Resumen
Antecedentes
La hipertensión pulmonar (HP), particularmente secundaria a enfermedades pulmonares hipóxicas como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), carece de terapias dirigidas efectivas. La evidencia emergente sugiere que los desequilibrios de la microbiota contribuyen a la progresión de la HP, lo que aumenta la posibilidad de intervenciones dirigidas al microbioma. Este estudio explora el papel de los antibióticos en la modulación de la microbiota y la mejora del PH.
Métodos
Se realizó un análisis de cohorte retrospectivo utilizando la base de datos Medical Information Mart for Intensive Care (MIMIC) para evaluar los cambios en la presión media de la arteria pulmonar (mPAP) después del tratamiento con antibióticos. Posteriormente, se analizaron los datos clínicos de 220 pacientes con HP (incluidos los grupos 1, 3 y 4 con HP) de un solo centro clínico, y se realizó una secuenciación del ARNr 16S en muestras faríngeas y fecales para evaluar la composición de la microbiota. Se utilizó un modelo de rata con PH inducida por hipoxia para investigar los efectos del tratamiento con antibióticos sobre la hemodinámica, la remodelación vascular pulmonar y la microbiota intestinal.
Resultados
El uso de antibióticos se asoció con una reducción de la mPAP en pacientes con HP, particularmente en HP asociada a hipoxia. La diversidad de la microbiota disminuyó con el tratamiento con antibióticos, pero las especies probióticas como Lactobacillus se enriquecieron. En ratas con HP inducida por hipoxia, los antibióticos atenuaron la presión sistólica del ventrículo derecho (PSVD), redujeron el engrosamiento vascular pulmonar y preservaron la integridad de las vellosidades intestinales. Lactobacillus y Anaerostipes se correlacionaron negativamente con la gravedad de la HP, lo que sugiere un papel protector.
Conclusión
La modulación de la microbiota impulsada por antibióticos puede aliviar la progresión de la HP al atacar la disbiosis y reducir la inflamación. Estos hallazgos respaldan una mayor investigación sobre regímenes antibióticos optimizados como estrategia terapéutica para la HP, particularmente en casos asociados a enfermedad pulmonar hipóxica.
Resumen gráfico
Introducción
La hipertensión pulmonar (HP) es una afección progresiva y potencialmente mortal caracterizada por una presión arterial pulmonar elevada y remodelación vascular, que en última instancia conduce a insuficiencia cardíaca derecha y muerte prematura. Entre sus diversas clasificaciones, la HP secundaria a enfermedades pulmonares hipóxicas, como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC-PH, HP grupo 3), presenta desafíos clínicos únicos (1). A diferencia del grupo 1 de HP (hipertensión arterial pulmonar, PAH), que se ha beneficiado de terapias dirigidas como los antagonistas del receptor de endotelina y los inhibidores de la fosfodiesterasa-5, el grupo 3 de HP carece de tratamientos efectivos que modifiquen la enfermedad (2). El tratamiento actual se centra principalmente en optimizar la enfermedad pulmonar subyacente y brindar atención de apoyo, lo que destaca la necesidad urgente de nuevas estrategias terapéuticas.
Los estudios indicaron que los pacientes con diversas formas de HP demuestran patrones hemodinámicos únicos en la circulación sanguínea y diversos grados de disfunciones inmunológicas.3). Los PH del grupo 3 suelen tener presiones ventriculares derechas más bajas en comparación con aquellos con PH del grupo 1. Esta diferencia en el flujo sanguíneo puede deberse a diferentes mecanismos patogénicos y, potencialmente, a diferentes enfoques de tratamiento.3).
