Features of the nasal microbiota in patients with allergic rhinitis: A review

Irina A. Saichenko; Сайченко Ирина Алексеевна; Fatima P. Alidzhanova; Алиджанова Фатима Поладовна; Daria V. Zyuzina; Зюзина Дарья Владимировна; Margarita A. Diukova; Дюкова Маргарита Андреевна; Dayana G. Bajburdyan; Байбурдян Даяна Гагиковна; Kirill P. Raevskii; Раевский Кирилл Павлович

doi:10.26442/20751753.2024.9.202675

Features of the nasal microbiota in patients with allergic rhinitis: A review

Authors: Saichenko I.A.¹, Alidzhanova F.P.², Zyuzina D.V.², Diukova M.A.³, Bajburdyan D.G.⁴, Raevskii K.P.²
Affiliations:
1. Almazov National Medical Research Centre
2. Kirov Military Medical Academy
3. Medical University “REAVIZ”
4. Pavlov First Saint Petersburg State Medical University
Issue: Vol 26, No 9 (2024): Оториноларингология и пульмонология
Pages: 557-561
Section: Articles
Published: 13.10.2024
URL: https://consilium.orscience.ru/2075-1753/article/view/625571
DOI: https://doi.org/10.26442/20751753.2024.9.202675
ID: 625571

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The article analyzes the data of modern literature on the microbiota of ENT organs in normal and pathological conditions. The microbiota plays an important role in maintaining homeostasis by influencing metabolism, the immune system and human physiology. This complex of microorganisms includes bacteria, viruses and fungi that form the biofilm of otolaryngological organs, which prevents the penetration of pathogenic microorganisms. Different parts of the human upper respiratory tract have similar types of bacteria, but it differs dramatically at the level of families and genera. In addition, the balance of microbial flora depends on the immune system status, environmental factors, medication intake, age, race, lifestyle, as well as the health of other ENT organs. Changes in the nasal mucosa in allergic rhinitis are often associated with an increase in the content of bacteria. For example, Staphylococcus aureus can cause more severe nasal congestion in conjunction with protracted rhinitis and sinusitis. The production of bacterial proteinases contributes to easier penetration of allergens and activation of mucosal cells. The absence of microbiota can increase the response of the immune system and reduce the number of cells that contribute to the regulation of inflammation. This review presents an analysis of the composition of the normal microflora of otolaryngological organs and its effect on the occurrence of allergic rhinitis.

Keywords

microbiota, microbiome, allergic rhinitis, rhinitis, ENT organs, allergens, microorganisms, microflora, respiratory tract, nasal cavity

Full Text

Введение

Аллергический ринит (АР) – достаточно распространенное заболевание, характеризующееся отеком слизистой оболочки, заложенностью носа, зудом в полости носа и чиханьем, ринореей и затруднением носового дыхания [1–9].

Распространенность заболевания в мире постоянно растет и в настоящее время составляет от 10 до 40% [10–13]. Хотя АР не опасен для жизни, он резко снижает качество жизни, физическую и социальную активность больного, а также может переходить в бронхиальную астму [3, 5, 6].

В последние годы внимание медицинского сообщества все больше направлено на изучение роли микробиоты ЛОР-органов в развитии АР. Микроорганизмы, населяющие эти органы, могут оказывать существенное влияние на иммунный ответ и, следовательно, на характер течения данного заболевания [14].

Несмотря на значительный интерес к данной теме, многие аспекты взаимосвязи между микробиотой ЛОР-органов и АР остаются недостаточно исследованными. В данной статье мы обсудим последние научные открытия и подходы, направленные на раскрытие роли микробиоты в патогенезе АР, с учетом современных методов исследования микробиома и иммунологии.

Микробиота ЛОР-органов в норме

Согласно современным исследованиям одна из важнейших функций микробиоты – поддержание гомеостаза. Помимо этого, она также оказывает влияние на метаболизм, иммунную систему и физиологию человека, включая органо- и морфогенез [15–18].

