#PAGE_PARAMS# #ADS_HEAD_SCRIPTS# #MICRODATA#

Mikrobiom a chronická rinosinusitida


The microbiome and chronic rhinosinusitis

Chronic rhinosinusitis (CRS) is a complex heterogeneous inflammatory disease of the nasal cavity and paranasal sinuses, which very often leads to a decrease in the quality of life with subsequent socioeconomic burden on health services and medical care. CRS is clinically divided into chronic rhinosinusitis with polyps (CRSwNP) and chronic rhinosinusitis without polyps (CRSsNP). Currently, research focuses on the composition of microflora in individual parts of the human body, which has already helped clarify the role of the microbiome in inflammatory respiratory diseases such as bronchial asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Furthemore, research also focuses on the role of the nasal microbiome in possible initiation and potentiation of CRS. A healthy nasal microbiological environment is composed of bacteria, fungi, and viruses. A closer understanding of interactions between microbes and individual components of the immune system may help clarify the pathophysiological mechanisms involved during CRS. In this review article, we will focus on the current knowledge of composition changes and the possible role of the complex microbiome of the upper respiratory tract in CRS compared to a healthy nasal environment.

Keywords:

mucosal immunity – chronic rhinosinusitis – Microbiome – probiotics – chronic inflammation


Authors: K. Mamiňák 1,2 ;  D. Funda 3 ;  Š. Zavázalová 1,2 ;  T. Filipovský 1,2 ;  D. Kovář 1,2 ;  K. Janoušková 1,2 ;  R. Holý 1,2 ;  J. Astl 1,2
Authors‘ workplace: Klinika otorinolaryngologie a maxilofaciální chirurgie 3. LF UK a ÚVN Praha 1;  3. lékařská fakulta, Univerzita Karlova, Praha 2;  Laboratoř buněčné a molekulární imunologie, Mikrobiologický ústav Akademie věd ČR, v. v. i. 3
Published in: Otorinolaryngol Foniatr, 73, 2024, No. 3, pp. 182-190.
Category: Review Article
doi: https://doi.org/10.48095/ccorl2024182

Overview

Chronická rinosinusitida (CRS) je komplexní heterogenní zánětlivé onemocnění dutiny nosní a vedlejších dutin nosních, které velmi často vede ke snížení kvality života s následným socioekonomickým zatížením zdravotnictví. Klinicky se rozděluje na chronickou rinosinusitidu s polypy (CRSwNP) a chronickou rinosinusitidu bez polypů (CRSsNP). V současné době se výzkum zaměřuje na složení mikroflóry v jednotlivých částech lidského těla, které již pomohlo objasnit roli mikrobiomu u zánětlivých respiračních onemocnění, jako je asthma bronchiale a chronická obstrukční plicní nemoc (CHOPN). V této návaznosti se výzkumy zaměřují i na roli nosního mikrobiomu v možné iniciaci a potenciaci CRS. Zdravé nosní mikrobiologické prostředí je z velké části tvořeno bakteriemi, plísněmi a viry. Bližší poznání interakcí mezi mikroby a jednotlivými složkami imunitního systému mohou pomoci ozřejmit patofyziologické mechanizmy probíhající během CRS. V tomto přehledovém článku se zaměříme na současné poznatky o změnách a možné roli komplexního mikrobiomu horních cest dýchacích u CRS v porovnání se zdravým nosním prostředím.

Klíčová slova:

probiotika – slizniční imunita – mikrobiom – chronická rinosinusitida – chronický zánět

Úvod

Lidský mikrobiom hraje významnou roli v udržování zdravého prostředí organizmu a jeho komplexní ekosystém se stal prioritou současného medicínského výzkumu i v oblasti dutiny nosní a vedlejších dutin nosních. Mikrobiom je definován jako komunita mikroorganizmů ve svém specifickém prostředí zahrnující bakterie, houby, plísně, viry i archea a prvoky [1]. V širším kontextu mikrobiom zahrnuje v něm žijící organizmy i vymezené prostředí se svými typickými podmínkami [2]. Přítomnost tohoto společenství slouží vzájemné symbióze v lidském organizmu. Mikrobiom získává živiny a příznivé životní mikroprostředí. Hostící organizmus profituje z metabolitů, které mikrobiom vytváří, a z vlivu fyziologického mikrobiomu na udržování balancovaného imunitního systému [1, 3]. Při porušení této vzájemné synergie může dojít k rozvoji dysmikrobie a následným patofyziologickým procesům, které mohou ovlivnit celý organizmus. Některé studie popisují možný vliv snížení diverzity střevního mikrobiomu na změnu z typu 1 na typ 2 vrozených imunitních reakcí, jež vedou k potenciaci atopie i astmatu [4, 5]. Mikrobiom každého lidského jedince je unikátní v závislosti na mnoha faktorech životního prostředí, klimatu a stravovacích návycích [6].

V průběhu zánětlivého procesu dochází ke změnám v prostředí, ve kterém některé bakterie neprospívají a jiné se naopak více reprodukují. Zároveň takto změněný mikrobiom může udržovat a podporovat již probíhající zánětlivý proces. Kolonizace patogenními bakteriemi a změna v zastoupení jednotlivých bakterií, především tzv. oportunně patogenních, by mohly být jedním z důležitých spouštěcích procesů v rozvoji chronické imunitní zánětlivé odpovědi při CRS. Dysfunkční slizniční bariéra, zánětlivé změny respiračního epitelu či obstrukce ostií jednotlivých dutin zánětlivými procesy mohou přinášet podmínky vhodné pro sekundární přerůstání bakterií a pro dysmikrobiózu, které dále podporují rozvoj CRS (obr. 1, schéma 1).

V tomto článku předkládáme přehled současných poznatků o fyziologii mikrobiomu v lidském těle a zaměříme se na patofyziologické funkce mikrobiomu v rámci CRS, jejich možné vlivy na rozvoj tohoto onemocnění a možné budoucí terapeutické cíle.

