75% מהגנים המיוחסים להשמנה, מקורם היה בחיידקי ה-Actinobacteria ו-25% מהם בחיידקי ה-Firmicutes, מאידך 42% מהגנים המיוחסים להרזיה, מקורם היה בחיידקי ה-Bacteroidetes. תוצאות אלה עולות בקנה אחד עם מחקרה של Ley, אולם יש לציין כי במספר מחקרים מאוחרים יותר לא הצליחו לשחזר תוצאות דומות.

שינויים במיקרוביוטה והשפעתם על משקל המאכסן

לאור ההבנה, כי לחיידקי המעי תפקיד מכריע במטבוליזם ובהשפעה על משקלו של המאכסן, בוצעו מחקרים רבים שמטרתם היתה לבחון את השינויים המטבוליים המתחוללים באורגניזמים בתגובה לשינוי במיקרוביוטה שלהם ולהיפך. כך למשל נמצא, שבמסגרת תהליך ההשמנה חלים שינויים באוכלוסיית החיידקים במעי בקרב מכרסמים, ביניהם ירידה במספר ה-Bifidobacteria ו-Bacteroidetes [7]. בתהליך ההרזיה מתרחש התהליך ההפוך, כפי שניתן להסיק ממחקר המשך למחקרה של Ley, בו הודגם שלאחר ירידה במשקל בעקבות 52 שבועות של תזונה דלת שומן או דלת פחמימות היחס בין Firmicutes לעומת Bacteroidetes שאף לפרופיל שנצפה בנחקרים רזים [19]. יתר על כן, מחקרים אחרים גורסים, כי השינוי בחיידקי המעי מקדים את השינוי במשקל. ילדים רזים בני 7 הראו רמות גבוהות יותר של Bifidobacteria לעומת כאלה אשר פיתחו משקל עודף. רמות גבוהות יותר של החיידק Staphylococcus aureusהיווה גורם מנבא להתפתחות השמנה באותם ילדים מספר שנים מאוחר יותר [20]. Collado וקבוצתו בחנו את ההבדלים בהרכב המיקרוביוטה של המעי בנשים הרות ומצאו שנשים, אשר העלו משמעותית במשקלן במהלך ההריון התאפיינו ברמות גבוהות יותר של חיידקים מסוג Bacteroidetes ו- staphylococci [21]. שני מחקרים אלה מצביעים על כך שפרופיל המיקרוביוטה של המעי, ובפרט ריבוי Bifidobacteria ומיעוט Staphylococcus aureus, עשוי להגן על האדם מפני השמנה. עוד נמצא, כי לאחר ניתוח בריאטרי מסוג Roux-en-Y (RYGB) חל שינוי בהרכב המיקרוביוטה, המתבטא בעלייה ברמות ה-Bacteroidetes, כך שלמעשה הוא הופך לדומה יותר להרכב המיקרוביוטה באנשים רזים. שינוי זה יוחס בתחילה לירידה במשקל בעקבות הניתוח, ואולם הוכח כי הוא חל תוך ימים, עוד טרם השינוי במשקל. כתוצאה מכך עלתה ההשערה שמרכיב נכבד בהרזיה המיוחסת לניתוחים הבריאטריים נובע לא רק מהשינוי המכאני ברציפות מערכת העיכול, אלא גם מהשינוי המטבולי כתוצאה משינוי פלורת חיידקי המעי. הדבר נתמך גם מהתצפית לפיה מטופלים הסובלים ממחלת הסוכרת, אשר עברו ניתוח בריאטרי, נהנים מהיעלמות המחלה עוד בטרם חלה ירידה במשקלם, דבר המרמז על אפקט אנטי-סוכרתי, המתווך בין השאר גם ע"י חיידקי המעי [6]. על מנת לבחון השערה זו בוצע ניסוי במודל עכבר. כאשר השתילו את תוכן הצקום של עכברים שעברו ניתוח RYGB בעכברים נטולי חיידקים, באחרונים חלה ירידה משמעותית במסת הגוף והשומן בהשוואה לעכברים בהם הושתל תוכן צקום מעכברים שעברו ניתוח דמה [22]. מנגנון נוסף לירידה במשקל בעקבות ניתוחים בריאטריים נעוץ בהשערה, ששינוי המיקרוביוטה בעקבותיו מוביל לעלייה ברמת מלחי המרה בפלסמה. מלחי המרה משפעלים את הרצפטורים TGR5 ו- FXR, ובכך גורמים להפרשה של חלבונים שונים מתאי המעי, כגון GLP-1 ו-FGF19, המשפיעים על מטבוליזם הסוכר, השומנים והאנרגיה בגוף [23]. לממצאים אלה השלכות יישומיות המתבטאות בשימוש באנטיביוטיקה. בתעשיית המשק החי נהוג היה עוד משנות החמישים להוסיף אנטיביוטיקה למזון הבהמות על מנת לעודד את גדילתן, אך המנגנון הגורם לכך לא היה ברור עד תומו. תצפית זו קיבלה הסבר לאחרונה ממחקר שנערך בעכברים, בו הודגם שמתן של שני סוגי  אנטיביוטיקה (פניצילין וונקומיצין) במינונים תת-תרפויטיים מביא לשינויים טקסונומיים בפלורת המעי, ובמקביל לעלייה במסת השומן וברמות הורמונים הקשורים למטבוליזם של פחמימות, שומנים וכולסטרול [24]. בניסויים מאוחרים יותר התברר, שלא רק במשק החי, אלא גם בבני אדם אשר נוטלים אנטיביוטיקה חלים שינויים מרחיקי לכת בהרכב המיקרוביוטה, שעיקרם ירידה במגוון סוגי החיידקים, כך שקיימים זנים אשר אינם מתאוששים גם חודשים לאחר נטילת התכשיר. מספר מחקרים הוכיחו קשר בין שימוש באנטיביוטיקה לבין עלייה במשקל בקרב יילודים, ילדים ומבוגרים המצויים בתת-תזונה [25]. המנגנון המוצע הינו סלקטיביות לקבוצה מסוימת של חיידקים, כך למשל מתן של אבופרסין (גליקופפטיד בעל מבנה הדומה לונקומיצין) מחסל חיידקים גראם חיוביים ומותיר את החיידק Lactobacillus, הידוע כמעודד גדילה בחיות וכמצוי בריכוזים גבוהים בצואה של בני אדם בעלי משקל עודף. מחקר אחר הראה, כי אנשים המטופלים באנטיביוטיקה הציגו יכולת אנבולית גבוהה יותר ופחות מאוזנת לעומת אנשים שאינם מטופלים [26]. יש הגורסים, כי אחת הסיבות למגפת ההשמנה המתפשטת בעולם המערבי נעוצה בחשיפה כרונית לשיירי אנטיביוטיקה במוצרי המזון, המובילה לדיסביוזיס ולשינויים פיזיולוגיים ומטבוליים באוכלוסיה הניזונה מהם [27].

יש הגורסים, כי אחת הסיבות למגפת ההשמנה המתפשטת בעולם המערבי נעוצה בחשיפה כרונית לשיירי אנטיביוטיקה במוצרי המזון, המובילה לדיסביוזיס ולשינויים פיזיולוגיים ומטבוליים באוכלוסיה הניזונה מהם. בבני אדם אשר נוטלים אנטיביוטיקה חלים שינויים מרחיקי לכת בהרכב המיקרוביוטה, שעיקרם ירידה במגוון סוגי החיידקים, כך שקיימים זנים אשר אינם מתאוששים גם חודשים לאחר נטילת התכשיר.

המיקרוביוטה כתרופה להשמנה

העדויות המרובות על חשיבות תקינות המיקרוביוטה לבריאות בני האדם ולהגנה מפני מחלות, גררו התעניינות באפקטים התרפויטים של חיידקי המעי, וביניהם עלתה ההשערה, כי באמצעות שינוי הרכב המיקרוביוטה של האדם ניתן להביא לשינוי במשקלו. הדבר נתמך בסדרת מחקרים מרתקים בחיות, אשר הראתה כי הנטייה להשמנה ניתנת להעברה באמצעות המיקרוביוטה. השתלת חיידקי מעי מעכברים רזים לעכברים שמנים מסוג ob/ob הובילה לירידה במשקל אצל העכברים השמנים, ולחילופין השתלת חיידקי מעי מעכברים שמנים מסוג ob/ob לעכברים רזים גרמה לאחרונים לעלייה במשקלם [28]. היכולת להעביר את הנטייה להשמנה מאורגניזם לאורגניזם הוכחה במחקר, בו נלקחו דגימות צואה מזוגות תאומות אנושיות, בהן אחת התאומות רזה והשניה בעלת עודף משקל. עכברים בהם הושתלה צואה מתאומה בעלת עודף משקל העלו 20% במסת השומן לעומת עכברים בהם הושתלה צואה מתאומה רזה. תגלית מרתקת התקבלה במחקר המשך, בו עכברים בהם הושתלה צואה מעורבת משתי תאומות לא הראו עלייה במסת השומן של גופם, והמיקרוביוטה שלהם הפכה לתואמת את הפרופיל המטבולי הרזה ע"י חדירתם של Bacteroidetes למיקרוביוטה בעלת הפרופיל המטבולי השמן. תופעה זו שכונתה "הצלה פנוטיפית" (phenotypic rescue) התרחשה בעכברים אשר ניזונו מתזונה דלת שומן ועתירת פירות וירקות, אך לא בעכברים אשר ניזונו מתזונה עתירת שומן ודלה בפירות ובירקות [29]. ממצאים אלה יכולים להדגיש את מקומה של תזונה נכונה בהשפעה על המטבוליזם בנוסף על חשיבתה של המיקרוביוטה. השימוש בהשתלת צואה בקרב בני אדם מבוצע נכון להיום בעיקר לצורך טיפול בדלקת מעי חוזרת ועיקשת מחיידק קלוסטרידיום דיפיצילה. הצלחת טיפול זה ויכולתה של המיקרוביוטה להעביר פנוטיפים מטבוליים בין עכברים ובין בני אדם לעכברים, כפי שתואר לעיל, העלתה את הרעיון לבצע השתלת צואה מאנשים רזים לשמנים לצורך טיפול במחלות מטבוליות, ואכן מחקר בתשעה בני אדם בראשותה של Vrieze הראה שהשתלת צואה מאנשים רזים לאנשים שמנים העלה את כמות החיידקים המייצרים חומצות שומן קצרות-שרשרת ושיפרה את הרגישות לאינסולין באופן זמני בקרב המושתלים [30]. מחקר אחר הראה, שהזנה של אנשים בחיידק Akkermansia muciniphila, המייצר בוטיראט וידוע כמסייע לירידה במשקל ומשפר את הפרופיל המטבולי, אכן הובילה לירידה במשקל, באנדוטוקסמיה המטבולית ובדלקת ברקמות השומן וכן הפחיתה את התנגודת לאינסולין. השפעות אלה לא נראו לאחר הזנה בחיידק מומת [31]. לאור כל האמור לעיל, יתכן מאוד שלא ירחק היום בו פריצת הדרך בטיפול בתופעת ההשמנה תתגלם במניפולציה על חיידקי המעי – באמצעות פתרון פשוט, אך מעורר פלצות, של השתלת מיקרוביוטה מפרט רזה לכזה הסובל מעודף משקל, באמצעות פתרון אלגנטי יותר של מתן פרוביוטיקה או פרה-ביוטיקה המעודדות הרזיה, או שמא ימצא רעיון אחר בתחום השוקק והמתפתח של חקר המיקרוביום האנושי? 

