German Soriano
Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, Barcelona
CIBERehd, Instituto de Salud Carlos III, Madrid
Impacte de la microbiota
en les malalties del fetge
Societat Catalana de Malalties Infeccioses i Microbiologia Clínica
Acadèmia de Ciències Mèdiques de Catalunya i Balears
Barcelona, 20 de març de 2014
Bacteris i
productes bacterians
Nutrients
Alcohol
Inflamació,
esteatosi, fibrosi
Chassaing, Hepatology 2013
Alteracions en la flora i/o
permeabilitat intestinals
Excés nutrients
Alcohol
Eix intestí – fetge
Hui, Exp Rev Mol Med 2003
Normal Lesió hepàtica
LPS
IL-1
IL-6
TNF-α
IFN-γ
Citocines
proinflamatòries
Inflamació i fibrosi hepàtica
Hui, Exp Rev Mol Med 2003
Normal Lesió hepàtica
LPS
IL-1
IL-6
TNF-α
IFN-γ
Citocines
proinflamatòries
Inflamació i fibrosi hepàtica
Hui, Exp Rev Mol Med 2003
Normal Lesió hepàtica
LPS
IL-1
IL-6
TNF-α
IFN-γ
Citocines
proinflamatòries
Inflamació i fibrosi hepàtica
Inflamació,
esteatosi, fibrosi
Alteracions en la flora i/o
permeabilitat intestinals
Insuficiència hepàtica
Hipertensió portal
↓ trànsit intestinal
↓ barrera intestinal
Eix intestí – fetge
Inflamació,
esteatosi, fibrosi
Alteracions en la flora i/o
permeabilitat intestinals
Insuficiència hepàtica
Hipertensió portal
Eix intestí – fetge
Bacteris i
productes bacterians
↓ trànsit intestinal
↓ barrera intestinal
Esteatohepatitis
no alcohòlica/alcohòlica
Hepatitis crònica B/C
Hepatocarcinoma
Asimptomàtics/símptomes lleus
Descompensacions:
ascites, infeccions, encefalopatia,
hemorragia digestiva
Cirrosi
compensada
Cirrosi
descompensada
Fisiopatologia de la cirrosi
Alteracions inmunològiques
• dèficits: fagocitosi, complement
• resposta inflamatòria inadequada:
TNFα, IL-6, NO
Lesió cel·lular
hepàtica
Alteracions
hemodinàmiques
Wiest, J Hepatol 2014
Bellot, Liver Int 2013
Guarner, EJGH 2005
Alteracions
microbiota
Hipertensió portal
Insuficiència hepàtica
Alteracions
barrera intestinal
Translocació
bacteriana
Fisiopatologia de la cirrosi
Alteracions inmunològiques
• dèficits: fagocitosi, complement
• resposta inflamatòria inadequada:
TNFα, IL-6, NO
Lesió cel·lular
hepàtica
Translocació
bacteriana
Alteracions
hemodinàmiques
Wiest, J Hepatol 2014
Bellot, Liver Int 2013
Guarner, EJGH 2005
Alteracions
microbiota Alteracions
barrera intestinal
Infeccions
E. coli
34%
Bacteris causants de PBE i bacterièmia
espontània en pacients amb cirrosi
K. pneumoniae
18%
Altres BGN
9%
Enterococcus
7%
S. viridans
16%
S. aureus
6%
Altres CGP
8%
Fernández, Hepatology 2012
Peritonitis bacteriana espontània
Profilaxis secundària
Ginès, Hepatology 1990
Probabilitat de recurrència de PBE
Fisiopatologia de la cirrosi
Alteracions inmunològiques
• dèficits: fagocitosi, complement
• resposta inflamatòria inadequada:
TNFα, IL-6, NO
Lesió cel·lular
hepàtica
Alteracions
hemodinàmiques
Wiest, J Hepatol 2014
Bellot, Liver Int 2013
Guarner, EJGH 2005
Alteracions
microbiota Alteracions
barrera intestinal
Infeccions
Translocació
bacteriana
Fisiopatologia de la cirrosi
Alteracions inmunològiques
• dèficits: fagocitosi, complement
• resposta inflamatòria inadequada:
TNFα, IL-6, NO
Lesió cel·lular
hepàtica
Translocació
bacteriana
Alteracions
hemodinàmiques
Wiest, J Hepatol 2014
Bellot, Liver Int 2013
Guarner, EJGH 2005
Alteracions
microbiota Alteracions
barrera intestinal
Infeccions Ascites-Síndrome hepatorenal
Hemorràgia digestiva Encefalopatia hepàtica
Profilaxi antibiòtica en pacients amb cirrosi
i hemorràgia digestiva
Chávez-Tapia, Aliment Pharmacol Ther 2011
Metaanàlisi – Mortalitat global
Agrawal, Am J Gastroenterol 2012
VSL#3 i lactulosa en la profilaxi secundària de
l’encefalopatia hepàtica
no treatment
VSL#3
lactulose
Fisiopatologia de la cirrosi
Alteracions inmunològiques
• dèficits: fagocitosi, complement
• resposta inflamatòria inadequada:
TNFα, IL-6, NO
Lesió cel·lular
hepàtica
Translocació
bacteriana
Alteracions
hemodinàmiques
Wiest, J Hepatol 2014
Bellot, Liver Int 2013
Guarner, EJGH 2005
Alteracions
microbiota Alteracions
barrera intestinal
Infeccions Ascites-Síndrome hepatorenal
Hemorragia digestiva Encefalopatia hepàtica
Fisiopatologia de la cirrosi
Alteracions inmunològiques
• dèficits: fagocitosi, complement
• resposta inflamatòria inadequada:
