Microbiota/Microbioma y Transplante Fecal Intestinal en Síndrome de Intestino Irritable y Otros Trastornos Gastrointestinales Dr. Max Schmulson, MD, RFF.

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1 Microbiota/Microbioma y Transplante Fecal Intestinal en Síndrome de Intestino Irritable y Otros Trastornos Gastrointestinales Dr. Max Schmulson, MD, RFF Profesor Titular de Medicina Laboratorio de Hígado, Páncreas y Motilidad (HIPAM) Unidad de Investigación en Medicina Experimental-Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Hospital General de México

2 Relación de la microbiota con la fisiología intestinal
SII PI Relación de la microbiota con la fisiología intestinal Estrés Eje Cerebro- Intestino Eje Cerebro- Intestino Homeostasis Homeostasis alterada Composición bacteriana estable Alteración en composición bacteriana Fisiología intestinal normal Fisiología intestinal anormal Inflamación “fisiológica” o “controlada” Incremento en la inflamación “fisiológica” sin daño tisular Adaptado de Collins S. y Bercik P. Gastroenterology 2009;136:

3 Síndrome de Intestino Irritable (SII)
Trastorno Funcional Intestinal: Ausencia de alteraciones bioquímicas o estructurales con los métodos disponibles en la actualidad Prevalencia: 10-20% a nivel global, 16% en México Ausencia de Marcadores Biológicos Diagnóstico basado en síntomas-Criterios de Roma III Clasificación en Subtipos: SII con Diarrea (SII-D), Estreñimiento (SII-E), Mixto (SII-M) y No Clasificable (SII-NC) Etiología multifactorial: Psicológicas Alteraciones de la motilidad Alteraciones en sensibilidad visceral Alteraciones en eje cerebro-intestino Últimamente se han propuesto alteraciones inmunológicas, inflamación de bajo grado, sobrepoblación bacteriana del intestino delgado (SIBO) SII Post Infeccioso (SII-PI): Posterior a enteritis bacteriana, viral, parasitaria Disbiosis: Alteraciones en la microbiota MS 2015

4 La microbiota en la patogénesis del SII
Contenido luminal: Alimentos Acidos biliares deconjugados SCFA Gases Microbiota Patógenos entéricos Antibióticos Incremento en la permeabilidad de la barrera epitelial INTESTINO Linfocitos C. Cebadas Neuronas aferentes SCFA: Acidos Grasos de Cadena Corta Shanahan F, Quigley EMM. Gastroenterology 2014;146:

5 Microbiota fecal post-gastroenteritis y en SII-PI
Análisis filogenético de microarreglos Control (N: 11) No AIF-PI (N: 12) AIF-PI SII-PI SII-D 15 taxas discriminaron los grupos de pacientes ↑ Bacteroidetes (6.01.4 veces) ↓ Clostridiales No cultivados (16.816.5 veces) DNA microbiano fecal analizado con HITChip 6 meses post C. jejuni (cultivo +) Correlacionaron con: Dolor abdominal Frecuencia de evacuaciones Evacuaciones sueltas Síntomas somáticos (PHQ-12) No con Ansiedad/Depresión Se identificó un perfil microbiano de 27 taxas* Indice de Disbiosis Microbiana 33% 25% 9% 17% 8% 42% 85% 67% Metanógenos (p<0.05) R. torques like (p<0.05) Primers analizados: (Archaea, Bacteroides-Prevotella- Porphyromonas, Ruminococcus torques, Collinsella aerofaciens) Abundancia correlacionó inversamente con: Frecuencia de evacuaciones sueltas Aumento en sensación de dolor Mastocitos Genes de IL-6 y TNF (PBMC) qPCR Roma II The fecal microbiota DNA was extracted with repeated bead-beating method. Human Intestinal Tract Chip (HITChip). Redundancy Analysis Using bootstrap aggregated redundancy analysis (RDA), The IMD also correlated with inflammatory markers includeing eotaxin (CLL11) number of mast cells, the expression of serotonin transporter (SCL6A4). Correlated negatively with enterochromaffin cells. Methanogens abundance inversely correlated with loose stools and R. torques with increase pain sensation, mast cells number and IL-6 and TNF alfa Collinsela aerfaciens negatively correlated with PBMC’s produced inflammatory cytokines. The IMD correlated with increased inflammation IL-6 secretion and decreased level of apoptosis. Thre was a gradual change in te microbiota from healthy controls to to those with PI-IBS that resembled that one detected in IBS-D AIF: Alteraciones Intestinales Funcionales *Explicó 13% de variabilidad en la microbiota Jalanka-Tuovinen J et al. Gut 2013; /gutjnl