La evidencia emergente subraya el papel fundamental de la inflamación crónica y la disbiosis de la microbiota en la patogénesis de la HP. En la EPOC-PH, la hipoxia persistente y la inflamación sistémica contribuyen a la disfunción vascular pulmonar. En particular, la disbiosis en los microbiomas intestinales y respiratorios está relacionada con respuestas inmunes aberrantes y remodelación vascular (4, 5). El eje intestino-pulmón, una red de comunicación bidireccional que une los microbiomas intestinales y pulmonares, ha sido implicado en la modulación de la inflamación sistémica y las respuestas inmunes.6). Las alteraciones en este eje, impulsadas por factores genéticos o ambientales (p. ej., antibióticos, dieta), pueden exacerbar la progresión de la HP al promover la inflamación perivascular y la disfunción endotelial.7). Se ha demostrado que la colonización de las vías respiratorias por bacterias proinflamatorias como Streptococcus induce HP en modelos animales, un efecto reversible con tratamiento con antibióticos.8). De manera similar, los pacientes con HP exhiben distintos perfiles de microbioma intestinal enriquecidos en taxones patógenos y empobrecidos en especies beneficiosas como Lactobacillus, que producen ácidos grasos de cadena corta antiinflamatorios.5).
Los antibióticos, utilizados tradicionalmente para tratar infecciones, pueden ofrecer beneficios inesperados en la HP al remodelar las comunidades microbianas. Se recomiendan macrólidos en dosis bajas a largo plazo (p. ej., azitromicina) para la EPOC para reducir las exacerbaciones (9), y sus propiedades antiinflamatorias podrían extenderse a mitigar la progresión de la HP. Los estudios retrospectivos sugieren que el uso de antibióticos se correlaciona con una reducción de la presión de la arteria pulmonar en pacientes con HP (3), pero los mecanismos siguen sin estar claros.
Este estudio investiga el potencial terapéutico de los antibióticos en la HP a través de un enfoque multifacético. Primero analizamos datos retrospectivos de la base de datos MIMIC-IV para evaluar los cambios en la hemodinámica pulmonar después del tratamiento con antibióticos. A continuación, caracterizamos la composición de la microbiota en pacientes con HP utilizando la secuenciación del ARNr 16 S de muestras faríngeas y fecales, comparando los cambios del microbioma antes y después de la administración de antibióticos. Finalmente, empleamos un modelo de rata PH inducida por hipoxia para probar los efectos de cócteles de antibióticos en la hemodinámica, la remodelación vascular y la ecología del microbioma. Nuestros hallazgos tienen como objetivo dilucidar si la modulación de la microbiota impulsada por antibióticos podría servir como una estrategia segura y eficaz para el tratamiento de la HP, particularmente en casos asociados a enfermedad pulmonar hipóxica.
Materiales y métodos
Población de estudio de la base de datos MIMIC.
Se realizó un análisis de cohorte retrospectivo utilizando el Medical Information Mart for Intensive Care-IV (MIMIC-IV) (versión 2.0) (10), una base de datos de acceso público que contiene un conjunto de datos completo y de alta granularidad de pacientes bien definidos y es mantenida en colaboración por el Centro Médico Beth Israel Deaconess y el Instituto de Tecnología de Massachusetts.
Reclutamiento de participantes
Los pacientes con HP fueron reclutados en el Departamento de Medicina Pulmonar y de Cuidados Críticos del Primer Hospital Afiliado de la Universidad Médica de Guangzhou. Se inscribieron controles sanos, emparejados por edad y sexo, del Centro de Examen Físico. El diagnóstico de HP se confirmó mediante cateterismo cardíaco derecho, con una presión arterial pulmonar media (PAPm) > 20 mmHg.
Recolección de heces y muestras de hisopos faríngeos de humanos.
Los hisopos nasofaríngeos se recolectaron insertando los hisopos de algodón esterilizados hacia la faringe y girándolos al menos 3 veces sobre la pared faríngea posterior durante 5 segundos, y evitando que entren en contacto con la lengua, la mucosa bucal o la saliva. Luego se cortó inmediatamente el hisopo de la cabeza y se puso en un tubo de criopreservación esterilizado. Las muestras se almacenaron a -80 °C para su posterior procesamiento dentro de 2 semanas.