Микробиота ЛОР-органов подразумевает комплекс нескольких типов микрофлоры, состоящий из микробиоты полости рта, носоглотки и ушной полости. «Сравнение образцов, взятых из различных отделов верхних дыхательных путей взрослого человека, показывает, что состав микробиома полости носа, глотки и полости рта представлен одними и теми же типами бактерий, однако на уровне семейств и родов он кардинально различается» [18]. Именно благодаря бактериям, формирующим биопленку ЛОР-органов, патогенные микроорганизмы не проникают в организм. К бактериям, обитающим постоянно в ЛОР-органах, относятся: Neisseria, Enterococcus, Streptococcus haemolyticus, Corynebacterium, Haemophilus, Mollicutes, CoNS – coagulase-negative staphylococci [18, 19].

Состав микробиоты ротовой полости

Наибольшее собрание различных таксонометрических групп микроорганизмов характерно именно для ротовой полости. Оральная микробиота содержит до 700 бактериальных видов [20]. Чтобы упростить систематизацию различных бактерий, создали expanded Human Oral Microbiome Database (eHOMD, в переводе – «расширенная база данных микробиома полости рта человека»). eHOMD предоставляет исчерпывающую информацию о бактериях во рту человека и аэропищеварительном тракте, включая глотку, носовые ходы, пазухи и пищевод. Из бактерий полости рта 58% официально названы, 16% не названы, но культивируются и 26% известны только как некультивируемые филотипы. Таксономия eHOMD обеспечивает предварительную схему наименования для безымянных в настоящее время таксонов, основанную на филогении последовательности 16S рРНК, так что данные о штаммах, клонах и зондах из любой лаборатории могут быть напрямую связаны со стабильно названной эталонной схемой [21]. Все они вступают в биохимические, иммунологические и прочие взаимодействия, способствующие поддержанию динамического равновесия.

Данный баланс может увеличиваться и уменьшаться в течение суток в связи с воздействиями внешних факторов, но позднее приходит в положение нормы. Нарушение этого баланса является дисбактериозом, такой процесс может быть следствием упадка реактивности организма, его барьерных функций или маркером других заболеваний (сахарный диабет, СПИД и т.д.). Также стоит отметить, что важнее численности микроорганизмов их многообразие, так как в ходе замещения микроорганизмов другими родами и видами восстановления практически не происходит, а вместо этого образуются условно-патогенные бактерии [15, 22].

Отмечают две основные формы обитания микроорганизмов: в виде устойчивых микробных сообществ – биопленок, а также в планктонном виде, т.е. свободно распространяющихся в среде. Последние встречаются лишь транзиторно, биопленки же, напротив, могут содержать в своем составе не только микроорганизмы ротовой полости, но и простейших, грибы, вирусы и археи [23–25]. Основным различием двух этих подразделений будет являться способность микроорганизмов биопленки вступать в физические и метаболические связи [26]. На формирование орального микробиома непосредственно влияет диета. При употреблении пищи, богатой углеводами, рост сахаролитических микроорганизмов (Actinomyces, Streptococcus, Lactobacillus и Veillonella) усиливается. В питательной среде ротовой полости они могут преобладать над теми видами, что развиваются медленнее. Бактерии, ферментирующие углеводы (Tannerella forsythia, Streptococcus sobrinus, Streptococcus mutans, Streptococcus gordonii и Eikenella corrodens), образуют молочную кислоту, которая в свою очередь влияет на снижение прочности эмали зубов, тем самым подвергая человека риску возникновения кариеса. Также в результате ферментации углеводов изменяется и pH слюны. Следствием данного смещения будет рост S. mutans, Porphyromonas gingivalis, а также представителей рода Lactobacillus [27].

Микробиота полости рта подразделяется на аутохтонную (резидентную, постоянную) и аллохтонную (транзиторную, временную). Микробы, которые адаптировались к постоянному существованию в условиях биоценоза, относятся к резистентной группе. Они присутствуют в достаточно высоких концентрациях и участвуют в активации метаболических процессов организма. Аутохтонная микрофлора классифицируется на облигатную (постоянную) и факультативную, в составе последней больше встречаются условно-патогенные бактерии. Микроорганизмы, не способные к длительному существованию непосредственно в организме человека, относятся к транзиторной группе. Вследствие сказанного данный биотип не входит в обязательный состав микробиоценоза ротовой полости. Концентрация и частота встречаемости определяются состоянием иммунной системы и поступлением микробов из внешней среды [15, 22, 24].

