Липополисахариды грамотрицательных бактерий

ЛИПОПОЛИСАХАРИД (ЛПС) - ЭНДОТОКСИН ГРАМОТРИЦАТЕЛЬНЫХ БАКТЕРИЙ

Часть 1. Что такое липополисахариды (ЛПС, LPS)?

Липополисахарид (ЛПС; англ. lipopolysaccharide, эндотоксин) – макромолекула, состоящая из полисахарида, ковалентно соединённого с липидом, основной компонент клеточной стенки грамотрицательных бактерий.

Липополисахариды - сложные биополимеры, построенные из свойственного грамотрицательным бактериям гликолипида и полисахарида; обязательные структурные компоненты внешнего слоя наружной мембраны грамотрицательных бактерий, обладают широкой биологической активностью, являясь, например, эндотоксинами, соматическими антигенами и специфическими рецепторами бактериофагов.

Липополисахариды вызывают гибель экспериментальных животных, обладают пирогенными свойствами, могут быть причиной гипотонии, лейкопении, лейкоцитоза, гипоферремии, появления артрита, местной анафилактической реакции (реакции Шварцманна), некроза костного мозга, выкидыша, инактивации комплемента, активации фактора Хагемана и индукции активатора плазминогена. Липополисахариды обладают также адъювантной активностью, митогенной активностью, способны вызвать активацию макрофагов, индуцирование синтеза иммуноглобулинов, интерферона и простагландинов и т.д.

Стоит отметить, что бактерии-пробиотики являются грамположительными, поэтому необходимо для порядка дать краткую информацию по методу Грама:

Метод окраски по Граму

Метод Грама - метод окраски микроорганизмов для исследования, позволяющий дифференцировать бактерии по биохимическим свойствам их клеточной стенки. Предложен в 1884 году датским врачом Гансом Кристианом Грамом (Hans Christian Joachim Gram).

Слева не изображении: Мазок из смеси культур S.epidermidis и E.coli. Окраска по Граму («Карпова М.Р., Жданова О.С., 2010 г.»)

Все бактерии по отношению к окраске по Граму делятся на грамположительные - темно-фиолетового цвета и грамотрицательные - красного. Способность окрашиваться в тот или иной цвет зависит от строения их клеточной стенки и коррелирует со многими другими свойствами бактерий. У грамположительных бактерий в клеточной стенке отсутствуют ароматические и серосодержащие аминокислоты, отмечается низкое содержание липидов, у грамотрицательных, напротив, эти вещества содержатся в большом количестве. Кроме того, у грамположительных бактерий имеется магниевая соль рибонуклеиновой кислоты, отсутствующая у грамотрицательных. Она и образует прочный химический комплекс с белком, кристаллвиолетом и йодом, который не разрушается при кратковременном действии спирта. У грамотрицательных такой комплекс не образуется. Они легко обесцвечиваются под действием спирта. Фуксин докрашивает грамотрицательные микроорганизмы в красный цвет.

Пример стадий окрашивыания по Граму:

1. Фиксация клинических материалов на поверхности предметного стекла микроскопа либо нагреванием, либо с помощью метанола.
2. Фиксированный мазок окрашивают раствором кристаллического фиолетового в течение 1-2 минут.
3. В течение 1 минуты обрабатывают мазок раствором Люголя (раствор йода).
4. Стадия обесцвечивания отличает грамположительные клетки от грамотрицательных. Обесцвечивают спиртом 10-20 сек. Грамотрицательные бактерии кажутся бесцветными, а грамположительные остаются синими.
5. Промывают водой.
6. Докрашивают мазок водным раствором фуксина 1-2 минуты (окрашивает обесцвеченные грамотрицательные клетки в красный/розовый цвет; грамположительные бактерии остаются синими).

Примеры видов грамотрицательных бактерий:

Протеобактерии (Proteobacteria) - большая группа грамотрицательных бактерий, включающая Escherichia coli, Salmonella, Shigella и прочих Enterobacteriaceae, Pseudomonas, Moraxella, Helicobacter, Stenotrophomonas, Bdellovibrio, уксуснокислых бактерий, Legionella и множество других.