References:

1. Klein S, Fontana L, Young VL, Coggan AR, Kilo C, Patterson BW, Mohammed BS. Absence of an effect of liposuction on insulin action and risk factors for coronary heart disease. N Engl J Med. 2004 Jun 17;350(25):2549-57.

2. Fabbrini E, Tamboli RA, Magkos F, Marks-Shulman PA, Eckhauser AW, Richards WO, Klein S, Abumrad NN. Surgical removal of omental fat does not improve insulin sensitivity and cardiovascular risk factors in obese adults. Gastroenterology. 2010 Aug;139(2):448-55. doi: 10.1053/j.gastro.2010.04.056. Epub 2010 May 7.

3. NIH HMP Working Group, Peterson J, Garges S, Giovanni M, McInnes P, Wang L, Schloss JA, Bonazzi V, McEwen JE, Wetterstrand KA, Deal C, Baker CC, Di Francesco V, Howcroft TK, Karp RW, Lunsford RD, Wellington CR, Belachew T, Wright M, Giblin C, David H, Mills M, Salomon R, Mullins C, Akolkar B, Begg L, Davis C, Grandison L, Humble M, Khalsa J, Little AR, Peavy H, Pontzer C, Portnoy M, Sayre MH, Starke-Reed P, Zakhari S, Read J, Watson B, Guyer M. The NIH Human Microbiome Project. Genome Res. 2009 Dec;19(12):2317-23. doi: 10.1101/gr.096651.109. Epub 2009 Oct 9.

4. Diaz Heijtz R1, Wang S, Anuar F, Qian Y, Björkholm B, Samuelsson A, Hibberd ML, Forssberg H, Pettersson S. Normal gut microbiota modulates brain development and behavior. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Feb 15;108(7):3047-52. doi: 10.1073/pnas.1010529108. Epub 2011 Jan 31.

5. Bäckhed F, Manchester JK, Semenkovich CF, Gordon JI. Mechanisms underlying the resistance to diet-induced obesity in germ-free mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007 Jan 16;104(3):979-84. Epub 2007 Jan 8.

6. Tremaroli V, Bäckhed F. Functional interactions between the gut microbiota and host metabolism. Nature. 2012 Sep 13;489(7415):242-9.

7. Cani PD, Delzenne NM. Interplay between obesity and associated metabolic disorders: new insights into the gut microbiota. Curr Opin Pharmacol. 2009 Dec;9(6):737-43. doi: 10.1016/j.coph.2009.06.016. Epub 2009 Jul 21.

8. Cani PD, Amar J, Iglesias MA, Poggi M, Knauf C, Bastelica D, Neyrinck AM, Fava F, Tuohy KM, Chabo C, Waget A, Delmée E, Cousin B, Sulpice T, Chamontin B, Ferrières J, Tanti JF, Gibson GR, Casteilla L, Delzenne NM, Alessi MC, Burcelin R. Metabolic endotoxemia initiates obesity and insulin resistance. Diabetes. 2007 Jul;56(7):1761-72. Epub 2007 Apr 24.

9. Cani PD, Possemiers S, Van de Wiele T, Guiot Y, Everard A, Rottier O, Geurts L, Naslain D, Neyrinck A, Lambert DM, Muccioli GG, Delzenne NM. Changes in gut microbiota control inflammation in obese mice through a mechanism involving GLP-2-driven improvement of gut permeability. Gut. 2009 Aug;58(8):1091-103. doi: 10.1136/gut.2008.165886. Epub 2009 Feb 24.

10. Muccioli GG, Naslain D, Bäckhed F, Reigstad CS, Lambert DM, Delzenne NM, Cani PD. The endocannabinoid system links gut microbiota to adipogenesis. Mol Syst Biol. 2010 Jul;6:392. doi: 10.1038/msb.2010.46.

11. de La Serre CB, Ellis CL, Lee J, Hartman AL, Rutledge JC, Raybould HE. Propensity to high-fat diet-induced obesity in rats is associated with changes in the gut microbiota and gut inflammation. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2010 Aug;299(2):G440-8. doi: 10.1152/ajpgi.00098.2010. Epub 2010 May 27.

12. Reigstad CS, Lundén GO, Felin J, Bäckhed F. Regulation of serum amyloid A3 (SAA3) in mouse colonic epithelium and adipose tissue by the intestinal microbiota. PLoS One. 2009 Jun 9;4(6):e5842. doi: 10.1371/journal.pone.0005842.

13. Cani PD, Bibiloni R, Knauf C, Waget A, Neyrinck AM, Delzenne NM, Burcelin R. Changes in gut microbiota control metabolic endotoxemia-induced inflammation in high-fat diet-induced obesity and diabetes in mice. Diabetes. 2008 Jun;57(6):1470-81. doi: 10.2337/db07-1403. Epub 2008 Feb 27.

14. Ley RE, Bäckhed F, Turnbaugh P, Lozupone CA, Knight RD, Gordon JI. Obesity alters gut microbial ecology. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 Aug 2;102(31):11070-5. Epub 2005 Jul 20.

15. Pflughoeft KJ, Versalovic J. Human microbiome in health and disease. Annu Rev Pathol. 2012;7:99-122.

16. Qin J, Li Y, Cai Z, Li S, Zhu J, Zhang F, Liang S, Zhang W, Guan Y, Shen D, Peng Y, Zhang D, Jie Z, Wu W, Qin Y, Xue W, Li J, Han L, Lu D, Wu P, Dai Y, Sun X, Li Z, Tang A, Zhong S, Li X, Chen W, Xu R, Wang M, Feng Q, Gong M, Yu J, Zhang Y, Zhang M, Hansen T, Sanchez G, Raes J, Falony G, Okuda S, Almeida M, LeChatelier E, Renault P, Pons N, Batto JM, Zhang Z, Chen H, Yang R, Zheng W, Li S, Yang H, Wang J, Ehrlich SD, Nielsen R, Pedersen O, Kristiansen K, Wang J. A metagenome-wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes. Nature. 2012 Oct 4;490(7418):55-60. doi: 10.1038/nature11450. Epub 2012 Sep 26.

17. Karlsson FH, Tremaroli V, Nookaew I, Bergström G, Behre CJ, Fagerberg B, Nielsen J, Bäckhed F. Gut metagenome in European women with normal, impaired and diabetic glucose control. Nature. 2013 Jun 6;498(7452):99-103. doi: 10.1038/nature12198. Epub 2013 May 29.

18. Turnbaugh PJ, Hamady M, Yatsunenko T, Cantarel BL, Duncan A, Ley RE, Sogin ML, Jones WJ, Roe BA, Affourtit JP, Egholm M, Henrissat B, Heath AC, Knight R, Gordon JI. A core gut microbiome in obese and lean twins. Nature. 2009 Jan 22;457(7228):480-4. doi: 10.1038/nature07540. Epub 2008 Nov 30.

19. Ley RE, Turnbaugh PJ, Klein S, Gordon JI. Microbial ecology: human gut microbes associated with obesity. Nature 2006, 444:1022-1023

20. Kalliomäki M, Collado MC, Salminen S, Isolauri E. Early differences in fecal microbiota composition in children may predict overweight. Am J Clin Nutr. 2008 Mar;87(3):534-8.

21. Collado MC, Isolauri E, Laitinen K, Salminen S. Distinct composition of gut microbiota during pregnancy in overweight and normal-weight women. Am J Clin Nutr. 2008 Oct;88(4):894-9.

22. Liou AP, Paziuk M, Luevano JM Jr, et al. Conserved shifts in the gut microbiota due to gastric bypass reduce host weight and adiposity. Sci Transl Med 2013;5:178ra41.

23. Ryan KK, Tremaroli V, Clemmensen C, Kovatcheva-Datchary P, Myronovych A, Karns R, Wilson-Pיrez HE, Sandoval DA, Kohli R, Bהckhed F, Seeley RJ. FXR is a molecular target for the effects of vertical sleeve gastrectomy. Nature. 2014 May 8;509(7499):183-8. doi: 10.1038/nature13135. Epub 2014 Mar 26.

24. Cho I, Yamanishi S, Cox L, Methי BA, Zavadil J, Li K, Gao Z, Mahana D, Raju K, Teitler I, Li H, Alekseyenko AV, Blaser MJ. Antibiotics in early life alter the murine colonic microbiome and adiposity. Nature. 2012 Aug 30;488(7413):621-6.

25. Trehan I, Goldbach HS, LaGrone LN, Meuli GJ, Wang RJ, Maleta KM, Manary MJ. Antibiotics as part of the management of severe acute malnutrition. N Engl J Med. 2013 Jan 31;368(5):425-35. doi: 10.1056/NEJMoa1202851.