TNFα, IL-6, NO
Lesió cel·lular
hepàtica
Translocació
bacteriana
Alteracions
hemodinàmiques
Wiest, J Hepatol 2014
Bellot, Liver Int 2013
Guarner, EJGH 2005
Alteracions
microbiota Alteracions
barrera intestinal
Infeccions Ascites-Síndrome hepatorenal
Hemorragia digestiva Encefalopatia hepàtica
Mètodes per avaluar la
translocació bacteriana
• Cultiu ganglis limfàtics mesentèrics
• Cultiu ascites, líquid pleural, sang,
fetge, melsa
• ADN ganglis limfàtics mesentèrics
• ADN en sang
• Endotoxèmia
• Lipopolysaccharide binding protein
Mètodes per avaluar la
translocació bacteriana
• Cultiu ganglis limfàtics mesentèrics
• Cultiu ascites, líquid pleural, sang,
fetge, melsa
• ADN ganglis limfàtics mesentèrics
• ADN en sang
• Endotoxèmia
• Lipopolysaccharide binding protein
• Cultiu ganglis limfàtics mesentèrics
• Cultiu ascites, líquid pleural, sang,
fetge, melsa
• ADN ganglis limfàtics mesentèrics
• ADN en sang
• Endotoxèmia
• Lipopolysaccharide binding protein
Detecció d’ADN bacterià per PCR en sang
com a índex de translocació bacteriana
en rates cirròtiques per CCl4
Guarner, Hepatology 2006
Rata Grup Ganglis limfàtics
mesentèrics
Sèrum
1 Cirrosi Neg. Neg.
2 Cirrosi E. coli E. coli
3 Cirrosi E. coli E. coli
4 Cirrosi S. aureus S. aureus
5 Cirrosi S. aureus S. aureus
6 Cirrosi spp. spp.
7 Cirrosi Neg. Neg.
8 Cirrosi Neg. Neg.
9 Cirrosi E. coli E. coli
10 Cirrosi E. coli E. coli
11 Cirrosi Neg. Neg.
12 Cirrosi Neg. Neg.
Rata Grup Ganglis limfàtics
mesentèrics
Sèrum
13 Cirrosi Neg. Neg.
14 Cirrosi E. coli E. coli
15 Cirrosi E. coli E. coli
16 Cirrosi Neg. Neg.
17 Cirrosi Pseudomonas Pseudomonas
18 Cirrosi Enterobacteria Enterobacteria
19 Cirrosi E. coli Neg.
1 Control Neg. Neg.
2 Control Neg. Neg.
3 Control Neg. Neg.
4 Control Neg. Neg.
5 Control Clostridium spp. Clostridium spp.
• La detecció d’ADN bacterià en sang es relaciona amb una
major resposta inflamatòria i un pitjor pronòstic en pacients
amb cirrosi
Detecció d’ADN bacterià en sang com a índex de
translocació bacteriana en pacients amb cirrosi
Francés, Hepatology 2008
Zapater, Hepatology 2008
Nivell ordre
Nivell espècie
ADN polibacterià en ganglis limfàtics mesentèrics en
rates control i rates cirròtiques mitjançant
piroseqüenciació
Cuenca, J Innate Immun 2013
Microbiota intestinal
Mètodes clàssics • cultiu femta
• cultiu aspirat jejunal
• test alè glucosa
Mètodes “moderns”
(biologia molecular) • qPCR, RT-PCR, Rep-PCR
• DGGE, PFGE, DHPLC
• seqüenciació massiva
(piroseqüenciació, Illumina)
Causes de les alteracions en la
microbiota en les malalties hepàtiques
• Disminució del peristaltisme intestinal
