Een review door researchers – geneeskunde-studenten Navena Navaneetharaja & Verity Griffiths, en professor Simon Carding & professor Tom Wileman van de ‘University of East Anglia Norwich Medical School’ & het ‘Institute of Food Research’ (Gut Health and Food Safety Research Programme) – aangaande het bewijsmateriaal voor een rol van darm-microbiota en viroom (de verzameling virussen in en op het menselijk lichaam; deze infekteren menselijke cellen en/of andere microben) bij M.E.(cvs) die wijst in de richting van een infektueuze en auto-immune basis voor de aandoening. De darm is, gezien de continue blootstelling aan microben, een belangrijke plaats voor auto-immune aktiviteit die zou kunnen leiden tot chronische ziekte. Niettegenstaande menen wij, zoals andere onderzoekers, dat er niet één enkelvoudig infektueus agens voor M.E.(cvs) zal kunnen worden aangeduid; maar dat de eigenheid (genetische aanleg) van het individu en dus zijn respons op infektueuze agentia de ontwikkeling van de ziekte bepalen… Lees bv. ‘Géén unieke, eerder niet-gekarakteriseerde bakterieën bij CVS’ … Naviaux (zie ‘Metabole kenmerken van M.E.(cvs)’) geeft ook mee dat het metaboloom-profiel dat hij heeft gevonden bij M.E.(cvs) tegengesteld was aan de metabole respons op infektie…

Op haar blog schrijft Naveena Navaneetharaja: >>We focusten op de oorzaak van de aanhoudende immuun-gerelateerde symptomen, en beschrijven de mechanismen die de onderliggende immuniteit-stoornissen en mogelijke auto-immune processen bij M.E./CVS zouden kunnen verklaren. (…) We namen de discrepanties van research-bevindingen onder de loep wat betreft de problemen bij het detekteren van aktieve infekties en het onderscheid met reaktivatie van latente infektie. (…) We stellen voor dat de darm een aantrekkelijke en belangrijke bron van auto-reaktiviteit is. (…) Studies geven veelal enkel een moment-opname van de of microbiota-samenstellingen. (…) Het is nog niet mogelijk om te zeggen dat een specifieke microbiële signatuur bestaat bij M.E./CVS. (…) Microbioom-studies hebben tot nu toe enkel gekeken naar veranderingen qua bakteriële populaties maar de opdracht zou ook moeten zijn de virale componenten van de microbiota te bepalen. (…) Het is mogelijk dat bakteriofagen [kort ‘fagen’; klein virussen die enkel een specifieke bakterie infekteren] indirecte veranderingen in bakteriële populaties kunnen induceren of directe gevolgen nadat ze door het darm-epitheel zijn gegaan en het immuunsysteem stimuleren. We stellen voor dat fagen de bakteriële microbiota vormgeven via aktieve replicatie of het lyseren (‘kapot maken’) van de bakteriële gastheren door reaktiverende fagen. (…) De volgende stap in het lab van prof. Simon Carding (‘Programme Research Leader’ van het ‘Institute of Food Research’) is het correleren van de faag-populaties van patiënten met ernstige ziekte met deze van controles uit hetzelfde huishouden.<<

Volgens ons is dit een heel interessante en vernieuwende insteek. Dit werd al opgepikt door Maureen Hanson et al. die in hun artikel ‘A pair of identical twins discordant for Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome differ in physiological parameters and gut microbiome composition’ (The American Journal of Case Reports (2016) 17: 720-729) rapporteerden dat bij een M.E.(cvs)-geval minder van de nuttige bakterieën Faecalibacterium & Bifidobacterium voorkwamen, en dat er meer bakteriofagen van de Caudovirales orde (dubbel-strengig DNA fagen met een ‘staart’) werden gevonden. Ze besloten dat er sprake was van dysfunktionele immuun-aktivatie en dat bakteriofagen zouden kunnen bijdragen tot inflammatie van de darm-slijmvliezen en bakterieel onevenwicht.

Lees ook over andere microbioom-studies: ‘Verminderde diversiteit & gewijzigde samenstelling van het darm-microbioom bij M.E.(cvs)’, ‘Microbioom sekse-verschillen bij M.E.(cvs)’, ‘Gewijzigd darm-microbioom na inspanning bij M.E.(cvs)’, enz.

————————-

Journal of Clinical Medicine Vol. 5, #6, p 55 (2016)

A role for the intestinal microbiota and virome in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS)?

Navaneetharaja N, Griffiths V, Wileman T, Carding SR

The Gut Health and Food Safety Research Programme, The Institute of Food Research, University of East Anglia, Norwich, UK

Samenvatting

Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) is een heterogene aandoening met een significante maatschappelijke impact, waarvan wordt gedacht dat zowel gastheer en milieu betrokken zijn bij de etiologie die mogelijks auto-immuun van aard is. Met immuniteit gerelateerde symptomen van minstens matige ernst die lange perioden aanhouden, zijn courant bij M.E./CVS-patiënten en B-cel depletie therapie heeft een significant therapeutisch voordeel [Dit dient nog te worden bevestigd.]. Het is onduidelijk wat de oorsprong is van deze symptomen en of ze infektueus of inflammatoir van aard zijn; daarbij is het zoeken naar bewijsmateriaal voor acute of chronische virus-infekties die bijdragen tot de inductie van auto-immune processen bij M.E./CVS een gebied dat veel interesse krijgt. Dit artikel biedt een uitgebreid overzicht van het bewijsmateriaal dat een infektueuze etiologie voor M.E./CVS ondersteunt; wat ons leidt tot het voorstellen van het nieuw concept dat het intestinaal microbioom en in het bijzonder leden van het viroom een bron zijn van de ‘infektueuze’ trigger van de ziekte. Een dergelijke benadering heeft het potentieel ziekte-biomerkers te identificeren en therapeutica aan te wijzen, wat de erg noodzakelijke benaderingen biedt naar preventie en management van de ziekte toe.

1. Inleiding

Wat is M.E./CVS?