26. Hernבndez E1, Bargiela R, Diez MS, Friedrichs A, Pיrez-Cobas AE, Gosalbes MJ, Knecht H, Martםnez-Martםnez M, Seifert J, von Bergen M, Artacho A, Ruiz A, Campoy C, Latorre A, Ott SJ, Moya A, Suבrez A, Martins dos Santos VA, Ferrer M. Functional consequences of microbial shifts in the human gastrointestinal tract linked to antibiotic treatment and obesity. Gut Microbes. 2013 Jul-Aug;4(4):306-15. doi: 10.4161/gmic.25321. Epub 2013 Jun 12.

27. Riley LW, Raphael E, Faerstein E. Obesity in the United States – dysbiosis from exposure to low-dose antibiotics? Front Public Health. 2013 Dec 19;1:69. doi: 10.3389/fpubh.2013.00069. eCollection 2013.

28. Turnbaugh PJ, Ley RE, Mahowald MA, Magrini V, Mardis ER, Gordon JI. An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest. Nature. 2006 Dec 21;444(7122):1027-31.

29. Ridaura VK, Faith JJ, Rey FE, Cheng J, Duncan AE, Kau AL, Griffin NW, Lombard V, Henrissat B, Bain JR, Muehlbauer MJ, Ilkayeva O, Semenkovich CF, Funai K, Hayashi DK, Lyle BJ, Martini MC, Ursell LK, Clemente JC, Van Treuren W, Walters WA, Knight R, Newgard CB, Heath AC, Gordon JI. Gut microbiota from twins discordant for obesity modulate metabolism in mice. Science. 2013 Sep 6; 341(6150):1241214.

30. Vrieze A, Van Nood E, Holleman F, Salojהrvi J, Kootte RS, Bartelsman JF, Dallinga-Thie GM, Ackermans MT, Serlie MJ, Oozeer R, Derrien M, Druesne A, Van Hylckama Vlieg JE, Bloks VW, Groen AK, Heilig HG, Zoetendal EG, Stroes ES, de Vos WM, Hoekstra JB, Nieuwdorp M. Transfer of intestinal microbiota from lean donors increases insulin sensitivity in individuals with metabolic syndrome. Gastroenterology. 2012 Oct;143(4):913-6.e7. doi: 10.1053/j.gastro.2012.06.031. Epub 2012 Jun 20.

31. Everard A, Belzer C, Geurts L, Ouwerkerk JP, Druart C, Bindels LB, Guiot Y, Derrien M, Muccioli GG, Delzenne NM, de Vos WM, Cani PD. Cross-talk between Akkermansia muciniphila and intestinal epithelium controls diet-induced obesity. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 May 28;110(22):9066-71. doi: 10.1073/pnas.1219451110. Epub 2013 May 13.

 

ממצבי חולי לבריאות באמצעות שיקום אוכלוסיית חיידקי מערכת העיכול, ד"ר ניצן מהרשק, פרופ' זמיר הלפרן

ד"ר ניצן מהרשק, פרופ' זמיר הלפרן המכון למחלות מערכת העיכול והכבד, המרכז הרפואי תל אביב, הפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, אוניברסיטת תל אביב

השימוש בתוכן ממערכת העיכול לצורך ריפוי מחלות אינו חדש. ווטרינרים משתמשים בשיטה זו במשך מאות שנים בפרות, בכבשים ובסוסים. בבני אדם יש תיעוד כי הרפואה הסינית השתמשה בצואה לצורך טיפול במחלות שונות של מערכת העיכול כבר לפני 1700 שנים. ברור, כי הטיפול בעזרת השתלת צואה הינו רק שלב מעבר בטרם יתפתחו טיפולים מבוססי חיידקים ספציפיים. הקושי המרכזי בטיפולים הללו הינו בהיעדר טכנולוגיה לתרבת את מרבית חיידקי המעי. יחד עם זאת, כבר כיום ישנם דיווחים על התקדמות טכנולוגית בתחום, אשר תהפוך את הפרוצדורה של טיפול בעזרת חיידקים, או בקטריותרפיה, להרבה יותר קל וממוקד.

שכיחותן של מחלות רבות כגוןהשמנה, סוכרת, סינדרום מטבולי ומחלות מעי דלקתיות עלתה בעשורים האחרונים בקרב אוכלוסיית העולם המערבי1. תופעה זו הוסברה בעיקר עקב שינויים סביבתיים, אשר התרחשו במדינות המפותחות, וביניהם תזונה דלת סיבים ועתירת סוכרים, עלייה בזיהום אוויר, חשיפה לחיסונים ולאנטיביוטיקה, ירידה בצפיפות האוכלוסין וחשיפה מופחתת לזיהומים בילדות. בעוד ההשפעה של גורמים אלה ואחרים על מערכת החיסון של בני האנוש נבדקה לאורך השנים באינספור מחקרים, יתכן כי הגורם האמיתי אשר הושפע מן השינויים הללו הוזנח. לאחרונה, מחלחלת ההבנה כי אחד הגורמים המשמעותיים המשפיעים על מצבנו הבריאותי הינו החיידקים אשר נמצאים על פני גופנו ככלל והחיידקים והמיקרואורגניזמים אשר נמצאים בחלל המעי בפרט. בהקשר זה התפתחה תיאורית ה- 'Old Friends' אשר גורסת כי חיידקי המעי התפתחו עם בני המין האנושי לאורך האבולוציה במשך עשרות אלפי שנים, וכי להם תפקיד חשוב בשמירה על בריאות האדם, ואילו העלייה בשכיחות מחלות אוטואימוניות, אלרגיות ומחלות מעי דלקתיות קשורה באורח החיים המערבי והמתועש, הגורם לחשיפה מופחתת לחיידקים מן הסביבה ומבני אדם אחרים ולירידה במגוון ובשונות החיידקים במעי, ולאבדן חיידקים המיטיבים עם בריאותינו, בין היתר דרך פעילותם הרגולטורית על מערכת החיסון2. אכן, ממחקרים בעשור האחרון עולה, כי להרכב אוכלוסיית החיידקים במעי השפעה משמעותית על מצבי בריאות וחולי בבני האדם. קיימות עדויות כי שינויים באוכלוסיית החיידקים הנורמלית (dysbiosis) וירידה במגוון ובשונות (diversity) החיידקיים במעי קשורים במחלות רבות כגון מחלות מעי דלקתיות, השמנה, סוכרת ואתרוסקלרוזיס3, ואילו התערבויות אשר משיבות את הרכב החיידקים התקין (כגון השתלת צואה4), עשויות להביא לריפוי או להטבה ניכרת במצבים הללו.

טיפול במצבים כגון אתרוסקלרוזיס או השמנה על ידי מניפולציה של אוכלוסיית חיידקי המעי עלול להיראות כמדע בדיוני, אך כך נראו פני הדברים לגבי הטיפול בכיב פפטי עד לפני כ- 30 שנים. 

  הרכב ופעילות אוכלוסיות החיידקים באדם הבריא

החיידקים, ככל האורגניזמים על פני כדור הארץ, מחולקים לקבוצות טקסונומיות, על פי העץ הפילוגנטי. חיידקי המעי משתייכים לחמש מערכות (Phyla) מרכזיות: Firmicutes  ו- Bacteroidetes אליהן שייכים מרבית חיידקי המעי, ואל ה- ,Actinobacteria  Verrucomicrobia וה- Proteobaceria, כאשר אחוז החיידקים השייכים למערכת ה- Proteobaceria נמוך מאוד בבריאים ועולה בעיקר במצבי חולי5. ישנן קבוצות חיידקים, אשר הימצאותן קשורה בבריאות האדם, למשל Bacteroides, Bifidobacterium Clostridium clusters XIVa and IVa, Faecalibacterium, Lactobacillus. אחת המשוכות המקשות על אפיון אוכלוסיות החיידקים באדם הבריא קשורה בהשפעת אינספור גורמים כמו גנטיקה, צורת הלידה, אזור המגורים, הרכב הדיאטה ועוד רבים אחרים על הרכב אוכלוסיית חיידקי המעי. עם זאת נמצא, כי ניתן לסווג את המיקרוביוטה של כל אדם לאחת משלוש קטגוריות, המוגדרות על פי שכיחות גבוהה של אחד משלושה סוגי חיידקים (Prevotella, Bacteroides, Ruminococcus) בהשוואה לשניים האחרים. לכל אחת מן הקבוצות הללו, המכונות אנטרוטיפ (enterotype), הרכב חיידקים ופעילויות גנטיות ומטבוליות אופייניות6 והשיוך לקבוצות מושפע מאוד מהרכב המזון. אנטרוטיפ ה- Prevotella נפוץ בבני אדם האוכלים תזונה עשירה בסיבים, וכך הוא נפוץ הרבה יותר בילדים בריאים מאפריקה הניזונים מתזונה עשירה בסיבים, בהשוואה לילדים מאיטליה הניזונים מתזונה מערבית7. לעומת זאת, אנטרוטיפ ה- Bacteroidesמאפיין אוכלוסיות בני אדם הצורכים חלבון ושומן מן החי8. כך הדיאטה שאנו צורכים יכולה להשפיע לאורך זמן על הרכב אוכלוסיות המעי שלנו ועל מצבנו הבריאותי, דרך מטבוליטים המיוצרים על ידי החיידקים כמו למשל, דרך חומצות שומן קצרות כגוןבוטיראט (butyrate), אשר מהווה את מקור המזון המרכזי של תאי האפיתל של המעי ומשפיעה לטובה גם על מערכת החיסון שלנו. ואכן, רבים מן החיידקים, הקשורים במצב בריאות תקין, מייצרים בוטיראט.  

