Bagaimana gut microbes memengaruhi respons imun terhadap SARS-CoV-2
Sebuah artikel yang diterbitkan dalam Jurnal Critical Reviews in Food Science and Nutrition memberikan gambaran tentang peran mikrobiota usus dalam membentuk respons imun inang terhadap severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2).
Latar belakang
SARS-CoV-2, patogen penyebab pandemi penyakit coronavirus 2019 (COVID-19), adalah virus RNA yang terutama menyerang saluran pernapasan bagian atas dan bawah. Virus ini juga diketahui berpotensi menargetkan saluran gastrointestinal (GI) dan merusak komposisi dan keanekaragaman mikrobiota usus.
Mikrobiota usus adalah kumpulan mikroba yang secara alami hidup di saluran GI. Saluran GI mengandung triliunan mikroba yang berinteraksi satu sama lain untuk mengatur berbagai proses fisiologis, termasuk sistem kekebalan tubuh. Perubahan komposisi dan keragaman mikrobiota usus disebut disbiosis, yang mengganggu respons imun dan peradangan.
Immune response against SARS-CoV-2 infection. Left: Normal response against COVID-19 infection, with minimal lung inflammation. Right: Defective immune response against severe COVID-19 infection. The cytokine storm might lead to a severe lung inflammation and, eventually, to organ damages.
Mikrobiota usus dan COVID-19
Gejala GI, termasuk mual, muntah, dan diare, telah diamati pada 60% pasien COVID-19. Mikrobiota usus yang terganggu telah diamati pada pasien COVID-19, terlepas dari adanya gejala GI. Yang penting, telah diamati bahwa disbiosis bertahan hingga 6 bulan setelah pembersihan klinis SARS-CoV-2 dari saluran pernapasan.
Perubahan mikrobiota usus yang umumnya diamati pada pasien COVID-19 termasuk berkurangnya populasi bakteri komensal dengan fungsi imunomodulator yang membantu menjaga integritas penghalang GI dan homeostasis imun.
Sebagian besar pasien COVID-19 mengalami gejala jangka panjang, yang secara medis disebut sebagai COVID-panjang. Penelitian telah menunjukkan bahwa orang dengan long-COVID telah mengurangi populasi bakteri komensal dan mengubah mikrobiota usus secara keseluruhan. Selain itu, berkurangnya populasi bakteri berkorelasi dengan peningkatan konsentrasi serum mediator proinflamasi pada pasien ini.
Penurunan populasi bakteri komensal disertai dengan pengayaan populasi bakteri patogen dan pengurangan keanekaragaman mikrobiota usus. Studi menunjukkan bahwa perubahan komposisi dan keragaman mikrobiota usus ini mungkin terkait dengan peningkatan permeabilitas usus, translokasi mikroba, hiperinflamasi, dan prognosis COVID-19 yang buruk.
Selain populasi bakteri, infeksi SARS-CoV-2 diketahui dapat mengubah populasi jamur usus. Pengayaan patogen jamur oportunistik telah diamati pada pasien COVID-19. Patogen seperti ini terkait dengan pneumonia dan gejala pernapasan serta memengaruhi kumpulan bakteri usus.
Mikrobioma usus dan entri sel inang SARS-CoV-2
Lonjakan glikoprotein SARS-CoV-2 berinteraksi dengan reseptor membran sel inang angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) untuk memulai proses masuknya virus. Selain sel epitel pernapasan, ACE2 diekspresikan pada tingkat tinggi di lambung, ileum, dan usus besar, menyoroti kemungkinan masuknya virus langsung ke saluran GI.
Banyaknya spesies bakteri tertentu yang menurunkan regulasi ekspresi ACE2 diketahui berkorelasi negatif dengan tingkat keparahan COVID-19. Pasien dengan diabetes atau obesitas menunjukkan jumlah bakteri yang rendah dan berada pada risiko tertinggi kematian terkait COVID-19.
