Research Uncovers Links between Gut Microbiota and Response to IBD Treatment

Gut microbiota

A team of scientists from Saudi Arabia wrote a study where they explored the gut microbiota of patients with inflammatory bowel disease (IBD). Senior author, Dr. Sherif Edris, from Department of Biological Sciences, Faculty of Science, King Abdulaziz University, Jeddah, and Princess Al Jawhara Albrahim Centre of Excellence in Research of Hereditary Disorders (PACER-HD), King Abdulaziz University, Jeddah, Saudi Arabia and his team investigated whether these microbiota could explain why some patients don’t respond to a common IBD treatment called anti-TNF-α therapy. The study aimed to identify microbial structures in the gut that could serve as potential indicators of whether a patient will respond to this therapy.

What is IBD and anti-TNF-α therapy?

Inflammatory bowel disease (IBD), including primary subtypes, Crohn’s disease and ulcerative colitis, is a chronic and relapsing inflammatory condition of the gastrointestinal tract that occurs following immune system dysregulation. IBD affects approximately 6.8 million people worldwide, and can occur at any age, but it’s often diagnosed in individuals aged 15-35. Common clinical symptoms of IBD are abdominal pain, diarrhea, weight loss, and bloody stools. It can also lead to complications such as malnutrition, anemia, and increased risk of colon cancer.

Anti-TNF-α therapy is a form of biological therapy that is used in the treatment of various autoimmune diseases, including rheumatoid arthritis, psoriasis, and inflammatory bowel diseases (IBD) like Crohn’s disease and ulcerative colitis.

TNF-α, or tumor necrosis factor alpha, is a cytokine, a type of protein in the body that plays a crucial role in inflammation. It is produced by immune cells and is found in higher levels in individuals with autoimmune disorders, contributing to the inflammation and damage seen in these conditions.

Anti-TNF-α therapy works by blocking the action of TNF-α, thereby reducing inflammation. The therapy typically involves the use of biologic drugs, which are medicines made using living organisms, and these drugs can bind to TNF-α in the bloodstream and neutralize it. Some of these drugs include infliximab, adalimumab, and etanercept.

It’s important to note that while anti-TNF-α therapy can be very effective for some individuals, it does not work for everyone, and some people can experience side effects.

Traditional medication for IBD involves anti-TNF-α therapies, which, though successful in many patients, has a subset of individuals who do not respond. The researchers’ mission was to look into this mystery of non-response and to uncover whether the gut’s bacteria composition, the microbiome, could be a contributing factor. Anti-TNF-α therapy is a type of treatment used for these conditions that targets a protein in the body contributing to inflammation. However, not all patients respond to this treatment, and scientists don’t yet fully understand why this is the case.

The Role of the Microbiome

In recent years, scientists have become increasingly interested in the gut microbiota, a complex ecosystem of trillions of microorganisms that inhabit our digestive tracts, and their role in health and disease. Changes in the composition of these microbial communities, a condition known as dysbiosis, have been linked to various diseases, including IBD.

The study involved a careful analysis of stool samples from a group of Saudi Arabian patients with IBD who were classified as responders and non-responders to anti-TNF-α therapies. The team used a technique called 16S rRNA gene sequencing, a next-generation sequencing technologies method, that identifies and quantifies the bacteria present in a sample, offering a snapshot of the gut’s bacterial communities.

Interestingly, the team did not find significant differences in the overall composition of the gut microbiota between the two groups. However, they did observe moderate changes, with certain bacterial groups being more prevalent in the non-responders compared to the responders.

Specifically, non-responders had more of certain types of bacteria, including Proteobacteria and Actinobacteria, which have been associated with various health issues, such as inflammation and metabolic disruption. By contrast, the proportion of a group of bacteria known as Bacteroidetes decreased in non-responders compared with responders.

At a more detailed level, the non-responders showed a decrease in the populations of Bacteroidaceae and Lactobacillaceae, two families of bacteria that play important roles in the gut ecosystem. The Lactobacillaceae family, for instance, contributes to the fermentation of kefir, a type of fermented milk drink that has been suggested to have beneficial effects for IBD.

Conversely, non-responders showed an increased abundance of other bacterial families, including Bifidobacteriaceae, Lachnospiraceae, Enterobacteriaceae, and Muribaculaceae. The team believes that the increased presence of these bacteria could promote inflammation and worsen conditions in primary non-responders.

Potential Biomarkers

Another crucial part of the study was identifying potential bacterial biomarkers – indicators that could help predict whether a patient will respond to anti-TNF-α treatment. These included bacteria like Klebsiella, Eubacteriaceae, RF32, B. animalis, and Muribaculaceae.

The concentration of these bacteria increased in patients who did not respond to the treatment. On the other hand, the population of Bacteroides fragilis, a human-friendly bacterium, decreased in non-responders, which is in line with previous studies.

While these results are promising, the researchers acknowledge the need for larger studies to validate these findings. If proven, these microbiota biomarkers could help healthcare providers predict whether a patient will respond to anti-TNF-α therapy, thereby improving treatment strategies for individuals with IBD.

The team’s discoveries could potentially help improve IBD treatment by providing a more tailored approach – personalized medicine, which aims to tailor medical treatment to the individual characteristics of each patient. Understanding the role of gut microbiota in disease and treatment response could open up new therapeutic avenues, not only for IBD but for a variety of other health conditions as well.

At present, IBD treatments often involve a process of trial and error to find the most effective method for each patient. However, if doctors could predict a patient’s response to specific therapies using biomarkers, they could prescribe the most effective treatment straight away, saving time and minimizing the patient’s discomfort.

The study’s findings could stimulate new areas of research, potentially leading to the development of novel treatments for IBD and other related conditions. For example, therapies that aim to modify the gut microbiota, such as the use of probiotics or fecal microbiota transplants, are currently being explored as potential treatments for various diseases.

The translation of the preceding English text in Arabic:

كتب فريق من العلماء من السعودية دراسة حيث استكشفوا الجراثيم المعوية لدى المرضى المصابين بمرض الأمعاء الالتهابي (IBD). الباحث الرئيسي، الدكتور شريف إدريس، من قسم العلوم البيولوجية، كلية العلوم، جامعة الملك عبد العزيز، جدة، ومركز الأميرة الجوهرة الإبراهيم للتميز في البحث عن الاضطرابات الوراثية (PACER-HD)، جامعة الملك عبد العزيز، جدة، السعودية وفريقه بحث في ما إذا كانت هذه الجراثيم يمكن أن تفسر لماذا لا يستجيب بعض المرضى لعلاج IBD الشائع يطلق عليه اسم العلاج بمضادات TNF-α. كانت الدراسة تهدف إلى تحديد الهياكل الميكروبية في الأمعاء التي يمكن أن تكون مؤشرات محتملة على ما إذا كان المريض سيستجيب لهذا العلاج.

ما هو مرض IBD والعلاج بمضادات TNF-α؟

مرض الأمعاء الالتهابي (IBD)، بما في ذلك الأنواع الفرعية الرئيسية، مرض كرون والتهاب القولون التقرحي، هو حالة التهابية مزمنة ومتكررة في الجهاز الهضمي تحدث بعد خلل في نظام المناعة. يؤثر IBD على حوالي 6.8 مليون شخص في جميع أنحاء العالم، ويمكن أن يحدث في أي عمر، ولكنه غالبًا ما يتم تشخيصه في الأفراد الذين تتراوح أعمارهم بين 15-35 عامًا. الأعراض السريرية الشائعة لمرض IBD هي الألم البطني، الإسهال، فقدان الوزن، والبراز الدموي. يمكن أن يؤدي أيضًا إلى مضاعفات مثل سوء التغذية، فقر الدم، وزيادة خطر الإصابة بسرطان القولون.

العلاج بمضادات TNF-α هو نوع من العلاج البيولوجي الذي يستخدم في علاج مختلف الأمراض المناعية الذاتية، بما في ذلك التهاب المفاصل الروماتويدي، الصدفية، وأمراض الأمعاء الالتهابية (IBD) مثل مرض كرون والتهاب القولون التقرحي.

TNF-α، أو عامل نخر الورم ألفا، هو سيتوكين، نوع من البروتينات في الجسم الذي يلعب دورًا حاسمًا في الالتهاب. يتم إنتاجه بواسطة الخلايا المناعية ويوجد في مستويات أعلى في الأفراد المصابين ب

الاضطرابات المناعية الذاتية، مما يساهم في الالتهاب والتلف الذي يظهر في هذه الحالات.

يعمل العلاج بمضادات TNF-α عن طريق منع عمل TNF-α، وبالتالي تقليل الالتهاب. يتضمن العلاج عادةً استخدام الأدوية البيولوجية، والتي هي أدوية مصنوعة باستخدام الكائنات الحية، ويمكن لهذه الأدوية أن ترتبط بـ TNF-α في الدم وتحيده. تشمل بعض هذه الأدوية infliximab، وadalimumab، وetanercept.

من الجدير بالذكر أن العلاج بمضادات TNF-α يمكن أن يكون فعالًا للغاية لبعض الأفراد، ولكنه لا يعمل للجميع، ويمكن أن يعاني بعض الأشخاص من الأعراض الجانبية.

العلاج التقليدي لمرض IBD ينطوي على العلاجات بمضادات TNF-α، التي، على الرغم من نجاحها في العديد من المرضى، لديها مجموعة فرعية من الأفراد الذين لا يستجيبون. كانت مهمة الباحثين هي النظر في هذا اللغز غير المستجيب وكشف ما إذا كان تكوين البكتيريا في الأمعاء، الميكروبيوم، يمكن أن يكون عاملاً مساهماً. العلاج بمضادات TNF-α هو نوع من العلاجات المستخدمة لهذه الحالات التي تستهدف بروتينًا في الجسم يساهم في الالتهاب. ومع ذلك، لا يستجيب جميع المرضى لهذا العلاج، ولا يفهم العلماء بعد بالكامل لماذا هذه الحالة.

دور الميكروبيوم

في السنوات الأخيرة، أصبح العلماء مهتمين بشكل متزايد في الجراثيم المعوية، نظام معقد من تريليونات الميكروبات التي تسكن أمعائنا، ودورها في الصحة والمرض. تم ربط التغييرات في تكوين هذه المجتمعات الميكروبية، حالة تعرف باسم الدسبيوزيس، بمختلف الأمراض، بما في ذلك IBD.

تضمنت الدراسة تحليلاً دقيقاً لعينات البراز من مجموعة من المرضى السعوديين المصابين بمرض IBD الذين تم تصنيفهم كمستجيبين وغير مستجيبين للعلاجات المضادة لـ TNF-α. استخدم الفريق تقنية تسلسل الجينات 16S rRNA، وهي طريقة لتقنيات التسلسل الجديدة التي تحدد وتقيس البكتيريا الموجودة في العينة، وتقدم لمحة عن مجتمعات الأمعاء البكتيرية.

بشكل مثير للاهتمام، لم يجد الفريق فروقات كبيرة في التكوين العام للجراثيم المعوية بين المجموعتين. ومع ذلك، لاحظوا تغييرات متوسطة، مع وجود مجموعات بكتيرية معينة أكثر انتشارًا في غير المستجيبين مقارنة بالمستجيبين.

على وجه التحديد، كان لدى غير المستجيبين المزيد من أنواع معينة من البكتيريا، بما في ذلك البروتيوباكتيريا والأكتينوباكتيريا، ال التي تم ربطها بمشكلات صحية مختلفة، مثل الالتهاب واضطرابات الأيض. بالمقابل، انخفضت نسبة مجموعة من البكتيريا تعرف باسم Bacteroidetes في غير المستجيبين مقارنة بالمستجيبين.

على مستوى أكثر تفصيلًا، أظهر غير المستجيبين انخفاضًا في أعداد Bacteroidaceae و Lactobacillaceae، وهما من عائلتي البكتيريا التي تلعب دورًا هامًا في نظام الأمعاء. على سبيل المثال، تساهم عائلة Lactobacillaceae في تخمير الكفير، وهو نوع من المشروبات اللبنية المخمرة التي تم اقتراحها للحصول على فوائد صحية لـ IBD.

بالمقابل، أظهر غير المستجيبين زيادة في وفرة عائلات البكتيريا الأخرى، بما في ذلك Bifidobacteriaceae، وLachnospiraceae، وEnterobacteriaceae، وMuribaculaceae. يعتقد الفريق أن الوفرة المتزايدة لهذه البكتيريا يمكن أن تعزز الالتهاب وتفاقم الظروف في الأشخاص غير المستجيبين بشكل أساسي.

العلامات البيولوجية المحتملة

جزء آخر حاسم من الدراسة كان تحديد العلامات البيولوجية البكتيرية المحتملة – الدلائل التي قد تساعد على التنبؤ بما إذا كان المريض سيستجيب للعلاج بمضادات TNF-α. تضمنت هذه البكتيريا مثل Klebsiella و Eubacteriaceae و RF32 و B. animalis و Muribaculaceae.

زاد تركيز هذه البكتيريا في المرضى الذين لم يستجيبوا للعلاج. من ناحية أخرى، انخفضت أعداد Bacteroides fragilis، وهي بكتيريا صديقة للإنسان، في غير المستجيبين، وهو ما يتماشى مع الدراسات السابقة.

على الرغم من أن هذه النتائج مبشرة، فإن الباحثين يعترفون بالحاجة إلى دراسات أكبر للتحقق من هذه النتائج. إذا ثبت ذلك، فإن هذه الميكروبيات البيولوجية يمكن أن تساعد مقدمي الرعاية الصحية على التنبؤ بما إذا كان المريض سيستجيب للعلاج بمضادات TNF-α، وبالتالي تحسين استراتيجيات العلاج للأفراد المصابين بـ IBD.

يمكن أن تساعد اكتشافات الفريق في تحسين علاج IBD من خلال تقديم نهج أكثر تخصيصًا – الطب المخصص، الذي يهدف إلى تكييف العلاج الطبي مع خصائص كل مريض بشكل فردي. قد يفتح فهم دور الجراثيم المعوية في المرض واستجابة العلاج أبوابًا جديدة للعلاجات، ليس فقط لـ IBD ولكن أيضًا لمجموعة متنوعة من الحالات الصحية الأخرى.

في الوقت الحالي، غالبًا ما تنطوي علاجات IBD على عملية من التجربة والخطأ للعثور على الطريقة الأكثر فعالية لكل مريض. ومع ذلك، إذا كان الأطباء يمكنهم التنبؤ برد فعل المريض على العلاجات المحددة باستخدام العلامات البيولوجية، فإنهم يمكنهم أن يصفوا العلاج الأكثر فعالية من البداية، مما يوفر الوقت ويقلل من ع discomfortال المريض.

يمكن أن تحفز نتائج الدراسة مناطق جديدة من البحث، مما قد يؤدي في نهاية المطاف إلى تطوير علاجات جديدة لـ IBD والحالات ذات الصلة. على سبيل المثال، يتم حاليًا استكشاف العلاجات التي تهدف إلى تعديل جراثيم الأمعاء، مثل استخدام البروبيوتيك أو نقل الجراثيم البرازية، كعلاجات محتملة لمرض IBD وأمراض أخرى متعددة.

Reference: Alatawi H, Mosli M, Saadah OI, Annese V, Al-Hindi R, Alatawy M, Al-Amrah H, Alshehri D, Bahieldin A, Edris S. Attributes of intestinal microbiota composition and their correlation with clinical primary non-response to anti-TNF-α agents in inflammatory bowel disease patients. Bosnian Journal of Basic Medical Sciences [Internet]. 2022Jun.1 [cited 2023Jul.27];22(3):412-26. Available from:

Editor: Ermina Vukalic

Be the first to comment

Leave a Reply