  חיידקי המעי במצבי חולי

בעשור האחרון  אופיין מגוון גדל והולך של מחלות, אשר נמצאו כקשורות בשינוי אוכלוסיית החיידקים הנורמלית במעי וביניהן – מחלות מעי דלקתיות, תסמונת המעי הרגיש, השמנה, סוכרת, אתרוסקלרוזיס, מחלות ראומטיות ואוטיזם. השינוי המרכזי המאפיין את מרבית מצבי החולי הללו הינו ירידה בשונות ובמגוון חיידקי המעי. יחד עם זאת, כל אחד ממצבי החולי הללו מאופיין גם בשינויים בהרכב ובתפקוד החיידקים, המוגדרים כיום באופן חלקי בלבד. האתגר המרכזי הינו לקבוע סיבתיות בין השינוי בהרכב אוכלוסיות חיידקי המעי לבין מחלה. מכיוון שבדרך כלל אנו פוגשים את החולים לאחר הופעת המחלה, כמעט בלתי אפשרי לדעת האם השינוי בהרכב החיידקים הינו מחולל המחלה או שהוא התוצאה שלה. בעניין זה חלה התקדמות משמעותית בעזרת מודלים של המחלות בחיות מעבדה, אשר הדגימו כי על ידי העברת מיקרוביוטה מחיה חולה לחיה בריאה ניתן להשרות מחלות שונות. בבני אדם, תקצוב ותכנון מחקרי עוקבה פרוספקטיביים גדולי מימדים העוקבים אחר המיקרוביוטה באוכלוסיות בריאות, טרם התפתחות המחלות, יסייעו לנו להבין האם השינוי במיקרוביוטה מתרחש טרם הופעת המחלה. במסגרת המגבלות הללו אנו יודעים, כי במחלות מעי דלקתיות ישנה ירידה באחוז החיידקים השייכים לקבוצות ה- Firmicutes וה- Bacteroidetes ואילו עליה באחוז החיידקים השייכים לקבוצת ה- Actinobacteria וה- Proteobacteria 9, 10, כאשר אחד החיידקים הנפוצים במחלת קרון הינו ה- Escherichia coli LF82. במקביל, במחלות מעי דלקתיות ישנה ירידה משמעותית בחיידק ה- Faecalibacterium prausnitzii אשר הינו יצרן חומצת שומן בוטיראט ונמצא כבעל תכונות נוגדות דלקת. מספר מחקרים רומזים על קשר בין שינוי פלורת המעי לסרטן המעי הגס. במודל חיה נמצא, כי שינויים תלויי דלקת בביטוי מקבץ גנים בחיידק ה- Escherichia coliעודדו התפתחות סרטן המעי11. בבני אדם, ישנן מספר עבודות אשר הדגימו קשר בין הרכב פלורת המעי להמצאות פוליפים טרום סרטניים (אדנומות) במעי הגס12, 13 וכבר כיום ישנם דיווחים על כך שפרופיל חיידקי המעי יעיל יותר מאשר בדיקת דם סמוי בצואה והערכת גורמי סיכון קליניים בזיהוי חולים עם פוליפים מתקדמים וסרטן המעי הגס14. אוכלוסיית חיידקי המעי של חולים הסובלים מהשמנה וסוכרת מועשרת בגנים לפירוק פחמימות ושומנים15. ישנן מספר סברות לגבי תפקיד החיידקים בפתוגנזה של השמנה וסוכרת, אם דרך ספיגת קלוריות מוגברת למשל, עקב השפעת החיידקים על הרכב חומצות המרה16, 17 וכך כאשר ישנם פחות חיידקים הגורמים לדה-קונגיוגציה של מלחי מרה, יותר שומנים יכולים להיספג. במקביל, עלייה בכמות החיידקים בעלי יכולת ייצור חומצות שומן קצרות (אצטואצטאט, פרופריונאט ובוטיראט) מסיבים שאינם נספגים במערכת העיכול העליונה, מגבירה את הספיגה הקלורית ומביאה לעליה במשקל. מאפיין נוסף של החולים הללו הינו רמות גבוהות של LPS בדם, המביאות לעלייה ברמת הדלקת הסיסטמית, וכך לתנגודת מוגברת לאינסולין18. אחוז החיידקים המונעים חדירות מוגברת של המעי, כגון יצרני בוטיראט (למשל חיידקה- Bifidobacteria) או חיידקים השומרים על רירית המעי (כגון – חיידקים מקבוצת ה-Akkermansia) נמצא מופחת בחולים הללו19. דוגמא מאלפת להשפעת חיידקי המעי על מצב הבריאות של האדם הינה, השפעת מבנה ותפקוד אוכלוסיית החיידקים על הסיכון ללקות במחלת לב איסכמית.  מלבד הקשר בין המיקרוביוטה לגורמי סיכון קרדיו-וסקולרייים כגון השמנה וסוכרת, אשר תואר לעיל, מסתבר כי למיקרוביוטה גם השפעה ישירה על אתרוסקלרוזיס וכי יש הבדל בהרכב המיקרוביוטה במעי בין אנשים בריאים לאנשים הסובלים מאתרוסקלרוזיס20. ממצאים אלה נתמכו על ידי מחקרים אשר מצאו, כי חיידקי המעי מייצרים תרכובת אתרוגנית הנקראת trimethylamine-N-oxide במעי  מכולין  ומקרניתין (choline and carnitine)21-23.

בחולים הסובלים ממחלות מעי דלקתיות (IBD) נמצא, כי השתלת צואה הביאה לשיפור משמעותי באחוז גבוה מן החולים. עם זאת, במחלות הללו היה, בדרך כלל, צורך בהשתלות צואה חוזרות ונשנות כדי להגיע לאפקט תרפויטי. 

השתלת צואה ובקטריותרפיה כטיפול במחלות

טיפול במצבים כגון אתרוסקלרוזיס או השמנה על ידי מניפולציה של אוכלוסיית חיידקי המעי עלול להיראות כמדע בדיוני, אך כך נראו פני הדברים לגבי הטיפול בכיב פפטי עד לפני כ- 30 שנים. כיום, יודע כמעט כל מטופל הסובל מכאב ברום הבטן לבקש בדיקת נשיפה לחיידק ההליקובקטר פילורי.  חיידק זה השוכן בשלום, בדרך כלל, במערכת העיכול האנושית בכ- 30% מן האוכלוסייה המערבית, ויתכן שאף מועיל למאכסן, נמצא גם כאטיולוגיה המרכזית לכיב פפטי, וטיפול אנטיביוטי כנגדו, מביא במרבית המקרים להחלמה ממצב זה. דוגמא נוספת הינה זיהום על ידי חיידק הקלוסטרידיום דיפיצילה (Clostridium difficile). גם חיידק זה יכול לשכון עימנו בשלום במערכת העיכול, אך שינויים הקשורים במערכת החיסון של המאכסן ו/או חשיפה לאנטיביוטיקה עלולים לגרום להופעה של דלקת במעי, המתווכת על ידי רעלנים המופרשים מן החיידק. הגישה הטיפולית בזיהומים אלה כוללת טיפולים אנטיביוטיים המיועדים לחסל את החיידק, כגון מטרונידזול או ונקומיצין. עם זאת, עד 30% מהחולים הסובלים מזיהום בחיידק זה, יפתחו זיהומים חוזרים העמידים לטיפולים אנטיביוטיים, אשר עלולים להביא לאשפוזים ממושכים ואף למוות. הסברה, כי שיקום אוכלוסיית חיידקי המעי עשויה להביא לריפוי מן המחלה, הועלתה כבר לפני למעלה מ- 50 שנים ופורסמה על ידי אייסמן וחבריו24, אשר נטלו צואה מאדם בריא ובעזרת חוקן העבירו אותה למעיים של חולים בקלוסטרידיום. החולים הללו החלימו מן המחלה, אך הנושא נזנח כי באותה תקופה התגלה כי טיפולים אנטיביוטיים הראו יעילות גבוהה נגד הזיהום, וגם לא עוררו את הסלידה הטבעית המתלווה לעיסוק בצואה. בשנים האחרונות, עקב הופעה של זיהומים עמידים לאנטיביוטיקה על ידי חיידק הקלוסטרידיום25, נבדק שוב הקשר בין שינוי אוכלוסיית החיידקים במעי להופעת המחלה ולריפוייה.  אכן נמצא כי בחולים אלה ישנה ירידה באחוז החיידקים השייכים לקבוצות ה- Firmicutes ול- Bacteroidetes, וכי בעזרת השתלת צואה  (fecal microbial transplantation) מאדם בריא לאדם חולה הושגה יעילות בכ-90% מהמקרים בריפוי החולים מזיהום שהינו עמיד לטיפולים אנטיביוטיים חוזרים26-28. השתלת הצואה משקמת את פרופיל החיידקים בדומה לנורמה ובדומה לאוכלוסיות החיידקים של התורם29, 30. השימוש בתוכן ממערכת העיכול לצורך ריפוי מחלות אינו חדש, ווטרינרים משתמשים בשיטה זו במשך מאות שנים בפרות ובכבשים, הסובלות מתופעות שונות ובסוסים הסובלים משלשול4. בבני אדם יש תיעוד כי הרפואה הסינית השתמשה בצואה לצורך טיפול במחלות שונות של מערכת העיכול כבר לפני 1700 שנים31. כיום, בתהליך השתלת הצואה, נוטלים צואה מאדם בריא (תורם צואה – העובר בדיקות לשלילת זיהומים שונים ומחלות), מוהלים את הצואה במים ומסננים, כך שנותר נוזל צואה מהול המכיל את חיידקי הצואה מן התורם. נוזל זה מוזרק לחלל מערכת העיכול של המטופל החולה, בעת קולונוסקופיה למעי הגס או בעת גסטרוסקופיה (או על ידי החדרת זונדה) לתריסריון. חיידקי הצואה מן התורם משקמים את אוכלוסיית חיידקי המעי החולה ולמעשה תופסים את הנישה של חיידק הקלוסטרידיום, ומביאים לריפוי מן המחלה. הפרוצדורה הינה פשוטה, מהירה וברוב המכריע של המקרים אינה כרוכה בסיבוכים. הפרוצדורה אושרה לאחרונה על ידי ה- FDA בארצות הברית והן על ידי משרד הבריאות בישראל כטיפול בזיהום בקלוסטרידיום דיפיצלה בחולים אשר לא הגיבו לטיפול אנטיביוטי. עם זאת, הפרוצדורה אינה חלק מסל הבריאות. העלות המרכזית בהשתלת צואה כרוכה בביצוע בדיקות  דם וצואה לסקירת התורמים הפוטנציאלים, כאשר קרוב ל- 90% מהם נפסלים לבסוף עקב הקריטריונים המחמירים32. האנדוסקופיה והקטטרים המשמשים להזלפת הצואה מהווים עלות משמעותית נוספת. יחד עם זאת, מלבד ההישג הברור של ריפוי המחלה, הטיפול ככל הנראה, חוסך למערכת הבריאות אלפי שקלים, הכרוכים באשפוזים ארוכים וטיפולים אנטיביוטיים יקרים. הטיפול בעזרת השתלת צואה נבדק כיום במסגרת מחקרים קליניים במגוון מחלות. למשל, בחולים הסובלים ממחלות מעי דלקתיות (IBD) נמצא, כי השתלת צואה הביאה לשיפור משמעותי באחוז גבוה מן החולים33. עם זאת, במחלות הללו היה, בדרך כלל, צורך בהשתלות צואה חוזרות ונשנות כדי להגיע לאפקט תרפויטי. בחולים הסובלים מתסמונת המעי הרגיש (IBS), נמצא כי השתלת צואה יכולה לשפר מצבים של עצירות34. ואילו בחולים סוכרתיים הסובלים מהשמנת יתר נמצא, כי השתלת צואה הביאה לשיפור ברגישות לאינסולין, קרוב לוודאי עקב האפקטים המטבוליים והאנטי דלקתיים המתווכים על ידי החיידקים אשר הועברו מן התורם הבריא. השתלת הצואה לוותה בשינוי הרכב אוכלוסיית החיידקים במעי המושתלים ובעלייה בכמות חומצת השומן הקצרה בוטיראט35.