[We onthouden uit dit hoofdstuk:] […] De Fukuda en de Oxford klassificaties worden niet als zo M.E.-specifiek beschouwd als de Canadese definitie, die symptoom-clusters van M.E. (met nadruk op neurosensorische, immune, gastro-intestinale en genito-urinaire manifestaties) identificeert […] We presenteren een gedetailleerde analyse van de kennis en het begrip van infektueuze agentia m.b.t. de pathogenese van M.E./CVS, met als doel een focus te bieden voor verdere research, wat betreft de mogelijke impact van het intestinaal microbioom en viroom.

2. Infekties & M.E./CVS

[…] M.E./CVS-patiënten vertonen dikwijls griep-achtige symptomen waarbij een acute aanvang meer courant is dan bij zij die enkel chronische vermoeidheid hebben. Populatie-studies tonen echter een overheersing van een graduele i.p.v. acute infektueuze aanvang, wat meer samenhangt met een chronische infektie of reaktivatie van een latente infektie. In dit opzicht en door de overlappende symptomen van M.E./CVS met chronische virus-infekties, is het niet verrassend dat er veel pogingen werden ondernomen om virussen te identificeren als trigger voor M.E./CVS.

2.1. Virale Infektie

[…] EBV wordt het meest frequent geïdentificeerd als een mogelijke virale trigger voor M.E./CVS. […], niet alle studies konden deze bevindingen repliceren.

Daarnaast is de aanwezigheid van serum-antilichamen tegen EBV, HHV-6 & CMV virussen niet specifiek voor M.E./CVS […]. Verhoogde waarden van deze antilichamen kunnen ook het resultaat zijn van ongerelateerde aandoeningen bij individuen met een gewijzigd immuunsysteem dat aanleiding geeft tot virus-reaktivatie. […]

Het succesvol gebruik van antivirale medicijnen bij M.E./CVS-patiënten zou ook een virus-infektie als trigger voor M.E./CVS kunnen ondersteunen, of eerder een bestendigende factor voor de ziekte. [Hierbij worden bedenkingen geformuleerd zoals het klein aantal behandelde patiënten en het hoog aantal ‘drop-outs’.]

[Ook studies over andere behandelingen – Valacyclovir, Isoprinosine, Rintatolimod (“Ampligen”) wachten op replicatie].

Bewijsmateriaal voor het tegenovergestelde van het feit dat virus-infektie een etiologische factor is bij M.E./CVS komt uit de analyse van monozygote tweelingen waarvan de ene ziek is en de andere niet: er waren geen verschillen qua virus-profiel en -expressie [Buchwald D et al. Markers of viral infection in monozygotic twins discordant for Chronic Fatigue Syndrome. Clin Infect Dis (2002) 35: 518-525]. […]. De redenen voor de klaarblijkelijke discrepanties zijn onduidelijk maar het kan verband houden met de inherente moeilijkheid wat betreft het detekteren van aktieve infekties en het onderscheid met reaktivatie van latente infektie […]. Veel studies die steunen op bloedstalen voor de detektie zouden wel eens enterovirus, parvovirus of herpes-virus infekties kunnen missen die voorkomen in de darm, het brein of het hart.

[…]

2.2. Niet-virale Infektie

Bewijs voor een bakteriële infektie als trigger voor M.E./CVS werd slechts beschreven in meldingen van gevallen met Q-koorts en Chlamydia pneumonia […]. Het verband tussen M.E./CVS en parasieten [m.n. Giardia] of schimmels [m.n. Candida] was ook beperkt en niet-overtuigend. Tot op heden is er onvoldoende bewijs om te besluiten dat M.E./CVS veroorzaakt wordt door bakteriële infektie of dat de ziekte wordt bestendigd door een voortdurende infektie.

3. Immuniteit-stoornissen bij M.E./CVS

[…] De meest consistente bevinding is een vermindering qua funktie van NK-cellen die een belangrijke rol spelen in immune bewaking en virale immuniteit. Verstoorde NK-cel funktie een courante bevinding bij patiënten [Fletcher MA et al. Biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome: Evaluation of natural killer cell function and dipeptidyl peptidase IV/CD26. PLoS One (2010), 5: e10817 /// Brenu EW et al. Longitudinal investigation of natural killer cells and cytokines in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic encephalomyelitis. J Transl Med (2012), 10: 88 /// enz.] hoewel het absoluut aantal NK-cellen niet is aangetast door ziekte-toestanden. Globaal gezien ontbraken consistentie en reproduceerbaarheid bij studies, waarbij verschillende studies focusten op verschillende merkers en indicatoren voor cytotoxische aktiviteit. De literatuur geeft dus geen overtuigende correlatie aan tussen NK-cel funktie en ziekte-ernst.

De bruikbaarheid van lage NK-cel cytotoxiciteit als een biomerker voor M.E./CVS wordt verder in vraag gesteld door de aanwezigheid van een gelijkaardig fenomeen en verstoorde NK-cel funktie bij Reumatoïde Artritis, kanker en endometriose; alsook bij gezonde individuen die ouder zijn, roken, psychologische stress ervaren, fysiek gedeconditioneerd zijn of slaap-tekort hebben. Bewijs voor specifieke veranderingen in de NK-funktie (inclusief gewijzigde perforine- en granzyme-concentraties [Klimas N et al. Chronic Fatigue Syndrome is associated with diminished intracellular perforin. Clin Exp Immunol (2005) 142: 505-511]) werden ook beschreven maar deze bevindingen werden niet onafhankelijk geverifieerd.

