ООО "ПРОПИОНИКС"
пн-пт с 09:00 до 18:00 | +7 (966) 348-80-35 |
Иммуномодулирующие свойства 10 молочных пропионовокислых бактерий, проанализированных на мононуклеарных клетках периферической крови человека (РВМСs), выявили высоко-зависимую от штамма индукцию противовоспалительного цитокина интерлейкина 10 (IL-10). Два отобранных штамма молочных Propionibacterium freudenreichii показали защитный эффект против двух моделей колита у мышей, что свидетельствует о пробиотическом потенциале, предсказанном иммунными критериями отбора для этих заквасочных бактерий.
Примечание редактора: Здесь представлено одно из ранних исследований иммуномодулирующей активности штаммов молочных пропионовокислых бактерий (ПКБ) от 2010 года. Несмотря на ограниченное число штаммов, использованных в данном исследовании, другие работы также подтвердили обнаруженную общую иммуномодулирующую характеристику классических ПКБ, выраженную в противоспалительном действии, в частности, в контексте ВЗК, включая их инфекционные формы.
Выбранные иммуномодулирующие пробиотические бактерии могут противодействовать воспалению кишечника с помощью различных регуляторных мероприятий и могут быть либо дополнением, либо альтернативой традиционным методам лечения воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК), что вызывает растущую озабоченность в области здравоохранения в развитых странах. Пробиотические штаммы, такие как лактобациллы и бифидобактерии, способны индуцировать противовоспалительные цитокины в мононуклеарных клетках периферической крови человека (PBMCs) in vitro и, как было показано, оказывают эффективное противовоспалительное действие на колит in vivo (9, 26). Однако мало что известно об иммуномодулирующем потенциале высоко потребляемых заквасочных бактерий, таких как молочные пропионовокислые бактерии. Потребление ферментированных продуктов оказывает влияние на функцию иммунной системы (25), а бактериальное содержание этих продуктов отвечает за иммуномодуляцию (6, 10). Молочные пропионибактерии проявляют различные пробиотические свойства, сходные или отличные от тех, которые описаны для пробиотических бифидобактерий и молочнокислых бактерий (3). Хотя иногда предполагалось наличие противовоспалительного потенциала у нескольких штаммов молочных пропионибактерий in vitro (15) или у животных (22, 24, 31), достоверных наблюдений за изменчивостью штаммов и специфическими механизмами их действия не проводилось. Кроме того, добавление молочных пропионибактерий в рандомизированных плацебо-контролируемых двойных слепых исследованиях на людях в основном касалось смесей, содержащих пробиотические бактерии, отнесенные к другим родам, кроме пропионибактерий, но редко только к пропионибактериям (16). Таким образом, из-за синергических эффектов невозможно приписать наблюдаемые преимущества для здоровья конкретной бактерии как таковой в составе смесей.
Хотя некоторые критерии, такие как адгезия и связанная с ней иммуномодуляция через эпителиальные клетки, могут влиять на дальнейшую эффективность in vivo в зависимости от ожидаемого пробиотического эффекта (13, 21, 27), каждый пробиотический штамм предпочтительно характеризуется своей иммунной активностью на иммунокомпетентных клетках (2, 19, 21, 33) или в моделях клеточной кокультуры до того, как он будет предложен для клинического применения (23). Полученные результаты могут помочь оценить специфический потенциал штамма(штаммов) для индуцирования иммунных реакций Th1 или противовоспалительного типа. Здесь мы подвергли сомнению, применим ли этот подход in vitro к пропионибактериям и совпадают ли результаты с патологическими моделями животных in vivo, которые имитируют желудочно-кишечные заболевания человека и иммунные нарушения.
Используя ранее описанный in vitro анализ высвобождения цитокинов человеческими РВМСs (8, 9), мы оценили характер индукции цитокинов для набора из 10 молочных пропионибактерий. Этот набор включал штаммы P. freudenreichii CIRM-BIA1, CIRM-BIA118, CIRM-BIA456, ITGP18, ITGP20, SI48, SI41, LSIP11 и LSIP23 и P. jensenii CIRM-BIA455. Эти штаммы были предоставлены коллекциями культур CIRM-BIA (INRASTLO), ITG (Actilait, Ренн, Франция) или Laboratoires STANDA (Кан, Франция) и выращены при 30°C в среде YEL до ранней стационарной фазы в микроаэрофильных условиях (18). Первый скрининг был выполнен на этих 10 штаммах с использованием PBMCs от четырех различных доноров. Цитокины, такие как фактор некроза опухолей альфа (TNF-α), интерлейкин IL-10, гамма-интерферон (IFN-γ) и IL-12p70 измеряли с помощью иммуноферментного анализа (ELISA или рус. ИФА) (9). Выявлена высоко-зависимая от штамма индукция IL-10, охватывающая диапазон (от 150 до 2500 пг/мл), обычно получаемый с контрольными штаммами лактобацилл (Lactobacillus acidophilus NCFM и Lactobacillus salivarius Ls33, любезно предоставленных Danisco), лактококков (Lactococcus lactis MG1363, Институт пищевых исследований, Норвич, Великобритания), и бифидобактерий (Bifidobacterium longum 5336, от Morinaga Milk Industry Ltd.), культивируемых и анализируемых, как описано недавно (8). Вкратце, мы наблюдали сильные, умеренные и слабые индукторы IL-10 для пропионибактерий при соотношении бактерий к клеткам-хозяевам 10:1 (множественность инфекции [MOI] = 10; данные не представлены). Затем мы отобрали пять штаммов, чтобы проверить дозовую зависимость индукции IL-10 (MOI 5, 10 и 50), подтверждая, что доза MOI-10 была наиболее подходящей для целей скрининга (Рис. 1A и E). Было обнаружено, что P. freudenreichii ITGP20 и SI48 являются наиболее противовоспалительными штаммами, тогда как P. jensenii BIA455 и P. freudenreichii BIA118 были менее противовоспалительными, хотя все же в большей степени, чем штамм P. freudenreichii BIA1 (рис. 1А). Интересно, что для всех протестированных штаммов высвобождение провоспалительных медиаторов P. freudenreichii было очень низким: слабым для TNF-α (Рис. 1B) и почти не обнаруживаемым для IL-12 и IFN-γ (Рис. 1C и D). Последние уровни цитокинов были даже значительно ниже уровней, описанных для штаммов, которые практически не обеспечивают защиту в моделях воспаления in vivo (9) (см. уровни отсечения на Рис. 1B - D), в то время как уровни IL-10 явно находились на уровне или выше уровня отсечения, что обычно позволяет обеспечить защиту в модели колита, вызванного тринитробензолсульфоновой кислотой (TNBS) (9) (Рис. 1A). Это интересное отсутствие провоспалительных цитокинов было подтверждено на транскрипционном уровне для высоких, промежуточных и низких противовоспалительных штаммов. Количественную ПЦР с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР или англ. RT-PCR) проводили на РНК из РВМСs, выделенных через 4,5 часа после индукции, и сопоставляли с количественными показателями ИФА белков соответствующих доноров в 24-часовых супернатантах (рис. не показан). Это исследование подтвердило большое разнообразие иммуномодулирующих профилей среди пропионибактерий, определяемых непосредственно цитокином IL-10, а не традиционным соотношением IL-10 / IL-12, что, очевидно, здесь неуместно.
Рис. 1. Скрининг на основе иммуномодуляторов In vitro. Сравнительные противовоспалительные IL-10 (A) и провоспалительные TNF-α (B), IL-12 (C) и IFN-γ (D) цитокиновые реакции PBMCs человека для четырех референтных и пяти штаммов propionibacterium при плотности бактерий, соответствующей кратности инфекции (MOI) 10. Е) реакция IL-10 при различных дозировках (MOI 5, 10 и 50). F) противовоспалительная роль белка(ов) поверхностного слоя. Просвечивающая электронная микроскопия внешнего вида необработанных (левая панель) и обработанных хлоридом гуанидия P. freudenreichii BIA118 и SI48, демонстрируюет удаление специфического поверхностного слоя. (G) ответ IL-10 и IL-12 P. freudenreichii BIA118 и SI48 и соответствующих экстрагированных бактерий (MOI 10 для всех штаммов). Иммунокомпетентные клетки стимулировали бактериями в течение 24 ч, а собранные супернатанты анализировали методом ИФА. Данные выражены в пг/мл как средние и стандартные отклонения результатов для четырех различных здоровых доноров крови (пунктирные линии указывают на порог отсечения in vitro соответствующего штамма, ранее показанного как защитный in vivo [9]; пунктирное окно для панели D соответствует увеличению × 25).
Штамм P. freudenreichii SI48, обладающий особенно высоким противовоспалительным профилем, был дополнительно испытан в 5-дневном профилактическом пероральном лечении (5 × 108 КОЕ на мышь в день или соответствующий носитель) в модели острого TNBS-индуцированного колита у мышей (8). Эта модель «золотого стандарта» была использована, как описано ранее (самки мышей BALB/c из Чарльз-Ривер, Франция, в возрасте 7 недель, n = 10 в каждой группе). P. freudenreichii SI48 достоверно снизил ассоциированную с колитом потерю массы тела на 2-е сутки (10,5% против 16%; Р < 0,05; рис. 2А), что подтверждается значительными макроскопическими изменениями (рис. 2В и С, что соответствует 45% защиты; Р < 0,05) и гистологическими показателями (Рис.2С и F). Соответственно, воспалительные маркеры, такие как длина толстой кишки и активность миелопероксидазы толстой кишки (MPO), также были значительно снижены в группе P. freudenreichii (рис. 2D и E, соответственно).
Рисунок. 2. Защитный эффект 5 дней перорального лечения P. freudenreichii SI48 (5 × 108 КОЕ в день) при TNBS-колите. (A) 2-дневная потеря массы тела (в процентах от исходного веса) для здоровых контрольных мышей (пустые кружки), для животных, обработанных TNBS-носителем (черные кружки), и мышей, получавших SI48 (серые кружки). (B) Индивидуальные оценки макроскопической болезни (оценка Уоллеса). (C) Шкалы макроскопического и гистологического повреждения (оценка Ameho). (D) Изменения длины толстой кишки (см). (E) деятельность MPO толстой кишки. Результаты для панелей с B по E были записаны через 48 ч после индукции колита. Результаты выражены в виде среднего значения ± стандартная ошибка среднего (n = 10 на группу); *, P <0,05; **, P <0,01; ***, P <0,001 по сравнению с носителем по U-критерию Манна-Уитни или t-критерия Стьюдента, где это необходимо. (F) Репрезентативные гистологические срезы от необработанной мыши (верхняя панель) и от мышей после индукции TNBS-колита после обработки носителем (средняя панель) или P. freudenreichii SI48 (нижняя панель); окрашенные Mай-Грюнвальдом (May-Grünwald) и Гимзой (Giemsa) 5-мкм парафиновые срезы, ×40.
Кроме того, мы определили, может ли профилактическое лечение подвидом P. freudenreichii ослабить тяжесть повреждения толстой кишки и воспаление мышей, инфицированных Citrobacter rodentium. Мы использовали нелетальную модель устойчивых мышей BALB/c, у которых наблюдался дискретный и умеренный колит, но с количественными параметрами (12, 32). Группы из восьми мышей получали 5-дневное профилактическое пероральное лечение либо P. freudenreichii BIA118, либо P. freudenreichii SI48 (5 × 108 КОЕ в день и на мышь), либо соответствующим носителем перед однократной пероральной инокуляцией (1 × 109 КОЕ) штамма C. rodentium DBS120 (29). Количество фекальных патогенов прогрессивно увеличивалось у инфицированных контрольных мышей (Рис. 3А) вместе с небольшим, но значительным снижением массы всего тела (фиг. 3В) через 10 дней после заражения. Маркеры, ассоциированные с колитом, также характеризовались спленомегалией (оцениваемой по массе селезенки) и повышенными уровнями амилоида A (SAA) в сыворотке крови (Рис. 3C и D). Толстая кишка проявляла повышенную активность MPO (см. выше) и гиперплазию крипт (оцениваемую по измерениям длины крипт на гистологических срезах толстой кишки) (Рис. 3E и F, соответственно). Хотя оба штамма P. freudenreichii снижали количество фекальных патогенов только до 5 дня, штамм P. freudenreichii BIA118 значительно и штамм P. freudenreichii SI48 в меньшей степени снижали большинство параметров, измеренных в конце эксперимента (Рис. 3). Можно утверждать, что такое снижение скорее вызывает задержку возникновения колита, чем прямой противовоспалительный эффект. Однако, основываясь на предыдущих исследованиях кинетики на 6 и 12 день постинфекции (p.i.) (J. Breton, B. Pot и B. Foligné, неопубликованные данные), мы знаем, что исследованные маркеры сильно коррелируют с фекальным (и слепокишечным) патогенным количеством и временем; более того, уровень SAA в крови является ранним маркером, который достигает максимума на 6 день в день, до того как он уменьшится на 12 день p.i. Следовательно, помимо антиинфекционного эффекта, такая задержка не будет снижать уровни SAA у животных, получавших пробиотики. Профилактические эффекты пробиотиков против C. rodentium уже были описаны для лактобацилл и дрожжей (14, 34), но, насколько нам известно, никогда для молочных пропионибактерий. Alvarez et al. сообщили, что кормление мышей добавкой Propionibacterium acidipropionici перед введением Salmonella typhimurium (в настоящее время известной как S. enterica serovar Typhimurium) обеспечивает частичную защиту от колонизации патогеном, что измеряется снижением колонизации тканей S. typhimurium и увеличением выживаемости мышей (1). Здесь штаммы P. freudenreichii не влияли на колонизацию C. rodentium в более отдаленной перспективе, но в основном ослабляли воспалительные симптомы, связанные с инфекцией.
Рисунок. 3. Защитный эффект 5-дневного перорального лечения P. freudenreichii BIA118 и SI48 (5 × 108 КОЕ в день) на 10-дневный колит, вызванный C. rodentium (штамм DBS120). (A) Временной ход подсчета патогенных микроорганизмов в объединенных фекалиях после различных обработок. (B) Изменения веса (в процентах от исходного веса) для здоровых контрольных мышей (пустые кружки), инфицированных контрольных (полные кружки), мышей с кормлением BIA118 (квадраты) и мышей с питанием SI48 (треугольники). (От C до F) Вес селезенки (C), белок амилоида A в сыворотке крови (мг / мл) (D), активность MPO в толстой кишке (E) и длина крипты (мкм) (F), измеренные по меньшей мере на 10 хорошо ориентированных срезах за животное в каждой группе. Результаты выражены в виде среднего значения ± стандартная ошибка среднего (n = 8 мышей на группу), за исключением изменений веса в панели B, где для ясности были исключены полосы ошибок. nd, не обнаружено. Столбики (бары) без звездочек, 0,05 <P <0,1; *, P <0,05; **, P <0,01; ***, P <0,001 по сравнению с инфицированными животными с помощью U-критерия Манна-Уитни или t-критерия Стьюдента, где это необходимо.
Мы подозревали, что некоторые поверхностные соединения участвуют в наблюдаемых иммуномодулирующих эффектах молочных пропионибактерий. Поэтому в предварительной попытке оценить важность поверхностных белков мы удалили белок(и) поверхностного слоя обработкой хлоридом гуанидия, как описано ранее (20) и как показано сканирующей электронной микроскопией (рис. 1F). Это лечение действительно уменьшало индукцию цитокинов in vitro, превращая штаммы в более провоспалительный профиль на РВМСs человека (Рис. 1G). Хотя важность белков поверхностного слоя уже наблюдалась для пробиотического штамма Lactobacillus (17), этот результат должен быть широко подтвержден in vivo для различных пропионибактериальных подвидов. Точно так же мы можем предположить, что другие компоненты, такие как экзополисахариды (EPS), также могут играть важную роль во взаимодействии бактерии-хозяина, как сообщается для других пробиотических родов, с использованием моделей как in vitro, так и in vivo (4, 28, 30). Наличие EPS зависит от штамма P. freudenreichii (5), и предварительные данные, основанные на стимуляции PBMCs, указывают на роль EPS P. freudenreichii в таком взаимодействии (данные не показаны). Наконец, как установлено для бифидобактерий (11), специфические белки, ассоциированные с клеточной стенкой, которые, как известно, сильно зависят от штамма P. freudenreichii, также могут в определенной степени способствовать отчетливому иммуномодулирующему поведению этих бактерий. Доступная в настоящее время последовательность генома P. freudenreichii subsp. Shermanii CIRM-BIA1 (штамм, включенный в это исследование) (7) предложит молекулярные подходы для дальнейшего решения этого вопроса.
В прошлом выбор пробиотических штаммов был в основном эмпирическим и основывался на технологических критериях. Поскольку пробиотическое вмешательство имеет специфические для штамма иммуномодулирующие эффекты, важно надежно выбрать наиболее многообещающих кандидатов для желаемого применения в здравоохранении. Ранее мы описали, что дифференциальная активация человеческих PBMCs бактериальными штаммами может рассматриваться как прогностический инструмент для идентификации грамположительных пробиотических штаммов с потенциальным противовоспалительным эффектом in vivo (9). Здесь мы сравнили биоразнообразие на основе иммунитета набора из первых 10, затем 5 молочных пропионибактерий вместе с установленными пробиотическими эталонными штаммами и обнаружили общую характеристическую картину с высокими уровнями IL-10 и очень низкой индукцией IL-12, TNF-α и IFN-γ. В соответствии с этими профилями мы получили значительную защиту in vivo от колита у мышей, что позволяет предположить, что выбранные штаммы молочных пропионибактерий и/или ферментированные молочные продукты, содержащие эти бактерии, могут играть роль в рационе питания, предназначенном для предотвращения и/или ограничения тяжести ВЗК у людей. Более того, эксперименты с инфекцией C. rodentium на мышах доказали аналогичную эффективность в контексте инфекционного заболевания. Для обоснования и выбора таких штаммов для клинических исследований требуются дальнейшие механистические исследования, основанные на оболочке Propionibacterium.
К разделу: Иммуномодулирующие свойства пропионовокислых бактерий
Дополнительно см.:
Литература