Se obtuvieron muestras fecales de personas que no habían recibido ningún tratamiento con antibióticos durante al menos dos semanas antes de la recolección de la muestra. En los siete días previos a la recolección de la muestra, los sujetos no consumieron ningún alimento que contenga probióticos como el yogur. Cada muestra se congeló inmediatamente a -80 °C o se almacenó brevemente en congeladores personales a -20 °C antes del transporte al laboratorio dentro de las 24 h. El ADN se extrajo como se describió anteriormente (4).
Establecimiento del modelo de rata inducido por hipoxia.
Se utilizaron ratas Sprague Dawley macho adultas (de 6 a 8 semanas de edad, 180 a 200 g) para los experimentos y el desarrollo del modelo de PH inducido por hipoxia expuestos a O2 al 10% durante 4 semanas. Las ratas se compraron en Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co. Ltd. (Beijing, China) y se alojaron en las instalaciones libres de patógenos específicos (SPF) del Laboratorio Estatal Clave de Enfermedades Respiratorias de la Universidad Médica de Guangzhou. Se mantuvieron de cuatro a cinco ratas por jaula, y las ratas tuvieron libre acceso a comida para roedores comercial estándar esterilizada en autoclave y agua limpia a temperatura ambiente (22–25 °C) en un ciclo de luz a oscuridad de 12:12 h. Todos los procedimientos fueron aprobados por el Comité de Uso y Cuidado de Animales de Laboratorio de la Universidad Médica de Guangzhou (Guangzhou, China).
Tratamiento con antibióticos de ratas.
Las ratas fueron alimentadas con un cóctel de antibióticos, que se disolvió en agua estéril que contenía ampicilina (110 mg/kg, Meilunbio, Shanghai, China, Cat. #69-52-3), vancomicina (55 mg/kg, Meilunbio, Cat. #1404-93-9), metronidazol (110 mg/kg, Meilunbio, Cat. #443-48-1) y neomicina. (110 mg/kg, Meilunbio, nº de catálogo 1405-10-3).
Mediciones hemodinámicas in vivo.
La presión sistólica del ventrículo derecho (PSVD) se midió utilizando el mismo método que describimos anteriormente utilizando un catéter Millar (Millar Instruments, Houston, EE. UU.) (4). Todas las ratas fueron anestesiadas con una inyección intraperitoneal de pentobarbital sódico (30 mg/kg) y colocadas sobre una almohadilla térmica. Las mediciones hemodinámicas se realizaron en condiciones normóxicas a temperatura ambiente. Después de localizar la vena yugular derecha, se insertó un catéter de polivinilo en el VD para medir la PSVD.
Evaluaciones histológicas
Después de las mediciones hemodinámicas, se recogieron los pulmones, el corazón y el intestino delgado de las ratas. Se aislaron tejidos de pulmón y del intestino delgado de cada grupo experimental, se incluyeron en parafina, se seccionaron y se prepararon para análisis histológico. La tinción con hematoxilina y eosina (H&E) se realizó en secciones de tejido de pulmón y del intestino delgado para evaluar la muscularización de la arteria pulmonar y la longitud de las vellosidades intestinales, respectivamente. Se utilizó el software CaseViewer (versión 2.3) para el análisis cuantitativo de la remodelación vascular, que se calculó mediante la relación entre el área de la pared y el área vascular total.
Cálculo del índice de Fulton.
La hipertrofia ventricular derecha se evaluó mediante el índice de Fulton, calculado mediante la relación entre el peso seco de la pared libre del VD y el peso seco combinado del ventrículo izquierdo (VI) y el tabique (S) (VD/(VI + S)).
Secuenciación y análisis de ARNr 16S.
Se recogieron hisopos faríngeos y heces en un tubo de criopreservación esterilizado, se congelaron rápidamente en nitrógeno líquido y se almacenaron a -80 °C. El ADN microbiano se extrajo mediante ADN fecal…
