De relatie tussen darmmicrobiota en het immuunsysteem

Nog veel onbekend over relatie darmmicrobioom-immuunsysteem

De menselijke darmmicrobiota is een belangrijke modulator van het immuunsysteem. De kolonisatie van de darmen door bacteriën tijdens de eerste levensjaren gaat namelijk hand-in-hand met de rijping van het immuunsysteem. Verstoring van de darmmicrobiota is bovendien geassocieerd met diverse aandoeningen. Veel van wat er bekend is over de relatie tussen de darmbacteriën en immuniteit is echter afkomstig van onderzoeken bij muizen. De kennis over hoe dit precies werkt bij mensen is minder groot, omdat er (o.a. ethische) beperkingen zijn aan wat er onderzocht kan worden. Door onderzoek te doen bij leukemiepatiënten die een stamceltransplantatie krijgen, kan de relatie tussen darmmicrobiota en immuunsysteem onderzocht worden.

Stamceltransplantatie biedt mogelijkheden voor onderzoek

Bij leukemiepatiënten die stamceltransplantatie moeten ondergaan, vindt bewust een zeer ingrijpende beïnvloeding van het immuunsysteemplaats: door middel van bestraling en chemotherapie worden de eigen zieke stamcellen in het beenmerg vernietigd, waardoor ze geen leukocyten (witte bloedcellen, onderdeel van het immuunsysteem) meer produceren. Hierdoor ontstaat leukopenie, waarbij er nauwelijks nog leukocyten in het bloed voorkomen. Na de transplantatie zullen de nieuwe stamcellen weer nieuwe gezonde witte bloedcellen gaanaanmaken. De bestraling en chemotherapie beschadigen echter ook de darmmicrobiota, met een afname van de diversiteit als gevolg.

Fecestransplantatie verbeter darmmicrobioom na stamceltransplantatie

Om een oorzakelijk verband te vinden tussen de microbiota ende hoeveelheid leukocyten in het bloed deed een multidisciplinaire onderzoeksgroep in de VS tussen 2014 en 2019 zowel een gerandomiseerd klinisch onderzoek (RCT), als een longitudinaal onderzoek. Het RCT werd gedaan met 24 leukemiepatiënten. Bij 14 van hen werden voor de stamceltransplantatie ontlastingmonsters afgenomen. Na een succesvolle stamceltransplantatie kregen deze patiënten een fecestransplantatie (FT) met eigen ontlasting. De overige 10 patiënten dienden als controle; zij kregen geen fecestransplantatie na de stamceltransplantatie. Analyse van de ontlasting op verschillende momenten na de FT liet zien dat de darmmicrobiota zich (gedeeltelijk) herstelde van de bestraling en chemotherapie en een grotere diversiteit vertoonde dan die van de controles. Daarnaast lieten de FT-patiënten een significant grotere toename zien van drie typen witte bloedcelen (lymfocyten, neutrofielen en monocyten ten opzichte van de controles (p<0,001).

Bacteriën dragen bij aan toe- of afname leukocyten

Om de link tussen de darmmicrobiota en het herstel van de leukocyten verder te onderzoeken, werd vervolgens gekeken naar de gegevens vaneen groot observationeel cohort van patiënten die tussen 2003 en 2019 stamceltransplantatie ondergingen. Allereerst werden de data van 1096 patiënten bij wie geen microbiota-analyse gedaan was geanalyseerd. Hierdoor werd duidelijk welke andere factoren, zoals medicatie, van invloed zijn op de toename van het aantal witte bloedcellen in het plasma na stamceltransplantatie. Deze informatie werd meegenomen in de analyse van de data van 841 patiënten bij wie wél een microbiota-analyse was gedaan. Op basis van diverse berekeningen, waarin al de verschillende factoren werden meegenomen, werd duidelijk dat de aanwezigheid van bepaalde bacteriën geassocieerd is met een toename of afname van het aantal leukocyten in het plasma.

Achterliggende mechanismen nog onduidelijk

Hoewel de uitkomsten van dit onderzoek een goede aanvulling vormen op de bestaande kennis, is nog niet duidelijk hoe bepaalde bacteriën de hoeveelheid witte bloedcellen in het plasma kunnen beïnvloeden. Zo geven de onderzoekers aan dat sommige bacteriën er bijvoorbeeld voor zorgen dat leukocyten migreren van het weefsel naar het plasma of juist vanuit het plasma naar het darmepitheel, waardoor de hoeveelheid leukocyten in het bloed beïnvloedt wordt. Meer onderzoek naar de achterliggende mechanismen van de toename van leukocyten door de fecestransplantatie is daarom nodig voordat therapeutische toepassingen in zicht komen.

[kader]

Onderzoeker Jonas Schluter legt in een video van Open BoxScience op YouTube uit hoe het onderzoek gedaan is en wat de resultaten zijn. Kijk hier de video: https://www.youtube.com/watch?v=6_yKiSyr0Hg

Referentie

Schluter, J, J U. Peled, B P. Taylor,K A. Markey, M Smith, Y Taur and J B. Xavier. "The gut microbiota is associated with immune cell dynamics in humans." Nature (2020)