Другие примечательные группы грамотрицательных бактерий включают в себя цианобактерий (Cyanobacteria), спирохет, (Spirochaetales), зелёных серобактерий (Chlorobiaceae).

Связанные с медициной грамотрицательные кокки включают в себя три организма, вызывающих заболевания, передающиеся половым путём (Neisseria gonorrhoeae), менингит (Neisseria meningitidis) и респираторные симптомы (Moraxella catarrhalis).

Среди бацилл есть большое количество видов важных для медицины. Некоторые из них в первую очередь вызывают болезни органов дыхания, как например (Hemophilus influenzae, Klebsiella pneumoniae Legionella, pneumophila, Pseudomonas aeruginosa), выделения (Escherichia coli, Proteus mirabilis, Enterobacter cloacae, Serratia marcescens) и пищеварения (Helicobacter pylori, Salmonella enteritidis, Salmonella typhi).

Ряд грамотрицательных бактерий связан с внутрибольничными инфекциями. В их числе Acinetobacter baumannii, вызывающий бактериемии, вторичный менингит и вентиляторную пневмонию у больных в отделениях реанимации.

Структура липополисахарида

 

Рисунок 1. (слева на право) клеточные стенки и мембраны грамположительной и грамотрицательной бактерий

---

ЛПС - это большие молекулы, состоящие из трех различных секций [4]. ЛПС включает 3 ковалентно-связанных компонента:

• Липид  А (две молекулы глюкозамина, связанные со многими жирными кислотами)
• Центральный олигосахарид - Ядро олигосахарида (небольшая цепочка простых сахаров)
• О-антиген или О-специфическая цепь (цепь многих простых сахаров, способных быть распознанными иммунной системой)

Жировой компонент ЛПС, называемый липидом А, отвечает за токсические и воспалительные свойства ЛПС. Липид А закрепляется на клеточной мембране, в то время как остальная часть ЛПС проецируется с поверхности клетки в окружающую среду. Однако, как только бактерии погибают, а клеточная мембрана распадается, липид А подвергается воздействию и может вызвать повреждение [4]

 

Рисунок 2. Структура липополисахарида

Липид А – это дисахарид с несколькими соединёнными цепями необычной гидрокси-миристиновой жирной кислоты, который «заякоривает» молекулу ЛПС в бактериальной мембране. После разрушения бактериальной клетки липид А высвобождается в кровь и может вызывать тяжёлые токсические последствия вплоть до септического шока. Хотя его токсические эффекты могут быть разрушительными, восприятие липида А иммунной системой человека также может иметь решающее значение для начала иммунных реакций на грамотрицательную инфекцию и для последующей успешной борьбы с инфекцией.

Центральный олигосахарид состоит из необычных сахаров: кетодезоксиоктулозоната и гептозы. Он служит молекулярным мостиком и соединяет липид А с О-антигеном. Является эндотоксином и при высвобождении в кровь, также, как и липид А, может вызывать явления отравления вплоть до септического шока, хотя и в меньшей степени, чем липид А.

О-антиген представляет собой полисахаридные цепи, которые соединены с центральным олигосахаридом. Эта часть ЛПС экспонирована в окружающую среду. Состав О-антигена варьирует в зависимости от штамма бактерии. Чем протяжённее полисахариды О-антигена, тем хуже гидрофобные антибиотики проникают через них в бактериальную клетку. Эта часть ЛПС является наиболее иммуногенной и легко распознаётся иммунной системой хозяина, с чем и связано её название.

Рис. 3. Структурные особенности липополисахарида из грамотрицательной бактерии. Липополисахарид (ЛПС) обеспечивает структурную и функциональную целостность наружной мембраны грамотрицательных бактерий. ЛПС представляет собой амфипатическую молекулу с общей структурой, состоящей из трех различных областей: гидрофобного липида А, основного полисахарида и О-антигена (повторов полисахаридной цепи, где n может быть до 40 повторов). Липид А состоит из бисфосфорилированного диглюкозаминового остова, замещенного шестью ацильными цепями, которые присоединены сложноэфирной или амидной связью.

---

 Часть 2. Как липополисахариды вызывают воспаление и как вы можете проверить их на наличие?

