Hệ vi sinh vật phổi và đường hô hấp có thể tác động trực tiếp đến khả năng miễn dịch và bệnh tật hoặc có thể là tác động của việc thay đổi khả năng miễn dịch/tình trạng viêm tại chỗ trong quá trình phát triển của bệnh. Nhiễm virus sớm và nghiêm trọng, chẳng hạn như vi-rút hợp bào hô hấp (RSV), cúm và thậm chí cả virus đường mũi, có thể làm thay đổi phản ứng miễn dịch lâu dài của phổi, đặc biệt là ở trẻ sơ sinh có thể chưa có hệ vi sinh vật phổi ổn định.
Nhiều nghiên cứu tương quan đã gợi ý rằng những thay đổi trong hệ vi sinh vật trong phổi có thể đi kèm với sự tiến triển của bệnh, bao gồm cả bệnh dị ứng, nhưng ngoài các trường hợp đã được xác nhận là viêm phổi do vi khuẩn, vẫn chưa được xác định chắc chắn liệu các thành viên cụ thể của hệ vi sinh vật phổi có cung cấp một tác nhân kích thích trực tiếp dẫn đến hay không tính nhạy cảm với bệnh tật hoặc khả năng bảo vệ [1].
Hình ảnh phổi bị nhiễm khuẩn (nguồn: https://www.ijbs.com/v17p3646.htm
Tuy nhiên, gần đây có những báo cáo về lĩnh vực này, đáng chú ý nhất là về vai trò của vi khuẩn Prevotella spp. trong đường thở. Prevotella spp. thường được tìm thấy trong đường hô hấp của những người khỏe mạnh [2-5] và thể hiện sự khác biệt trong cấu trúc lipopolysaccharide (LPS) trên màng tế bào vi khuẩn so với vi khuẩn Gammaproteobacteria Gram (-) [6,7]. Trong một nghiên cứu, các tế bào đuôi gai có nguồn gốc từ tế bào đơn nhân của con người (Hu mDCs) được nuôi cấy với Prevotella spp hoặc Haemophilus spp. Để theo dõi các dấu hiệu kích hoạt và biểu hiện cytokine. Trong khi rất nhiều vi khuẩn có thể kích hoạt tạo ra CD83, CD40 và CD86, Haemophilus spp. gây ra mức biểu hiện các cytokine IL-23, IL-12p70 và IL-10 cao hơn. Hơn nữa, các thí nghiệm đồng nuôi cấy hai loài vi khuẩn đã phát hiện ra rằng Prevotella spp. đã có thể làm giảm IL-12p70 do Haemophilus influenzae gây ra trong Hu mDC [7].
Các phản ứng tương tự cũng được quan sát đối với cả thử nghiệm in-vitro và in vivo [6]. Trong một loạt nghiên cứu khác từ 112 bệnh nhân sau ghép phổi, người ta đã quan sát thấy rằng sự thay đổi của hệ vi sinh vật đường thở khi Prevotella chiếm ưu thế có tương quan với sự phát triển của các cấu hình viêm hoặc chỉnh sửa trong đại thực bào [8]. Tỷ lệ phân bố cao và thấp của Prevotella đã được ghi nhận ở những đối tượng khỏe mạnh [2,5], với phân bố Prevotella cao có liên quan đến tình trạng viêm phổi "cận lâm sàng" tăng cường, đáng chú ý là biểu hiện tăng cường của các cytokine gây viêm và tăng tế bào lympho Th-17 [5,9].
Tuy nhiên, các nghiên cứu kết hợp không xác định hướng của quan hệ nhân quả và dữ liệu này sẽ rất phù hợp với mô hình trong đó tình trạng viêm đường thở cận lâm sàng dẫn đến mức độ vi khuẩn Prevotella cao hơn. Hỗ trợ cho mô hình này là quan sát ở những bệnh nhân xơ nang cho thấy sự xâm nhập của P. aeruginosa, một loại vi khuẩn gây viêm, làm tăng đáng kể khả năng Prevotella sẽ xuất hiện [10]. Tuy nhiên, như đã mô tả trước đó, viêm đường hô hấp mãn tính cuối cùng có liên quan đến sự xuất hiện của cộng đồng vi khuẩn Gammaproteobacteria chiếm ưu thế trong đường hô hấp [1,6,7].
Mối liên hệ giữa viêm và hệ vi sinh vật là một con đường hai chiều trong tình trạng viêm phổi ở chuột được điều trị bằng LPS/elastase (một mô hình của bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính) đã được báo cáo là làm tăng Pseudomonas spp. và giảm Prevotella spp. Việc truyền dịch rửa phế quản phế nang qua đường mũi có chứa hệ vi sinh vật phổi từ những con chuột bị bệnh này giúp tăng cường sản xuất IL-17A trong phổi của những người nhận được điều trị bằng kháng sinh hoặc không có mầm bệnh [11].
Điều này phù hợp với những phát hiện rằng nhắm mục tiêu hệ vi sinh vật phổi bằng khả năng miễn dịch bẩm sinh, do thiếu hụt pIgR/sIgA, dẫn đến tái tạo đường thở nhỏ tiến triển và khí phế thũng [12]. Nói chung, những quan sát này hỗ trợ một mô hình mới nổi cho thấy sự tiếp xúc của hệ thống miễn dịch phổi với hệ vi sinh vật có nguồn gốc từ miệng (đặc biệt là Prevotella spp.) trong thời kỳ khỏe mạnh là một phần của quá trình cân bằng nội môi trung tâm điều chỉnh các phản ứng viêm phổi.
Nhiều nghiên cứu cũng đã chứng minh rằng thành phần của hệ vi sinh vật đường ruột có tác động đến sự phát triển của các phản ứng miễn dịch ở phổi, chẳng hạn như bệnh đường hô hấp dị ứng [13-17]. Ví dụ, trong nghiên cứu của Trompette và cộng sự, những con chuột được cho ăn chế độ ăn nhiều chất xơ đã tăng mức độ lưu thông của axit béo chuỗi ngắn (SCFA) và được bảo vệ chống lại chứng viêm dị ứng ở phổi, trong khi chế độ ăn ít chất xơ làm giảm mức độ axit béo chuỗi ngắn và tăng bệnh dị ứng đường hô hấp [16]. Cơ chế điều chỉnh miễn dịch này liên quan đến sự thay đổi trong quá trình tạo máu ở tủy xương được đặc trưng bởi sự tăng cường tạo ra các tiền chất của đại thực bào và tế bào đuôi gai (DC) và sau đó là các DC có khả năng thực bào cao nhưng khả năng thúc đẩy chức năng của tế bào Th2 bị suy giảm. Dựa trên những quan sát trên các mô hình chuột hơn một thập kỷ trước, các cơ chế làm nền tảng cho trục điều hòa miễn dịch ruột-phổi vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn.
Mặc dù các mô hình phân tử liên quan đến tác nhân gây bệnh (pathogen associated molecular patterns - PAMP) từ các vi sinh vật khác nhau có khả năng góp phần vào bản chất của các phản ứng miễn dịch bẩm sinh có thể gây bệnh, nhưng bản thân các vi sinh vật này lại tạo ra các chất trung gian có thể làm thay đổi các phản ứng miễn dịch tiếp theo. Khả năng của các chất chuyển hóa có nguồn gốc từ vi khuẩn ảnh hưởng đến bản chất của phản ứng miễn dịch đã được báo cáo trong một số nghiên cứu về hệ vi sinh vật đường ruột. Ví dụ, mối liên hệ giữa chế độ ăn uống và hệ vi sinh vật để điều chỉnh các phản ứng miễn dịch đã được thiết lập với chất xơ và các loài Clostridium dẫn đến sản xuất axit béo chuỗi ngắn và phát triển tế bào Treg [18-22].
Các thành viên vi sinh vật khác của microbiota đường ruột/hay phổi? có thể cung cấp các chất trung gian bảo vệ, bao gồm axit béo không bão hòa đa omega-3 (ω-3 PUFA) chống viêm, cũng như các chất chuyển hóa tryptophan điều hòa miễn dịch [23,24]. Do đó, những hiểu biết về các nhóm vi sinh vật cư trú trong phổi trong suốt quá trình khỏe mạnh và bệnh tật, cũng như các chất chuyển hóa mà chúng tạo ra, sẽ giúp xác định được một bức tranh rõ ràng hơn về môi trường miễn dịch và phản ứng điều hòa.
Tài liệu tham khảo
⦁ Dickson, R.P., Erb-Downward, J.R., Martinez, F.J. & Huffnagle, G.B. The microbiome and the respiratory tract. Annu. Rev. Physiol. 78, 481–504 (2016).
⦁ Bassis, C.M. et al. Analysis of the upper respiratory tract microbiotas as the source of the lung and gastric microbiotas in healthy individuals. MBio 6, e00037 (2015).
⦁ Morris, A. et al. Comparison of the respiratory microbiome in healthy nonsmokers and smokers. Am. J. Respir. Crit. Care. Med. 187, 1067–1075 (2013).
⦁ Venkataraman, A. et al. Application of a neutral community model to assess structuring of the human lung microbiome. MBio 6, e02284–14 (2015).
⦁ Segal, L.N. et al. Enrichment of lung microbiome with supraglottic taxa is associated with increased pulmonary inflammation. Microbiome 1, 19 (2013).
⦁ Bernasconi, E. et al. Airway microbiota determines innate cell inflammatory or tissue remodeling profiles in lung transplantation. Am. J. Respir. Crit. Care. Med. 194, 1252–1263 (2016).
⦁ Larsen, J.M., Musavian, H.S., Butt, T.M., Ingvorsen, C., Thyssen, A.H. & Brix, S. Chronic obstructive pulmonary disease and asthma-associated Proteobacteria, but not commensal Prevotella spp., promote Toll-like receptor 2-independent lung inflammation and pathology. Immunology 144, 333–342 (2015).
⦁ Larsen, J.M. et al. Divergent pro-inflammatory profile of human dendritic cells in response to commensal and pathogenic bacteria associated with the airway microbiota. PLOS ONE 7, e31976 (2012).
⦁ Segal, L.N. et al. Enrichment of the lung microbiome with oral taxa is associated with lung inflammation of a Th17 phenotype. Nat. Microbiol. 1, 16031 (2016).
⦁ Tunney, M.M. et al. Detection of anaerobic bacteria in high numbers in sputum from patients with cystic fibrosis. Am. J. Respir. Crit. Care. Med. 177, 995–1001 (2008).
⦁ Yadava, K. et al. Microbiota promotes chronic pulmonary inflammation by enhancing IL-17A and autoantibodies. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 193, 975–987 (2016).
⦁ Richmond, B.W. et al. Airway bacteria drive a progressive COPD-like phenotype in mice with polymeric immunoglobulin receptor deficiency. Nat. Commun. 7, 11240 (2016).
⦁ Herbst, T. et al. Dysregulation of allergic airway inflammation in the absence of microbial colonization. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 184, 198–205 (2011).
⦁ Noverr, M.C., Falkowski, N.R., McDonald, R.A., McKenzie, A.N. & Huffnagle, G.B. Development of allergic airway disease in mice following antibiotic therapy and fungal microbiota increase: role of host genetics, antigen, and interleukin-13. Infect. Immun. 73, 30–38 (2005).
⦁ Noverr, M.C., Noggle, R.M., Toews, G.B. & Huffnagle, G.B. Role of antibiotics and fungal microbiota in driving pulmonary allergic responses. Infect. Immun. 72, 4996–5003 (2004).
⦁ Trompette, A. et al. Gut microbiota metabolism of dietary fiber influences allergic airway disease and hematopoiesis. Nat. Med. 20, 159–166 (2014).
⦁ Fujimura, K.E. et al. House dust exposure mediates gut microbiome Lactobacillus enrichment and airway immune defense against allergens and virus infection. Proc. Natl Acad. Sci. USA 111, 805–810 (2014).
⦁ Atarashi, K. et al. Induction of colonic regulatory T cells by indigenous Clostridium species. Science 331, 337–341 (2011).
⦁ Zeng, H. & Chi, H. Metabolic control of regulatory T cell development and function. Trends Immunol. 36, 3–12 (2015).
⦁ Kosiewicz, M.M., Dryden, G.W., Chhabra, A. & Alard, P. Relationship between gut microbiota and development of T cell associated disease. FEBS Lett. 588, 4195–4206 (2014).
⦁ Geuking, M.B., McCoy, K.D. & Macpherson, A.J. Metabolites from intestinal microbes shape Treg. Cell. Res. 23, 1339–1340 (2013).
⦁ Arpaia, N. et al. Metabolites produced by commensal bacteria promote peripheral regulatory T-cell generation. Nature 504, 451–455 (2013).
⦁ Memari, B. et al. Engagement of the aryl hydrocarbon receptor in mycobacterium tuberculosis-infected macrophages has pleiotropic effects on innate immune signaling. J. Immunol. 195, 4479–4491 (2015).
⦁ Zelante, T. et al. Tryptophan catabolites from microbiota engage aryl hydrocarbon receptor and balance mucosal reactivity via interleukin-22. Immunity 39, 372–385 (2013).
Bài viết liên quan
70% hệ miễn dịch biểu mô tập trung ở hệ tiêu hóa
Bởi PGS.TS Nguyễn Thị Vân Anh
Hệ tiêu hóa là nơi tham gia sản xuất các yếu tố miễn dịch cho...