Image 1. Schematické znázornění patofyziologického vlivu mikrobiomu na nosní sliznici a vznik nosních polypů.
Schematické znázornění patofyziologického vlivu mikrobiomu na nosní sliznici a vznik nosních polypů.
Fig. 1. Illustration of the pathophysiological influence of the microbiome on nasal mucosa and formation of nasal polyps.

Schéma 1. Schéma možných funkcí a vlivů mikrobiomu v nosní dutině a vedlejších dutinách nosních.
Schéma 1. Schéma možných funkcí a vlivů mikrobiomu v nosní dutině a vedlejších dutinách nosních.
Scheme 1. Diagram of possible functions and influences of the microbiome in the nasal cavity and paranasal sinuses.

 

Současný stav poznání patofyziologie chronické rinosinusitidy

Chronická rinosinusitida je komplexní zánětlivé onemocnění nosní dutiny a vedlejších dutin nosních. Klinicky lze CRS rozdělit na dvě základní skupiny splňující symptomatologickou definici dle EPOS 2020 (European Position Paper on Rhinosinusitis and Nasal Polyps 2020). Mezi dané symptomy řadíme známky zánětlivého procesu sliznice dutiny nosní, zvýšenou sekreci, obstrukci dutiny nosní, lokální bolestivost či tlak a mnoho dalších méně frekventovaných symptomů trvajících min. 12 týdnů. Klinické symptomy se doplňují endoskopickými či radiologickými známkami zánětlivého procesu [7]. Tyto dvě skupiny klinicky rozdělujeme na chronickou rinosinusitidu s polypy (CRSwNP), kdy endoskopicky či radiologicky nalézáme přítomnost nosních polypů, a chronickou rinosinusitidu bez polypů (CRSsNP), při které polypy nejsou v dutině nosní přítomny.

Z imunologického pohledu lze CRS rozdělit na více fenotypů lišících se typem probíhající zánětlivé odpovědi. CRSwNP je obecně považována za stav charakterizovaný zánětlivou reakcí s převahou eozinofilní celulizace, ačkoli typ zánětlivé reakce může být různý v závislosti na geografické oblasti. U většiny pacientů jsou sérologicky zvýšené hladiny interleukinu-5 (IL-5), cytokinu, který podporuje přežití a aktivaci eozinofilů, interleukinu-4 (IL-4) a interleukinu-13 (IL-13), které jsou spojeny s typem 2 (Th2-lymfocyty řízené) imunitní odpovědí, pro niž jsou typické alergie a astma. CRSsNP je spíše charakterizována typem 1 (Th1-lymfocyty řízenou) imunitní odpovědí s převažujícími neutrofily v submukóze nosní sliznice a sérologickým zvýšením interleukinu-8 (IL-8) [7]. Nicméně skutečný imunologický profil může být u jednotlivých pacientů velmi variabilní v závislosti na rase a geografické poloze. Recentně se popisuje zásadní snížení přítomnosti regulačních T lymfocytů ve tkáních nosních polypů u pacientů s eozinofilní CRS (eCRS) [8]. Regulační T lymfocyty (Treg lymfocyty) jsou speciální subpopulací lymfocytů, jejichž hlavní funkcí je udržovat homeostázu mezi jednotlivými složkami imunity a autotoleranci, čímž jsou klíčovou složkou v prevenci rozvoje autoimunitního onemocnění [9].

Podle nejnovějších studií je epidemiologická prevalence CRS v evropské populaci 12,8 %, zatímco klinická prevalence se pohybuje mezi 3 a 6,4 %, zásadní spouštěcí faktory CRS přesto nejsou stále známy [10]. Nejspíše se jedná o komplex spouštěcích vlivů, mezi něž nepatří pouze bakterie, ale i efektorové imunitní buňky, remodelace tkání, pronikání a pravděpodobně patologická lokální funkce imunoglobulinů, chemokinů a eikosanoidů [11, 12].

Table 1. Přehled prezentovaných studií, jejich styl diagnostiky a změny v diverzitě bakterií u pacientů s CRS oproti zdravým kontrolám.
Přehled prezentovaných studií, jejich styl diagnostiky a změny v diverzitě bakterií u pacientů s CRS oproti zdravým kontrolám.
Tab. 1. Overview of presented studies, their diagnostic style and changes in bacterial diversity in patients with CRS vs. healthy controls.

Mikrobiom zdravé nosní dutiny a vedlejších dutin nosních

Termín mikrobiom odpovídá celkovému genomu komunity mikroorganizmů, které žijí v jednom konkrétním mikroprostředí. Do komunity mikroorganizmů řadíme bakterie, viry, houby a plísně. V rámci lidského mikrobiomu se jedná o mikroprostředí na sliznicích uvnitř těla či na kůži. Mnoho faktorů zevního prostředí, např. způsob porodu, stravovací návyky, hygiena a styl života, mohou ovlivňovat složení mikrobiomu a jeho vliv na správný rozvoj imunitního systému [6]. Jednotlivé druhy mikroorganizmů přežívají a prospívají na základě jejich přístupu ke stravě, lokálnímu pH, teplotě či parciálním tlaku kyslíku. Kromě toho vrozené a adaptivní imunitní mechanizmy selektují a ovlivňují zastoupení jednotlivých druhů v mikrobiomu v jednotlivých anatomických prostředích [6].

Starší studie využívaly k výzkumu sinonazálního mikrobiomu kultivační metody, následně ovšem bylo potvrzeno, že přibližně 60–99 % lidského mikrobiomu nelze vykultivovat [13]. Výsledkem kultivačních metod je relativní procentuální zastoupení jednotlivých druhů bakterií. S rozvojem sekvenování nové generace (NGS – next-generation sequencing) přišla možnost studovat složení mikrobiomu pomocí identifikace genu pro 16S ribozomální RNA, která je specifická pro každý rod, nověji i druh bakterií, a díky nimž je možné bakterie rozdělit do podobných skupin tzv. provozních taxonomických jednotek (OTUs – operational taxonomic units), zkráceně taxonů. Na podkladě genetických metod se bakterie člení do 25 bakteriálních kmenů, jež jsou dále rozdělovány do bakteriálních rodů a ty do jednotlivých druhů. Nejčastěji zastoupené bakteriální kmeny a druhy jsou přehledně vypsány ve schématu 2.