Итак, липополисахариды или ЛПС - это бактериальные токсины, которые могут вызвать воспаление и проблемы со здоровьем, если они попадают в кровоток. Обычно безопасно размещенные в кишечнике, липополисахариды становятся токсичными, попадая в кровь, если у вас есть инфекция, увеличена кишечная проницаемость или вы едите слишком много жирной пищи.

	Рисунок 5. Художник изобразил эндотоксин и липополисахарид-связывающий белок (красный) с двумя мононуклеарными фагоцитами на заднем плане.
Рисунок 4 (вверху-слева). Распознавание ЛПС toll-подобным рецептором 4 (TLR4). Сывороточный протеин LBP (LPS-связывающий белок) связывает мономер ЛПС из грамотрицательных бактерий и доставляет его к молекуле CD14, которая может быть либо растворимой, либо мембраносвязанной. CD14 переносит ЛПС на эктодомен рецепторного комплекса TLR4 / MD-2, что приводит к гомодимеризации TLR4. Это изменение конформации приводит к димеризации цитоплазматического TIR-домена (рецептора Толл-интерлейкина-1), который обеспечивает сайт связывания для MyD88. Это активирует транскрипционный фактор ядерного фактора-kB (NF-kB) и MAPK (митоген-активированная протеинкиназа), а также транскрипцию различных провоспалительных цитокинов. Кроме того, эндоцитоз комплекса LPS-TLR4 / MD-2 приводит к TRIF-зависимому сигнальному пути, который опосредует индукцию фактора регуляции интерферона 3 (IRF3) и интерферонов 1 типа.
Рисунок 7. Связывание липополисахарида связывающего белка с липидной областью молекулы эндотоксина.	Рисунок 8. Эндотоксин-липополисахаридный связывающий белковый комплекс связался с рецептором CD14 (фиолетовым) на поверхности мононуклеарного фагоцита. Справа виден Toll-подобный рецептор 4 с его трансмембранными и внутриклеточными доменами.
Рисунок 9. Поскольку CD14 и эндотоксин взаимодействуют с Toll-подобным рецептором 4 (TLR-4), липополисахарид-связывающий белок диссоциирует и возвращается в кровоток.	Рисунок 10. В результате взаимодействия между эндотоксином, CD14 и TLR-4 стимулирующий сигнал передается внутрь клетки. Внутриклеточный домен Толл-подобного рецептора 4 обнажает сайты связывания внутриклеточных белков, которые участвуют в процессе клеточной сигнализации.

Судьба эндотоксина в циркуляции

После того, как эндотоксин получает доступ к циркуляции, он может взаимодействовать с циркулирующими белками и клетками крови или он может быть удален тканефиксированными макрофагами в печени, селезенке и легочных сосудах. Из-за гидрофобной природы его липидной области эндотоксин имеет тенденцию образовывать агрегаты в плазме. Поскольку агрегаты взаимодействуют с липопротеинами высокой плотности и уникальным белком плазмы, называемым липополисахарид-связывающим белком, они диспергируются в мономеры эндотоксина (рис. 5 и 6). Связывание эндотоксина с липопротеинами высокой плотности продлевает период полураспада эндотоксина в циркуляции, но снижает его способность взаимодействовать с провоспалительными клетками. Благодаря своей функции по доставке эндотоксина к воспалительным клеткам хозяина липополисахарид-связывающий белок существенно повышает чувствительность хозяина к эндотоксину. Он достигает этого эффекта путем переноса мономеров эндотоксина на рецептор клеточной поверхности под названием CD14, который существует главным образом на мононуклеарных фагоцитах. (рис. 7).

Взаимодействие между эндотоксином, липополисахарид-связывающим белком и CD14 повышает чувствительность этих клеток к эндотоксину и приводит к синтезу попурри провоспалительных медиаторов. В исследованиях in vitro этот последний эффект эндотоксина может быть предотвращен моноклональными антителами, направленными против CD14, или ферментативным удалением CD14 с поверхности клеток. Эти результаты свидетельствуют о Центральной и важной роли CD14 в клеточном ответе на эндотоксин. Кроме того, имеются данные о том, что эндотоксин и липополисахарид-связывающий белок могут взаимодействовать с растворимой формой CD14, которая высвобождается с поверхности мононуклеарных фагоцитов. Через эти взаимодействия эндотоксин-растворимый комплекс CD14 взаимодействует с клетками, лишенными CD14, такими как эндотелиальные клетки, тем самым инициируя воспалительные эффекты, вовлекающие эти клетки. Хотя рецептор CD14 играет центральную роль в реакции клеток-хозяев на эндотоксины, этот рецептор не способен передавать сигнал эндотоксина внутрь клетки. По существу, CD14-это поверхностный рецептор клетки, который прикреплен к внешней поверхности клетки углеводной связью; он не включает в себя участки, пересекающие клеточную мембрану, и поэтому не может инициировать высвобождение вторых мессенджерных систем или сигнальных путей трансдукции, которые приводят к синтезу провоспалительных медиаторов. Однако было идентифицировано более десятка Toll-подобных рецепторов млекопитающих, и было обнаружено, например, что Toll-подобный рецептор 4 отвечает за доставку сигнала эндотоксина от CD14 к внутренней части клетки (рис. 8 и 9). Что интересно, CD14 не селективен в отношении эндотоксинов, поскольку он также распознает и связывается с клеточными компонентами грамположительных бактерий, такими как пептидогликан. Toll-подобный рецептор 2 затем доставляет этот сигнал внутрь клетки, тем самым инициируя свою собственную специфическую серию клеточных реакций...

---

Липополисахариды (ЛПС) являются одной из основных причин системного, низкосортного воспаления. На самом деле внутривенное введение ЛПС часто используется в исследовательских экспериментах для того, чтобы вызвать воспаление [1].

Воздействие ЛПС вызывает как у грызунов, так и у людей проявление «болезненного поведения», включая депрессию, нарушение когнитивных функций и социальную самоизоляцию [1].

ЛПС также считаются ключевым звеном между западными диетами, воспалением, ожирением и метаболическими нарушениями [2].

ЛПС обычно присутствуют в крови на очень низких уровнях. При некоторых инфекциях уровень ЛПС существенно повышается, вызывая сепсис. ЛПС также может попадать в кровь при негерметичном кишечнике или с определенными типами жира [3].

ЛПС может попасть в кровь, если у вас есть инфекция или т.н. «дырявый кишечник» (увеличена кишечная проницаемосчть). Они могут вызвать т.н. низкосортное воспаление, депрессию, ожирение и когнитивные проблемы.

Где находятся липополисахариды?

ЛПС обнаруживаются на наружной мембране грамотрицательных бактерий ("хорошие" кишечные бактерии и пробиотики, например, являются грамположительными бактериями). Грамотрицательные бактерии, такие как кишечная палочка и сальмонелла, являются одним из видов бактерий, которые часто вызывают проблемы со здоровьем и сопротивляются антибиотикам.

Грамотрицательные бактерии колонизируют дыхательные, мочевые и желудочно-кишечные тракты, в том числе рот и кишечник. Самые большие их концентрации находятся в кишечнике.

ЛПС содержится во многих бактериях, вызывающих кишечные, респираторные и мочевые инфекции. «Хорошие» кишечные бактерии и пробиотики не содержат ЛПС.

Как липополисахариды разрушают иммунную систему?

ЛПС являются мощными стимуляторами иммунной системы. Если ЛПС остаются в кишечнике, они не активируют иммунную систему и не причиняют вреда. Способность ЛПС стимулировать воспаление зависит от их способности проникать в кровь [5].

Помимо инфекции, двумя основными путями проникновения ЛПС в кровь из кишечника являются "дырявый кишечник" (повышенная проницаемость кишечника) и через жиросодержащие хиломикроны.

Хиломикроны - это жировые транспортеры, ответственные за всасывание и перенос пищевых жиров и холестерина из кишечника в кровь. ЛПС связываются с хиломикронами и могут переноситься через стенку кишечника в кровь [6].

Связывание и транспортировка ЛПС хиломикронами - это естественный процесс, который помогает удалить ЛПС и доставить их в печень для детоксикации. Однако не все ЛПС, транспортируемые хиломикронами, быстро детоксифицируются, а некоторые могут оставаться несвязанными в крови [6].

В крови ЛПС связываются с моноцитами, дендритными клетками, макрофагами и В-клетками (все это белые кровяные тельца) и направляют их на выработку транскрипционных факторов NF-kB и AP-1.

