Metformin намалява индуцирания от хипергликемията растеж на S.aureus в дихателните пътища



01/12/2013

Metformin може да намалява пропускливостта на епитела на дихателните пътища за глюкозата и нейния трансмембранен транспорт като по този начин повлиява индуцирания от хипергликемията растеж на S.aureus и причинените от него инфекции, показаха резултатите от експериментално проучване, публикувани в списание Thorax (1).

Диабетът е рисков фактор за инфекции на дихателните пътища, като хипергликемията при това заболяване води до повишение на концентрацията на глюкозата във воднистия слой, покриващ отвътре епитела на респираторния тракт, което увеличава риска за колонизация и симптомни инфекции на дихателните пътища, причинени от S.aureus.

Целта на настоящото проучване е да оцени дали повишените концентрации на базолатерална/кръвна глюкоза промотират растежа на S. aureus в респираторния тракт и дали приложението на глюкозо-понижаващото средство metformin повлиява тази зависимост.

Повишените нива на кръвната глюкоза са рисков фактор за колонизация на носоглътката със S.aureus и за повишен бактериален растеж при белодробната форма на муковисцидоза (кистична фиброза), както и за увеличена честота на бактериалните изостряния и влошена прогноза при хронична обструктивна белодробна болест (ХОББ).

В интензивните отделения, интубираните пациенти с хипергликемия имат по-висока концентрация на S.aureus в бронхиалните аспирати, което се асоциира с повишени глюкозни концентрации във воднистия слой, покриващ отвътре епитела на дихателните пътища (airway liquid surface - ASL).

Глюкозната концентрация в ASL при човека е около 12.5 пъти по-ниска, отколкото в кръвта, но нивото на глюкозата в ASL се повишава при наличието на респираторни заболявания (ХОББ, муковисцидоза или вирусен ринит). При експериментални модели на диабетна хипергликемия, както и при пациенти със захарен диабет и заболявания на дихателните пътища се наблюдава допълнително повишение на нивата на глюкозата в ASL.

Авторите на настоящото проучване са създали in vitro модел на глюкозна хомеостаза в дихателната система, като са доказали, че в нормални условия дифузията на глюкозата от кръвта/интерстициалната течност през респираторния епител в покриващия го воднист слой се осъществява посредством парацелуларни пътища. Този дифузионен градиент (преместването на молекулите на глюкозата от място с по-висока към място с по-ниска концентрация) е зависим от епителната пропускливост.

Поемането на глюкозата от апикални или базолатерални глюкозни транспортери (GLUT) също контролира нейното акумулиране в ASL, където бързото й метаболизиране спомага за ограничаване на трансцелуларния транспорт и за поддържане на ниски вътреклетъчни концентрации. В резултат на това, се постига и поддържа равновесие между количеството на глюкозата в ASL и в епителните клетки.

Изследователите са предизвикали увеличаване на дифузния градиент на глюкозата през епителния слой (vitro модел на хипергликемия) и повишаване на парацелуларното преминаване на глюкозата посредством намаление на трансепителната резистентност (модел на възпаление) с цел да докажат, че тези процеси водят до нарастване на концентрацията на глюкозата в ASL.

Растежът на S.aureus се стимулира от глюкоза (хранителен източник) в проби от бронхоалвеоларен лаваж. Поради това, авторите на настоящото проучване са се опитали да докажат, че повишаването на концентрация на глюкоза в ASL води до увеличен растеж на този патоген в създадения от тях експериментален модел на хипергликемия.

За целта, те са инокулирали апикалната повърхност на човешки клетки от дихателен епител с 5x105 колония-формиращи единици/cm2 (CFU) на S. aureus, след което тези in vitro епително-бактериални култури са били инкубирани за период от седем часа.

Резултатът е показал, че повишаването на базолатералната концентрация на глюкозата води до повишен апикален растеж на S. аureus, който от своя страна понижава трансепителното електрическо съпротивление и увеличава парацелуларния глюкозен транспорт.

В третата част от експеримента, изследователите са създали модел на причинена от S. аureus респираторна инфекция при два вида мишки (див тип - с нормална хомеостаза, и db/db - с дефицит на лептинов рецептор, които се използват за модели на диабет тип 2) с цел да оценят ефектите на глюкозата върху степента на бактериалния растеж.

И двата вида мишки са били инфектирани със S. аureus (интраназална инокулация с 1x105 CFU) след проведена преди това премедикация с metformin или със солеви разтвор. 24 часа след това е направен бронхоалвеоларен лаваж (БАЛ).

Резултатите от in vitro изследването на БАЛ са показвали, че растежът на S.aureus в експерименталните модели на белодробна инфекция е по-бърз при повишена глюкозна концентрация - при моделите на диабет (db/db мишки), инфектирани със S.aureus, e бил установен по-голям бактериален товар (по-висока концентрация на CFU) на втория ден в сравнение с мишките с нормална глюкозна хомеостаза.

Премедикацията с metformin е довела до обратно развитие на възпалението и инфекцията в дихателните пътища (понижаване на концентрацията на CFU и намаляване на общия брой на лимфоцитите, неутрофилите левкоцити и на интерлевкин-6) при моделите на диабет.

Лечението с metformin е било свързано с намаление на парацелуларния транспорт на глюкозата в пробите от БАЛ (в сравнение с тези, взети от контролна група мишки, които не са получили премедикация с този медикамент).

Настоящото проучване установява директна причинно-следствена връзка между хипергликемията в дихателните пътища и растежа на S. аureus както в in vitro, така и в in vivо условия. Другата важна находка в него, е че приложението на метформин потиска глюкозо-зависимия растеж на този патоген в експериментални модели на диабет, понижавайки трансмембранната пропускливост на дихателния епител за глюкозата.

Това показва, че метформин, извън неговата ефективност да понижава нивата на кръвната глюкоза, може да бъде от допълнителна полза при пациентите с диабет тип 2 за превенция и лечение на респираторните инфекции, причинени от използващи глюкоза патогени като S. аureus.

Заключение:

- Настоящото проучване показва, че повишените нива на кръвната/интерстициалната глюкоза in vivo и на базолатералната глюкоза in vitro улеснява растежа на S. аureus, като това е свързано с повишено преминаване на глюкозата през клетките на респираторния епител. То описва за първи път механизма, който може да обясни връзката между хипергликемията и повишения риск за респираторни инфекции, причинени от този патоген (използващ глюкозата за хранителен субстрат), при пациенти с остри или с хронични белодробни заболявания.

- Проучването установява също така, че лечението с метформин ограничава растежа на S. аureus в респираторния тракт. То предоставя за първи път доказателства, че метформин намалява глюкозния инфлукс в белите дробове, понижавайки трансмембранната пропускливост на дихателния епител, като този ефект е независим от способността на медикамента да понижава нивото на кръвната глюкоза при пациенти с диабет тип 2.

- Най-важният принос на това изследване, е че метформин може да бъде от допълнителна полза за превенция на инфекциите на дихателните пътища при пациенти с белодробно заболяване и хипергликемия.

Д-р Олберк ИБИШЕВ

Използван източник:

1. Garnett J., Baker E., Naik S. et al. Metformin reduces airway glucose permeability and hyperglycaemia-induced Staphylococcus aureus load independently of effects on blood glucose. Thorax 2013;68:835-845 doi:10.1136/thoraxjnl-2012-203178 http://thorax.bmj.com/content/early/2013/05/23/thoraxjnl-2012-203178.full.pdf+html