Observational study in Ulcerative Colitis to investigate the composition of the intestinal microbiota in patients in long-term remission

Abstract

La colitis ulcerosa (CU) és una malaltia inflamatòria idiopàtica crònica que afecta l’intestí gros. És un dels dos trastorns principals que engloba el terme Malaltia Inflamatòria Intestinal (MII). L’etiologia de la CU involucra una resposta immune a una microbiota intestinal desequilibrada en individus genèticament susceptibles, després d’esdeveniments desencadenants desconeguts. Els estudis de la microbiota han trobat una menor riquesa i diversitat en la microbiota intestinal en els pacients amb MII que en els controls sans, i aquesta descans de la diversitat es manifesta especialment durant i després dels brots de la malaltia. El microbioma intestinal és essencial per a mantenir la salut; els factors ambientals i de l’hoste influeixen en la composició de la microbiota intestinal. La remissió clínica, endoscòpica i histològica impacta positivament en la història natural de la CU. Aquesta tesi té com a objectiu determinar si els pacients amb CU que aconsegueixen la remissió clínica, endoscòpica i histològica durant un període prolongat presenten una composició de microbiota intestinal significativament diferent a la dels pacients amb CU en períodes de remissió més curts o amb malaltia activa. És a dir si els pacients amb CU en remissió perllongada mostren una microbiota intestinal similar a la dels individus sans. Per a això, hem analitzat mostres fecals de pacients amb CU en remissió llarga, pacients amb CU en remissió curta i pacients amb CU en brot i la hem comparat amb les mostres d’individus sans. Hem utilitzat dos mètodes diferents: seqüenciació del gen 16S ARNr i qPCR per a bacteris específics. També hem explorat els components no bacterians de la microbiota intestinal mitjançant la determinació de la càrrega fúngica mitjançant qPCR. Com es preveia, observem la presència de disbiosis en la CU amb una reducció en la diversitat i riquesa bacterianes, sub-representació de bacteris beneficiosos i l’increment de bacteris potencialment nocius. Aquesta disbiosis és més pronunciada en pacients amb CU en brot de la malaltia, però també és present en pacients amb CU en remissió curta. Els pacients amb CU que van aconseguir una remissió profunda i histològica estable i a llarg termini de la seva malaltia, presenten una composició bacteriana intestinal més pròxima a la dels controls sans, per tant menys “disbiótica”. Més enllà del component bacterià, també trobem un vincle entre l’abundància de fongs i l’estat inflamatori en la CU. Els pacients en brot de la malaltia presenten una major abundància de càrrega fúngica que els pacients en remissió, però aquests resultats han d’interpretar-se amb cautela i avaluar-se més a fons en estudis longitudinals més amplis. Creiem que una microbiota en els pacients amb CU semblant a la que trobem en individus “sans”, pot ser d’utilitat per a definir amb més precisió la remissió de la malaltia.

La colitis ulcerosa (CU) es una enfermedad inflamatoria idiopática crónica que afecta el colon. Es uno de los dos trastornos principales que engloba el término Enfermedad Inflamatoria Intestinal (EII). La etiología de la CU involucra una respuesta inmune a una microbiota intestinal desequilibrada en individuos genéticamente susceptibles, después de eventos desencadenantes desconocidos. Los estudios de la microbiota han encontrado una menor riqueza y diversidad en la microbiota intestinal en los pacientes con EII que en los individuos sanos, y estas diferencias se manifiestan especialmente durante y después de los brotes de la enfermedad. El microbioma intestinal es esencial para mantener la salud; los factores ambientales y del huésped influyen en la composición de la microbiota intestinal. La remisión clínica, endoscópica e histológica impacta positivamente en la historia natural de la CU. Esta tesis tiene como objetivo determinar si los pacientes con CU que alcanzan la remisión clínica, endoscópica e histológica durante un período prolongado de tiempo, presentan una composición de la microbiota intestinal significativamente diferente a la de los pacientes con CU en periodos de remisión más cortos o con enfermedad activa. Para ello, hemos analizado muestras fecales de pacientes con CU en remisión larga, pacientes con CU en remisión corta y pacientes con CU en brote y hemos comparado con las muestras fecales obtenidas de individuos sanos. Hemos utilizado dos métodos diferentes: secuenciación del gen 16S ARNr y qPCR para bacterias específicas. También hemos explorado los componentes no bacterianos de la microbiota intestinal mediante la determinación de la carga fúngica mediante qPCR. Como se preveía, observamos la presencia de disbiosis en la CU con una reducción en la diversidad y riqueza bacterianas, sub-representación de bacterias beneficiosas y el incremento de bacterias potencialmente nocivas. Esta disbiosis es más pronunciada en pacientes con CU en brote de la enfermedad, pero también está presente en pacientes con CU en remisión corta. Los pacientes con CU que lograron una remisión profunda e histológica estable y a largo plazo de su enfermedad, presentan una composición bacteriana intestinal más próxima a la de los controles sanos, por lo tanto menos “disbiótica”. Más allá del componente bacteriano, también encontramos un vínculo entre la abundancia de hongos y el estado inflamatorio en la CU. Los pacientes en brote de la enfermedad presentan una mayor abundancia de carga fúngica que los pacientes en remisión, pero estos resultados deben interpretarse con cautela y evaluar más a fondo en estudios longitudinales más amplios. Creemos que una microbiota en los pacientes con CU similar a la que encontramos en individuos “sanos”, puede ser de utilidad para definir con mayor precisión la remisión de la enfermedad.

Ulcerative colitis (UC) is a chronic idiopathic inflammatory disease that affects the large bowel. It is one of the two major disorders under the broad term of Inflammatory Bowel Disease (IBD). The etiology of UC involves an immune response to an imbalanced gut microbiota in genetically susceptible individuals, following unknown triggering events. Microbiome studies have found a lower microbial richness and diversity in the gut microbiota of IBD patients than healthy controls, and the drop is especially manifested during and after flares of disease. The gut microbiome is essential in maintaining health and mediating illness, and environmental and host factors influence its composition. Clinical, endoscopic, and histological remission positively impacts the natural history of UC. This thesis aimed to determine if UC patients who reach clinical, endoscopic, and histological remission for an extended period would present a different gut microbiota composition than UC patients with shorter remission lengths or active disease. UC patients in long remission will show a gut microbiota that is similar to healthy individuals. For this purpose, we analyzed fecal samples of UC patients in long remission, UC patients in short remission and UC patients in flare and compared it to healthy individuals. We used two different methods: 16S rRNA gene sequencing and qPCR for specific bacteria. We also sought to explore non-bacterial constituents of the gut microbiota by determining the fungal load using qPCR. As expected, we observed dysbiosis in UC with a reduction in diversity and richness, underrepresentation of beneficial bacteria, and the gain of potentially harmful microbes. This dysbiosis was greater in UC patients in disease-flare but was also present in UC patients in short remission. UC patients who were able to achieve a long-term, stable, deep, and histological remission of their disease presented a gut bacterial composition closer to health, thus less dysbiotic. Beyond the bacterial component, we found a link between fungi abundance and inflammatory status in UC. Patients in disease-flare present a greater abundance of the fungal load than patients in remission, but these results must be interpreted cautiously and further evaluated in larger, longitudinal studies. We believe that a ‘healthier’ gut microbiota in UC patients could potentially be a goal to pursue in order to define disease remission further.