DOI: https://doi.org/10.3389/fimmu.2025.1693964
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41562083
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: Jiayi Liu وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيوم المعوي والصحة
نظرة عامة
لقد تقدم مفهوم محور الأمعاء والرئة بشكل كبير في فهمنا لآليات الأمراض التنفسية، مما يبرز دور ميكروبات الأمعاء في تنظيم المناعة الرئوية من خلال التواصل بين الأعضاء عبر المنتجات الأيضية. على الرغم من تزايد الأبحاث التي تربط اختلال ميكروبات الأمعاء بحالات تنفسية مثل الربو، ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD)، ومتلازمة الضائقة التنفسية الحادة (ARDS)، وتليف الرئة (PF)، لا يزال الفهم الشامل للآليات الأساسية محدودًا. تركز هذه الورقة على ثلاثة مستقلبات ميكروبية حيوية حاسمة—الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs)، ومستقلبات التربتوفان، والبوليامينات (PAs)—لاستكشاف مساهماتها في تنظيم المناعة، وصيانة وظيفة الحاجز، وتعديل الإشارات الأيضية. تشير النتائج إلى أن اختلال ميكروبات الأمعاء يزيد من الالتهاب الرئوي، وأن التدخلات العلاجية مثل البروبيوتيك، وزرع ميكروبات البراز (FMT)، وأنظمة كريسبر-كاس تظهر وعدًا في استعادة التوازن الميكروبي.
في الختام، تعتبر ميكروبات الأمعاء ومستقلباتها ضرورية في الحفاظ على توازن المناعة الرئوية والوقاية من الأمراض التنفسية. تؤكد المراجعة على الحاجة إلى مزيد من البحث لفك الشبكات الميكانيكية والعلاقات السببية داخل محور الأمعاء والرئة. يجب أن تركز الدراسات المستقبلية على التعاون بين التخصصات، ودمج المنهجيات من علم الأحياء الدقيقة، وعلم المناعة، والطب السريري، وتطوير استراتيجيات أخذ عينات غير جراحية ومتعددة الأوميات. من خلال الاستفادة من التقنيات المتقدمة مثل تسلسل الخلايا الفردية ونماذج الأعضاء، يمكن للباحثين تحديد الميكروبات والمستقلبات الرئيسية للتدخلات الشخصية. في نهاية المطاف، تهدف هذه الجهود إلى إنشاء استراتيجيات تشخيصية وعلاجية مبتكرة مدفوعة بالآلية، مستهدفة بدقة، ومخصصة، مما يعزز الوقاية والعلاج من الأمراض التنفسية المرتبطة بميكروبات الأمعاء.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على العلاقة المعقدة بين جسم الإنسان وسكانه الميكروبيين، مع التركيز بشكل خاص على دور ميكروبات الأمعاء في تطوير نظام المناعة، وتنظيم الأيض، والوقاية من الأمراض. تعتبر ميكروبات الأمعاء، وهي أكثر المجتمعات الميكروبية تنوعًا في الجسم، تسهل تحلل الألياف الغذائية إلى أوليغوسكريدات، والتي يتم تخميرها لإنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs) ومركبات حيوية أخرى تدعم الهضم وتوازن المناعة. علاوة على ذلك، تؤثر ميكروبات الأمعاء على الاستجابات المناعية ليس فقط محليًا ولكن أيضًا في مواقع بعيدة، مثل الرئتين، من خلال شبكة تواصل ثنائية الاتجاه تعرف باسم محور الأمعاء والرئة. تتحدى هذه العلاقة الرؤية التقليدية للأنظمة الهضمية والتنفسية ككيانات منفصلة وتقترح أن اختلال ميكروبات الأمعاء يمكن أن يساهم في الأمراض التنفسية مثل الربو ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD).