• Alteracions en la barrera intestinal
• Disminució de les secrecions digestives
• Malnutrició
• Dieta excessiva
• Alcohol
• Antibiòtics
• Inhibidors de la bomba de protons
Quigley, Expert Rev Gastroenterol Hepatol 2013
Hildebrandt, Gastroenterology 2009
Canvis en la microbiota intestinal
amb dieta greixosa en ratolins
(lean) (lean) (lean) (obese)
Turnbaugh, Nature 2006
Relació de la microbiota amb la capacitat
d’emmagatzement energètic en ratolins
Donor:
p<0.05 p<0.001
Energia
fecal residual Augment de pes després
de transplantament fecal
0
2
4
6
8
10
12
0
2
4
6
8
10
12
Guarner, J Hepatol 1997
Cirrrosi + TB *
p<0.001
Cirrrosi – TB * Controls
log
10 u
fc/g
fe
mta
ce
ca
l
* TB: translocació bacteriana
Aerobis totals E. coli
p<0.001 p<0.001
Alteracions en la microbiota cecal en rates
amb cirrosi induïda per CCl4
Controls Controls Cirrosi Cirrosi
log
10 u
fc/g
fe
mta
ce
ca
l
(to
tal a
ero
bis
)
0
2
4
6
8
10
12
Contro ls Cirrosi
Liu, Hepatology 2004
Alteracions en la microbiota fecal en pacients
amb cirrosi i encefalopatia hepàtica mínima
Lactobacillus Bifidobacterium E. coli Staphylococcus Fusobacterium Pseudomonas
p<0.001
p<0.01
log10 ufc/g femta
Alteracions en la microbiota en
ratolins amb cirrosi induïda per CCl4
Cultiu convencional
Bacteris aerobis Bacteris anaerobis
Fouts, J Hepatol 2012
Fouts, J Hepatol 2012 OTUs: operational taxon units
Alteracions en la microbiota en
ratolins amb cirrosi induïda per CCl4
Firmicutes
Actinobacteria
Other bacteria
Piroseqüenciació
Diferents alteracions en la microbiota en
diversos models experimentals en ratolins
Fouts, J Hepatol 2012
OTUs: operational taxon units (reads)
Fouts, J Hepatol 2012
Cultiu convencional
Bacteris aerobis Bacteris anaerobis
Alteracions en la microbiota en
ratolins amb lligadura de via biliar
Fouts, J Hepatol 2012 OTUs: operational taxon units (reads)
Piroseqüenciació
Alteracions en la microbiota en
ratolins amb lligadura de via biliar
Diferències en microbiota per piroseqüenciació entre
biòpsies de sigma i femta en pacients amb cirrosi
Bajaj, Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2012
Bajaj, Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2012
Microbiota per piroseqüenciació en biòpsies
de sigma en pacients amb cirrosi
Diferències en la microbiota de biòpsies de
sigma en pacients amb i sense encefalopatia
Bajaj, Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2012
Diferències en la microbiota de biòpsies de
sigma en pacients amb i sense encefalopatia
Bajaj, Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2012
No diferències en microbiota fecal entre pacients amb i sense encefalopatia!
