Dysbiose von Bakterien und Pilzen im Darm im Zusammenhang mit der Humanen Immundefizienz-Virus-Infektion
Die Infektion mit dem Humanen Immundefizienz-Virus (HIV) wurde aufgrund ihrer tiefgreifenden Auswirkungen auf das Immunsystem und die allgemeine Gesundheit umfassend untersucht. Unter den verschiedenen Komplikationen, die mit HIV in Verbindung gebracht werden, hat sich die Darmdysbiose als ein entscheidendes Forschungsgebiet herauskristallisiert. Das Darmmikrobiom, das sowohl Bakterien als auch Pilze umfasst, spielt eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Immunhomöostase und der allgemeinen Gesundheit. Dysbiose, also das Ungleichgewicht in der mikrobiellen Gemeinschaft, wurde mit chronischen Entzündungen und schweren Darmfunktionsstörungen bei HIV-infizierten Personen in Verbindung gebracht. Während der bakteriellen Dysbiose bei HIV-Infektionen viel Aufmerksamkeit geschenkt wurde, ist die Rolle der Pilzdysbiose weniger erforscht. Diese Studie zielt darauf ab, ein umfassendes Verständnis der Darmdysbiose von Bakterien und Pilzen bei HIV-Infektionen zu liefern und ihre potenziellen Rollen bei der chronischen systemischen Immunaktivierung zu beleuchten.
Die Studie wurde mit Genehmigung der Ethikkommission des West China Fourth Hospital der Sichuan University durchgeführt. Insgesamt wurden 130 Teilnehmer eingeschlossen, darunter 75 HIV-infizierte Patienten (HIV+) und 55 HIV-negative Teilnehmer (HIV-), die nach Geschlecht, Alter und Body-Mass-Index (BMI) abgeglichen wurden. Von allen Teilnehmern wurden Stuhl- und periphere Blutproben entnommen, wobei die Teilnehmer angaben, in den letzten vier Wochen keine Antibiotika eingenommen zu haben. Die CD4+- und CD8+-Zellzahlen im peripheren Blut und die HIV-Viruslast im Plasma wurden für HIV+-Teilnehmer bestimmt. Zehn Immunbiomarker wurden mittels Enzym-linked Immunosorbent Assay (ELISA) quantitativ gemessen, darunter vier Marker für mikrobielle Translokation (Lipopolysaccharid [LPS], Lipopolysaccharid-bindendes Protein [LBP], lösliches CD14 [sCD14] und Mannose-bindendes Protein/Lektin [MBP/MBL]) sowie sechs Entzündungszytokine (Interleukin [IL]-6, Tumornekrosefaktor [TNF]-α, IL-1β, IL-17, IL-10 und IL-22).
Die DNA wurde aus den Stuhlproben mit dem E.Z.N.A. Soil DNA Kit extrahiert. Die V3-V4-Region des bakteriellen 16S ribosomalen RNA (rRNA)-Gens und die interne transkribierte Spacer (ITS)-Region der Pilze wurden mit universellen Primern amplifiziert. Die Sequenzierung wurde für Bakterien auf dem Ion Torrent S5-System und für Pilze auf der Illumina HiSeq 2500-Plattform durchgeführt. Die Sequenzdaten wurden mit bioinformatischen Werkzeugen wie QIIME, UCHIME, VSEARCH und Mothur analysiert. Die statistische Analyse wurde in der Software R durchgeführt. Die Sequenzdaten wurden im Sequence Read Archive unter der BioProject-Zugangsnummer PRJNA762595 hinterlegt.
Die demografischen Merkmale der HIV+- und HIV–Teilnehmer waren hinsichtlich Geschlecht, Alter und BMI ähnlich. Signifikante Unterschiede wurden in den Werten von fünf Immunbiomarkern zwischen den beiden Gruppen beobachtet. IL-10, IL-1β und MBP/MBL waren bei HIV+-Teilnehmern niedriger, während TNF-α und IL-22 höher waren. Diese Befunde deuten auf ein komplexes Zusammenspiel zwischen Immunaktivierung und mikrobieller Translokation bei HIV-Infektionen hin.
Die Alpha-Diversität der Darmbakterien war bei HIV+-Teilnehmern im Vergleich zu HIV–Teilnehmern signifikant niedriger, wie durch die beobachteten Arten und den Shannon-Index angezeigt. Die Beta-Diversitätsanalyse zeigte deutliche Cluster in den bakteriellen Gemeinschaften zwischen den beiden Gruppen. Auf Phylum-Ebene waren Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria und Fusobacteria die vorherrschenden Gattungen in beiden Gruppen. HIV+-Teilnehmer zeigten jedoch eine Ausweitung von Fusobacteria und eine verringerte Proportion von Firmicutes. Auf Gattungsebene wurden bei HIV+-Teilnehmern erhöhte Proportionen von Fusobacterium und Prevotella 9 sowie verringerte Proportionen von Faecalibacterium, Alistipes, Akkermansia und Ruminococcaceae UCG-014 beobachtet.
Die Studie zeigte auch eine Darmpilzdysbiose bei HIV-Infektionen, mit erhöhter Alpha-Diversität und veränderter Pilzzusammensetzung. Die Alpha-Diversität der Pilze war bei HIV+-Teilnehmern im Vergleich zu HIV–Teilnehmern marginal höher. Die Beta-Diversitätsanalyse zeigte deutliche Cluster in den Pilzgemeinschaften zwischen den beiden Gruppen. Das Verhältnis von Basidiomycota zu Ascomycota war bei HIV+-Teilnehmern (0,09) im Vergleich zu HIV–Teilnehmern (0,15) niedriger. Die häufigste Pilzgattung war Candida, gefolgt von Cladosporium, Gibberella, Rhodotorula und Saccharomyces. Bei HIV+-Teilnehmern wurden höhere Proportionen von Microsporum und niedrigere Proportionen von Cystobasidium und Rhodotorula gefunden.
Beim Vergleich spezifischer Darmbakterien- und Pilztaxa zwischen HIV+- und HIV–Teilnehmern wurden bei HIV+-Teilnehmern fünf bakterielle Taxa aus dem Phylum Fusobacteria identifiziert, während bei HIV–Teilnehmern 17 Taxa aus Firmicutes und Bacteroidetes identifiziert wurden. Die Abnahme potenziell nützlicher Bakterien wie Bacteroidaceae und Ruminococcaceae bei HIV+-Teilnehmern könnte mit dem Verlust von CD4+-T-Zellen zusammenhängen, die spezifisch von HIV angegriffen werden. Bei Pilztaxa wurden vier Taxa aus Ascomycota und 16 Taxa aus Basidiomycota zwischen den beiden Gruppen differenziert. Die Darmpilzdysbiose bei HIV-Infektionen war durch veränderte Pilzbiodiversität und -zusammensetzung gekennzeichnet, was eine wichtige Rolle in der HIV-Pathogenese spielen könnte.
Unterschiedliche Bakterien-Pilz-Korrelationsmuster wurden zwischen HIV+- und HIV–Teilnehmern beobachtet. Bei HIV–Teilnehmern war Candida signifikant mit neun Bakterien verbunden, darunter positive Assoziationen mit Escherichia Shigella und Ruminococcus gnavus-Gruppe sowie negative Korrelationen mit Bacteroides und Alistipes. Bei HIV+-Teilnehmern war Candida nur mit zwei Bakterien assoziiert: Bacteroides (negativ) und Ruminococcaceae UCG-005 (positiv). Gibberella zeigte positive Korrelationen mit sieben Bakterien bei HIV–Teilnehmern, bei HIV+-Teilnehmern wurden jedoch keine Korrelationen gefunden. Rhodotorula zeigte signifikante Korrelationen mit vier Bakterien bei HIV–Teilnehmern, darunter positive Assoziationen mit Christensenellaceae R7-Gruppe, Ruminiclostridium 6 und Ruminococcaceae UCG-014 sowie eine negative Assoziation mit Bacteroides. Diese Interaktionen könnten durch die Produktion extrazellulärer Enzyme, die Erhöhung der pro-inflammatorischen Zytokinsekretion und die Verursachung von oxidativem Stress und apoptotischem Zelltod zu Gewebeschäden beitragen.
Es wurden auch Assoziationen zwischen Immunbiomarkern und Darmbakterien und -pilzen analysiert. Bei HIV+-Teilnehmern zeigte Dialister positive Korrelationen mit zwei Markern für mikrobielle Translokation (sCD14 und MBP/MBL) und fünf Entzündungszytokinen (IL-6, IL-17, IL-1β, IL-22 und IL-10), was auf eine duale Rolle von Pro- und Anti-Entzündung hinweist. Fournierella war positiv mit drei Markern für mikrobielle Translokation (LPS, LBP und MBP/MBL) und vier Entzündungszytokinen (IL-17, TNF-α, IL-22 und IL-10) assoziiert. Eine negative Korrelation wurde zwischen Fusobacterium und LPS, sCD14, IL-6, IL-1β und MBP/MBL gefunden. Bei HIV–Teilnehmern war eine erhöhte Häufigkeit von Ruminococcaceae UCG-014 mit erhöhten Werten von LBP, sCD14 und MBP/MBL assoziiert. Diese Befunde unterstreichen die Komplexität der Interaktionen zwischen Darmmikroben und dem Wirtsimmunsystem, obwohl weitere experimentelle Beweise erforderlich sind, um diese Beziehungen zu bestätigen.
Die Studie hat mehrere Einschränkungen, darunter eine kleine Stichprobengröße und das Fehlen experimenteller Beweise. Zukünftige Forschungen sollten größere Stichproben umfassen und Metagenomik- und Metabolomik-Werkzeuge nutzen, um die Schlüsselmikroorganismen zu bestätigen und ihre Funktionen bei der Darmdysbiose und dem Immunstatus bei HIV-Infektionen zu untersuchen.
Zusammenfassend bietet diese Studie ein umfassendes Verständnis der Veränderungen im bakteriellen und pilzlichen Darmmikrobiom, die mit HIV-Infektionen verbunden sind. Die Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der Rolle der Darmdysbiose bei der chronischen systemischen Immunaktivierung bei HIV-Infektionen bei und bieten Einblicke in potenzielle therapeutische Ziele zur Behandlung von HIV-bedingten Komplikationen.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000002194