Andere indicatoren voor immune veranderingen bij M.E./CVS-patiënten komen van de vergelijkende analyse van cytokine-waarden in het bloed of, zeldzamer, cerebrospinaal vocht. De meerderheid van de studies zijn beperkt doordat slechts enkele cytokinen werden onderzocht bij kleine aantallen patiënten, waarvan de meeste geen significante bevindingen opleverden. Desondanks hebben enkele studies verhoogde waarden aan TNF-α bij M.E./CVS-patiënten gerapporteerd [bv. Broderick G, Klimas N, Vernon SD et al. Cytokine expression profiles of immune imbalance in post-mononucleosis chronic fatigue. J Transl Med (2012) 10: 191]; wat van bijzonder belang is aangezien het een mediator is voor malaise en een kenmerk van inflammatoire aandoeningen van het CZS, en via zijn werking op vasovagale reflex circuits [uitlopers van de nervus vagus coördineren responsen op stimuli van de darm] in de hersenstam de autonome controle kan ontregelen. De significantie van dergelijke wijzigingen qua TNF-α of enig ander cytokine bij M.E./CVS-patiënten is echter onzeker aangezien ze éénvoudigweg de immuun-aktivatie kunnen weerspiegelen en gewijzigd kunnen zijn bij verscheidene chronische inflammatoire aandoeningen, en daarom waarschijnlijk niet specifiek zijn voor M.E./CVS. Consistent met deze interpretatie zijn de resultaten van een studie met monozygote tweelingen met en zonder M.E./CVS, waarbij geen bewijs werd gevonden voor verschillen qua pro-inflammatoire cytokinen in [Vollmer-Conna U, Vernon SD, Reeves WC, et al. Dubbo Infective Outcomes Study Group: Post-infective fatigue syndrome is not associated with altered cytokine production. Clin Infect Dis (2007) 45: 732-735]. Het gebruik van verschillende staalname-methodes, diagnostische en inclusie-criteria, en bronnen van patiënten en controles kan een reden zijn voor de contrasterende resultaten bij immuun-funktie studies bij M.E./CVS-patiënten, bij sommige studies zijn er ook geen geschikte gematchte controles. Bovendien waren relatief weinig studies longitudinaal […].

3.1. Is M.E./CVS een Auto-immune Ziekte?

Het is nog bediscussieerbaar of de positieve uitkomst van klinische testen met Rituximab – een monoclonaal antilichaam dat het B-cel oppervlakte-antigen CD20 herkent – bij Noorse groepen M.E./CVS-patiënten, het sterkste bewijs tot op heden biedt voor de immune veranderingen en dysfunktie bij M.E./CVS, en voor het feit dat de ziekte auto-immuun van aard kan zijn. Het medicijn werd succesvol aangewend bij de behandeling van Reumatoïde Artritis. Met Rituximab behandelde M.E./CVS-patiënten rapporteren een algemene respons van 67% t.o.v. 13% bij placebo, met significante dalingen van de vermoeidheid-scores na 8 maanden. De voorbijgaande symptoom-verbetering is consistent met een manier van werken waarbij Rituximab auto-antilichaam-producerende B-cellen uitput, en met een op een auto-immuniteit gebaseerde pathogenese voor M.E./CVS. Het bevestigen van deze bevindingen en positieve resultaten bij Rituximab-behandeling in bijkomende grotere, multi-centra proeven zouden dit (het feit dat M.E./CVS een auto-immune aandoening is) overtuigender maken. Andere immunofenotypering-studies met M.E./CVS-patiënten die wijzigingen qua B-cel populaties hebben beschreven en grotere aantallen naïeve B-cellen, leveren bijkomend indirect bewijsmateriaal ter ondersteuning van deze interpretatie. Het identificeren van de oorzaak en aard van de auto-antigenen die de auto-immune responsen aansturen, zijn belangrijk voor het vaststellen dat M.E./CVS een auto-immune aandoening is. Meerdere vermoedelijke ‘zelf’-reaktieve antigenen werden geïdentificeerd (inclusief serotonine, dopamine en cholinerge neurotransmitters. […] Hoe en waar in het lichaam auto-reaktieve immuun-cellen worden geaktiveerd is een kwestie van gissen. Gezien de continue blootstelling aan een enorm aantal microben, immuun-cellen en immuun-processen, stellen we echter de darm als een aanlokkelijke en belangrijke bron van auto-reaktiviteit voor met het potentieel om een chronische uitputtende ziekte te veroorzaken.

3.2. Een Oorzaak in de Darm voor Auto-immuniteit?

Een nieuwe premisse waarbij een auto-immuun verband bij M.E./CVS betrokken is, is die van een microbiële trigger die niet wordt geïntroduceerd door een extern verworven pathogen en infektie, maar door microben die reeds binnen de gastheer verblijven (microbioom), waarvan het overgrote deel de intestinale microbiota beslaat. Terwijl wijzigingen in de samenstelling van de of intestinale microbiota (dysbiose [dysbakteriose; microbieel onevenwicht]) werden beschreven en in verband gebracht met verschillende ziekten (dieren en mensen), komt het meest overtuigende causaal bewijsmateriaal – voor de directe betrokkenheid en een vereiste van de intestinale microbiota bij ziekte-initiatie – voort uit het gebruik van steriele, kiem-vrije dier (muis) -modellen voor auto-immune ziekte. In de meeste maar niet alle ziekte-modellen (inflammatoire darm ziekte, auto-immune artritis, type-1 diabetes en systemische lupus erythematosus) wordt de ernst en/of incidentie van de ziekte gereduceerd of afwezig onder kiem-vrije omstandigheden – consistent met microbiota als ‘trigger’ voor ziekte-progressie. Het is echter belangrijk om op te merken dat de identiteit van de pathobionten [potentieel pathologische organismen die, onder normale omstandigheden, in symbiose leven] die in staat zijn ziekte in gang te zetten na kolonisatie (‘conventionalisering’) van de kiem-vrije muizen [met normale microbiota] niet werd vastgesteld voor deze ziekten. Het ontbreken van een muizen-model dat betrouwbaard de kenmerkende eigenschappen van menselijke M.E./CVS reproduceert is een beperkende factor bij het bepalen of en hoe de microbiota bijdragen tot de pathogenese van M.E./CVS.

Hoe worden leden van de intestinale microbiota blootgesteld aan het immuunsysteem van de gastheer? Er wordt gedacht dat intestinale dysbiose geassocieerd is met veranderde permeabiliteit van de intestinale epitheliale barrière (‘leaky gut syndrome’ [lekke darm syndroom]). Ontwrichting van epitheliale ‘tight-junctions’ [membranen van cellen komen samen en vormen een soort barrière zodat substanties verplicht worden de cel binnen te dringen om door het weefsel te raken, zodat er controle is over welke toegelaten worden en welke niet] – die normaal de aangrenzende cellen strak binden – in het begrenzende epitheel, biedt een toegangspoort voor de translocatie van bakterieën of bakteriële componenten naar mesenteriale lymfe-knopen [mesenterium = buikvlies] of de systemische circulatie. Dit kan, als de ontwrichting uitgebreid is en niet doeltreffend terug wordt afgesloten, leiden tot lokale en systemische immuun-cel aktivatie, en de aanmaak van pro-inflammatoire mediatoren en cytokinen die de epitheliale ‘tight-junction’ verder kan ontwrichten. Een pertinent voorbeeld is de etiologie van het Guillain-Barré syndroom [immuun-gemedieerde neuromuscualaire aandoening van de perifere zenuwen], waar Campylobacter jejuni [veroorzaakt courant gastro-enteritis] lipopolysaccharide (LPS) – dat struktureel lijkt op gangliosiden [molekulen die zich bevinden aan de buitenzijde van de zenuwbanen, met name op de plek waar een zenuwvezel contact maakt met een spiervezel; ze spelen een cruciale rol bij het overbrengen van de boodschap] van de gastheer – leidt tot de produktie van kruis-reagerende antilichamen die zich richten tegen gastheer-neuronen en deze beschadigen, met verlamming tot gevolg.