6 Alteraciones encontradas en la microbiota en SII
Referencias Método utilizado Cambio encontrado Balsari 1982 (SII:20, C:20), Si 2004 (SII:25, C:25), Matto 2005 (SII:26, C:26), Carroll 2010 (SII-D:10, C:10) Cultivos  Bifidobacterias (Filotipo Actinobacterias), Lactobacilos (Firmicutes), Anaerobios  Enterobacterias, Aerobios Matto 2005 (SII:26, C:26), Malinen 2005 (SII:27, C:22) PCR-DGGE/qPCR (Amplificación por Reacción en Cadena de la Polimerasa-Electroforesis en Gel con Gradiente Desnaturalizante)  Anaerobios, Lactobacilos en SII-D  Aerobios Kerckhoffs 2009 (SII:41, C:26) FISH (Hibridación in situ con Fluorescencia) Visualización directa de la localización espacial de secuencias específicas  Bifidobacterias  Firmicutes Rajilic-Stojanoovic 2011 (SII:62, C:42), Saulnier 2011 (SII-Niños:22, C:22) Microarreglos Material biológico y sintético. Se puede analizar la presencia y/o expresión de un gran número de genes de manera simultánea  Bacteroidetes (Filotipo Bacteroides), Bifidobacterias Krogius-Kurikka 2009 (SII-D:10, C:23), Rajilic-Stojanoovic 2011 (SII:62, C:42), Saulnier 2011 (SII-Niños:22, C:22, Jeffery 2012 (SII:37, C:20) Pirosecuenciación 16S (Secuenciación Masiva no Fluorescente) En presencia de varias especies, por análisis bioinformático se puede identificar diferentes especies bacterianas  Bacteroidetes, Bifidobacterias, Actinobacterias  Firmicutes, Proteobacterias Modificado de Mayer EA y cols. Gastroenterology. 2014;146:

7 Revisión basada en evidencias
La composición de la microbiota en SII es diferente que la de sujetos normales. La disbiosis- ocurre tanto en adultos como en niños con SII. Debido a la heterogeneidad del SII y al empleo de diferentes métodos para el estudio de la microbiota intestinal, no es posible establecer una composición microbiana propia del SII. Nivel 3, Recomendación de Grado B

8 Dieta Exclusión Sistemática
Estrategias disponibles actualmente para modificar la microbiota: Reporte de la Fundación de Roma Menos invasivo y/o seguro Mas invasivo y/o menos seguro Menos efectivo Más efectivo *Farmabióticos; 'FODMAPs: Oligo, Di, Monosacárdios y Polioles Fermentables Antibióticos Luminales Loperamida Probióticos Prebióticos* Dieta Exclusión Sistemática Dieta Baja FODMAPs Suspender IBPs Prebiotics (non- digestible food ingredients that stimulate the growth and/or activity of bacteria in the digestive system) and probiotics (live microorganisms that when administered in adequate amounts, confer a health benefit on the host). A healthy gut microbiota plays many crucial functions in the host, being involved in the correct development and functioning of the immune system, assisting in the digestion of certain foods and in the production of health-beneficial bioactive metabolites or 'pharmabiotics'. These include bioactive lipids (including SCFA and conjugated linoleic acid) antimicrobials and exopolysaccharides in addition to nutrients, including vitamins B and K. Alterations in the composition of the gut microbiota and reductions in microbial diversity are highlighted in many disease states, possibly rendering the host susceptible to infection and consequently negatively affecting innate immune function. Evidence is also emerging of microbially produced molecules with neuroactive functions that can have influences across the brain-gut axis. For example, γ-aminobutyric acid, serotonin, catecholamines and acetylcholine may modulate neural signalling within the enteric nervous system, when released in the intestinal lumen and consequently signal brain function and behaviour. Dietary supplementation with probiotics and prebiotics are the most widely used dietary adjuncts to modulate the gut microbiota. Furthermore, evidence is emerging of the interactions between administered microbes and dietary substrates, leading to the production ofpharmabiotics, which may directly or indirectly positively influence human health. MS 2014 Simrén M y cols. Gut. 2013;62:

9 Incremento en la incidencia de SIBO durante el tratamiento con IBPs
% % p<0.005 Lombardo L et al. Clin Gastroenterol Hepatol. 2010;103:504-8.

10 IBPs y síntomas intestinales en 1851 pacientes que consultaron al Gastroenterólogo en México
Frecuencia de Síntomas Respuesta Satisfactoria según Tratamiento % p<0.001 (82% Rifaximina) % Schmulson M, Frati A. Rev Gastroenterol Méx. 2014; 79(Supl. 2):36.

11 Tiempo de tratamiento con IBPs de acuerdo con la indicación
56.9% Pacientes (N=694) 20.6% 11.9% 6.9% 3.7%

12 La dieta baja en carbohidratos fermentables, reduce las Bifidobacterias en heces de pacientes con SII Los fructo-oligosacáridos y los galacto-oligosacáridos tiene un efecto prebiótico que estimula la proliferación de Bifidobacterias, pero se desconoce el efecto de una dieta baja en FODMAPs. Estudio de 4 semanas de CHO de cadena corta fermentables, sobre la microbiota de pacientes con SII Hibridación in situ con fluorescencia (FISH) en materia fecal fresca Staudacher HM y cols. J Nutr. 2012;142:

13 Eficacia de prebióticos, probióticos y simbióticos en el SII
RR: 0.79 (IC95% 0.70, 0.89) Heterogeneidad (I2=72% p<0.001) Síntomas Probióticos vs Placebo SMD; (IC95%) Heterogeneidad Probiótico Síntomas globales/ Dolor abdominal -0.25 (-0.36, -0.14) I2=27%, p=0.11 Tendencia con Bifidobacterium Distensión subjetiva -0.15 (-0.27, -0.03) I2=16%, p=0.26 Bifidobacterium Flatulencia -0.23 (-0.38, -0.07) I2=0%, p=0.63 Combinaciones, Lactobacilllus Urgencia -0.10 (-0.30, 0.10) I2=20%, p=0.28 % I 2 statistic with a cutoff of ≥ 50 % and the χ 2 -test with a P value < 0.10, used to defi ne a signifi cant degree of heterogeneity SMD: Diferencia Media Estandarizada No se encontraron estudios con Prebióticos y los Simbióticos no ofrecen ningún beneficio Ford A y cols. Am J Gastroenterol. 2014;109:

14 El Bifidobacterium infantis 35624 normaliza la respuesta proinflamatoria Th1
50 100 150 200 250 300 p=0.001 Pre-Tratamiento Post-Tratamiento Relación IL-10:IL-12 B. Infantis L. salivarius Placebo Controles sanos El B. infantis mejoró significativamente el dolor abdominal, la sensación subjetiva de distensión abdominal y la dificultad en el paso de las evacuaciones O’Mahony L y cols. Gastroenterology 2005;128:

15 El uso de una combinación de probióticos modula la actividad cerebral
Disbiosis en roedores: Altera mecanismos de señalización Induce conductas emocionales Reflejos viscero-nociceptivos Estudio en mujeres sanas: Probióticos x 4 semanas Bifidobacterium animalis/lactis Streptococcus thermophiles Lactobacillus bulgaricus Lactococcus lactis/lactis Prueba de Atención a Caras con Emociones Conectividad intrínseca del cerebro x RMF: Red funcional afectiva, viscerosensorial y somatosensorial MS 2014 Tillisch K y cols. Gastroenterology. 2013;144:

16 Eficacia de la Rifaximina en pacientes con SII: Metaanálisis
Revisión sistemática MEDLINE, EMBASE, PubMed, CINAHL, WOS Estudios aleatorizados, controlados con placebo en SII: citas, 18 relevantes/5 cumplieron criterios de inclusión: 1803 pacientes (96% SII-No E) Variables Estudios (N) Tasa de Respuesta (%) RM IC95% p Rifaximina Placebo Mejoría Global 5 42 32 1.57 (1.29, 1.91) 0.0038 Distensión Subjetiva 4 1.55 (1.27, 1.89) <0.0001 Mejoría del Dolor Abdominal (N=4) y Consistencia de Evacuaciones (N=3) EA (10%), Rifaximina=Pb: Cefalea, infección respiratoria alta, urinaria, nauseas, vómito, diarrea. EAS (<2%), Rifaximina=Pb No C. difficile Menees SB y cols. Am J Gastroenterol ;107:28-35.

17 Antibióticos o bacterioterapia para el SII-Post Giardiasis
Epidemia de Giardiasis, Bergen-Noruega, Otoño pacientes tratados con Metronidazol, 10% persistieron con síntomas: SII-PI Pacientes hospitalizados N: 124 Controles, N: 16 SCFA Fecales, N: 9 Grasa Fecal , N: 7 Parásitos/quistes erradicados: 84(68%) 2 Estudios pilotos *1997: Heces de mujeres escandinavas sanas, Edad media, Dieta occidental Rifaximina (200mg TID x 8 d) + Metronidazol (400mg BID x 10 d) N: 18 Transplante de cultivo fecal vivo* intraduodenal por endoscopía N: 10 Nauseas, Dolor abdominal, diarrea, estreñimiento, anorexia. LBT SCFA Grasa Fecal The questionnaire quantifies the daily perceptions of nausea, abdominal pain, bloating, diarrhoea, constipation and anorexia (poor appetite) on a scale from zero to 10, where zero represents no symptoms and 10 represents serious symptoms. Each participant had a total score of between zero and 60. H+ espirado redujo ligeramente con antibióticos pero no con bacterioterapia. SCFA no cambiaron. Morken MH et al. Scand J Gastroenterol. 2009;44:

18 Transplante fecal en SII refractario a tratamiento
Donadores Conyugues: 38% Familiares primer grado: 31% No relacionados: 31% N: 13 (Mujeres 54%); Edad: 45 (23-75) Historia de SII: 73 meses (12-180); SII-D: 9, SII-E: 3, SII-M: 1 Transplante intraduodenal por endoscopía Seguimiento 11 (9-19) meses Bienestar General (Bueno=1, Aceptable=2, Pobre=3), Antes vs Después (N) Bueno: 0 vs 3, Aceptable: 4 vs 6, Pobre: 9 vs 4 MS 2014 Pinn D y cols. Am J Gastroenterol. 2013;108(Suppl.1):S563.