Состав микробиоты носовой полости

Микробиота полости носа представляет собой сбалансированную микробную «выстилку», которая меняется от преддверия носа к ротоглотке в зависимости от среды обитания (кожа, многорядный мерцательный или плоскоклеточный эпителий), состояния иммунной системы, факторов внешней среды, приема лекарственных средств, возраста, а также образа жизни (диета и стресс, физическая активность и привычка к курению). Баланс микробиоты также может зависеть от состояния других ЛОР-органов, а условные границы между ними могут смещаться [28–32].

Состав нормальной микрофлоры носоглотки различен и специфичен, он включает в себя бактерии, вирусы, грибы и другие микробы. У новорожденных микробиом полости носа ограничен в своем разнообразии и фактически повторяет состав микрофлоры влагалища и кожи матери. Обычно в нем преобладают фирмикуты (S. aureus, Streptococcus pneumonia, Dolosigranulum pigrum), протеобактерии (Moraxella catarrhalis/nonliquefaciens, Haemophilus influenza) и актинобактерии (Corynebacterium pseudodiphteriticum/propinquum) [33, 34].

Далее микробная флора ребенка постепенно меняется и становится более разнообразной. Важно отметить, что эволюция микробиоты происходит в тесном взаимодействии с развитием его иммунной системы [29, 32].

Возраст 6–7 лет является важным периодом для глоточной миндалины: она служит своего рода «вакцинной лабораторией», оказывая существенное влияние на формирование адаптивного иммунитета [35, 36]. В этом возрасте в носовой полости обнаружены различные микроорганизмы, среди них аэробы: Staphylococcus, Ruminicoccus; анаэробы: Peptostreptococcus anaerobius, Lactobacillus, Propionibacterium/Cl. Subterminale и грибы Actinomyces viscosus. Среди аэробов определялись: Streptococcus spp., Corineform CDC-group XX, Helicobacter pylori; среди анаэробов: Prevotella, Clostridium perfringens, Eubacterium, Propionibacterium/Clostridium Subterminale; грибы Streptomyces и герпес-вирус [32].

При оценке полученных образцов из различных отделов верхних дыхательных путей (ВДП) взрослого человека можно обнаружить схожий состав микрофлоры в носовой полости, глотке и полости рта. Однако на таксономических уровнях (семейство и род) наблюдается значительное отличие. Уникальный характер микробиома носовой полости связан преимущественно с наличием бактерий типа Actinobacteria, Firmicutes, а также в меньшей степени – Proteobacteria. Среди семейств можно наблюдать таких представителей, как Corynebacteriaceae, Staphylococcaceae, Moraxellaceae и Carnobacteriaceae и реже – Leuconostocaceae, Comamonadaceae, Propionibacteriaceae и Brucellaceae [37]. Кроме того, у здорового взрослого человека в полости носа можно выделить несколько видов грибов, включая Alternaria spp., Penicillium spp., Aspergillus spp. и Cladosporium. Дополнительно в полости носа здоровых людей обнаружено несколько видов инвазивных и аллергических грибов [29].

Преддверие носа в отличие от самой полости носа характеризуется меньшим разнообразием. Несмотря на преобладание Firmicutes и Actinobacteria, присутствие Proteobacteria существенно ниже [17].

В возрасте 40–65 лет микрофлора носовой полости вновь претерпевает изменения за счет увеличения представителей родов Propionibacterium, Corynebacterium, Moraxella, Burkholderia и Staphylococcus, за которыми следуют Dolosigranulum, Pseudomonas, Simonsiella и Streptococcus, больше напоминающие бактериальную микрофлору носа взрослого человека среднего возраста. После достижения возраста 65 лет состав микробиома постепенно обедняется, теряет свое разнообразие, становясь более схожим с микробиомом глотки и полости рта. Это явление может быть обусловлено уменьшением активности защитных функций слизистой оболочки полости носа и замедлением мукоцилиарного клиренса [38, 39].

Состав микробиоты уха

Ухо состоит из трех отдельных анатомических частей, таких как наружное, среднее и внутреннее ухо. Каждая его часть индивидуальна, поэтому микробиом отличается в зависимости от анатомических отделов [40].

Нормальная микрофлора наружного уха сходна с микрофлорой кожи. Кожа образует защитный барьер от патогенов окружающей среды. Микроорганизмы колонизируют поверхность кожи, образуя единицы, способствующие иммунитету. На поверхности эпидермиса слухового прохода вегетирует большое число микроорганизмов, которые составляют нормальную микробиоту наружного уха, представленную Staphylococcus, Propionibacterium, Corynebacterium [41, 42].

Важно отметить, что микрофлора наружного уха, как и микрофлора носовой полости, может варьироваться в зависимости от возраста, расы, пола, факторов окружающей среды, состояния иммунной системы человека и использования лекарственных средств [42].

Основные виды бактерий, которые могут встречаться в микробиоте уха, представлены сапрофитными и условно-патогенными бактериями. Нормальная микрофлора уха представлена грамположительными бактериями Firmicutes (38,9%) и Actinobacteria (31%), на долю грамотрицательных бактерий Proteobacteria и Bacteroidetes приходится 22,8 и 5,99% соответственно. На уровне рода высокий процент бактерий приходится на Staphylococcus (27,4%) и Cutibacterium (25%), за которыми следуют Unclassified Neisseriaceae и Corynebacterium (12,6 и 3,1%) [43–45].

Кроме того, состав нормальной микрофлоры включает в себя следующие разновидности грибов: на уровне типа Basidiomycota составляли 51,5% общего числа грибковых скоплений. В меньшем количестве присутствуют Unidentified fungi и Ascomycota (31,1 и 3,2% соответственно). На уровне рода микробиом уха представлен Malassezia (52,3%), U. fungi (31,1%) и U. Malasseziales (8,1% всего грибкового кластера). На видовом уровне наибольшая доля приходится на Malassezia restricta (42,5%), за которыми следуют U. fungi и U. Malasseziales (31,1 и 8,1% соответственно). Доля Malassezia slooffiae и Malassezia globosa составила 4,4 и 4,9% [43–45].

Среднее ухо отделено барабанной перепонкой от наружного уха и соединено с носоглоткой посредством евстахиевой трубы, что создает определенную связь с внешней средой. У детей в отличие от взрослых евстахиева труба короткая, имеет горизонтальную ориентацию и пониженную ригидность. Это анатомическое различие может проложить путь для назальных и ротоглоточных микробов в среднее ухо в детском возрасте, что приведет к микробной среде, отличной от среды среднего уха взрослого возраста [46, 47].

Уникальностью нормальной микрофлоры среднего уха является отсутствие микроорганизмов в обычных условиях, поскольку ушная сера формирует защитный слой, на поверхности которого адгезируются микроорганизмы, благодаря чему предотвращается длительная и стойкая контаминация бактериальной микробиоты [48, 49].

Микробиота при патологии

Микробиота жизненно необходима для нормального роста и развития организма, она отвечает за синтез иммунных клеток и витаминов. По последним данным, в патогенезе развития АР лежит опосредованная иммуноглобулином (Ig)E воспалительная реакция слизистой оболочки полости носа в результате взаимодействия с аллергеном, основными симптомами которой являются затруднение носового дыхания, выделения из носа, чиханье, зуд в полости носа. При контакте с аллергеном образуются иммунные комплексы «аллерген – IgE» на мембранах тучных клеток, которые оседают на клеточной стенке, вырабатывая биологически активные вещества. Срок развития реакции после повторного контакта с аллергеном варьируется от нескольких минут до нескольких часов [50].

Выделяют множество групп аллергенов, которые вызывают АР: в окружающей среде (домашняя пыль, шерсть животных, пыльца и т.д.), по пути поступления (ингаляционные, трансплацентарные, энтеральные, парентеральные), по инфекционной принадлежности: неинфекционные – аллергены жилищ, инфекционные (грибковые, вирусные, бактериальные агенты), по происхождению (лекарственные, пищевые и т.д), профессиональные аллергены (древесная пыль, ферменты) [50, 51].