Caracterització de la microbiota fecal en pacients
cirròtics mitjançant piroseqüenciació
Chen, Hepatology 2011
Chen, Hepatology 2011
Caracterització de la microbiota fecal en pacients
cirròtics mitjançant piroseqüenciació
Chen, Hepatology 2011
* p<0.05
Caracterització de la microbiota fecal en pacients
cirròtics mitjançant qPCR
Bajaj, Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2011
Microbiota fecal: relació amb inflamació,
funció cognitiva i funció hepàtica
Pacients amb cirrosi
i encefalopatia
Pacients amb cirrosi
sense encefalopatia
Bajaj, Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2012
Microbiota de biòpsies de sigma en pacients amb
encefalopatia: inflamació, funció hepàtica i cognició
Possibilitats de modificar la relació
microbiota-hoste
• Dieta
• Antibiòtics
• Prebiòtics
• Probiòtics
• Àcids biliars
• Immunomodulació
Conclusions
1) Les alteracions en la microbiota intestinal juguen un paper important
en la progressió de les malalties del fetge i en el desenvolupament
de les complicacions de la cirrosi.
2) Les noves tècniques de biologia molecular obren un camp il·limitat per
entendre millor la relació entre la microbiota i l’hoste en els pacients amb
malalties hepàtiques, i per trobar formes de modular aquesta relació
(antibiòtics, probiòtics, prebiòtics).
3) Cal tenir en compte, però, les múltiples limitacions que encara tenen
aquestes tècniques (dificultats tècniques i en l’anàlisi bioinformàtica,
contaminació, diferències en els tipus i localització de les mostres, entre
models experimentals i subgrups de pacients).
Patologia Digestiva:
Carlos Guarner
Eva Román
Cristina Gely
Microbiologia:
Beatriz Mirelis
Anatomia Patològica:
Francesc X. Sancho
Estabulari:
Elisabet Sánchez
Anna Boullosa
Inmunologia:
Silvia Vidal
Juan Camilo Nieto
Cándido Juárez
Chen, Hepatology 2011
Caracterització de la microbiota fecal en pacients
cirròtics mitjançant piroseqüenciació
Sobrecreixement bacterià intestinal a la cirrosi
• Definició: presència a jejú proximal de >105 ufc/ml i/o bactèries
del còlon.
• Prevalença en pacients amb cirrosi: 48%-73%.
• Avaluat per cultiu contingut intestinal en animals d’experimentació
i per cultiu d’aspirat jejunal o test d’alè amb glucosa en pacients.
• Relació entre sobrecreixement bacterià i:
- translocació bacteriana
- endotoxèmia
- estat proinflamatori
- pitjor funció hepàtica
- peritonitis bacteriana espontània
- encefalopatia hepàtica
Wiest, J Hepatol 2014
Bajaj, Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2011
Enterobacteriaceae més abundant en pacients amb encefalopatia que en controls,
però similar en pacients sense encefalopatia i controls.
Anàlisi multivariat: Veillonellaceae més abundant en pacients amb encefalopatia
que en pacients sense encefalopatia (14±12% vs 4±9%, p=0.04).
Microbiota fecal:
pacients amb cirrosi vs controls
NASH Controls
NASH menys Firmicutes [Faecalibacter i Anaesporobacter (Clostridiales)]
però més Parabacteroides i Alisonella (Aeromonadales).
Wong, PLoS ONE 2013
Microbiota fecal i NASH en pacients xinesos
NASH Controls
NASH menys Firmicutes [Faecalibacter i Anaesporobacter (Clostridiales)]
però més Parabacteroides i Alisonella (Aeromonadales).
Wong, PLoS ONE 2013
Microbiota fecal i NASH en pacients xinesos
Yatsunenko, Nature 2012
Diferències geogràfiques en la microbiota
Diversitat Diferències en les comunitats
microbianes