Výhodou sekvenačních metod nezávislých na kultivaci je kvantitativní určení zastoupení jednotlivých bakterií ve vzorcích a statistické porovnávání zastoupení bakterií v rámci studovaných pacientů. Ve velké části prostředí, ve kterých se studuje mikrobiom, je typické tzv. mocenské zastoupení jednoho dominantního druhu bakterie nebo taxonu bakterií, zatímco další druhy jsou zastoupeny exponenciálně méně [14, 15]. Jedná se o objektivní zobrazení stavu mezidruhových interakcí, kdy lokální podmínky vyhovující jednomu druhu inhibují až úplně omezují růst jiných druhů. Pokud se jedná o patologický stav, může dojít ke snížení množství zastoupení druhů v mikrobiomu, jež může následně působit negativně na dané mikroprostředí.

Studium zdravého sinonazálního mikrobiomu je základem pro hlubší poznání funkce mikrobiomu v tomto mikroprostředí a následné pochopení jeho vlivu či změn při rozvoji CRS. Bassis et al. zhodnotili složení mikrobiomu ze stěrů ze středního nosního průchodu u zdravých kontrol pomocí sekvenačních metod nezávislých na kultivaci analýzou 16S rRNA genu [16].

Výsledkem výzkumu Bassis et al. bylo nalezení přítomnosti některých komenzálních bakterií. Rod Corynebacterium tvořil téměř polovinu bakteriální populace u 40 % testovaných jedinců a byl přítomen v určitém zastoupení u všech vzorků. Propionibacterium bylo též zastoupeno u všech jedinců v procentuálním zastoupením mezi 0,4 a 42,4 % bakteriálního společenství. Rod Staphylococcaceae byl též přítomen u všech studovaných jedinců v procentuálním zastoupení mezi 2,2 a 55,0 %, nicméně bez specifikace konkrétního druhu. Rod Moraxellacae nebyl hojně zastoupen a byl plně nepřítomen u 40 % studovaných jedinců [16]. Ramakrishnan et al. zkoumali ještě větší skupinu vzorků ze středního nosního průchodu u zdravých jedinců pomocí sekvenačních metod a dosáhli podobných distribučních hodnot porovnatelných s předchozí studií. Nalezli s vysokou prevalencí přítomnost rodů Corynebacterium, Staphylococcaceae a Propionibacterium, také Firmicutes a Acinetobacteria. Zároveň detekovali i přítomnost některých oportunních bakterií jako Streptococcus pneumoniae, Moraxella catarhalis a Haemophilus influenzae u některých studovaných jedinců [17].

Houby, plísně a viry jsou již známými komponentami zdravého sinonazálního mikrobiomu, ovšem jejich funkce je dosud nepoznaná [18–20]. Vysoce zastoupený v nosní dutině a vedlejších dutinách nosních je rod hub Malasseziaceae (dříve známý jako Pytirosporum) v procentuálním zastoupení kolem 53,9 %. Dalšími druhy hub nejčastěji zastoupenými ve zdravém sinonazálním mikrobiomu jsou Cladosporium (5,96 %) a Pleosporles (2,17 %) [21]. Zajímavostí je, že zastoupení houby Malassezia restrica má negativní korelaci se zastoupením bakterie Propionibacterium, což může naznačovat jejich vzájemný konkurenční vztah. Během výzkumu zdravého sinonazálního mikrobiomu byla potvrzena i přítomnost rinovirů, enterovirů a annellovirů u asymptomatických jedinců [22]. Nicméně data týkající se konkrétního kvantitativního složení zdravého sinonazálního mikrobiomu jsou stále velmi omezená, jelikož většina studií se zabývá pouze porovnáváním složení mikrobiomu kontrol vůči mikrobiomu u CRS.

Přítomnost komenzálních bakterií ve zdravé nosní dutině a vedlejších dutinách nosních dále podporuje teorii jejich vzájemné homeostatické funkce. Porucha rovnováhy ve složení komenzálních bakterií může vést k rozvoji nemoci.

Dobře známým příkladem může být pomnožení Clostridium difficile ve střevech po podání antibiotik, která naruší rovnováhu střevního mikrobiomu.

Genetické faktory lidského imunitního systému jsou další zásadní složkou, která může ovlivňovat složení mikrobiomu a jeho odolnost vůči narušení rovnováhy [23]. Genetické faktory imunitního systému mohou ovlivňovat schopnost rozpoznávání jednotlivých mikrobů, jejich navazování na povrchy lidského těla a také předurčují intenzitu imunitních reakcí vůči jednotlivým bakteriím a změnám složení mikrobiomu [24]. Hsu et al. hodnotili genetické polymorfizmy a varianty asociované s CRS, jež se týkají především vrozené imunity včetně funkce syntetázy oxidu dusného (NOS), jehož významná úloha v CRS byla popsána více autory [25, 26]. Individuální predispozice pro rozvoj zánětu by mohly vyústit v rozvoj nebo progresi jednotlivých lokálních zánětlivých onemocnění jako astma či CRS.

Schéma 2. Přehled nejčastějších bakteriálních kmenů a druhů dle genetické analýzy [1, 4].
Schéma 2. Přehled nejčastějších bakteriálních kmenů a druhů dle genetické analýzy [1, 4].
Scheme 2. Overview of the most abundant bacterial phyla and species [1, 4].