19 Carcinogénesis del colon inducida por disbiosis
Factores ambientales CCR: → -Mutaciones Genes supresores y Oncogenes -Bacteroides Fusobacteriu Coriobacteridae Streptococcaceae -↓Productoras de Butirato Alta en carnes y grasas: Generan AB, substratos para bacterias 7α-dehidroxilantes: AB Primarios → Secundarios (Litocólico, Deoxicólico) Alta en fibra: Fermentación de CHO Producción de SCFA (Acetato, Propionato, Butirato) antitumoral Acumulación Mutaciones Inflamación Cáncer de Colon Genes de proliferación celular Disbiosis ROS/RNS Toxinas Bacterianas Daño del DNA Vía NFkB/Wnt Citocinas proinflamatorias MAMPs Myd88 Especias reactivas a oxígeno o nitrogeno NFkB inmunidad innata ROS RNO: Especies reactivas de oxígeno o nitrogeno Activación de cascada de señalización vía Wint Initially, colon cancer was associated with single pathogenic bacterial species, such as Streptococcus gallolyticus, H pylori, or adherent invasive E coli.37,79,80 MAMPs: Patrones Moleculares Asociados a Microbios Myd88: Adaptador que traduce señales de TLR Modificado de Abreu MT, Peek RM. Gastroenterology. 2014;146:

20 Microbiota y Cáncer (CA) de Esófago
Factores de riesgo: RGE, Barrett Disminución de riesgo: H. pylori Suprime secreción ácida por atrofia gástrica y disminuye RGE Erradicación del H. pylori: Alteraciones en el microbioma gástrico Pueden contribuir al RGE, Barrett y Adeno CA Inflamación y metaplasia del esófago distal: Alteran la microbiota de esta zona H pylori+ H pylori- Cambio en la microbiota Esófago Normal (Gram+ > Gram-) RGE (Gram- > Gram+) Microbioma Tipo I Microbioma Tipo II LPS TLR4 NF-kB IL-1β, IL-6, IL-8 TNFα 16S rRNA iNOS Retarda vaciamiento gástrico Disminuye el tono EEI Although cause and effect are difficult to establish conclusively in these types of studies, there are putative mechanisms by which different microbiome populations can affect esophageal disease (Figure 2). Gram-negative organisms, which predominate in reflux-associated type II esophageal microbiomes, produce specific immune-activating constituents such as lipopolysaccharide (LPS), which can activate innate immune responses that lead to disease.64 LPS engages the innate immune system Toll-like receptor (TLR)4, leading to NF-kB activation; levels of activated NF-kB are increased in esophageal specimens from patients with reflux esophagitis, Barrett’s esophagus, and esophageal adenocarcinoma. 64 Increased activation of NF-kB is associated with increased levels of inflammatory cytokines such as IL1b, IL6, IL8, and tumor necrosis factor a.64 Another effect of LPSinduced signaling is activation of inducible nitric oxide synthase. Activation of inducible nitric oxide synthase decreases the basal tone of the lower esophageal sphincter, which, over prolonged periods of time, increases the risk for reflux and its sequelae.65 Further, LPS has been shown in rodents to delay gastric emptying, which increases the amount of gastric content refluxed into the esophagus.66 Although further studies are needed, these results are exciting—the esophageal microbiome might be manipulated with antibiotics, probiotics, or inhibitors of specific host cell pathways (eg, NFkB) to prevent disorders at this site. Modificado de Abreu MT, Peek RM. Gastroenterology. 2014;146: Yang L y cols. Gastroenterology. 2009;137:

21 Conclusiones Se ha reconocido que la microbiota intestinal es diferente en pacientes con SII que en sujetos sanos, pero no se ha podido establecer una microbiota característica de este trastorno. Los IBPs, cambios en la dieta, probióticos, prebióticos y antibióticos luminales, pueden modificar la microbiota en SII. El H. pylori se ha asociado con CA gástrico. Sin embargo, su erradicación permite el florecimiento de un microbioma que puede asociarse con Adeno CA del esófago. La interacción dieta alta en grasa/ácidos biliares/microbiota, puede estar relacionada con el CCR, mientras que las bacterias productoras de butirato, parecen ser protectoras. El transplante de microbiota fecal es una opción terapéutica potencial para el SII y otras patologías gastrointestinales. MS 2014

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23 Rodríguez-Fandiño O, Hernández-Ruiz J, Schmulson M.
J Neurogastroenterol Motil. 2010;16: