Dysbiosis in the gut microbiota of patients with rheumatoid arthritis

Abstract

The gut microbiota is a complex community of diverse microorganisms comprising bacteria, viruses, fungi, and other microbes in the human gastrointestinal tract. The gut microbiota plays a pivotal role in human health and disease through its close relationship with the gut environment. Dysbiosis, an imbalance in the gut microbiota, has been linked to various diseases. This thesis discusses the role of gut bacteria and fungi in metabolic disorders, neurological disorders, immune regulation, and drug metabolism. The gut microbiota is essential for nutrient absorption and energy metabolism; indeed, dysbiosis is a significant driver of the development of cardiovascular and metabolic disorders. In addition, it can induce inflammatory responses that may result in neuronal damage via the gut-brain axis and is associated with immune dysregulation. The gut microbiota has a critical role in immune regulation, and there is a significant body of research on the interaction between gut microbiota and autoimmune diseases. Rheumatoid arthritis (RA) is a representative autoimmune disease closely associated with gut microbiota. Although the detailed mechanisms have not been fully established, studies indicate that fungal cell wall components may be critical to the pathogenesis of RA. Thus, the composition of the fecal microbiota in patients with RA and healthy subjects was examined to determine potential correlations between RA and changes in the gut microbiota. It was found that changes in the fungal community were more pronounced than those in the bacterial community in patients with RA. Specifically, in patients with RA, the proportion of Aspergillus was lower, and that of Candida was significantly higher than in healthy subjects. Moreover, the analysis of microbial community structure indicated that the fungal community had a more critical role than the bacterial community in patients with RA. These findings suggest that fungi play a crucial role in the gut microbiota and in the pathogenesis of RA. The gut microbiota can influence drug efficacy or lead to adverse drug effects. Gut bacteria are reported to impact drug metabolism, and research into personalized therapies to make use of this knowledge is ongoing. In recent studies, efforts have been made to resolve imbalances in the gut microbiota as a means of disease prevention and treatment. For example, in patients treated with prebiotics or probiotics, partial restoration of the gut microbiota was observed and resulted in improved immune regulation and symptom relief. In this study, the impact of imbalances in the gut microbiota on the disease was explored, providing a basis for research into future treatments. The significant role of gut fungi in RA was confirmed. Therefore, the importance of research into the gut fungal community is proposed to support the development of new therapies for this disease. Multidisciplinary studies of the gut microbiota should afford novel insights into preventing and treating this disease.

장내 미생물 군집 (Gut microbiota)은 장내에 살고 있는 다양한 박테리아, 바이러스, 곰팡이 및 기타 미생물들의 집합체를 의미한다. 인간의 경우 다른 신체 부위에 비해 장내에 가장 많은 미생물 군집을 가지고 있는데, 이들은 장내 환경과 상호작용을 통해 인간의 건강과 질병에 깊은 연관이 있다고 알려져 있다. 미생물 불균형(dysbiosis)은 장내 미생물 군집의 균형이 깨짐으로써 발생하며, 이는 다양한 질병과 관련이 있다고 보고되었다. 따라서 이 논문에서는 장내 박테리아와 곰팡이의 역할을 포함하여 대사성 질환, 신경성 질환, 면역조절 그리고 약물 대사에 미치는 영향에 대해 논의하였다. 장내 미생물 군집은 영양소 흡수 및 에너지 대사에 중요한 역할을 담당하고 있어서 미생물 군집의 불균형이 발생할 경우 심혈관 및 대사성 질환의 발생에 영향을 준다. 미생물 군집의 불균형은 염증성 반응을 유발하여 뇌-장간 축을 통해 뉴런의 손상을 유발하거나 면역조절에 문제를 일으키기도 한다. 장내 미생물 군집은 인체에서 면역 조절에 중요한 역할을 한다. 면역 조절에 문제가 발생하여 생기는 자가면역질환들은 장내 미생물 군집과의 상호작용 연구가 많이 이루어졌다. 이러한 연구들 중 대표적인 질환으로 류마티스관절염(RA)이 있으며, RA는 장내 미생물 군집과 밀접한 관련이 있다. 특히 곰팡이 세포벽이 병의 발생에 중요한 역할을 한다고 보고되었으나 이에 대한 자세한 정보는 부족하다. 따라서 본 연구에서는 RA 환자와 건강한 대조군으로부터 대변 미생물군집의 조성과 상관관계를 조사하였다. 결과적으로 RA 환자군에서는 박테리아보다 곰팡이 군집에서의 변화가 더 뚜렷하게 확인되었다. 정상인에 비해 Aspergillus는 감소하고, Candida가 크게 증가하는 특징을 보였으며, 미생물 군집 구조변화 분석 결과에서도 곰팡이가 핵심적인 역할을 하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 곰팡이가 장내 미생물군집의 핵심 역할을 하며, RA의 발병 과정에 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다. 장내 미생물 군집은 약물의 효과를 증가시키거나 반대로 부작용을 유발하기도 한다. 장내 박테리아가 약물 대사에 작용하는 것이 알려졌으며, 이를 활용한 개인 맞춤형 치료제 연구도 수행되고 있다. 최근에는 미생물 군집의 불균형을 회복시켜 질병을 예방하거나 치료에 적용하려는 연구가 진행되고 있다. 예를 들면 프리 또는 프로바이오틱스를 사용한 환자의 경우 장내 미생물군집의 불균형이 일부 회복되었고, 그 결과 면역조절 능력의 향상과 증상 완화의 효과를 보였다. 본 논문에서는 장내 미생물 군집의 불균형이 질병에 미치는 영향을 탐색하였고, 이를 활용한 질병 치료 연구에 단서를 제공하였다. 특히 류마티스관절염 질환에서 장내 곰팡이가 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. 이를 통해 장내 곰팡이 군집 연구의 중요성을 제안하였다. 이러한 장내 미생물군집체에 대한 다각적 검토는 질병의 치료 및 예방을 위한 연구에 새로운 접근법을 제시할 수 있다.