De intestinale epitheliale ‘tight junctions’ vertonen ook opvallende gelijkenissen met endotheliale ‘tight-junctions’ in de bloed-hersen-barrière (BBB) […]. […] Er kan aktivatie van microglia optreden door LPS via z’n binding op CD14 en TLR-4, wat een inflammatoire reaktie initieert in de craniale circumventriculaire organen [CVO; gelegen op bepaalde plaatsen rond de rand van het ventrikel-stelsel van de hersenen, hebben als één van de weinige plekken in de hersenen een onvolledige bloed-hersenbarrière waardoor hun neuronen direct de concentratie van verschillende hormonen, neurotransmitters en cytokinen kunnen regelen]. Experimentele studies toonden dat chronische intestinale inflammatie uitgelokt door bakteriële produkten kan resulteren in neurologische ziekte, waarbij wordt gedacht dat bakterieel LPS een rol speelt bij het opwekken van antilichamen die kruis-reageren met gastheer-lipoproteïnen en de etiologie van Multipele Sclerose. Van belang voor M.E./CVS is een studie die significant hogere concentraties serum-antilichamen tegen LPS in M.E./CVS-patiënten met abdominale klachten dan bij controles rapporteerde, en besloot dat gastro-intestinale symptomen geassocieerd waren met verhoogde bakteriële translocatie, wat een mogelijke aandrijvende factor is voor systemische inflammatoire processen. Ondersteuning voor deze hypothese werd verkregen via onafhankelijke studies die rapporteren over een correlatie tussen de translocatie van darm-bakterieën en ziekte-aktiviteit in subsets M.E./CVS-patiënten. De intestinale microbiota kunnen daarom een rol spelen bij het in gang zetten of bestendigen van immuun-aktivatie, bakteriële translocatie en auto-immune processen, die allemaal betrokken bleken bij de pathogenese van M.E./CVS [theorie van Maes M et al.].

4. Kan het Intestinaal Microbioom een Rol spelen in de Ontwikkeling van M.E./CVS?

De co-existentie van M.E./CVS en gastro-intestinale symptomen is goed gedocumenteerd. Een studie rapporteerde dat 92% van de M.E./CVS-patiënten ook prikkelbare darm syndroom (IBS) hebben; en andere studies aangaande het immunologisch verband tussen de 2 aandoeningen toonden verhoogde mucosale [mucosa = slijmvlies; dunne laag cellen die slijm produceert ter bescherming] en systemische waarden van de pro-inflammatoire cytokinen IL-6, IL-8, IL-1β & TNF-α. Initiële analyses van bakteriële populaties in stoelgang-stalen van M.E./CVS-patiënten vonden meer Escherichia coli (percentage van de totale aërobe microben) t.o.v. gezonde controles (92,3% versus 49%); deze bevindingen werden echter gerapporteerd op een wetenschappelijk bijeenkomst, en de methodologie werd niet gespecificeerd [Butt H, McGregor N et al. ‘Bacterial colonosis’ in patients with persistent fatigue (Abstract). In Proceedings of the AHMF International Clinical and Scientific Meeting, Sydney, Australia, 2001]. D-melkzuur producerende Enterococcen en Streptococcen bleken ook significant verhoogd bij M.E./CVS-patiënten (bevestigd d.m.v. culturen); metabole profielen toonden dat stalen van M.E./CVS-patiënten geassocieerd waren met minder Bifidobacteria [Sheedy JR, McGregor N et al. Increased D-lactic acid intestinal bacteria in patients with Chronic Fatigue Syndrome. In Vivo (2009) 23: 621-8]. Andere studies hebben deze observaties uitgebreid en er werd een associatie aangetoond tussen Enterococcen en de ernst van de gerapporteerde neurologische en cognitieve gebreken [Logan AC et al. Chronic Fatigue Syndrome: Lactic acid bacteria may be of therapeutic value. Med. Hypotheses (2003), 60: 915-923]. Een grotere studie beschreef een verband tussen significante verminderingen qua Bifidobacteria, hogere aërobe/anaërobe verhoudingen en ernstiger gastro-intestinale funktionele gebreken [Butt H, McGregor N et al. Faecal microbial growth inhibition in chronic fatigue/pain patients (Abstract). In Proceedings of the AHMF International Clinical and Scientific Meeting, Sydney, Australia, 1998]. Verder bleken 77% van de M.E./CVS-patiënten ‘small intestinal bacterial overgrowth’ [SIBO; overmatige bakteriële groei in de dunne darm] te hebben [Pimentel M et al. Eradication of small intestinal bacterial overgrowth decreases symptoms in Chronic Fatigue Syndrome: A double blind, randomized study. Gastroenterology (2000) 118: A414], wat enkele gelijkaardige klinische symptomen met M.E./CVS deelt.