Эти транскрипционные факторы затем стимулируют выработку воспалительных цитокинов TNF-a, IL-1b, IL-6 и CRP. ЛПС может также увеличивать выработку оксида азота, супероксида (свободного радикала) и эйкозаноидов (продуктов расщепления жира, усиливающих воспаление, таких как PGE2) [5].

Как только они попадают в кровь, ЛПС могут воздействовать на иммунные клетки и вызывать воспаление, увеличивая выработку цитокинов.

Детоксикация липополисахаридов

Печень - главный орган, отвечающий за выведение ЛПС из крови. Большинство системных ЛПС поглощаются клетками Купфера в печени, где они нейтрализуются и затем выводятся с желчью [7].

Фермент в кишечнике, называемый щелочной фосфатазой, может удалять фосфатные группы из ЛПС, что уменьшает их воспалительные эффекты. При низком уровне ферментов расщепляется меньшее количество ЛПС и повышается уровень циркулирующих ЛПС [8].

Причины повышенного уровня ЛПС в крови

1) Инфекция

Состояние повышенного содержания ЛПС в крови (эндотоксемия) наиболее сильно проявляется во время инфекции, когда в кровь попадает большое количество грамотрицательных бактерий.

Больницы измеряют уровень ЛПС своих пациентов, чтобы предсказать выживаемость после инфекции или процедуры [9]. Примером инфекции, вызывающей эндотоксемию, является пародонтит, при котором высокие уровни ЛПС из полости рта попадают в кровь и вызывают системное воспаление [10].

Другой распространенной инфекцией, вызывающей эндотоксемию, является Neisseria meningitidis, которая может распространяться из задней части носа и горла, повышая уровень ЛПС по всему организму. Это приводит к менингококковым заболеваниям, таким как воспаление оболочек (мозговых оболочек), окружающих головной и спинной мозг, или менингит [11].

2) «Дырявый Кишечник»

ЛПС - это большие молекулы, и они слишком велики, чтобы пройти через крошечные промежутки в кишечнике здорового человека. Однако, когда слизистая оболочка кишечника повреждается и возникают большие промежутки, ЛПС может проходить через эту кишечник в кровь (т.е. при увеличенной кишечной проницаемости).

В исследовании 44 пациентов, перенесших операцию на поджелудочной железе, системные уровни ЛПС коррелировали с «дырявой кишкой» спочти идеальной линейной зависимостью [12]. Также, «дырявый кишечник» ассоциировался с ЛПС у 137 человек [13, 14]. Однако другое исследование показало, что «дырявый кишечник», вызванный аспирином, не приводит к повышению уровня ЛПС в крови [15]. У мышей «дырявый кишечник» вызывал повышенный уровень ЛПС и системное воспаление [16].

Инфекции и повышенная проницаемость кишечника (“дырявая кишка”) являются двумя распространенными причинами системного воспаления и ЛПС в крови.

3) Жирные блюда

В исследовании 20 участников потребление двух приемов пищи с эквивалентным количеством калорий (один прием с высоким содержанием жира, один с низким) показало, что прием пищи с высоким содержанием жира увеличивает ЛПС, активные формы кислородаи активность NF-kB [17].

В исследовании 12 мужчин, съевших смешанный завтрак с 33% калорий из жира, наблюдалось увеличение ЛПС и воспалительных цитокинов IL-6 через 2 часа после еды [18].

Повышенные уровни ЛПС в крови и хиломикронах были обнаружены через 3 часа после употребления 50 г жира (10 г насыщенного жира, 30 г мононенасыщенного жира и 10 г полиненасыщенного жира) в исследовании 40 пациентов с ожирением [19].

Коротко- и среднецепочечные жирные кислоты не повышают уровень ЛПС, поскольку они всасываются непосредственно воротной веной и не вызывают образования хиломикронов [20].

Жировые отложения человека могут влиять на то, как их уровни ЛПС реагируют на жир. В исследовании 16 мужчин только люди с ожирением имели более высокие уровни ЛПС после еды после 40 г молочного жира по сравнению с людьми с нормальным весом. Хиломикроны тучных людей также были более насыщены ЛПС, чем у людей с нормальным весом [21].