בעתיד הלא רחוק אחד הכלים, אשר יסייעו לנו בהערכת הסיכון להתפתחות מחלות, יהיה פרופיל חיידקי המעי, ויתכן שבעזרת מניפולציות פשוטות יחסית כגון השתלת צואה, או בעזרת פרוביוטיקה ופרהביוטיקה, שיותאמו באופן אישי לאדם החולה, נוכל לטפל במחלות רבות ומגוונות.

העתיד כבר כאן

ברור, כי הטיפול בעזרת השתלת צואה, הינו רק שלב מעבר בטרם יתפתחו טיפולים מבוססי חיידקים ספציפיים. הקושי המרכזי בטיפולים הללו הינו בהיעדר טכנולוגיה לתרבת את מרבית חיידקי המעי. יחד עם זאת, כבר כיום ישנם דיווחים על התקדמות טכנולוגית בתחום, אשר תהפוך את הפרוצדורה של טיפול בעזרת חיידקים, או בקטריותרפיה, להרבה יותר קל וממוקד. כבר כיום ישנה התקדמות משמעותית באופן הטיפול בעזרת חיידקים בחולי קלוסטרידיום. חברה בארצות הברית פיתחה דרך לארוז את נוזל הצואה בתוך קפסולות בעלות 3 שכבות, אשר מונעות שחרור של החיידקים במערכת העיכול העליונה. חולים בקלוסטרידיום נטלו כ- 30 קפסולות והחלימו מן המחלה. במקביל, חברות אחרות בודקות משלבי חיידקים ספציפיים אשר בודדו מצואת תורמים בריאים. למשל, חוקרים בדנמרק הראו בשנת 1989 כי חוקן המורכב ממשלב של 10 חיידקים, אשר בודדו מצואת בריאים, הביא להחלמה של חולים36. בשנת 2013 דווח כי מתן משלב של 33 חיידקים, אשר בודדו מצואה של תורם בריא לחולי קלוסטרידיום, גם כן הביא לריפויים37. בכנס בנושא השתלות צואה בארצות הברית דווח לאחרונה, כי מתן קפסולות המכילות ספורות spores))של מגוון חיידקים, אשר כבר הוכיחו עצמן כיעילות לטיפול בזיהום בקלוסטרידיום במודל חיה, הראו 100% הצלחה בארדיקציה של החיידק בניסוי בבני אדם38. חקר תחום המיקרוביוטה במעי מניב כבר כעת תוצאות שימושיות בטיפול ובאבחון  מחלות בבני אדם. בעתיד הלא רחוק אחד הכלים, אשר יסייעו לנו בהערכת הסיכון להתפתחות מחלות, יהיה פרופיל חיידקי המעי, ויתכן שבעזרת מניפולציות פשוטות יחסית כגון השתלת צואה, או בעזרת פרוביוטיקה ופרהביוטיקה, שיותאמו באופן אישי לאדם החולה, נוכל לטפל במחלות רבות ומגוונות.

References:

 

1.         Kelsen JR, Wu GD. The gut microbiota, environment and diseases of modern society. Gut Microbes 2012;3:374-82.

2.         Rook GA, Lowry CA, Raison CL. Microbial 'Old Friends', immunoregulation and stress resilience. Evol Med Public Health 2013;2013:46-64.

3.         Karlsson F, Tremaroli V, Nielsen J, et al. Assessing the human gut microbiota in metabolic diseases. Diabetes 2013;62:3341-9.

4.         Petrof EO, Khoruts A. From stool transplants to next-generation microbiota therapeutics. Gastroenterology 2014;146:1573-82.

5.         Pflughoeft KJ, Versalovic J. Human microbiome in health and disease. Annu Rev Pathol 2012;7:99-122.

6.         Arumugam M, Raes J, Pelletier E, et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature 2011;473:174-80.

7.         De Filippo C, Cavalieri D, Di Paola M, et al. Impact of diet in shaping gut microbiota revealed by a comparative study in children from Europe and rural Africa. Proc Natl Acad Sci U S A 2010;107:14691-6.

8.         Wu GD, Chen J, Hoffmann C, et al. Linking long-term dietary patterns with gut microbial enterotypes. Science 2011;334:105-8.

9.         Qin J, Li R, Raes J, et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature 2010;464:59-65.

10.       Frank DN, Robertson CE, Hamm CM, et al. Disease phenotype and genotype are associated with shifts in intestinal-associated microbiota in inflammatory bowel diseases. Inflamm Bowel Dis 2011;17:179-84.

11.       Arthur JC, Perez-Chanona E, Muhlbauer M, et al. Intestinal inflammation targets cancer-inducing activity of the microbiota. Science 2012;338:120-3.

12.       Sanapareddy N, Legge RM, Jovov B, et al. Increased rectal microbial richness is associated with the presence of colorectal adenomas in humans. ISME J 2012;6:1858-68.

13.       Nugent JL, McCoy AN, Addamo CJ, et al. Altered tissue metabolites correlate with microbial dysbiosis in colorectal adenomas. J Proteome Res 2014;13:1921-9.

14.       Joseph P. Zackular MAMR, Mack T. Ruffin IV, and Patrick D. Schloss. The Human Gut Microbiome as a Screening Tool for Colorectal Cancer.  2014.

15.       Angelakis E, Armougom F, Million M, et al. The relationship between gut microbiota and weight gain in humans. Future Microbiol 2012;7:91-109.

16.       Degirolamo C, Rainaldi S, Bovenga F, et al. Microbiota modification with probiotics induces hepatic bile acid synthesis via downregulation of the Fxr-Fgf15 axis in mice. Cell Rep 2014;7:12-8.

17.       Sayin SI, Wahlstrom A, Felin J, et al. Gut microbiota regulates bile acid metabolism by reducing the levels of tauro-beta-muricholic acid, a naturally occurring FXR antagonist. Cell Metab 2013;17:225-35.

18.       Sjoholm A, Nystrom T. Inflammation and the etiology of type 2 diabetes. Diabetes Metab Res Rev 2006;22:4-10.

19.       Shin NR, Lee JC, Lee HY, et al. An increase in the Akkermansia spp. population induced by metformin treatment improves glucose homeostasis in diet-induced obese mice. Gut 2014;63:727-35.

20.       Karlsson FH, Fak F, Nookaew I, et al. Symptomatic atherosclerosis is associated with an altered gut metagenome. Nat Commun 2012;3:1245.

21.       Koeth RA, Wang Z, Levison BS, et al. Intestinal microbiota metabolism of L-carnitine, a nutrient in red meat, promotes atherosclerosis. Nat Med 2013;19:576-85.

22.       Tang WH, Wang Z, Levison BS, et al. Intestinal microbial metabolism of phosphatidylcholine and cardiovascular risk. N Engl J Med 2013;368:1575-84.

23.       Wang Z, Klipfell E, Bennett BJ, et al. Gut flora metabolism of phosphatidylcholine promotes cardiovascular disease. Nature 2011;472:57-63.

24.       Eiseman B, Silen W, Bascom GS, et al. Fecal enema as an adjunct in the treatment of pseudomembranous enterocolitis. Surgery 1958;44:854-9.

25.       He M, Miyajima F, Roberts P, et al. Emergence and global spread of epidemic healthcare-associated Clostridium difficile. Nat Genet 2013;45:109-13.

26.       Gough E, Shaikh H, Manges AR. Systematic review of intestinal microbiota transplantation (fecal bacteriotherapy) for recurrent Clostridium difficile infection. Clin Infect Dis 2011;53:994-1002.

27.       Kassam Z, Lee CH, Yuan Y, et al. Fecal microbiota transplantation for Clostridium difficile infection: systematic review and meta-analysis. Am J Gastroenterol 2013;108:500-8.

28.       van Nood E, Vrieze A, Nieuwdorp M, et al. Duodenal infusion of donor feces for recurrent Clostridium difficile. N Engl J Med 2013;368:407-15.

29.       Weingarden AR, Hamilton MJ, Sadowsky MJ, et al. Resolution of severe Clostridium difficile infection following sequential fecal microbiota transplantation. J Clin Gastroenterol 2013;47:735-7.

30.       Hamilton MJ, Weingarden AR, Unno T, et al. High-throughput DNA sequence analysis reveals stable engraftment of gut microbiota following transplantation of previously frozen fecal bacteria. Gut Microbes 2013;4:125-35.

31.       Zhang F, Luo W, Shi Y, et al. Should we standardize the 1,700-year-old fecal microbiota transplantation? Am J Gastroenterol 2012;107:1755; author reply p 1755-6.

32.       Bakken JS, Borody T, Brandt LJ, et al. Treating Clostridium difficile infection with fecal microbiota transplantation. Clin Gastroenterol Hepatol 2011;9:1044-9.

33.       Anderson JL, Edney RJ, Whelan K. Systematic review: faecal microbiota transplantation in the management of inflammatory bowel disease. Aliment Pharmacol Ther 2012;36:503-16.

34.       Smits LP, Bouter KE, de Vos WM, et al. Therapeutic potential of fecal microbiota transplantation. Gastroenterology 2013;145:946-53.

35.       Vrieze A, Van Nood E, Holleman F, et al. Transfer of intestinal microbiota from lean donors increases insulin sensitivity in individuals with metabolic syndrome. Gastroenterology 2012;143:913-6 e7.

36.       Tvede M, Rask-Madsen J. Bacteriotherapy for chronic relapsing Clostridium difficile diarrhoea in six patients. Lancet 1989;1:1156-60.

37.       Petrof EO, Gloor GB, Vanner SJ, et al. Stool substitute transplant therapy for the eradication of Clostridium difficile infection: 'RePOOPulating' the gut. Microbiome 2013;1:3.

38.       Khanna S, D.S. P, Kelly C, et al. Clinical Evaluation of SER-109, a Rationally Designed, Oral Microbiome-Based Therapeutic for the Treatment of Recurrent Clostridium difficile. James W. Freston Conference — Therapeutic Innovations in Microbiome Research and Technology: A Further Look into Fecal Microbiota Transplantation. Abstract 2014.

 

פרוביוטיקה: אומנות היחסים עם "בעלי חיים קטנים", עדי זוסמן

עדי זוסמן RD BSc MBA דיאטנית קלינית ומאמנת בריאות

  לתזונה תפקיד מכריע בשימור ושיפור ההשפעה של הפרוביוטיקה. זנים שונים של חיידקים ניזונים ממזונות שונים. לרוב, החיידקים הידידותיים (כמו לקטובצילוסוביפידוס, למשל), זקוקים להתרבותם לסיבים תזונתיים. זני החיידקים, אשר יתאקלמו ויתרבו במעיים שלנו, תלויים במגוון גורמים התנהגותיים שלנו, ביניהם תכולת הסיבים הפרה-ביוטיים בתזונה במהלך החיים.  

מקרה א': ח' חולת קרוהן,יוצרת קשר עם שאלה בהולה: "יש לי כאבי בטן חדשים ולא מוכרים לי." לאחר תחקיר קצר מסתבר שהיא התחילה ליטול תכשיר פרוביוטיקה לפני 3 ימים. את ההמלצה לפרוביוטיקה קיבלה מבעל חנות הטבע המקומית. פרוביוטיקה טרם הוכחה כיעילה במחלת קרוהן (לעומת קוליטיס כיבית) לאחר הפסקת השימוש המיידית כאבי הבטן חלפו.

מקרה ב': ר' הגיע לטיפול תזונתי בהמלצתה של רופאת הגסטרו שלו, לאחר שאובחן עם קוליטיס כיבית ולא הצליח להתאזן בעזרת הטיפול התרופתי שקיבל. ר' סיפר שהבעיות שלו התחילו לאחר שחזר מטיול במזרח הרחוק, שם כנראה אכל משהו לא טרי. במקביל להמלצות התזונתיות המלצתי לר' ליטול פרוביוטיקה. התגובה הפתיעה גם אותי – הוא התקשר כמה ימים לאחר מכן וטען שהצלתי את חייו – הסימפטומים נעלמו כלא היו והוא הרגיש מצויין. לאחר בדיקת צואה שביצע, התברר שר' סבל מפרזיטים ולא מקוליטיס.

פרוביוטיקה מהי?

מיקרופלורה 

אורגניזמים חיים הנמצאים במערכת העיכול שלנו, על העור, מתחת לציפורניים ובשיער. רובם ככולם חיידקים החיוניים לחיים תקינים שלנו, המארחים שלהם (המאחסנים). גוף האדם מכיל טריליונים של מיקרו אורגניזמים – 1014 שהם 100,000,000,000,000 חיידקים ופטריות שונות. משקל סך כל המיקרופלורה בגופנו כ- 1.5 ק"ג. הם ממלאים יותר תפקידים מטבוליים וחיסוניים מאשר הכבד שלנו. אנחנו מכירים כיום 15 עד 36 אלף זנים Species  וכ-1,800 קבוצות Genera. למעשה אנו דנים כאן ב- Meta-Organism – גוף רב מערכתי המתקיים תוך סימביוזה בין התאים והמערכות ההומניות לבין אלה של המיקרו-ביוטה. פרויקט המיקרו-ביום (קידוד הגנים של החיידקים בדומה לקידוד הגנום האנושי) טוען שמספר הגנים המיקרוביאליים גדול פי מאות לעומת הגנים האנושים! נראה שאנחנו רק אורחים בעולם שלם, הניתן לזיהוי רק באמצעות המיקרוסקופ…

בין החיידקים לבינינו מתקיים  מעין סטטוס קוו – האיזון העדין

אנחנו, המארח, יכולים להשפיע על שמירה או הפרה של האיזון הזה. ישנן הרבה דרכים בהן האיזון יכול להיות מופר, ביניהם רחצה תכופה מדי, מזון לא מתאים, מצב נפשי של סטרס ולחצים ארוכי טווח, חוסר פעילות גופנית, תזונה לא מתאימה, נטילת תרופות כמו אנטיביוטיקה, סותרי חומצה, מדכאי מערכת החיסון ועוד.

 היחסים מתחילים בינקות

חלב אם מכיל פחמימות להזנת התינוק. כ-20% מהן אינן מתעכלות ע"י מעי התינוק. הפחמימות הללו אינן מיועדות לאספקת אנרגיה לתינוק הגדל, אלא להזנה של זני חיידקים המתפתחים במעי של הרך. חיידקים אלה הם ביפידובקטריה Bifidobacterium, הבקטריה הראשונה שמתיישבת במעי התינוק, ומסייעת ביצירת הגנה חיסונית על גופו החשוף לזיהומים. התינוק עד רגע היוולדו הינו סטרילי. תוך כדי המעבר בתעלת הלידה ויציאתו לאוויר העולם הוא נחשף לחיידקים הראשוניים שלו. בהמשך, הוא מקבל חיידקים נוספים מהמגע עם הפטמה של האם. תוך כדי ההנקה התינוק מקבל את הפרה-ביוטיקה הראשונה שלו. פרה-ביוטיקה כוללת את אותם הפחמימות שלא מתעכלות ע"י מעי האדם והן משמשות כמצע גידול, כהזנה, לחיידקים הידידותיים השוכנים במעיים. בניסיון להשפיע ולהיטיב עם אוכלוסיית המיקרופלורה במעי, פותחו תכשירי הפרוביוטיקה, אשר מכילים אורגניזמים חיים, שעברו ייבוש בהקפאה עמוקה לצורך שימורם והארכת חיי המדף שלהם. מחקרים רבים מתקיימים בנושא בניסיון ללמוד את השפעת הפרוביוטיקה על תפקוד המערכת החיסונית, שיפור האלרגיות, שיפור תפקוד מערכת העיכול, הקטנת סיכון לסוגי סרטן ועוד. יש מחקרים על בעלי חיים שמצביעים על שיפור מאזן הגלוקוז, אינסולין, והורדת כולסטרול, אך מוקדם עוד לעשות השלכה מכאן על המלצות לבני האדם. נכון להיום, מוכחות השפעותיה המיטביות של פרוביוטיקה במספר מצבים, כולם כך או אחרת קשורים לבריאות מערכת העיכול. יחד עם זאת, אין להמליץ על שימוש בפרוביוטיקה באופן גורף.  לדוגמא, במחלת מעי דק דלקתית –Crohn's disease , לא הצליחו להוכיח עד כה את השפעתה של נטילת חיידקים חיים (ראה מקרה מתחילת המאמר). מצבים נוספים שנמצאים בשימוש הומני כיום הם לאחר או במקביל לנטילת אנטיביוטיקה, במקרים של שלשול חריף כתוצאה מזיהום בחיידק הקלוסטרידיום ועוד. הסובלים ממחלת מעי דלקתית אחרת, קוליטיס כיבית, דווקא יכולים ליהנות משיפור במצבם בעקבות נטילת פרוביוטיקה. הפרוביוטיקה הנפוצה והנחקרת ביותר במחלה זו היא מיקס בשם VSL#3, אשר הוכחה כיעילה גם לבעלי פאוץ' שמפתחים בו דלקת -פאוצ'יטיס (פאוץ' נוצר כתוצאה מניתוח לשיחזור של הרקטום לאחר כריתת המעי הגס). עם כל ההשפעה המוכחת של פרוביוטיקה, ההשפעה המיטבית מושגת בצורה משולבת. לדוגמא, שיפור בתסמינים של חולה צליאק לאחר שימוש בפרוביוטיקה, לא יחליף את הצורך של הימנעות מוחלטת מכל מוצר שמכיל גלוטן. טיפול משלים בילד הסובל משלשול חריף, יבוא במקביל לשתייה של תמיסה איזוטונית. שימוש במקרים של עצירות כרונית חייב להיות מלווה בהעשרת התפריט בסיבים תזונתיים והגברת כמות הנוזלים. יותר ויותר מחקרים מעלים סברה שלאוכלוסיית החיידקים במעי המאכסן יש השפעה על מסת הגוף שלנו. נראה שזה נכון גם לגבי התוצרים של החיידקים, כגון חומצות שומן קצרות השרשרת (SCFA) 2. רמות גבוהות יותר של SCFA נמצאו בצואה של אנשים בעלי מסת גוף גבוהה יותר המוגדרים ב"השמנה" לעומת קבוצת הביקורת של בעלי מסת גוף המוגדרת תקינה. יש המייחסים להן השפעה על המאזן האנרגטי של המאכסן וכן כבקרים של האכילה והתצרוכת הקלורית.

חלב אם מכיל פחמימות להזנת התינוק. כ-20% מהן אינן מתעכלות ע"י מעי התינוק. הפחמימות הללו אינן מיועדות לאספקת אנרגיה לתינוק הגדל, אלא להזנה של זני חיידקים המתפתחים במעי של הרך.

השפעת התזונה על הרכב חיידקי המעי

לתזונה תפקיד מכריע בשימור ושיפור ההשפעה של הפרוביוטיקה. זנים שונים של חיידקים ניזונים ממזונות שונים. לרוב, החיידקים הידידותיים (כמו לקטובצילוסוביפידוס Lactobacillus, למשל), זקוקים להתרבותם לסיבים תזונתיים.