Mikrobioma usus dan respon imun terhadap infeksi SARS-CoV-2
Mikrobiota usus diketahui merangsang respons imun antivirus inang dengan memodulasi pensinyalan interferon tipe 1. Pada pasien COVID-19 yang parah, gangguan respons interferon dan respons imun adaptif yang tertekan diketahui menyebabkan kerusakan paru-paru. Perubahan mikrobiota usus yang diinduksi SARS-CoV-2 mungkin terkait dengan patologi ini.
Inflammasome, kompleks multiprotein sitosolik, diketahui terkait dengan patogenesis COVID-19. Bukti terbaru menunjukkan bahwa inflamasiom menginduksi pelepasan perangkap ekstraseluler neutrofil oleh neutrofil pada pasien COVID-19 yang parah, yang pada gilirannya dikaitkan dengan gangguan fungsi paru-paru.
Mikrobiota usus yang berubah mungkin berkontribusi pada patogenesis COVID-19 dengan memicu aktivasi peradangan. Misalnya, pada pasien COVID-19 dengan gangguan jantung, telah diamati peningkatan aktivasi inflammasom dan peningkatan penanda usus bocor, seperti protein pengikat lipopolisakarida.
Mikrobiota usus sangat penting untuk pengaturan sistem kekebalan adaptif. Misalnya, sebagai respons terhadap infeksi virus, mikrobiota usus menginduksi aktivasi sel B dan sel T, sehingga berpartisipasi dalam produksi antibodi dan produksi sel kekebalan memori khusus virus.
Pemberian bakteri komensal spesifik ditemukan meningkatkan kadar antibodi penawar dalam darah sebagai respons terhadap vaksinasi virus. Efek serupa telah diamati pada pasien COVID-19.
Mechanism of SARS-CoV-2 viral entry into the host organisms. Left: ACE2 and TMPRSS2 are expressed in the nasal mucosa, lungs and intestine, making them a potential entry sites for the virus. Right: Once the SARS-CoV-2-binding to ACE2 complex encounter TMPRSS2, the virus is internalized by the cells. Then, viral RNA is released into the host cell cytoplasm for replication.
Gut–lung immune axis
Mikrobiota usus memainkan peran penting dalam mengatur kesehatan paru-paru. Sel kekebalan bermigrasi dari usus ke saluran pernapasan untuk menghancurkan patogen yang menyerang. Ini disebut sumbu kekebalan usus-paru.
Perubahan komposisi mikrobiota usus meningkatkan risiko penyakit pernapasan, seperti asma. Pada pasien COVID-19, bakteri saluran pernapasan atas oportunistik telah diidentifikasi dalam mikrobiota usus. Demikian pula, ketidakseimbangan mikrobiota paru telah diamati pada pasien COVID-19 dengan disbiosis. Pengamatan ini menyoroti terjadinya translokasi mikroba dua arah antara usus dan paru-paru.
Modulasi mikrobiota usus sebagai intervensi terapeutik untuk COVID-19
Mengingat hubungan yang signifikan antara disbiosis dan respons imun anti-SARS-CoV-2, modulasi mikrobiota usus telah dianggap sebagai intervensi terapeutik potensial untuk COVID-19.
Transplantasi mikrobiota tinja, yang mewakili seluruh mikrobiota usus, dari donor yang sehat ke saluran GI penerima dianggap sebagai strategi potensial untuk mengobati infeksi bakteri. Strategi ini saat ini sedang dalam penyelidikan klinis pada pasien COVID-19.
Prebiotik makanan adalah serat yang tidak dapat dicerna yang digunakan untuk meningkatkan proporsi bakteri komensal dan mengurangi proporsi bakteri patogen. Ada bukti yang menunjukkan manfaat kesehatan dari prebiotik pada pasien COVID-19.
Probiotik adalah organisme hidup dengan efek imunomodulator. Selain itu, peptida yang diproduksi oleh probiotik telah menunjukkan efek penghambatan ACE2. Dengan demikian, probiotik dianggap sebagai strategi tambahan yang potensial dalam merawat pasien COVID-19.
Journal reference:
Rossini V. 2022. Gut microbiome and antiviral immunity in COVID-19. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/10408398.2022.2143476
No comments