Tot op heden heeft slechts één studie de gevoelige ‘next-generation’ sequentie-bepaling technologie aangewend om de microbiota bij M.E./CVS te profileren (vergelijking van Belgische en Noorse patiënten met gezonde controles). Dit onthulde distincte microbiota-populaties bij patiënten en controles in beide landen op basis van bakteriële geslachten (p = 0.022). De Noorse patiënten vertoonden zeer significante verschillen qua samenstelling van de intestinale microbiota vergeleken met Noorse controles (p < 0.001) – getypeerd door significante variaties qua Firmicutes-populaties, met een 50-voudige toename (p = 0.00001) van het Firmicutes geslacht Holdemania en een 20-voudige toename (p = 0.003) qua Lactonifactor. De geografische verschillen qua microbiota-samenstellingen werden toegeschreven aan het feit dat de Noorse patiënten een langere ziekte-duur rapporteerden, wat suggereert dat de intestinale samenstelling van M.E./CVS-patiënten veranderd is. Verschillen qua experimentele protocollen en bakteriële DNA-extractie technieken zouden de contrasterende uitkomsten van deze studies kunnen verklaren, en dit benadrukt de noodzaak om grotere groepen te vergelijken met betrouwbaar gematchte individuen. Meerdere factoren bepalen waarom microbiota-profilering studies bij M.E./CVS klaarblijk consistentie missen: patient-gerelateerde kwesties zoals inconsistente fenotypische klassificaties, kleine stalen met onvoldoende statistische kracht en technische kwesties gerelateerd met verschillen in de betrouwbaarheid, sensitiviteit en omvang van de detektie van de microbiële sequenties […], verschillende sequentie-bepaling-platformen en het betrouwen op enkelvoudige stalen en tijdstippen – dit kan enkel een moment-opname van de samenstelling van de microbiota geven. Ondanks het aantonen van gewijzigde diversiteit en stabiliteit van de intestinale microbiota bij M.E./CVS, is het nog niet mogelijk om te zeggen dat een specifieke microbiële signatuur bestaat bij M.E./CVS. Er dient zorg gedragen te worden bij het proberen vaststellen van een dergelijke ziekte microbiota-signatuur in het licht van de heterogene symptomen en subgroepen.

5. Hoe verder met M.E./CVS Microbioom Studies?

Microbioom-studies waren tot op heden bijna exclusief gefocust op het definiëren van veranderingen in de intestinale bakteriële populatie; het gebied heeft zich echter uitgebreid tot het bepalen van de niet-bakteriële micro-organismen van de ingewanden. Van bijzonder belang zijn de virale componenten van de microbiota. Componenten van het viroom, specifiek bakteriofagen, die 90% van het darm-viroom uitmaken, zijn primarire aandrijvende factoren van de bakteriële diversiteit en beïnvloeden de gemeenschap-struktuur door zowel het elimineren en introduceren van karakteristieken in hun gastheer via de overdracht van genen.

Tot nu toe heeft de impact van het intestinaal viroom bij gezonden en zieken weinig aandacht gekregen maar niettegenstaande het beperkt onderzoek naar de werking ervan is het mogelijk dat de fagen in het viroom wel degelijk een effekt hebben. Dit kunnen indirecte gevolgen zijn die het resultaat zijn van veranderingen aan bakteriële populaties, of directe effekten na stimulatie van het immuunsysteem als ze doorheen de epitheliale barrières van de darm gaan en de gastheer binnendringen.

5.1. Het Intestinaal Viroom

Er werd aangetoond dat het viroom meer gepersonaliseerd en stabiel is dan bakteriële intestinale gemeenschappen. De profilering van virale gemeenschappen bij vrouwelijke monozygote tweelingen en hun moeders gaf als resultaat een beperkte intra-persoonlijke variatie vergeleken met de hoge inter-persoonlijke virale variatie. Deze variabiliteit werd toegeschreven aan de aanwezigheid van individuele intestinale bakterieën én de snel evoluerende aard van virale populaties. De longitudinale staalname van een gezonde man gedurende een periode van 2,5 jaar onthulde dat 80% van de virale aangesloten stukken DNA-sequentie gedurende deze periode bleven bestaan. Variaties over tijd werden toegeschreven aan diversiteit-genererende retro-elementen – een familie van genetische elementen die dienen ter diversificatie van DNA-sequenties – en korte segmenten prokaryoot [eukaryoten = cellen met een echte kern die het DNA bevat en door een membraan omlijnd is -prokaryoten = bakterieën] DNA in bakteriële en archaeale [van oer-bakterieën] genomen, die kunnen vaststellen of een microbiële populatie eerder werd geïnfekteerd door fagen.

Viroom-sequentiebepaling is achtergebleven bij bakteriële microbioom studies; hoofdzakelijk ten gevolge technische beperkingen. Virale metagenomische studies etaleerden beperkte capaciteiten om virale sequenties aan klassen toe te schrijven: de databases hebben niet de geschikte diepgang om virussen te identificeren, laat staan specifieke bacteriofagen te linken aan individuele bakterieën of ziekte-toestanden. ‘Shotgun’-metagenomica [metagenomica = studie aangaande de genetische informatie van de bakterieën en die van de gastheer] is een techniek die directe analyse van willekeurige stukken van DNA-sequenties toelaat […]; er werden complete genomen van fagen en virussen die mensen infekteren geassembleerd. Metagenome sequentiebepaling analyses hebben echter dikwijls RNA-virussen genegeerd; hun rol in het intestinaal microbioom blijft onduidelijk en isolatie-procedures die in de eerste plaats werden ontworpen om DNA-virussen te isoleren, zouden de aanwezigheid van RNA-virussen over het hoofd kunnen hebben gezien in het intestinaal viroom. Pogingen tot karakterisatie van het viroom bleken slechts in staat 15% tot 87% virus-achtige partikel sequenties of ‘contigs’ in sequentie-databases toe te wijzen. Deze variabiliteit is een beperking van de taxonomische toewijziging-criteria en we kunnen enkel rapporteren over bakteriofagen die het nauwst verwant zijn met klassen in huidige databases. Er wordt gedacht dat dit het gevolg is van de snelle evolutie van fagen en hun sequenties, hoewel het ook kan komen door de initiële kwaliteit van de sequenties en het deel dat werd bijgeknipt vóór de analyse. Het is duidelijk dat elk individu een verschillende virale sequentie diversiteit vertoont, waarvan de volledige vertegenwoordiging van de aanwezige virussen enkel kan worden bekomen d.m.v. meer diepgaande sequentie-bepaling. Dergelijke technieken zijn vereist om ons in staat te stellen de gebieden van virale diversiteit, die verband houden met de virulentie van specifieke virussen of ziekte, te identificeren. Dit is een proces dat het opzetten van complete referentie-databases voor genen-families vereist, naast ‘reads’ die lang genoeg zijn om identificeerbaar te zijn.