סיבים פרה-ביוטיים

אלה ה "פרה-ביוטיקה": מרכיבי תזונה לא נעכלים, אשר משפיעים לטובה על המאחסן (האדם) ע"י עידוד סלקטיבי של גדילה או פעילות של מספר זנים של החיידקים במעי הגס, וכך משפרים את בריאות האדם(Gibson&Roberfroid 1995) . אלה הם אותם חלקים במזון שלנו, לרוב פחמימות, שמערכת העיכול שלנו לא מסוגלת לפרק. הם נמצאים בפירות וירקות, דגנים מלאים וקטניות. הסיבים העיקריים שנחקרו והוגדרו כסיבים פרה-ביוטיים:

  • אינולין Inulin
  • פרוקטואוליגוסכרידים. FOS

מחקר רנדומלי אשר בדק את השפעת תוספת סיבי אינולין בתזונת נשים בעודף משקל ((BMI>30kg/m2, לעומת קבוצת ביקורת שקיבלה דקסטרוז, הראה שבקבוצת המחקר נמצאה רמה נמוכה יותר של חומצות השומן קצרות השרשרת לעומת קבוצת הביקורת 2. מחקרים בבעלי חיים מצאו שלאינולין השפעה מיטיבה על התרבות זנים ידידותיים של החיידקים, כמו ביפידובקטריום. בנוסף, הוא בעל השפעה על תחושת שובע וייצור של פפטידים של המעי. זני חיידקי הביפידובקטריום שגדלו בקבוצה שקבלה אינולין מקושרים למסת גוף נמוכה יותר ולאיזון רמות השומנים בדם, והחוקרים מציעים אפשרויות של מניפולציות עתידיות באמצעות סיבי אינולין להקטנת תסמינים של התסמונת המטבולית. העדויות של השפעת המזון על התרבות זני חיידקים ידידותיים מגיעות גם לגבי הסיבים מסוג Galacto-oligosaccharides (GOS). מתן תוספת של 2.5 גר', 3 פעמים ביום, במהלך נטילת אנטיביוטיקה מסוג אמוקסיציקלין ועד שבוע אחרי, הדגים שינוי במיקרופלורה של הנבדקים, וזאת אף ללא תוספת הפרוביוטיקה 3. השפעת סיבים מסוג פרוקטואוליגוסכרידים בטיפול בשלשול הנגרם אחרי נטילת אנטיביוטיקה הוכח במחקרים in vivo (בייחוד במניעת החיידק קלוסטרידיום דפיצילי). במחקר זה תוספת הסיב ניתנה לאנשים שנוטלים כבר אנטיביוטיקה, הידועה כבעלת השפעת לוואי של שלשולים ולמרות זאת – נפוצה עדיין בשימוש. המינון של הסיב GOS לא גרם לתופעות לוואי אפשריות (כגון נפיחות). רמות החיידקים מסוג ביפידובקטריה עלו בקבוצת GOS החל מהיום ה-8 ועד ה-12, אם כי באופן לא מובהק. יחד עם זאת, החוקרים מניחים שתוספת של GOS תרמה לשיקום של זני חיידקים נוספים, כנראה דרך הזנת החומצות הלקטית והאצטית. זני חיידקים נוספים, כמו   Eubacterium ו- Roseburia נצפו ברמה גבוהה יותר בקבוצת GOS מאשר בקבוצת הביקורת. זה תואם ממצאים של מחקרים אחרים המראים שיקום מיקרופלורה מהיר יותר בקבוצות תינוקות אשר הוזנו בתוספת אינולין לאחר סיום נטילת אנטיביוטיקה, ומרמז על התרומה של סיבים אלה לשיקום פלורת המעיים. מעניין לבחון גם השפעה של תוספי תזונה על אוכלוסיית חיידקי המעי. לדוגמא, קיימת סברה שתוספת ברזל פומי עלולה להעלות סיכון להתפתחות דלקת במעי 4. מחקר רנדומלי אשר בדק את השפעת תוסף ברזל פומי בקבוצות של ילדים בדרום אפריקה על רמות הקלפרוטקטין ( סמן, marker, המצוי בצואה אשר רמתו מצביעה על מידת הדלקת במעי), על אוכלוסיות של קבוצות חיידקים שונות ועל רמות הפרשת חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFA) בילדים. החוקרים הראו יעילות של תוסף הברזל לתיקון האנמיה ללא כל השפעה על אף אחד מהפרמטרים הנוספים.

מזון מותסס

אם תוספת של סיבים תזונתיים מסויימים יכולה להשפיע על פלורת המעיים, אולי אפשר לייצר את החיידקים הרצויים מחוץ למעי ופשוט לצרוך אותם במזון? כנראה שזה אחד הכיוונים המתפתח בתעשייה: מחקרים רבים עוסקים במזון מותסס כדרך טבעית וקלה לשפר את פלורת המעיים. התעשיה עובדת על שימוש  במזונות מותססים כמו סויה וכרוב כבוש, ואף מיצוי של חיידקים מהצואה של תינוקות יונקים. כל זאת על מנת לזהות ולאפיין את החיידקים הללו ולהשתמש בהם בהמשך 5. כיוון נוסף שמסתמן בתעשיה הוא התססה של סויה וקינואה עם חיידק  פרוביוטי (Lactobacillus casei LC-1), עם תוספת של סיב פרה-ביוטי  מסוג FOS – פרוקטואוליגוסכרידים, לקבלת משקה סינביוטי 6. כיוון מעניין נוסף הציגה קבוצת חוקרים מברזיל, אשר בדקה את השפעת חלב מותסס על התסמונת המטבולית  בקרב נשים פוסט-מנופזואליות. לאחר 90 יום של שתיית 80 מ"ל/יום של חלב מותסס הודגמה ירידה ברמות הגלוקוז בצום ורמות הומוציסטאין, לעומת הקבוצה השניה שצרכה חלב בלתי מותסס7. החיידק איתו השתמשו בהכנת החלב המותסס היה L. plantarum, מקבוצת הלטקובצילוס. יחד עם זאת, השימוש במזון מותסס, אשר תופס תאוצה גם בתעשיה, דורש התייחסות ביקורתית מצדנו, אנשי הטיפול. לדוגמא, נמצא ששילוב של מזון מותסס מסויה (אקסון, מזון אתני הנפוץ בצפון מזרח הודו) העלה באופן משמעותי את הגדילה, ההגעה לגיל הפריון והפריון עצמו של עופות שקיבלו תוספת אקסון למזונם במינון של 5% בלבד 8. הבקטריה המרכזית במזון היתה Bacillus coagulans. החוקרים אמנם היו מרוצים וסיכמו את המחקר כהצלחה בשימוש במזון סינביוטי להעלאת הפריון והתפוקה של העופות, אך לאור העובדה שגיל ההתבגרות המינית בקרב אוכלוסיות מערביות הולך ויורד, כדאי להתייחס לממצאים כאלה בזהירות.

אנחנו, המארח, יכולים להשפיע על שמירה או הפרה של האיזון של אוכלוסיות החיידקים במערכת העיכול. ישנן הרבה דרכים בהן האיזון יכול להיות מופר, ביניהם רחצה תכופה מדי, מזון לא מתאים, סטרס נפשי ולחצים ארוכי טווח, חוסר פעילות גופנית, תזונה לא מתאימה, נטילת תרופות כמו אנטיביוטיקה, סותרי חומצה, מדכאי מערכת החיסון ועוד. 

לסיכום

לסיבים פרה-ביוטיים מיוחסת השפעה מיטיבה על בריאות כללית ושל מערכת העיכול בפרט. נוכחות סיבים אלה הודגמה כמעלה את ייצור חומצות השומן קצרות השרשרת (SCFA), בייחוד חומצה אצטית, פרופיונית ובוטירית, וכן חומצה לקטית, המורידות את PH הקולון.  בנוסף, לסיבים אלה מיוחסות השפעה מיטיבה על פלורת המעיים, תגובה חיסונית טובה יותר של מוקוזת המעי ושל מערכת החיסון בכלל. מחקרים בחיות מעבדה ואף מחקרים קליניים הדגימו את היעילות של סיבים פרה-ביוטיים במניעה של התלקחות מחלות מעי דלקתיות, בייחוד הקוליטיס הכיבית 9. אינולין הודגם כמעקב התרבות של קלוסטרידיום דפיצילי, in vitro. בנוסף לממצאים אלה, המחקר ממשיך לחפש עוד דרכים בטוחות ויעילות למניפולציות של פלורת המעיים, במטרה להביא מזור לסובלים ממחלות מעי דלקתיות. בין החומרים שנחקרים כעת במחקרים מעבדתיים חומצה לינולאית Conjugated Linoleic acid-, דרך מנגנון העיכוב של ציטוקינים מעודדי דלקת כמו TNF אלפא ו-NFkappa B, בעודה מעודדת ייצור של ציטוקין נוגד דלקת מסוג TGF- בטא1 9. לאחרונה סיב פרה-ביוטי חדש נכנס לשימוש – enzyme-resistant dextrin, או בשמו המסחרי- הנוטריוז, שנראה בעל השפעה דומה לזו של אינולין. מופק מתפוחי אדמה.  מופיע בתכשיר של תוסף סיבים 10. הסיבים הפרה-ביוטיים מוספים כיום לתכשירי פרוביוטיקה או ניתנים לרכישה בתוספת נפרדת. על התוויות של התכשירים הם מצויינים כ- FOS. התזונה שלנו, שמכילה כמות זו או אחרת של הסיבים, תקבע רבות את סוג הזנים של החיידקים שייתפסו ויתרבו במעיים שלנו. ברשת מופיעים מידי פעם סיפורים  אנקדוטיים,  אך מעניינים, כמו  סיפורו של ר. אנדרסון,  אשר טוען שהביא את עצמו לרמיסיה ממחלת קרוהן באמצעות שימוש בלחם עם עובש. עוד חומר למחשבה11.

References: 

 

1. Probiotics and prebiotics in diseases of gastrointestinal tract. Prana Essentials ltd, literature screening. 2012.

2. Salazar N et al. Inulin-type fructans modulate intestinal Bifidobacterium species populations and decrease fecal short-chain fatty acids in obese women. Clin Nutr. 2014 Jun 11. pii: S0261-5614(14)00159-9. doi: 10.1016/j.clnu.2014.06.001.

