Naukowcy z Uniwersytetu Kolorado odkryli, w jaki sposób bakterie w jelitach przekształcają zawarty w diecie tryptofan w substancję chemiczną zapalną, która może przyczyniać się do zapalenia stawów, co dostarcza nowych informacji na temat potencjalnych metod leczenia. Badanie sugeruje, że manipulowanie bakteriami jelitowymi w celu zmiany przetwarzania tryptofanu może zapewnić ścieżkę terapeutyczną w leczeniu reumatoidalnego zapalenia stawów i schorzeń pokrewnych.

Tryptofan jest nam niezbędny do przetrwania, jednak bakterie potrafią przekształcić go w substancję chemiczną wywołującą stan zapalny. W ramach nowych badań badacz z Wydziału Lekarskiego Uniwersytetu Kalifornijskiego bada, jak działa ten proces.

Pracownik naukowy z Wydziału Medycyny Uniwersytetu Kolorado donosi, że ona i jej zespół odkryły, w jaki sposób bakterie jelitowe metabolizują zawarty w diecie tryptofan w substancję chemiczną wywołującą stan zapalny, co może prowadzić do predyspozycji układu odpornościowego do zapalenia stawów.

Współautorką badania jest Kristine Kuhn, lekarz medycyny, doktor nauk medycznych, kierownik katedry Scoville Endowed i kierownik oddziału reumatologii Uniwersytetu Kalifornijskiego. Kilku jej kolegów z wydziału współpracowało przy artykule, który ukazał się w lutym w czasopiśmie „ Journal of Clinical Investigation.

Tryptofan jest aminokwasem niezbędnym kwas występuje w wielu produktach bogatych w białko, w tym w mięsie, rybach, produktach mlecznych oraz niektórych nasionach i orzechach. Ma wiele zastosowań w organizmie, w tym pomaga w produkcji białek, mięśni, enzymów i neuroprzekaźników – chemicznych przekaźników układu nerwowego. Ciało tego nie wytrzymuje; czerpiemy go z naszej diety.

Wiele osób uważa tryptofan za składnik indyka, który rzekomo powoduje senność po uczcie z okazji Święta Dziękczynienia. Naukowcy twierdzą, że chociaż tryptofan odgrywa rolę w regulacji cyklu snu, jego ilość zawarta w indyku prawdopodobnie nie jest znaczącą przyczyną senności po obiedzie.

Przyczyna i skutek

Kuhn i jej współpracownicy postanowili dowiedzieć się, w jaki sposób substancja, która często jest siłą dobroczynną w organizmie, przekształca się w drogę prowadzącą do chorób zapalnych, takich jak reumatoidalne zapalenie stawów, które dotyka około 1% populacji. Nieleczona może powodować bolesny obrzęk dłoni i stóp oraz deformacje stawów.

„Wiadomo, że mikrobiom – bakterie w naszych jelitach – mogą rozkładać tryptofan na produkty uboczne. Niektóre z tych produktów ubocznych mają działanie przeciwzapalne, ale powiązaliśmy także pewne przyczyny zapalne tych produktów” – mówi Kuhn. „Jako pierwsi podkreśliliśmy, które produkty przyczyniają się do zapalenia i w jaki sposób to robią”.

Mówi, że nowe badania „opierają się na obserwacjach, które poczyniliśmy u pacjentów ze spondyloartropatią – niezupełnie reumatoidalnym zapaleniem stawów, ale chorobą blisko z nią związaną – i odkryliśmy, że zmiany w mikrobiomie były powiązane ze zwiększoną produkcją produktów zwanych indolami, które są tym, co bakterie wytwarzają z tryptofanu.” Podobne zmiany zaobserwowano w badaniach nad zapaleniem stawów na myszach – mówi.

„Podawaliśmy myszom antybiotyki, aby zniszczyć ich mikrobiom, ale nie zachorowały na zapalenie stawów i nie miały indolu” – mówi. „Więc powiedzieliśmy: OK, a co, jeśli rzeczywiście mają mikrobiom i zastosujemy dietę z niewielką ilością tryptofanu? Mikrobiom nie rozkłada tryptofanu na indol, a myszy nie zachorowały na zapalenie stawów. Zatem na dwa różne sposoby pokazaliśmy, że to tryptofan jest rozkładany przez mikrobiom na indol”.

Flagi zapalne

Jak to działa? „Odkryliśmy, że gdy indol jest obecny, u myszy zaczynają rozwijać się autoreaktywne komórki T, które są bardziej zapalne. Mają mniej regulatorowych limfocytów T, które pomagają utrzymać równowagę w układzie odpornościowym i zaczynają wytwarzać przeciwciała, które są bardziej patogenne. Odkryliśmy, że przeciwciała miały oznaki większego stanu zapalnego, gdy obecny był indol”.

W artykule stwierdzono, że „blokada wytwarzania indolu może stanowić unikalną ścieżkę terapeutyczną” w przypadku reumatoidalnego zapalenia stawów i zapalenia stawów kręgosłupa. Wszystko polega na znalezieniu właściwej ścieżki dla tryptofanu w organizmie, mówi Kuhn.

„Jeśli tryptofan uderzy w komórki naszego organizmu, zwykle rozkłada się na produkty przeciwzapalne, w przeciwieństwie do sytuacji, gdy uderza w komórki bakteryjne i powoduje bardziej zapalny stan. Myślimy o tym, jak może to prowadzić do terapii: Jak utrzymać tę równowagę, aby tryptofan skierował się w stronę szlaku przeciwzapalnego? Jak manipulować bakteriami jelitowymi, aby przechylić tę równowagę? To właśnie tam jesteśmy zainteresowani udaniem się w przyszłości.”

Czy badania Kuhna sugerują, że powinniśmy odżywiać się inaczej? „Często mnie o to pytają” – mówi. „Dieta bogata w błonnik roślinny i chude mięso – cała ta dieta śródziemnomorska – wydaje się wprowadzać mikrobiom w zdrowszy stan, dzięki czemu zyskujesz przeciwzapalne właściwości tryptofanu, podczas gdy typowa zachodnia dieta wydaje się nie działać bardziej w kierunku szlaku zapalnego.”

Jeśli chodzi o inne sposoby ochrony przed zapaleniem stawów, Kuhn twierdzi, że dzięki badaniom przeprowadzonym przez jej kolegów z Wydziału Reumatologii „zaczęliśmy rozumieć etap ryzyka, w którym możemy faktycznie zidentyfikować osoby, u których istnieje prawdopodobieństwo rozwoju reumatoidalnego zapalenia stawów w ciągu najbliższych kilka lat na podstawie markerów krwi. Istnieją pewne dane sugerujące, że moglibyśmy interweniować w tym okresie i zapobiegać chorobom, ale nie jesteśmy jeszcze do końca pewni, jakie są właściwe sposoby interwencji”.

Odniesienie: „Zależna od mikrobioty produkcja indolu stymuluje rozwój zapalenia stawów wywołanego kolagenem u myszy” autorstwa Brendy J. Seymour, Brandona Trenta, Brendana E. Allena, Adama J. Berlinberga, Jimmy’ego Tangchittsumrana, Widiana K. Jubaira, Meagan E. Chriswell , Sucai Liu, Alfredo Ornelas, Andrew Stahly, Erica E. Alexeev, Alexander S. Dowdell, Sunny L. Sneed, Sabrina Fechtner, Jennifer M. Kofonow, Charles E. Robertson, Stephanie M. Dillon, Cara C. Wilson, Robert M. Anthony, Daniel N. Frank, Sean P. Colgan i Kristine A. Kuhn, 15 lutego 2024 r., Journal of Clinical Investigation.
DOI: 10.1172/JCI167671