Mikrobiom u chronické rinosinusitidy

V úvodu k sinonazálnímu mikrobiomu u CRS krátce porovnáme studie využívající k diagnostice bakterií kultivační metody. Brown et al. studovali vzorky od 174 pacientů s CRS, jimž odebírali bakteriální stěry se středního nosního průchodu během endoskopických operací. Mezi nejčastěji vykultivované bakterie patřily koaguláza-negativní Stafylococcae (36 % vzorků), Stafyloccocus aureus byl vykultivován z 25 % vzorků, Streptoccocus viridans (8,3 % vzorků), Corynebacterium (4,6 % vzorků) a anaeroby byly vykultivovány z 6,4 % vzorků. Zdravé kontroly do této studie zahrnuty nebyly [27].

Wei et al. porovnávali složení mikrobiomu získaného ze středního nosního průchodu u 136 pacientů s CRSwNP, u 66 pacientů s CRSsNP a u 17 zdravých kontrol. Nejčastěji izolované druhy bakterií od pacientů s CRSwNP byly Corynebacterium spp. v 19,9 % vzorků, Staphyloccocus epidermidis (19,1 %), Streptococcus spp. (14,7 %) a Staphylococcus aureus v 11,0 % vzorků. U pacientů s CRSsNP byly nejčastěji vykultivovanými bakteriálními druhy Corynebacterium spp. z 21,2 % vzorků, Staphyloccocus epidermidis (21,2 %), Staphyloccocus aureus (13,6 %) a Streptococcus spp. (7,6 %). U zdravých kontrol byly tyto grampozitivní bakterie také vykultivovány v podobném procentu vzorků. Mezi jednotlivými kohortami nevyšel statisticky signifikantní rozdíl v hojnosti zastoupení zmíněných bakterií. Mykotická kultivace u všech kohort byla vzácně pozitivní a statisticky nesignifikantní [28].

Zmíněné studie založené na kultivačních metodách mají omezenou výpovědní hodnotu v hodnocení komplexního složení sinonazálního mikrobiomu, a tudíž je vhodné se zaměřit na studie využívající genetické diagnostické metody. Stressmann et al. analyzovali vzorky hlenu od 43 pacientů s CRS bez porovnání se zdravými kontrolami. Genetickou analýzou identifikovali 34 různých rodů bakterií. Mezi nejfrekventovaněji zastoupené bakteriální rody patřily rody Pseudomonas, Citrobacter, Haemophilus, Propionibacterium, Staphylococcus a Streptococcus [29].

Feazel et al. vyšetřovali mikrobiom vzorků ze středního nosního průchodu u 15 pacientů s CRS a 5 zdravých kontrol. Mezi nejčastěji detekované bakterie patřily kromě běžných mikrobiot horních cest dýchacích Staphyloccocus koaguláza-negativní, Corynebacterium spp., Propionibacterium acnes a Staphyloccocus aureus. Bakteriální druhy detekované genetickými metodami korelovaly s kultivační metodou v 65 % vzorků. Pacienti s CRS měli v porovnání se zdravými kontrolami signifikantně nižší diverzitu bakteriálních rodů a Staphyloccocus aureus byl více zastoupen u pacientů s CRS [30].

Složení sinonazálního mikrobiomu ve vzorcích získaných laváží dutiny nosní využili ve svých studiích Aurora et al. a Choi et al. [31, 32]. První zmíněná studie byla zaměřena na porovnávání bakteriální a mykotické složky mikrobiomu a množství přítomných buněk imunitního systému mezi 30 pacienty s CRS a 12 zdravými jedinci. Jako nejhojnější kmen bakterií diagnostikovali Cyanobacterium, jako nejhojnější druh Corynebacterium accolens, které bylo signifikantně zvýšené u CRS. Dále v této studii vykazoval mikrobiom u pacientů s CRS signifikantně vyšší diverzitu než u zdravých jedinců [31]. Naproti tomu Choi et al. popsali u pacientů s CRS celkovou vyšší bakteriální hojnost, ale signifikantně nižší diverzitu bakteriálních druhů. Jako dominantní kmen u CRS označili kmen Proteobacteria, naopak nižší výskyt kmene Bacteroidetes a vyšší výskyt druhu Staphyloccocus epidermidis oproti zdravým kontrolám [32].

Abreu et al. ve své studii popsali signifikantně nižší počet bakteriálních druhů zastoupených v mikrobiomu u pacientů s CRS ve vzorcích získaných stěry ze sliznice maxilárních dutin [33].

Podobných výsledků dosáhli ve své studii i Cope et al. studiem mikrobiomu a imunologického profilu u 59 pacientů s CRS a 10 zdravých kontrol ze stěrů z dutin během endoskopických operací. Pacienti s CRS vykazovali signifikantně nižší diverzitu bakterií s nejčastějšími rody Staphylococcaceae, Streptococcaceae, Psedomonadaceae a Corynebacteriaceae. Jednotlivé skupiny pacientů s CRS charakteristické jiným dominantním rodem bakterií měly ve stěrech rozdílnou expresi genů pro interleukiny, čemuž odpovídala lokální imunologická reakce a závažnost onemocnění [34].

Gan et al. se své studii vydané v roce 2021 zaměřili na zkoumání složení sinonazálního mikrobiomu a imunitních faktorů u CRSwNP. Nejhojněji zastoupenými kmeny bakterií v mikrobiomu u pacientů s CRS popsali kmen Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria a Bacteroidetes, přesto byla hojnost kmenu Actinobacteria signifikantně nižší oproti zdravým jedincům. Na úrovni druhů se nejhojněji u CRS vyskytoval druh Lactobacillus spp. a Corynebacterium spp., které byly ovšem u CRS signifikantně méně hojné v porovnání se zdravými kontrolami. Celková diverzita složení mikrobiomu u jednotlivých imunitních fenotypů CRS se překrývala s diverzitou mikrobiomu zdravých jedinců, lišila se pouze hojnost zastoupení jednotlivých druhů bakterií [35].

Ze všech studií porovnávajících diverzitu zastoupených druhů bakterií v mikrobiomu mezi pacienty s CRS a zdravými jedinci popsaly čtyři studie signifikantní snížení diverzity (Feazel et al., Abreu et al., Cope et al., Choi et al.), zatímco v jedné studii je popsáno signifikantní zvýšení diverzity (Aurora et al.), ve zbývajících studiích nebyl nalezen rozdíl v diverzitě mikrobiomu mezi danými kohortami. Nesoulad ve výsledcích rozmanitosti mikrobiomu mezi jednotlivými studiemi může být zapříčiněn několika faktory, např. rozdílným způsobem odběru vzorků, rozdílnou lokalitou odběru vzorků či předcházející léčbou antibiotiky u zkoumaných jedinců. Stručný přehled studií a jejich výsledků je popsán v tab. 1.

Rhinoviry, Coronaviry a virus influenzy jsou běžnými viry izolovanými z nosní sliznice u pacientů s CRS [33, 34, 36, 37]. Goggin et al. popsali signifikantně vyšší výskyt zmíněných virů u CRSsNP v porovnání s CRSwNP a zdravými kontrolami, přesto nenašli korelaci mezi přítomností virů a stupněm onemocnění [38].

Molekulární imunitní faktory sliznice dutiny nosní a vedlejších dutin nosních pravděpodobně přispívají svými změnami do komplexních interakcí mezi složkami vrozené a získané imunity a lokální mikrobiální komunitou. Epiteliální buňky nosní sliznice spolu s buňkami séromucinózních submukózních žlázek produkují velké množství proteinů a peptidů s antimikrobiálními funkcemi [39]. Mezi tyto molekuly patří enzymy (např. lyzozym, komponenty komplementu), permeabilizující peptidy (např. defenziny, surfaktantový protein-A) a neutralizující proteiny (např. laktoferin a sérový amyloid A) [40]. U zdravé nosní sliznice dochází k nárůstu exprese a produkce těchto molekul v reakci na probíhající infekci. Epiteliální buňky nosní sliznice izolované od pacientů s CRS naopak vykazovaly sníženou expresi antimikrobiálních peptidů jako např. lidský beta-defenzin 2 (hBD-2) a surfaktantový protein-A (SP-A) [41]. Defenziny patří mezi hlavní antimikrobiální peptidy respiračního epitelu, a tudíž změnami jejich produkce může být ovlivněna obranyschopnost nosní sliznice proti patogenním mikroorganizmům a může být změněna rovnováha symbiotického mikrobiomu [42].

Diskuze

Cílem většiny studií zaměřujících se na studium mikrobiomu u CRS bylo určení jednoho kauzálního mikroorganizmu, který by mohl být daným signifikantním rizikovým faktorem rozvoje či progrese CRS. Takový model je již dobře známý u lidského žaludečního mikrobiomu. Helicobacter pylori je potvrzeným rizikovým faktorem vzniku gastritidy, vředů a karcinomu žaludku a proximálního duodena. S účinnou diagnostikou a eradikací H. pylori dojde k signifikantnímu zlepšení těchto onemocnění [43].

Při určení daného kauzálního mikroorganizmu by mohla být nastavena efektivní léčba a prevence vzniku CRS, ovšem podle současně dostupných výsledků není nalezení kauzálního mikrobiálního faktoru u CRS pravděpodobné.

Z již proběhlých výzkumů je patrné, že běžné kmeny bakterií jsou zastoupeny jak u pacientů s CRS, tak u zdravých jedinců. Nesoulad ve výsledcích rozmanitosti mikrobiomu mezi jednotlivými studiemi poukazuje na širokou komplexnost CRS ovlivnitelnou mnoha rozdílnými faktory.

Kabelka et al. sledovali účinky intranazálně podávané laktoflóry na ovlivnění průběhu akutní infekce horních cest dýchacích u dětí. Ačkoli se kultivační profil patogenních bakterií po podání roztoku směsi bakterií kmene Lactobacillus nezměnil, byl průběh onemocnění signifikantně kratší a v porovnání s kontrolní skupinou došlo v nižším procentu k podání antibiotické terapie. Jejich výsledky potvrzují vzájemné interakce mezi jednotlivými složkami mikrobiomu, které změní projevy chování mikrobiomu vůči svému prostředí [44].

Léčba CRS je založena na tlumení zánětlivého procesu a odstraňování strukturálních překážek vzniklých na podkladě zánětlivého procesu farmakoterapeutickou či chirurgickou cestou. Současná farmakoterapie všech fenotypů CRS je založena na lavážích hypertonickými či hypotonickými solnými roztoky a aplikací intranazálních kortikosteroidů či systémových kortikosteroidů, zatímco principem funkční endoskopické sinonazální chirurgie (FESS) je obnovit fyziologickou ventilaci vedlejších dutin nosních [45–48]. Novou modalitou farmakoterapie CRSwNP je biologická léčba monoklonálními protilátkami, které tlumí Th2 typ zánětlivé odpovědi [49]. Tyto monoklonální protilátky blokující IL-4 (dupilumab), IL-5 (mepolizumab) či inhibitor IgE (omalizumab) jsou vysoce efektivní, ovšem nesou s sebou možné systémové nežádoucí účinky a vysoké náklady pro veřejné zdravotnictví [49]. Probiotika obsahující vhodné protektivní bakterie by mohla pomoci nastolit rovnováhu mezi mikrobiomem a mikroprostředím dutiny nosní a vedlejších dutin nosních. Posun složení mikrobiomu ve prospěch protektivních bakterií by mohl zahájit lokální imunomodulaci produkcí peptidů a sloučenin, které aktivují regulační T-lymfocyty [50, 51], nicméně proběhlé výzkumy studující užití probiotik nedosáhly v léčbě CRS dlouhodobě statisticky signifikantního zlepšení [52, 53].