3. Ladirat SE et al. Exploring the effects of galacto-oligosaccharides on the gut microbiota of healthy adults receiving amoxicillin treatment. Br J Nutr. 2014 Jun 13:1-11. [Epub ahead of print]

4. Dostal A et al. Effects of iron supplementation on dominant bacterial groups in the gut, faecal SCFA and gutinflammation: a randomised, placebo-controlled intervention trial in South African children. Br J Nutr. 2014 Jun 11:1-10. [Epub ahead of print]

5. Wang CY et al. Probiotic properties of Lactobacillus strains isolated from the feces of breast-fed infants and Taiwanese pickled cabbage. Anaerobe. 2010 Dec;16(6):578-85. doi: 10.1016/j.anaerobe.2010.10.003. Epub 2010 Oct 15 

6. Bianchi F et al. Potentially synbiotic fermented beverage with aqueous extracts of quinoa (Chenopodium quinoa Willd) and soy. Food Sci Technol Int. 2014 Jun 23. pii: 1082013214540672. [Epub ahead of print]

7. Barreto FM et al. Beneficial effects of Lactobacillus plantarum on glycemia and homocysteine levels in postmenopausal women with metabolic syndrome. Nutrition. 2014 Jul-Aug;30(7-8):939-42. doi: 10.1016/j.nut.2013.12.004. Epub 2013 Dec 14. 

8. Singh BR1, Singh RK. Axone, an ethnic probiotic containing food, reduces age of sexual maturity and increases poultry production. Probiotics Antimicrob Proteins. 2014 Jun;6(2):88-94. doi: 10.1007/s12602-014-9160-8.

9. Viladomiu M et al. Nutritional protective mechanisms against gut inflammation. J Nutr Biochem. 2013 June ; 24(6): 929–939. doi:10.1016/j.jnutbio.2013.01.006.

10. Sliżewska K. The citric acid-modified, enzyme-resistant dextrin from potato starch as a potential prebiotic. Acta Biochim Pol. 2013;60(4):671-5. 

11. http://www.mirror.co.uk/news/real-life-stories/ive-cured-myself-crohns-disease-3726075

תיאור מקרה

 אורלי מנירב, דיאטנית קלינית וגסטרו

אפרת היא עובדת סוציאלית רווקה בת 29, שוקלת 81 ק"ג וגובה 159 ס"מ. הגיעה אלי בעקבות כאבי בטן ועצירות מהן סובלת מזה 8 שנים, אשר החריפו בשנה האחרונה. מעוניינת בירידה במשקל ושיפור הרגלי היציאה. לפני כשנה עברה בירור גסטרו, אשר שלל הליקובקטור פילורי, ובנוסף ביצעה גסטרוסקופיה וקולונוסקופיה שהיו תקינות. בהמלצת הרופא התחילה ליטול אומפרדקס. משיחה עם אפרת עולה שהיא בחורה לחוצה וחרדתית, ושההחרפה במצבה התחילה עם תחילת העבודה במקום עבודתה הנוכחי. בנוסף התברר כי היא לא נוהגת ללכת לשירותים מחוץ לביתה בכלל, ובמקום עבודתה בפרט. לפי האנמנזה אפרת משתדלת להימנע מאכילת גלוטן, ממעטת לאכול במהלך יום העבודה ומתפתה לנשנושים ליליים מתוקים. היא שותה הרבה דיאט קולה, בקושי שותה מים ונוטלת אומגה 3, פרוביוטיקה ואנזימי עיכול. בנוסף, מקפידה ללכת לחדר כושר לפחות שני ערבים בשבוע. אפרת קיבלה תפריט מתאים והנחייה ללכת מידי יום לשירותים במקום עבודתה, גם אם אינה מרגישה צורך בכך. במפגשים הבאים התברר כי הצליחה לשמור על התפריט, אך נכשלה במשימת הביקור בשירותים. לאורך כל המפגשים, חל אמנם שיפור במצבה לאור ההמלצות התזונתיות, אך אני תוהה אם המרכיב הנפשי לא משחק כאן תפקיד משמעותי.

  שאלות: לצד המענה התזונתי, מה עוד אני כדיאטנית יכולה לעשות לשיפור מצבה של אפרת? האם וכיצד ניתן לסייע לאפרת להתגבר על המחסום הפסיכולוגי וללכת לשירותים גם מחוץ לביתה?  

 פרשנות- מאת: טל מלמד, עובדת סוציאלית קלינית, מנהלת מכון גרין לפסיכולוגיה מתקדמת

נתייחס למה שנקרא תיאור "מקרה". לא כל אדם ולא כל סיפור שהוא מספר לנו יכול להיחשב מקרה. כדי שנוכל להתייחס לדיבור של אדם כ"מקרה" צריכים להתקיים מספר תנאים: ראשית, שהאדם יבוא לספר את הסיפור שלו בתוך מרחב טיפולי, שיש בו מטפל ומטופל. כלומר, קיים הכרח שהמטופל יניח ידע לאדם שאליו הוא בא, על מנת לספר בדיוק לו ולא למישהו אחר, את הסיפור שלו. שנית, הכרח הוא שהנחת הידע הזאת תמשיך להתקיים. באופן פרדוכסלי, על המטפל לזכור ולהזכיר לעצמו כל הזמן, שהוא לא יודע דבר על האדם שבא לדבר איתו ושבשום אופן הוא לא מבין את מה שהוא שומע בתוך מה שנאמר. הנחת הידע מתקיימת רק במידה שהמפגש מייצר סוג של הפתעה. על המטופל להיתקל בדבר מה שיפתיע אותו, בכל מפגש. לבני אדם אין כל אפשרות להבין אף אחד לפני שהוא דיבר. אחת המשימות העיקריות והמורכבות של כל מטפל היא להכשיר את עצמו להצליח להיות בעמדה של לא לדעת ולא להבין. לדוגמא, כשאפרת אומרת שהיא סובלת מכאבי בטן ועצירות, הדיאטנית, שזוכרת שהיא לא יודעת ולא מבינה, אמורה לשאול אותה: מה זה עצירות? בתשובה, המטופל מנסח ומתאר את מה שהוא מכנה עצירות. לניסוח ולבחירת המילים חשיבות מכרעת. כולנו מדברים עברית, אבל אנשים שונים עושים בה שימוש שונה, כל אחד והשפה הפרטית שלו, חשוב להקשיב כי השפה, הסבל והמציאות הם פרטיים וייחודים עבור מי שמדבר. כשמטופל אומר את הסיבה בגללה הוא בא, על המטפל לבקש ממנו לפרט, ולשאול שאלות הכרחיות שאלות: מתי זה התחיל? מה קרה? למה זה מפריע? מתי זה מפריע? מה עשית כדי להקל? מה שעשית שעזר? מה לא עזר? איך? איפה בגוף זה קורה? וכו'…התשובות על שאלות אלו יאפשרו להתחיל להבין דבר מה. במקרה שלפנינו בולט המידע החשוב שהמטופלת הניחה בפני הדיאטנית. העצירות שהתחילה לפני שמונה שנים, החריפה בשנה האחרונה, בנקודה זאת על הדיאטנית לשאול מה קרה לפני שמונה שנים ומה קרה בשנה האחרונה. אין בידינו מידע על האירועים מלפני שמונה שנים, אבל שם היא מסמנת את נקודת התהוות הסימפטום, ופתאום היא מגלה שהיא מתקשה ללכת לשירותים מחוץ לביתה ושלפני שנה, יחד עם תחילת עבודתה במקום הנוכחי, במיוחד שם היא מתקשה ללכת לשירותים, שני דברים אותם המטופלת קושרת לתופעת העצירות ולהחרפתה. תופעת העצירות נמצאת על הרצף שבין שליטה מוחלטת, מצד אחד, לבין שחרור מוחלט, מצד שני. אפרת אומרת שהיא לחוצה וחרדתית, ושהיא לא נוהגת ללכת לשירותים מחוץ לביתה, ובכך מצביעה עבורנו על הקשר הקיים בין הנפש והעכבות שלה, לבין הגוף והעכבות שלו. גם כאשר ניתן למצוא הסבר פיזיולוגי, או טיפול תרופתי או דיאטטי, ברוב המקרים בהם תופיע עצירות, נמצא מרכיב נפשי על הרצף של שליטה, ועל המטפל להיות ער וקשוב למרכיב הזה בתוך דבריו של המטופל, וכשמטופל אומר שהוא לחוץ וחרדתי, על המטפל לשאול אותו: מה זה אומר? משלוש סיבות עיקריות, האחת, כאמור, המטפל לא יודע ולא מבין במקרה המסוים. השנייה, במידה ולא ישאל הוא ימשיך לא לדעת. השלישית, מתפקידו של המטפל לדרוש מהמטופל להמשיך את הדיבור שלו במטרה להיתקל בדבר מה לא ידוע, בהפתעה. אם על השאלה: "למה את לא הולכת לשירותים מחוץ לבית?" אפרת ענתה: "לא יודעת", זה סימן לכך שהיא עדיין לא רוצה לדעת על כך דבר. אפשר לשתוק, או לומר לה: "שאלה!" ולקבוע עוד פגישה, כי בפגישות הבאות יופיעו רמזים לתשובה. אפרת סיפרה ממה היא נמנעת, ומה היא עושה, כשמטופל מנסח רשימת "עשה" ו"אל תעשה", בין אם היא הזויה ולא הגיונית ובין אם לאו, על המטפל להבין שזוהי רשימה ייחודית שהמטופל המציא על מנת לשרוד, שיש לו היגיון משלו, ושתפקידו לעזור למטופל למצוא את ההיגיון הטמון בהמצאה הפרטית. אפרת פנתה לרופא ולדיאטנית, נרשמו לה תרופה, תפריט מתאים וניתנה לה הנחיה ללכת מידי יום לשירותים במקום עבודתה, גם אם אינה מרגישה צורך בכך. היא נטלה את התרופה והצליחה לשמור על התפריט, אך נכשלה במשימת הביקור בשירותים. המקום של הפתרון הוא הדיאטה בתנאי שהיא תתייחס לסיבת הסימפטום.