Главном агентом и наиболее частым при возникновении АР являются ингаляционные аллергены, в частности домашняя пыль, пыльца деревьев, шерсть домашних животных. Это 1-й тип – гиперчувствительность немедленного типа. Он проявляется выработкой иммуномодуляторов: интерлейкин (ИЛ)-3, 4, 6, 8, 13, гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор. В свою очередь ИЛ-4 активируют продукцию Т-хелперов 2-го типа, усиливая продукцию IgE, ИЛ-3, 6, гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор вызывает активацию эозинофилов, макрофагов, нейтрофилов, моноцитов. Эти стадии аллергической реакции являются последствием структурных и функциональных изменений микробиоты в ответ на выброс медиаторов воспаления, характеризующихся типичной клинической картиной АР [52, 53].

Нельзя оставить без внимания роль микроорганизмов, населяющих ВДП, и их вклад в развитие АР, а именно рода Staphylococcus, видов Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus hominis, S. haemolyticus, родов Streptococcus, Enterobacteriaceae, также Corynebacterium spp. Установлено их высокое содержание при изменениях на слизистой оболочке носа при аллергических заболеваниях, в частности рините [54, 55].

Доказано, что лица, страдающие хроническим АР, имеют более высокую бактериальную обсемененность, чем здоровые люди. Также есть сведения, что носительство S. aureus при АР часто сочетается с более сильной заложенностью носа, длительными ринитами и синуситами [54, 55]. Происходит это за счет выработки протеаз, а именно бактериальных сериновых Spl протеиназ S. aureus. Протеазы позволяют аллергенам более легко проходить к антигенпрезентирующим клеткам слизистой оболочки носа: активируются эпителиальные клетки и расщепляются плотные соединения в эпителии дыхательных путей [54, 55]. Существует доказанная связь между симбиотической микробиотой и восприимчивостью к аллергическому заболеванию. Так, отсутствие симбиотических бактерий может усиливать пролиферацию базофилов, увеличивать количество инфильтрирующих эозинофилов и лимфоцитов, усиливать реакции Th2-клеток и аллергическое воспаление и уменьшать количество регуляторных Treg- и Th17-клеток [54, 55].

В ВДП микробиота играет важную роль в формировании 2-го типа иммунной реакции. После связывания с toll-подобным рецептором S. aureus индуцирует выработку цитокинов 2-го типа, а именно ИЛ-5 и 13 через ИЛ-33, высвобождаемый эпителиальными клетками дыхательных путей, TSLP ИЛ-5 участвует в поиске эозинофилов и занимается их развитием и активацией. ИЛ-13 усиливает экспрессию II класса в В-клетках и способствует преобразованию IgE, затем IgE связывается с рецепторами тучных клеток. Таково образование аллергической реакции [56].

Заключение

Взаимодействие микробиоты с аллергенами и синтез иммунных клеток играют не последнюю роль в патогенезе АР. Разнообразные группы аллергенов, с которыми мы ежедневно сталкиваемся, вызывают ответы иммунной системы, индуцируя выработку IgE и активацию иммунных клеток. Данные реакции часто коррелируют с изменениями в микробиоте ВДП, такими как увеличение содержания рода Staphylococcus, Streptococcus, Enterobacteriaceae и Corynebacterium spp.

Установлено, что отсутствие симбиотических бактерий усиливает реакции Th2-клеток и аллергическое воспаление и уменьшает количество регуляторных Treg- и Th17-клеток, что в конечном итоге влияет на восприимчивость к аллергическим заболеваниям и сказывается на клинических проявлениях АР. Изучение разнообразия микроорганизмов и их воздействия на реакцию организма на аллергены представляет важное направление для понимания механизмов аллергической реакции и разработки новых подходов к лечению и профилактике АР.

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.

Authors’ contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Источник финансирования. Авторы декларируют отсутствие внешнего финансирования для проведения исследования и публикации статьи.

Funding source. The authors declare that there is no external funding for the exploration and analysis work.

About the authors