Výzkum mikrobiomu a jeho vlivu na CRS je v současné chvíli v rozvoji, v důsledku toho je velice obtížné shrnout všechny pokroky a vyhlídky, neboť v daných výzkumech bylo použito více rozdílných metodik analýzy mikrobiomu, rozdílných lokalit a stylů odběru vzorků a nestandardizovaného výběru pacientů [54–57]. Užívání antibiotik, tíže onemocnění či věk pacienta jistě také ovlivňují výsledky výzkumu mikrobiomu [55]. Tato nesynchronnost v jednotlivých výzkumných metodikách pravděpodobně způsobila poměrně vysokou variabilitu výsledků daných studií, a proto je jistě vhodné do budoucna definovat jednotnou metodiku a výběrová kritéria studovaných pacientů.

 

Závěr

Vzhledem k absenci laboratorního či zvířecího modelu CRS studujeme již probíhající onemocnění v různém neznámém stadiu vývoje, a proto je velice obtížné určit, zda změna složení sinonazálního mikrobiomu byla spouštěcím faktorem zánětlivého procesu či reakce na rozvíjející se zánětlivý proces. Hlubší poznání interakcí na molekulární úrovni mezi mikrobiomem a buňkami nosní sliznice a přítomnými imunitními buňkami by mohlo přinést bližší pochopení etiopatogeneze CRS. Ovlivnění složení mikrobiomu či jeho substituce by naopak mohla přinést ovlivnění lokální imunity a ovlivnění průběhu a příznaků CRS (schéma 1).

Patofyziologický podklad CRS, stejně jako mnoha jiných chronických zánětlivých onemocnění je pravděpodobně soubor vzájemných interakcí mezi genetickou predispozicí, ochrannou funkcí respiračního epitelu, imunitních reakcí a složení nebo rovnováhy lokálního mikrobiomu.

 

Grantová podpora

Tento článek byl podpořen projektem Ministerstva obrany MO 1012, projektem NU 22-09-00493 a Univerzity Karlovy v rámci programu Cooperatio, vědní oblasti SURG.

 

Poděkování

Poděkování MUDr. Šárce Zavázalové za vytvoření originální grafiky schématu 1.

 

Prohlášení o střetu zájmu

Autor práce prohlašuje, že v souvislosti s tématem, vznikem a publikací tohoto článku není ve střetu zájmů a vznik ani publikace článku nebyly podpořeny žádnou farmaceutickou firmou. Toto prohlášení se týká i všech spoluautorů.

 


