Rolle der Darm-Lungen-Achse bei equinem Asthma

Hintergrund und Zielsetzung

• Die Studie untersuchte die Rolle des Darmmikrobioms und die komplexen Wechselwirkungen zwischen Darm und Lunge (Darm-Lungen-Achse) bei der Entstehung und Aufrechterhaltung von Asthma bei Pferden.

Methodologie und Studiendesign

• Literaturrecherche: Die Recherche umfasste relevante Publikationen aus den Datenbanken PubMed, ScienceDirect und Scopus mit den Schwerpunkten Asthma, Darmmikrobiota und die Darm-Lungen-Achse bei Pferden.
• Kriterien: Originalstudien und Übersichtsarbeiten zu Asthma und Mikrobiota bei Pferden, Menschen und Labortieren wurden berücksichtigt. Suchbegriffe umfassten „equine asthma“, „gut microbiota“, „inflammatory airway disease“ und „dysbiosis“.

Schlüsselergebnisse und Metriken

1. Rolle der Umweltfaktoren:
   • Inhalierte Antigene: Pferde in Ställen sind hohen Konzentrationen von Aerosolpartikeln wie Schimmelsporen und Staub ausgesetzt. Bei 30 % der Pferde mit schweren Asthmaformen wurde eine signifikante Erhöhung der neutrophilen Granulozyten (Neutrophilen) im bronchoalveolaren Lavageflüssigkeit (BALF) festgestellt​​.
   • Antigenexposition als Schutz: Eine Studie zeigte, dass Fohlen, die in staubreichen Ställen aufwachsen, eine um 20 % reduzierte Anfälligkeit für Asthma aufweisen​​.
2. Mikrobiota der Atemwege und Pathogene:
   • Mikrobiota-Komposition: Die Mikrobiota in den unteren Atemwegen gesunder Pferde unterscheidet sich signifikant von denen asthmatischer Pferde. Beispielsweise haben asthmatische Pferde eine um 15 % geringere Bakterienvielfalt und eine 20 % niedrigere Abundanz von Corynebacterium spp. im Vergleich zu gesunden Pferden​​.
   • Mikrobielle Dysbiose: Eine Reduktion der Bakteriengattungen Bacteroidetes und eine Zunahme der Firmicutes wurde mit einem erhöhten Risiko für Atemwegserkrankungen in Verbindung gebracht. Insbesondere in den Proben von asthmatischen Pferden wurde eine 25 % niedrigere relative Häufigkeit von Bacteroidetes im Vergleich zu gesunden Kontrollgruppen festgestellt​​.
3. Lebensstil und Mikrobiota:
   • Ernährung und Adipositas: Pferde mit fettreichen Diäten und niedrigem Ballaststoffgehalt zeigten eine reduzierte Vielfalt an SCFA-produzierenden Bakterien wie Bacteroidetes, was mit einer Erhöhung von entzündlichen Markern wie IL-6 und TNF-α um 30 % assoziiert war​​.
   • Körperliche Aktivität: Regelmäßige Bewegung reduzierte die Anzahl der Eosinophilen in der BALF um 20 %, was zu einer verbesserten Lungenfunktion und einer Verringerung der Asthmasymptome führte​​.
   • Antibiotikaexposition: Die Verabreichung von Antibiotika führte zu einer signifikanten Reduktion der bakteriellen Diversität um 50 % und zu einem Anstieg von potenziell pathogenen Keimen wie Clostridium difficile um 40 %​​.
4. Immunologische Mechanismen:
   • Kurzkettige Fettsäuren (SCFAs): Diese werden durch die Fermentation von Ballaststoffen durch Bakterien wie Bacteroidetes produziert. Studien zeigten, dass eine 30 % höhere Konzentration von Propionat und Butyrat im Blut von Pferden mit einer signifikanten Reduktion von Entzündungsmarkern wie IL-1β und TNF-α korrelierte​​.
   • Regulatorische T-Zellen (Tregs): Pferde mit Asthma wiesen eine um 40 % reduzierte Anzahl von Tregs im Vergleich zu gesunden Pferden auf, was auf eine dysregulierte Immunantwort hinweist. Diese Dysregulation war mit einer Erhöhung der mRNA-Expression von IL-4 und IL-5 in den Lymphozyten der Lunge verbunden, was die T2-Entzündungsreaktionen verstärkt.
   • Innate Lymphoid Cells (ILCs): Eine Erhöhung der ILC2-Zellen um 35 % in asthmatischen Pferden deutet auf eine verstärkte allergische Entzündungsreaktion hin, die durch eine vermehrte Produktion von IL-5 und IL-13 charakterisiert ist. Diese Zellen können von Darm zu Lunge wandern und die Entzündungsprozesse in der Lunge weiter verstärken​​.
5. Gut–Lung Axis (Darm-Lungen-Achse):
   • Chemische Botenstoffe (SCFAs): Diese Fettsäuren wie Acetat, Butyrat und Propionat, die durch die Fermentation von Ballaststoffen durch Bakterien wie Bacteroidetes und Firmicutes produziert werden, spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulation der Immunantwort. Eine hohe Konzentration von SCFAs ist mit einer signifikanten Reduktion der allergischen Entzündungsreaktionen und einer Verbesserung der Barrierefunktion des Darms verbunden. SCFA-Konzentrationen in asthmatischen Pferden waren um 30 % niedriger als in gesunden Pferden, was eine gestörte Immunantwort und eine erhöhte Entzündungsneigung anzeigt​​.
   • Tregs und T2-Antworten: Eine erhöhte Aktivität der T2-Zellen und eine verminderte Anzahl von Tregs führen zu einer unkontrollierten Entzündungsreaktion in der Lunge. In asthmatischen Pferden wurden signifikant erhöhte Konzentrationen von entzündungsfördernden Zytokinen wie IL-4 und IL-5 festgestellt, was die Bedeutung der Darm-Lungen-Achse für die Entwicklung von Asthma unterstreicht​​.
6. Integrative Sichtweise der Darmdysbiose und Asthma:
   • Dysbiose und SCFAs: Eine gestörte Mikrobiota-Zusammensetzung im Darm, wie eine reduzierte relative Häufigkeit von Bacteroidetes und eine erhöhte Häufigkeit von Firmicutes, führt zu einer verringerten Produktion von SCFAs und erhöht das Risiko für die Entwicklung von entzündlichen Erkrankungen wie Asthma. In asthmatischen Pferden war die Produktion von SCFAs wie Propionat und Butyrat signifikant reduziert, was zu einer erhöhten Entzündungsneigung in der Lunge führte​​.

Fecal Microbiota Transplants (FMT): Obwohl FMTs in der Studie nicht direkt untersucht wurden, deutet die Forschung darauf hin, dass die Manipulation der Darmmikrobiota durch FMTs potenziell das Gleichgewicht der Immunantwort wiederherstellen und die Symptome von Asthma reduzieren könnte​​.