Аналогичным образом, в исследовании 54 человек, страдающих сахарным диабетом 2 типа, с нарушением уровня глюкозы натощак и ожирением, уровень ЛПС у них был повышен в ответ на прием пищи с высоким содержанием жиров, в то время у худых здоровых людей этого не наблюдалось. Уровень ЛПС повышался на 124% у больных сахарным диабетом 2 типа [22].

Насыщенный жир

В клиническом испытании 75 пациентов с метаболическим синдромом диета с высоким содержанием насыщенных жиров увеличивала уровни LPS по сравнению с диетой с высоким содержанием мононенасыщенных жиров, диетой с низким содержанием жиров и сложными углеводами и диетой с низким содержанием жиров и сложными углеводами с добавлением омега-3 [23].

В исследовании, проведенном с участием 8 взрослых, месячная диета с высоким содержанием жиров (40% от общей калорийности) и насыщенных жиров (20% от общей калорийности) увеличивала уровни LPS на 71% по сравнению с диетой с низким содержанием жиров и высоким содержанием клетчатки, при которой уровень ЛПС снизился на 31% [24].

В исследовании с участием 48 здоровых людей 300 калорий чистых сливок повышали уровень ЛПС до 5 часов после употребления, в то время как равные калорийности сахара, апельсинового сока и воды - нет [25].

В исследовании с участием 20 здоровых взрослых людей 16 г кокосового масла (82% насыщенных жиров) увеличивали ЛПС, но потребление омега-3 приводило к более низкому ответу ЛПС. Повышения уровня ЛПС от масла виноградных косточек (омега-6 жирная кислота) не наблюдалось [26].

В исследовании с участием 28 человек 3 недели диеты с высоким содержанием насыщенных жиров пальмитиновой кислотой повышали уровни TNF-a в крови, индуцированные ЛПС. Однако потребление диеты с высоким содержанием олеиновой кислоты (мононенасыщенных жиров) в течение 3 недель снижало ЛПС-индуцированные IL-1b, IL-18, IL-10 и TNF-a [27].

Потребление диеты с высоким соотношением пальмитиновая кислота / олеиновая кислота привело к секреции IL-1b из ЛПС-стимулированных лейкоцитов (лимфоцитов и моноцитов) в небольшом испытании с участием 12 женщин  [28].

Пища с высоким содержанием жиров может увеличить воспаление и уровень ЛПС, особенно у людей с ожирением, но это все еще неясно.

Эмульгированный жир

В эмульгированный жир добавлено соединение (например, лецитин), чтобы его было легче смешивать с водой. Эмульгаторы распространены во многих продуктах, включая майонез и мороженое. Эмульгирование также увеличивает способность пищевых жиров расщепляться в пищеварительной системе.

В клинических испытаниях с участием 16 мужчин потребление 40 г эмульгированного молочного жира увеличивало уровень ЛПС, связанного с хиломикронами, по сравнению с потреблением 40 г неэмульгированного молочного жира [29].

У животных потребление эмульгированного подсолнечного масла повысило уровень ЛПС после еды больше, чем неэмульгированное подсолнечное масло. Эмульгирование увеличивает площадь поверхности масла и способствует абсорбции и хранению жира в хиломикронах [18].

4) Высококалорийные диеты

Перекармливание на 760 калорий в день в течение 8 недель увеличило уровень ЛПС на 160% в исследовании с участием 18 здоровых мужчин. ЛПС был связан с IL-6 [30].

Общее потребление калорий было связано с уровнем ЛПС в исследовании почти 3500 здоровых мужчин [31,].

5) Чрезмерное употребление алкоголя

Острое пьянство и хроническое употребление алкоголя повышают системный уровень ЛПС [33,].

Повышенная кишечная проницаемость («дырявый кишечник») и более высокие уровни циркулирующего ЛПС наблюдались в исследовании 54 пациентов с хроническим злоупотреблением алкоголем [35].

Однако, по сравнению с непьющими, умеренное потребление алкоголя было связано с более низким уровнем ЛПС в исследовании с участием более 900 взрослых [36].

6) Дисбактериоз кишечника

Дисбактериоз кишечника - это дисбаланс кишечных бактерий, при котором обычно доминирующие виды уменьшаются и/или обычно уменьшаeтся количество видов (например, избыточный бактериальный рост в тонком кишечнике или СИБР).