تدعم الأدلة السريرية وجود هذا المحور بين الأمعاء والرئة، حيث تشير الدراسات إلى أن استخدام المضادات الحيوية في مرحلة مبكرة من الحياة يمكن أن يزيد من خطر الأمراض التحسسية في المسالك الهوائية، بينما غالبًا ما تتوافق الأمراض الرئوية مع اختلال الميكروبات في كل من الأمعاء والمسالك الهوائية. من الجدير بالذكر أن المرضى الذين يعانون من مرض الأمعاء الالتهابي (IBD) يظهرون غالبًا مضاعفات رئوية، وأن أولئك الذين يعانون من COPD يظهرون خطرًا متزايدًا للإصابة بمرض كرون. تناقش المقدمة أيضًا الاكتشافات الحديثة، مثل البروتوزوا المعوي *Tritrichomonas musculis* ونوع جديد من خلايا اللمفوية الفطرية من النوع الثاني، والتي توفر رؤى جديدة حول الآليات الكامنة وراء الربو ومحور الأمعاء والرئة. على الرغم من هذه التقدمات، يشير المؤلفون إلى وجود قيود كبيرة في الأبحاث الحالية، وخاصة الاعتماد على نماذج حيوانية لا تعكس تمامًا تعقيد الحالات البشرية. تهدف هذه المراجعة إلى تجميع النتائج الحالية حول دور ميكروبات الأمعاء في محور الأمعاء والرئة واقتراح اتجاهات البحث المستقبلية لتعزيز الفهم والنهج العلاجية للأمراض ذات الصلة.
مناقشة
تتناول قسم المناقشة في ورقة البحث العلاقة المعقدة بين الأمعاء والرئتين، والتي تُعرف غالبًا باسم محور الأمعاء والرئة، مدعومة بكل من الطب الصيني التقليدي والاكتشافات العلمية الحديثة. تستند هذه العلاقة إلى أصول جنينية مشتركة، ومجتمعات ميكروبية متشابهة، وآليات مناعية متداخلة. يتم تسليط الضوء على نظرية هجرة اللمفاويات المخاطية كآلية رئيسية، حيث تهاجر اللمفاويات المفعلة في الأمعاء إلى الرئتين، مما يسهل التنسيق المناعي من خلال مسارات مثل CCR10/CCL28 و a4b7/MAdCAM-1. من الجدير بالذكر أن هذه المسارات تظهر أدوارًا مميزة في هجرة خلايا الغلوبولين المناعي A (IgA)، حيث تتوسط CCR10/CCL28 بشكل أساسي الهجرة عبر الأعضاء، بينما تكون a4b7/MAdCAM-1 أكثر تحديدًا للأمعاء.
تناقش القسم أيضًا دور ميكروبات الأمعاء ومستقلباتها، وخاصة الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs)، ومشتقات التربتوفان، والبوليامينات (PAs)، في تنظيم توازن المناعة الرئوية. تعزز الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة، الناتجة عن تخمير الألياف الغذائية، وظيفة خلايا T التنظيمية وتحافظ على سلامة حاجز الأمعاء، مما يؤثر بدوره على مناعة الرئة. تلعب التربتوفان ومستقلباته، المشتقة من كل من المصادر الغذائية وميكروبات الأمعاء، أدوارًا حاسمة في تعديل المناعة وحماية الحاجز، مع مسارات تتضمن تنشيط مستقبلات الهيدروكربونات العطرية (AhR) التي تكون ذات أهمية خاصة. أخيرًا، تعزز البوليامينات التي تصنعها الكائنات الدقيقة المعوية وظيفة البلعميات الهوائية وتخفف من الإجهاد التأكسدي، مما يوضح بشكل أكبر تعقيد محور الأمعاء والرئة. تؤكد النتائج على أهمية ميكروبات الأمعاء في الحفاظ على صحة الرئة وتقترح طرق علاجية محتملة للأمراض التنفسية من خلال تعديل المستقلبات المشتقة من الأمعاء.
DOI: https://doi.org/10.3389/fimmu.2025.1693964
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41562083
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): Jiayi Liu et al.
Primary Topic: Gut microbiota and health
Overview
The concept of the gut-lung axis has significantly advanced our understanding of respiratory disease mechanisms, highlighting the gut microbiota’s role in pulmonary immune regulation through inter-organ communication via metabolic products. Despite the growing body of research linking gut microbiota dysbiosis to respiratory conditions such as asthma, chronic obstructive pulmonary disease (COPD), acute respiratory distress syndrome (ARDS), and pulmonary fibrosis (PF), a comprehensive understanding of the underlying mechanisms remains limited. This paper focuses on three critical gut microbial metabolites—short-chain fatty acids (SCFAs), tryptophan metabolites, and polyamines (PAs)—to explore their contributions to immune regulation, barrier function maintenance, and metabolic signaling modulation. The findings suggest that gut dysbiosis exacerbates pulmonary inflammation, and therapeutic interventions like probiotics, fecal microbiota transplantation (FMT), and CRISPR-Cas systems show promise in restoring microbial balance.