Met de steeds groter wordende interesse en uitbreidend bewijsmateriaal aangaande de rol van fagen bij ziekte-toestanden, en het potentieel gebruik van fagen bij ziekte-bestrijding, is er belangstelling gekomen naar de rol van virussen bij normale menselijke fysiologie, met als een belangrijk research-gebied de bijdrage van de intestinale microbiota die de hersenen en het gedrag beïnvloeden als deel van de as darm-microbiota/brein.

5.2. De Darm-Microbioom/Brein As

Een mogelijk pathofysiologisch mechanisme voor de ontwikkeling van M.E./CVS kan worden verklaard via de geïntegreerde as darm-microbioom/brein [Lakhan SE, Kirchgessner A. Gut inflammation in Chronic Fatigue Syndrome. Nutr. Metab. (2010) 7: 79], die de fysiologische links tussen het microbioom en het centraal zenuwstelsel (CZS), het autonoom en darm- (enteraal) zenuwstelsel en de hypothalamus-hypofyse-bijnier (HPA) as beschrijft. Steeds meer bewijsmateriaal geeft aan dat de microbiota, via nog niet volledig gedefinieerde mechanismen en molekulaire mediatoren, kunnen communiceren met het CZS via immune, neurale en endocriene mechanismen, die waarschijnlijk effekten hebben op de cognitieve funktie en het gedrag.

Microbiële interakties met het darm-zenuwstelsel aangetoond werden uitgebreid aangetoond d.m.v. kiem-vrije muizen, wat toelaat de impact van koloniserende bakterieën (conventionalisering) op de stemming en cognitieve funktie te testen. Er wordt gedacht dat de fysiologische mechanismen waarmee stress de microbiota kan wijzigen, te wijten zijn aan z’n effekten op de intestinale fysiologie: verandering van de gastro-intestinale beweeglijkheid en secreties via verminderde golven van elektrische aktiviteit […] die door de ingewanden deinen in een regelmatige cyclus en de peristaltiek [knijpende beweging van de darm die ervoor zorgt dat het voedsel vooruitkomt] triggeren, de intestinale permeabiliteit verhogen en de regeneratieve capaciteit van de intestinale mucosa reduceren. Dit alles zorgt voor verandering in het natuurlijk milieu van intestinale microbiota. Verschillende microbiële niches binnen het intestinaal milieu initiëren de afgifte van stress-hormonen zoals norepinefrine, die de inter-bakteriële signalisering, de groei van specifieke pathogenen, naast hun vermogen om aan de intestinale mucosa te kleven, kunnen beïnvloeden. Er werden verschillen qua hersen-funktie aangetoond bij kiem-vrije en ‘specific pathogen free’ [SPF; term gebruikt voor laboratorium-dieren die gegarandeerd vrij zijn van bepaalde pathogenen] muizen; waarbij de kiem-vrije muizen overdreven hypothalamus-hypofyse responsen op milde stress vertonen, via verhoogde waarden adrenocorticotroop hormoon (ACTH) en corticosteron-afgifte, in vergelijking met SPF muizen. Dit werd daarna omgekeerd na conventionalisering bij kiem-vrije muizen d.m.v. faecale stalen van de SPF muizen. De onderzoekers toonden ook gestegen stress-responsen bij kiem-vrije muizen gekoloniseerd met enteropathogene E. coli, met daaropvolgende omkering van de door stress geïnduceerde ACTH- en corticosteron-waarden, wanneer kiem-vrije muizen gekoloniseerd werden met de menselijke commensaal [onschadelijk voor het gastheer-organisme] Bifidobacterium infantis [immunomodulerend potentieel]; het effekt werd gedeeltelijk omgekeerd wanneer kiem-vrije muizen werden gekoloniseerd met intestinale microben van SPF muizen. Interessant: Ze toonden deze omkeerbaarheid bij zeer jonge muizen, wat duidt op een potentieel stadium waarbij neuronen die stress-responsen regelen gevoelig zijn voor stimulatie door de microbiota. Er werd aangetoond dat stress geïnduceerd op jonge leeftijd leidt tot dysbiose bij kiem-vrije muizen en dat wordt geacht een kritieke determinant te zijn voor abnormale gedragingen. Bovendien toonde een ander onderzoek-team de invloed van de intestinale microbiota op synaptische brein aktiviteit aan: kiem-vrije muizen hadden verhoogde motor-aktiviteit en verminderde angst t.o.v. SPF muizen met normale microbiota, wat wijst op de invloed van intestinale microben op hersen-aktiviteit.

Verdere studies hebben de impact van gastheer-microbiota aangetoond op het controleren van de rijping en werking van microglia in het CZS. Heel significant: Een groep [‘McMaster University’ in Canada] voerde de eerste studie uit om het potentieel aan te tonen voor het transfereren van gedrag-kenmerken tussen muizen-stammen met angst en agressief gedrag, d.m.v. faecale microbiota transplantatie (FMT [“stoelgang-transplantatie”]). Het bestuderen van verbanden tussen autistisch spectrum aandoening (ASD) en de intestinale microbiota heeft mogelijkheden aangeduid voor de exploratie van M.E./CVS-groepen. Patiënten met ASD hebben, net zoals bij M.E./CVS, een hoge prevalentie qua gastro-intestinale dysfunktie, wat ook werd gelinkt aan veranderingen in de microbiota-samenstelling. Een studie die de connectie tussen de microbiota en hersen-funktie onderzocht bij ASD, toonde dat patiënten uitgesproken veranderingen qua microbiota vertonen, met specifieke wijzigingen wat betreft Clostridium soorten. Een team [‘California Institute of Technology’] toonde een darm-microbiota/brein connectie in een ASD-model met adolescente muizen (maternale immuun-aktivatie, MIA), waarbij defekten van de intestinale barrière en microbiota-veranderingen voorkomen. Na behandeling van de MIA bij het nageslacht met Bacteroides fragilis [anaërobe Gram-negatieve bakterie die deel uitmaakt van de normale commensale darm-flora], werd de intestinale permeabiliteit gecorrigeerd, en de microbiële samenstelling veranderd en met ASD gerelateerde gebreken (qua communicatie en gedrag) verminderd. Het MIA nageslacht vertoonde ook een gewijzigd serum metaboloom-profiel; specifiek: sleutel-molekulen in een tryptofaan-metabolisme mechanisme, met inbegrip van een verhoogde waarde serotonine, werden genormaliseerd na behandeling met B. fragilis. Dit werk wijst op de rol van probiotische bakterieën en bakteriële metabolieten bij het vermijden of veroorzaken van aandoeningen van de neurale ontwikkeling, suggestief voor een belangrijke rol voor de microbiota in de ontwikkeling van sociaal gedrag bij ASD. Van mogelijk belang bij M.E./CVS-research is de slaap-inducerende substantie afgeleid van bakteriële celwanden, Factor-S [slaap-bevorderende factor S]. Studies hebben gesuggereerd dat intestinale bakterieën een belangrijke bron van Factor-S vormen; in het bijzonder nadat werd aangetoond dat normale slaap-patronen ontregeld zijn na verstoring van de microbiota door orale antibiotica.

Stress, of de capaciteit van een organisme om het hoofd te bieden aan omgeving-vereisten, staat er om bekend de vatbaarheid voor ziekten (ook gastro-intestinale aandoeningen) te verhogen. Het is ook bekend dat voeding- en omgeving-stressoren op hun beurt verschillende microbiële niches creëeren die de lokalisatie van de verschillende microbiota-populaties beïnvloeden, wat pathogene bakteriële soorten kan bevoordelen. Dit kan leiden tot de afgifte van stress-hormonen en cytokinen zoals IL-6. Ook bakterieën kunnen reageren op hormonen en neurotransmitters of deze aanmaken – bv. Lactobacillus en Bifidobacteria soorten die acetylcholine en/of gamma-amino boterzuur (GABA) produceren; Escherichia soorten die norepinefrine, serotonine en dopamine aanmaken; en serotonine geproduceerd door Streptococcus en Enterococcus soorten. Deze kunnen allemaal tussenkomen in de regulering van stemming, cognitie, pijn en angst bij de gastheer.

Er valt duidelijk nog veel te leren over de molekulaire connecties en mechanismen betrokken bij de darm-microbiota/brein signalisering en hoe verstoringen van dit communicatie-mechanisme aanleiding zou kunnen geven tot ziekte-toestanden. Het effekt van de intestinale microbiota op het CZS en cognitieve funktie vertegenwoordigt opwindende en potentieel vruchtbare opportuniteiten voor toekomstig onderzoek en het verklaren van de manifestatie van de kern-symptomen van M.E./CVS. Ook de opkomst van ‘biotica’ (probiotica en/of prebiotica) en FMT biedt opportuniteiten om de microbiota te manipuleren om de gezondheid van de darm te verbeteren of herstellen, en de impact op hoe het de werking van andere orgaan-systemen, inclusief het immuunsysteem en het CZS, beïnvloedt.

6. Een Voorstel voor Toekomstige Research: Intestinale Dysbiose drijft Auto-immuniteit bij M.E./CVS

Het is aannemelijk dat M.E./CVS een niet-klassiek auto-immuun pad volgt en er werd reeds beschreven dat het idiopathische immuun-ontregeling omvat. Gebaseerd op bewijsmateriaal dat in dit overzicht hier werd gepresenteerd, zou een kandidaat voor chronische stimulatie van het immuunsysteem die auto-immune processen triggert kunnen worden gevonden in het intestinaal viroom. Het is waardevol te benadrukken dat als fylogenetische verschillen [fylogenie = studie van verwantschap van organismen] in het viroom en microbioom kunnen worden gedetekteerd bij M.E./CVS-patiënten, toekomstige research dient gericht te zijn op het bepalen van de gevolgen van dergelijke veranderingen en hun impact op de funktionaliteit van de microbiota. Dit zou dan inzicht kunnen bieden in de adaptieve mechanismen van commensalen en mogelijke pathogene micro-organismen die vereist zijn voor persistentie in het gastro-intestinaal kanaal, naast het beschrijven van hoe de microbiota de ontwikkeling en werking van het immuunsysteem bij deze patiënten vormgeeft.

Het viroom speelt klaarblijkelijk een aanzienlijke rol in het microbioom, waarbij bakteriofagen een grote impact op de dynamiek en evolutionaire processen van hun gastheer-populaties bleken te hebben, en de identificatie van nieuwe virussen is van duidelijk belang. Onderzoekers toonden dat microbiële gastheren specifiek geassocieerd waren met bepaalde virussen, suggestief voor een langdurige co-evolutie tussen de virussen en hun gastheer, en indicatief voor het feit dat het profileren van bakteriële gemeenschappen enige connectie tussen viroom-samenstelling en M.E./CVS zal versterken. Zoals andere onderzoekers toonden in een studie van het darm-viroom bij inflammatoire darm ziekte: de kracht van de detektie van met ziekte geassocieerde veranderingen in het viroom werd slechts geobserveerd via vergelijking van patiënten en controles uit hetzelfde huishouden, waardoor kan worden gecontroleerd voor de invloed van genetica en omgeving. Toekomstige studies zullen dienen rekenschap te geven voor variabiliteit op species-niveau in de gastheer via analyse bij voor leeftijd en geslacht gematchte controle-deelnemers.

De samenstelling van het menselijk darm-viroom toont dat de significante variatie afhankelijk is van de bakteriële populatie en beklemtoont de voordelen van de gelijktijdige profilering van virale en bakteriële gemeenschappen bij toekomstige microbioom-studies. We stellen voor dat fagen vormgeven aan de bakteriële microbiota via […] een mechanisme waarbij aktief replicerende of reaktiverende fagen hun bakteriële gastheren lyseren, de proporties van specifieke bakteriële soorten wijzigen en dysbiose induceren. Op het moment dat gelyseerde bakterieën hun cel-inhoud – bestaande uit of proteïnen en nucleïnezuren – afgeven, dienen deze produkten als antigenen en ‘microbe-associated molecular patterns’ (MAMPs) [molekulen geassocieerd met pathogenen, die worden herkend door cellen van het aangeboren immuunsysteem] die mucosale gastheer-responsen triggeren […]. De capaciteit van virussen om mucosale responsen te stimuleren, werd ook overwogen omwille van de constante re-infektie van virussen met lage virulentie en mensen die chronisch drager waren van virussen, wat geassocieerd is gebleken met een verhoogd risico op het ontwikkelen van ziekten zoals astma en type-1 diabetes.

Door virussen geïnduceerde inflammatie kan leiden tot verhoogde epitheliale doorlaatbaarheid in de darm resulterend in translocatie van fagen doorheen het slijmvlies-oppervlak en meer systemische blootstelling aan microbiële epitopen [epitoop = deel van een macromolekule (meestal proteïne) dat kan worden herkend door antilichamen of cellen van het immuunsysteem]. Orale toediening van fagen in dier-studies hebben translocatie van fagen naar de weefsels aangetoond en experimentele studies naar faag-interakties met het immuunsysteem hebben gevonden dat vrije faag-partikels zich verspreiden via breuken in de intestinale mucosa [slijmvlies; dunne laag cellen die slijm produceert ter bescherming] of door transport door dendritische cellen [type witte bloedcellen, antigen-presenterende cellen die immuun-responsen initiëren en reguleren], waarbij fagen immunogeen genoeg zijn om antilichamen te genereren bij kinderen. Deze studies suggereren dat zoogdieren beschikken over mechanismen voor de opname en afgifte van fagen, die intestinale fagen toelaten om aangeboren en adaptieve immuun-responsen uit te lokken. Daarom zouden fagen kunnen optreden als liganden voor de aangeboren immuniteit die gastheer-immuniteit en inflammatie stimuleren, kenmerkend voor een milieu van dysbiose en auto-immuniteit.

Testen op basis van culturen die de bakteriële componenten van M.E./CVS-patiënten karakteriseren, hebben een vermindering van de proporties qua Bifidobacteria soorten gerapporteerd die kan bijdragen tot het handhaven van de epitheliale integriteit in de darm. Een reductie van deze nuttige Gram-positive bakterieën kan de ontwikkeling en interaktie van schadelijke Gram-negatieve bakterieën in de intestinale slijmvlies-oppervlakken begunstigen, of door het wegwerken van de voordelige kenmerken van Bifidobacteria soorten de symptomen van M.E./CVS bespoedigen. Bv.: een toename van Bifidobacteria bleek geassocieerd met verhoogde tryptofaan-waarden in het plasma, en serotonine- en dopamine-aanmaak in hersen-gebieden die verbonden zijn met depressie en angst [Bifidobacteria infantis; bij ratten]. Andere studies hebben getoond dat bepaalde Bifidobacteria-soorten een significante impact hebben op funktionele verbeteringen qua NK-cel aktiviteit en lagere waarden qua IL-4, IL-5 & IL-10 cytokinen [Bifidobacterium lactis HN019]. Deze effekten ondersteunen de aanwezigheid van Th₁ cel-gemedieerde immuniteit, belangrijk voor de controle van virussen en bakterieën. NK-cellen interageren ook met dendritische cellen, die in nauw contact staan met het darm-epitheel en tolerogene [aanleiding gevend tot immunologische tolerantie; tolerantie is het proces waarbij het immuun-systeem een antigen niét aanvalt] responsen opzetten om immuun-homeostase in de darm te bewaren. Elke ontregeling van deze fijn afgestelde interface tussen bakteriële soorten, immuun-funktie en epitheliale cel barrière zou aanleiding kunnen geven tot ongepaste immuun-responsen. Gezien de gesuggereerde immuun-modulerende eigenschappen van Bifidobacterium, is het mogelijk dat de fagen geassocieerd met Bifidobacteria-soorten, via hun invloed op diversiteit en funktie van hun gastheer-bakterieën, dergelijke immunologische effekten kunnen initiëren. Verdere studies, die de interakties onderzoeken tussen de bepalende bakterie-soorten, fagen en de mucosale immuun-respons, om een completer beeld van het intestinaal milieu bij M.E./CVS te schetsen, zijn vereist. De identificatie van de genen geassocieerd met leden van de microbiota kan waardevolle informatie bieden over gastheer-microbiota interakties. Nu zou de focus zou moet liggen op het begrijpen hoe faag-genomen verband houden met elkaar en met hun gastheren, en de evolutionaire mechanismen die faag-populaties vorm geven. In vivo studies en dier-modellen zullen metagenomische bevindingen in kracht doen toenemen, en zo inzicht bieden omtrent hoe fagen en eukaryote virussen de commensale bakterieën modelleren, en over hun impact op gastheer-immuniteit en gen-expressie. Een ‘bacteriophage adherence to mucus’ model werd aangewend om te tonen dat de binding van fagen aan de intestinale slijmlaag resulteert in een dramatische afname van de bakteriële hechting aan de slijmlaag, en significant de schade aan gecultiveerde cellen vermindert. Meer diepgaande, gedetailleerde sequentie-bepaling benaderingen en uitgebreidere databases zullen zeker de identificatie van virussen, verantwoordelijk voor de niet-gekarakteriseerde ‘dark matter’ van het menselijk darm-viroom, verbeteren.

7. Concluderende Opmerkingen

Hoewel studies tot op heden niet in staat bleken één bepaalde microbiële signatuur te identificeren die een pathogenetische rol van de intestinale microbiomen bij M.E./CVS vaststelt, karakteriseert een cyclus van chronische intestinale dysfunktie en instabiliteit van de microbiomen zeker een subgroep M.E./CVS-patiënten. Het verder zoeken naar de rol van intestinale microbiële dysbiose in de pathofysiologie van M.E./CVS zal wellicht bepalen hoe immunologische ontregeling zich manifesteert. Het gebruik van ‘next-generation’ sequentie-bepaling technieken en metagenomische instrumenten zouden voorspellers voor ziekte-herval en chroniciteit kunnen identificeren, gezien de technologie continu wordt aangepast voor gebruik bij virale ecosystemen. Analoog met IBD-studies, kunnen karakterisatie van microbiomen wellicht een duidelijker subpopulatie toelichten binnen de huidige M.E./CVS-klassificaties. Uiteindelijk zal het observeren van een verband tussen microbiële fylogenie en het M.E./CVS ziekte-fenotype de impact van de microbiële gemeenschap op de menselijke gezondheid kunnen onderlijnen, en heeft het potentieel om ziekte-biomerkers te identificeren en therapeutica aan te duiden, om zo de broodnodige benadering te bieden ter voorkoming of beheersing van een ziekte als deze die dringend het hoofd dient te worden geboden.