В исследовании 30 здоровых взрослых людей с более низким уровнем бактероидов в кале наблюдался повышенный уровень ЛПС в крови [37].

У мышей бифидобактерии могут снижать уровень ЛПС за счет улучшения барьерной функции кишечника. Напротив, увеличение грамотрицательных бактерий может увеличить проницаемость кишечника и привести к повышению уровня ЛПС в крови [2].

7) Стресс

В клиническом испытании с участием 39 женщин у тех, кто выполнял стрессовую задачу в присутствии критически настроенной аудитории, было больше ЛПС-стимулированной продукции TNF-a, чем у тех, кто выполнял задачу без аудитории [38].

В другом исследовании с участием 72 женщин, проведение имитационного собеседования с последующим решением сложной задачи по решению головоломки увеличивало ЛПС-стимулированное производство TNF-a и IL-6 [39].

8) Социальная изоляция

В исследовании 115 участников, у людей, более чувствительных к социальной разобщенности, было обнаружено увеличение воспалительных молекул (TNF-a и интерлейкин-6) в ответ на ЛПС и повышение активности множественных воспалительных генов [40].

В двух исследованиях люди, которые испытывали большее чувство одиночества, имели большую ЛПС-стимулированную продукцию TNF-a, IL-6 и IL-1 в ответ на стрессовую задачу по сравнению с теми, кто был менее одиноким [41].

9) Напряженное детство

Воздействие непредсказуемой и стрессовой среды детства было связано с большей ЛПС-стимулированной продукцией IL-6 в исследовании 135 девочек-подростков [43].

10) Курение

Одна выкуренная сигарета содержит высокий уровень биологически активного ЛПС из-за бактерий на листьях табака [44]. Курение сигарет увеличивает выработку ЛПС-стимулированного белка (TLR4) и ЛПС-связанных воспалительных цитокинов (NF-κB, IL-8) в клетках дыхательных путей человека [45].

Факторы, вредные для здоровья, такие как курение, пьянство, стресс и дисбаланс кишечника, могут увеличивать ЛПС и воспаление в организме.

Как измерить липополисахариды?

Результаты лабораторных исследований обычно отображаются в виде набора значений, известных как «эталонный диапазон», который иногда называют «нормальным диапазоном». Контрольный диапазон включает верхний и нижний пределы лабораторного теста, основанного на группе в остальном здоровых людей.

Ваш лечащий врач сравнит результаты вашего теста ЛПС с контрольными значениями, чтобы увидеть, выходят ли они за пределы диапазона ожидаемых значений. Поступая таким образом, вы и ваш лечащий врач можете получить подсказки, которые помогут определить возможные состояния или заболевания.

Помните, что некоторые различия между лабораториями возникают из-за различий в оборудовании, методах и используемых химикатах. Не паникуйте, если ваш результат немного выходит за пределы допустимого диапазона в приложении - пока он находится в нормальном диапазоне на основе лаборатории, проводившей тестирование, ваше значение нормальное.

Однако важно помнить, что нормальный тест не означает отсутствие определенного заболевания. Ваш врач интерпретирует ваши результаты вместе с вашей историей болезни и другими результатами анализов.

Но помните, что одного теста недостаточно для постановки диагноза. Ваш врач интерпретирует этот тест с учетом вашей истории болезни и других тестов. Слегка низкий / высокий результат может не иметь медицинского значения, поскольку этот тест часто меняется в зависимости от дня и от человека к человеку.

LBP-тест крови

Лучшим показателем ЛПС (LPS) является ЛПС-связывающий белок крови (LBP). Хотя прямое измерение ЛПС возможно, LBP обычно считается более надежным, точным и лучшим биомаркером общей бактериальной нагрузки [46].

LBP вырабатывается в основном в печени, связывается с ЛПС и усиливает иммунные ответы. Таким образом, LBP является биомаркером как нагрузки ЛПС, так и связанного с ней врожденного иммунного ответа [47].

Циркуляция LBP связана с увеличением массы тела, снижением чувствительности к инсулину, диабетом 2 типа и ожирением [48,].