In conclusion, the gut microbiota and its metabolites are essential in maintaining pulmonary immune homeostasis and preventing respiratory diseases. The review emphasizes the need for further research to unravel the mechanistic networks and causal relationships within the gut-lung axis. Future studies should focus on interdisciplinary collaboration, integrating methodologies from microbiology, immunology, and clinical medicine, and developing non-invasive sampling and multi-omics strategies. By leveraging advanced technologies such as single-cell sequencing and organoid models, researchers can identify key microbes and metabolites for personalized interventions. Ultimately, these efforts aim to establish innovative diagnostic and therapeutic strategies that are mechanism-driven, precisely targeted, and individualized, thereby enhancing the prevention and treatment of respiratory diseases linked to gut microbiota.
Introduction
The introduction highlights the intricate relationship between the human body and its microbial inhabitants, particularly emphasizing the gut microbiota’s role in immune system development, metabolic regulation, and disease prevention. The gut microbiota, the most diverse microbial community in the body, facilitates the breakdown of dietary fiber into oligosaccharides, which are fermented to produce short-chain fatty acids (SCFAs) and other bioactive compounds that support digestion and immune homeostasis. Furthermore, gut microbes influence immune responses not only locally but also at distant sites, such as the lungs, through a bidirectional communication network known as the gut-lung axis. This connection challenges the traditional view of the digestive and respiratory systems as separate entities and suggests that gut microbiota dysbiosis can contribute to respiratory diseases like asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD).
Clinical evidence supports the existence of this gut-lung axis, with studies indicating that early-life antibiotic use can increase the risk of allergic airway diseases, while pulmonary diseases often correlate with microbial dysregulation in both the gut and airways. Notably, patients with inflammatory bowel disease (IBD) frequently exhibit pulmonary complications, and those with COPD show a heightened risk of Crohn’s disease. The introduction also discusses recent discoveries, such as the gut protozoan *Tritrichomonas musculis* and a novel subtype of type II innate lymphoid cells, which provide new insights into the mechanisms underlying asthma and the gut-lung axis. Despite these advancements, the authors note significant limitations in current research, particularly the reliance on animal models that do not fully capture the complexity of human conditions. This review aims to synthesize existing findings on the gut microbiota’s role in the gut-lung axis and propose future research directions to enhance understanding and therapeutic approaches for related diseases.
Discussion
The discussion section of the research paper elaborates on the intricate relationship between the gut and lungs, often referred to as the gut-lung axis, supported by both traditional Chinese medicine and modern scientific findings. This relationship is underpinned by shared embryonic origins, similar microbial communities, and overlapping immune mechanisms. The mucosal lymphocyte homing theory is highlighted as a key mechanism, where lymphocytes activated in the gut migrate to the lungs, facilitating immune coordination through pathways such as CCR10/CCL28 and a4b7/MAdCAM-1. Notably, these pathways exhibit distinct roles in the homing of immunoglobulin A (IgA) cells, with CCR10/CCL28 primarily mediating cross-organ migration, while a4b7/MAdCAM-1 is more gut-specific.
The section further discusses the role of gut microbiota and metabolites, particularly short-chain fatty acids (SCFAs), tryptophan derivatives, and polyamines (PAs), in regulating pulmonary immune homeostasis. SCFAs, produced from dietary fiber fermentation, enhance regulatory T cell function and maintain intestinal barrier integrity, which in turn influences lung immunity. Tryptophan and its metabolites, derived from both dietary sources and gut microbiota, play critical roles in immune modulation and barrier protection, with pathways involving the activation of aryl hydrocarbon receptors (AhR) being particularly significant. Lastly, PAs synthesized by gut microorganisms enhance alveolar macrophage function and mitigate oxidative stress, further illustrating the gut-lung axis’s complexity. The findings underscore the importance of gut microbiota in maintaining lung health and suggest potential therapeutic avenues for respiratory diseases through modulation of gut-derived metabolites.