Sources
1. Marchesi JR, Ravel J. The vocabulary of microbiome research: a proposal. Microbiome 2015; 3: 31. Doi: 10.1186/s40168-015-0094-5.
2. Černý V, Hrdý J, Beneš Jet al. A word on the microbiome: considerations about the history, current state, and terminology of an emerging discipline. Epidemiol Mikrobiol Imunol 2023; 72 (2): 112–118.
3. Casadevall A, Pirofski LA. What is a host? Incorporating the microbiota into the damage-response framework. Infect Immun 2015; 83 (1): 2–7. Doi: 10.1128/IAI.02627-14.
4. Watts AM, West NP, Zhang P et al. The Gut Microbiome of Adults with Allergic Rhinitis Is Characterised by Reduced Diversity and an Altered Abundance of Key Microbial Taxa Compared to Controls. Int Arch Allergy Immunol 2021; 182 (2): 94–105. Doi: 10.1159/000510536.
5. Mazmanian SK, Liu CH, Tzianabos AO et al. An immunomodulatory molecule of symbiotic bacteria directs maturation of the host immune system. Cell 2005; 122 (1): 107–118. Doi: 10.1016/ j.cell.2005.05.007.
6. Round JL, Mazmanian SK. The gut microbiota shapes intestinal immune responses during health and disease. Nat Rev Immunol 2009; 9 (5): 313–323. Doi: 10.1038/nri2515.
7. Fokkens WJ, Lund VJ, Mullol J et al. EPOS 2012: European position paper on rhinosinusitis and nasal polyps 2012. A summary for otorhinolaryngologists. Rhinology 2012; 50 (1): 1–12. Doi: 10.4193/Rhino12.000.
8. Chang L, Wu H, Huang W et al. IL-21 induces pyroptosis of Treg cells via Akt-mTOR-NLRP3-caspase 1 axis in eosinophilic chronic rhinosinusitis. J Allergy Clin Immunol 2023; 152 (3): 641.e14–655.e14. Doi: 10.1016/j.jaci.2023.04.013.
9. Kondělková K, Vokurková D, Krejsek J et al. Regulatory T cells (TREG) and their roles in immune system with respect to immunopathological disorders. Acta Medica (Hradec Kralove) 2010; 53 (2): 73–77. Doi: 10.14712/18059694.2016.63.
10. Dietz de Loos D, Lourijsen ES, Wildeman MAM et al. Prevalence of chronic rhinosinusitis in the general population based on sinus radiology and symptomatology. J Allergy Clin Immunol 2019; 143 (3): 1207–1214. Doi: 10.1016/j.jaci.2018.12.986.
11. van Drunen CM, Mjosberg JM, Segboer CL et al. Role of innate immunity in the pathogenesis of chronic rhinosinusitis: progress and new avenues. Curr Allergy Asthma Rep 2012; 12 (2): 120–126. Doi: 10.1007/s11882-012-0249-4.
12. Kato A. Immunopathology of chronic rhinosinusitis. Allergol Int 2015; 64 (2): 121–130. Doi: 10.1016/j.alit.2014.12.006.
13. Paju S, Bernstein JM, Haase EM et al. Molecular analysis of bacterial flora associated with chronically inflamed maxillary sinuses. J Med Microbiol 2003; 52 (Pt 7): 591–597. Doi: 10.1099/jmm.0.05062-0.
14. Hagner S, Harb H, Zhao M et al. Farm-derived Gram-positive bacterium Staphylococcus sciuri W620 prevents asthma phenotype in HDM – and OVA-exposed mice. Allergy 2013; 68 (3): 322–329. Doi: 10.1111/all.12094.
15. Vogel K, Blumer N, Korthals M et al. Animal shed Bacillus licheniformis spores possess allergy-protective as well as inflammatory properties. J Allergy Clin Immunol 2008; 122 (2): 307. e1–e8–312.e1–e8. Doi: 10.1016/j.jaci.2008.05.016.
16. Bassis CM, Tang AL, Young VB et al. The nasal cavity microbiota of healthy adults. Microbiome 2014; 2: 27. Doi: 10.1186/2049-2618-2-27.
17. Anderson M, Stokken J, Sanford T et al. A systematic review of the sinonasal microbiome in chronic rhinosinusitis. Am J Rhinol Allergy 2016; 30 (3): 161–166. Doi: 10.2500/ajra.2016.30.4320.
18. Liang G, Bushman FD. The human virome: assembly, composition and host interactions. Nat Rev Microbiol 2021; 19 (8): 514–527. Doi: 10.1038/s41579-021-00536-5.
19. Blum HE. The human microbiome. Adv Med Sci 2017; 62 (2): 414–420. Doi: 10.1016/ j.advms.2017.04.005.
20. Kumpitsch C, Koskinen K, Schopf V et al. The microbiome of the upper respiratory tract in health and disease. BMC Biol 2019; 17 (1): 87. Doi: 10.1186/s12915-019-0703-z.
21. Wagner Mackenzie B, Chang K, Zoing M et al. Longitudinal study of the bacterial and fungal microbiota in the human sinuses reveals seasonal and annual changes in diversity. Sci Rep 2019; 9 (1): 17416. Doi: 10.1038/s41598-019-53975-9.
22. Wylie KM. The Virome of the Human Respiratory Tract. Clin Chest Med 2017; 38 (1): 11–19. Doi: 10.1016/j.ccm.2016.11.001.
23. Kellam P, Weiss RA. Infectogenomics: insights from the host genome into infectious diseases. Cell 2006; 124 (4): 695–697. Doi: 10.1016/ j.cell.2006.02.003.
24. Nibali L, Henderson B, Sadiq ST et al. Genetic dysbiosis: the role of microbial insults in chronic inflammatory diseases. J Oral Microbiol 2014; 6. Doi: 10.3402/jom.v6.22962.
25. Hsu J, Avila PC, Kern RC et al. Genetics of chronic rhinosinusitis: state of the field and directions forward. J Allergy Clin Immunol 2013; 131 (4): 977e.1–e5–993 e.1–e5. Doi: 10.1016/ j.jaci.2013.01.028.
26. Fundova P, Filipovsky T, Funda DP et al. Expression of IGF-1R and iNOS in nasal polyps; epithelial cell homeostasis and innate immune mechanisms in pathogenesis of nasal polyposis. Folia Microbiol (Praha) 2008; 53 (6): 558–562. Doi: 10.1007/s12223-008-0089-8.
27. Brown CA, Paisner HM, Biel MA et al. Evaluation of the Microbiology of Chronic Maxillary Sinusitis. Ann Otol Rhinol Laryngol 1998; 107 (11): 942–945. Doi: 10.1177/000348949810701107.
28. Wei HZ, Li YC, Wang XD et al. The microbiology of chronic rhinosinusitis with and without nasal polyps. Eur Arch Otorhinolaryngol 2018; 275 (6): 1439–1447. Doi: 10.1007/s00405-018-4931-4936.
29. Stressmann FA, Rogers GB, Chan SW et al. Characterization of bacterial community diversity in chronic rhinosinusitis infections using novel culture-independent techniques. Am J Rhinol Allergy 2011; 25 (4): e133–e140. Doi: 10.2500/ajra.2011.25.3628.
30. Feazel LM, Robertson CE, Ramakrishnan VR et al. Microbiome complexity and Staphylococcus aureus in chronic rhinosinusitis. Laryngoscope 2012; 122 (2): 467–472. Doi: 10.1002/lary.22398.
31. Aurora R, Chatterjee D, Hentzleman J et al. Contrasting the microbiomes from healthy volunteers and patients with chronic rhinosinusitis. JAMA Otolaryngol Head Neck Surg 2013; 139 (12): 1328–1338. Doi: 10.1001/jamaoto.2013.5465.
32. Choi EB, Hong SW, Kim DK et al. Decreased diversity of nasal microbiota and their secreted extracellular vesicles in patients with chronic rhinosinusitis based on a metagenomic analysis. Allergy 2014; 69 (4): 517–526. Doi: 10.1111/all.12374.
33. Abreu NA, Nagalingam NA, Song Y et al. Sinus microbiome diversity depletion and Corynebacterium tuberculostearicum enrichment mediates rhinosinusitis. Sci Transl Med 2012; 4 (151): 151ra124. Doi: 10.1126/scitranslmed.3003783.
34. Cope EK, Goldberg AN, Pletcher SD et al. Compositionally and functionally distinct sinus microbiota in chronic rhinosinusitis patients have immunological and clinically divergent consequences. Microbiome 2017; 5 (1): 53. Doi: 10.1186/s40168-017-0266-6.
35. Gan W, Zhang H, Yang F et al. The influence of nasal microbiome diversity and inflammatory patterns on the prognosis of nasal polyps. Sci Rep 2021; 11 (1): 6364. Doi: 10.1038/s41598-021-85292-5.
36. Cho GS, Moon BJ, Lee BJ et al. High rates of detection of respiratory viruses in the nasal washes and mucosae of patients with chronic rhinosinusitis. J Clin Microbiol 2013; 51 (3): 979–984. Doi: 10.1128/JCM.02806-12.
37. Liao B, Hu CY, Liu T et al. Respiratory viral infection in the chronic persistent phase of chronic rhinosinusitis. Laryngoscope 2014; 124 (4): 832–837. Doi: 10.1002/lary.24348.
38. Goggin RK, Bennett CA, Bialasiewicz S et al. The presence of virus significantly associates with chronic rhinosinusitis disease severity. Allergy 2019; 74 (8): 1569–1572. Doi: 10.1111/all.13772.
39. Wu X, Peters-Hall JR, Ghimbovschi S et al. Glandular gene expression of sinus mucosa in chronic rhinosinusitis with and without cystic fibrosis. Am J Respir Cell Mol Biol 2011; 45 (3): 525–533. Doi: 10.1165/rcmb.2010-0133OC.
40. Schleimer RP, Kato A, Kern R et al. Epithelium: at the interface of innate and adaptive immune responses. J Allergy Clin Immunol 2007; 120 (6): 1279–1284. Doi: 10.1016/j.jaci.2007.08.046.
41. Ramanathan M, Jr., Lee WK, Spannhake EW et al. Th2 cytokines associated with chronic rhinosinusitis with polyps down-regulate the antimicrobial immune function of human sinonasal epithelial cells. Am J Rhinol 2008; 22 (2): 115–121. Doi: 10.2500/ajr.2008.22.3136.
42. Mahdavinia M, Keshavarzian A, Tobin MC et al. A comprehensive review of the nasal microbiome in chronic rhinosinusitis (CRS). Clin Exp Allergy 2016; 46 (1): 21–41. Doi: 10.1111/cea.12666.
43. Hatakeyama M. Helicobacter pylori and gastric carcinogenesis. J Gastroenterol 2009; 44 (4): 239–248. Doi: 10.1007/s00535-009-0014-1
44. Kabelka Z, Kolešková D, Krylová Z et al. Účinky laktoflóry podané intranazálně, výsledky primární studie. Otorinolaryngol Foniatr 2014; 63 (3): 182–186.
45. Huntley KS, Raber J, Fine L et al. Influence of the Microbiome on Chronic Rhinosinusitis With and Without Polyps: An Evolving Discussion. Front Allergy 2021; 2: 737086. Doi: 10.3389/falgy.2021.737086.
46. Chong LY, Head K, Hopkins C et al. Saline irrigation for chronic rhinosinusitis. Cochrane Database Syst Rev 2016; 4 (4): CD011995. Doi: 10.1002/14651858.CD011995.pub2.
47. Chong LY, Head K, Hopkins C et al. Intranasal steroids versus placebo or no intervention for chronic rhinosinusitis. Cochrane Database Syst Rev 2016; 4 (4): CD011996. Doi: 10.1002/14651858.CD011996.pub2.
48. Khalil HS, Nunez DA. Functional endoscopic sinus surgery for chronic rhinosinusitis. Cochrane Database Syst Rev 2006; 3: CD004458. Doi: 10.1002/14651858.CD004458.pub2.
49. Hoy SM. Dupilumab: A Review in Chronic Rhinosinusitis with Nasal Polyps. Drugs 2020; 80 (7): 711–717. Doi: 10.1007/s40265-020-01298-9.
50. Cope EK, Lynch SV. Novel microbiome-based therapeutics for chronic rhinosinusitis. Curr Allergy Asthma Rep 2015; 15 (3): 504. Doi: 10.1007/s11882-014-0504-y.
51. Cho DY, Hunter RC, Ramakrishnan VR. The Microbiome and Chronic Rhinosinusitis. Immunol Allergy Clin North Am 2020; 40 (2): 251–263. Doi: 10.1016/j.iac.2019.12.009.
52. Mukerji SS, Pynnonen MA, Kim HM et al. Probiotics as adjunctive treatment for chronic rhinosinusitis: a randomized controlled trial. Otolaryngol Head Neck Surg 2009; 140 (2): 202–208. Doi: 10.1016/j.otohns.2008.11.020.
53. Cervin AU. The Potential for Topical Probiotic Treatment of Chronic Rhinosinusitis, a Personal Perspective. Front Cell Infect Microbiol 2017; 7: 530. Doi: 10.3389/fcimb.2017.00530.
54. Ba L, Zhang N, Meng J et al. The association between bacterial colonization and inflammatory pattern in Chinese chronic rhinosinusitis patients with nasal polyps. Allergy 2011; 66 (10): 1296–1303. Doi: 10.1111/j.1398-9995.2011.02637.x.
55. Ahmed N, Mahmoud NF, Solyman S et al. Human Nasal Microbiome as Characterized by Metagenomics Differs Markedly Between Rural and Industrial Communities in Egypt. OMICS 2019; 23 (11): 573–582. Doi: 10.1089/omi.2019.0144.
56. Jiang RS, Su MC, Lin JF. Nasal mycology of chronic rhinosinusitis. Am J Rhinol 2005; 19 (2): 131–133. Doi: 10.1177/194589240501900204.
57. Renteria AE, Mfuna Endam L, Desrosiers M. Do Aging Factors Influence the Clinical Presentation and Management of Chronic Rhinosinusitis? Otolaryngol Head Neck Surg 2017; 156 (4): 598–605. Doi: 10.1177/0194599817691258.
ORCID autorů
K. Mamiňák 0000-0002-3935-5891,
D. Funda 0000-0001-8327-6931,
Š. Zavázalová 0000-0002-2710-119X,
T. Filipovský 0000-0002-9462-0635,
K. Janoušková 0000-0003-3939-7538,
R. Holý 0000-0003-1112-6197,
J. Astl 0000-0002-8022-0200.
Přijato k recenzi: 3. 8. 2023
Přijato k tisku: 13. 11. 2023
MUDr. Kristýna Mamiňák
Klinika otorhinolaryngologie a maxilofaciální chirurgie
3. LF UK a ÚVN Praha
U Vojenské nemocnice 1200
169 02 Praha 6
kristyna.maminak@uvn.cz
Labels
Audiology Paediatric ENT ENT (Otorhinolaryngology)

Article was published in

Otorhinolaryngology and Phoniatrics

Issue 3

2024 Issue 3

Most read in this issue
Login
Forgotten password

Enter the email address that you registered with. We will send you instructions on how to set a new password.

Login

Don‘t have an account?  Create new account

#ADS_BOTTOM_SCRIPTS#