Диетическая модификация кишечных бактерий из-за пожизненного ограничения калорий уменьшила LPB у мышей [50].

Нормальные уровни

У пациентов с бактериальной инфекцией уровни LBP составляли 33,41 мг/л по сравнению с 5,61 мг/л у здоровых пациентов [51].

У здоровых подростков с нормальным весом уровень LBP составлял 6 мг/л по сравнению с 7,8 мг/л у молодых людей с избыточным весом и ожирением [52].

---

Итоговые положения №1:

• Липополисахариды (ЛПС) - это бактериальные токсины, которые могут попасть в кровь, если у вас есть инфекция или «дырявый кишечник». Ограниченные исследования показывают, что эти маленькие посторонние частицы могут вызывать легкое воспаление, депрессию, ожирение и когнитивные проблемы.
  
• ЛПС содержится во многих бактериях, вызывающих инфекции кишечника, дыхательных путей и мочевыводящих путей. «Хорошие» кишечные бактерии и пробиотики не содержат ЛПС.
  
• Две распространенные причины ЛПС и воспаления - это инфекции и «дырявый кишечник». Многие нездоровые привычки, такие как курение, злоупотребление алкоголем, стресс и дисбаланс кишечника из-за неправильного питания, также могут повышать уровень LPS в организме.
  
• Уровни ЛПС можно измерить в крови. Ваш врач может назначить этот тест, если подозревает, что у вас бактериальная инфекция.

---

Часть 3. Потенциальные риски для здоровья при высоком уровне ЛПС

Примечание: Условия, которые мы обсуждаем здесь, обычно связаны с высоким уровнем ЛПС, но этого единственного симптома недостаточно для точной постановки диагноза, что следует обязательно учесть.

1) Усталость

Усталость достоверно вызывается у человека введением ЛПС, как часть индуцированного ЛПС "болезненного поведения" [53].

ЛПС увеличивал усталость и воспаление (IL-6, TNF-a) в небольшом исследовании с участием 11 здоровых участников. Предварительная обработка циталопрамом (СИОЗС) предотвращала повышение утомляемости [54].

В исследованиях 168 пациентов уровень ЛПС был выше у пациентов с синдромом хронической усталости и был связан с тяжестью симптомов, включая усталость проблемы, с концентрацией внимания и ухудшение памяти [55, 56].

2) Плохая Память

В небольшом исследовании, проведенном на 20 здоровых мужчинах, внутривенное введение ЛПС нарушило вербальную и невербальную память, а также усилило тревогу и депрессию. Секреция воспалительных цитокинов ассоциировалась со снижением производительности памяти [57].

Введение ЛПС повышало тревожность, депрессию, уровень кортизола и норадреналина в крови в другом исследовании на 34 мужчинах. Низкие дозы ЛПС нарушали долговременную память, в то время как высокие дозы ЛПС увеличивали время реакции. Авторы утверждали что, воспаление может усиливать кратковременную бдительность, хотя это является спекулятивным с их стороны [58].

3) Тревожность и низкая эмпатия

В клиническом исследовании на 115 здоровых людях ЛПС снижал способность участников точно понимать эмоциональное состояние человека, глядя ему в глаза [59].

В небольшом исследовании на 18 мужчинах введение ЛПС ухудшало настроение и повышало тревожность. ЛПС также усиливал активацию правой нижней орбитофронтальной коры в ответ на эмоциональные зрительные стимулы. Эта область мозга связана с распознаванием страха и гнева, поэтому повышенная активность может иметь повышенные негативные эмоции по отношению к стимулам [60].

Ученые могут экспериментально вызвать усталость, нарушение памяти и беспокойство с помощью ЛПС, но необходимы дополнительные исследования.

4) Депрессия и социальная разобщенность

Введение ЛПСпоследовательно усиливало депрессию в многочисленных исследованиях [61]. Инъекция ЛПС усиливала чувство социальной разобщенности, депрессиии воспаления (IL-6, TNF-a) в исследовании 39 участников [62].

Продукция TNF-a повышается в гиппокампе животных после инъекции ЛПС. Считается, что эта активация иммунных клеток в головном мозге вносит значительный вклад в избирательное повреждение клеток головного мозга, связанное с депрессией [63].

В исследовании с участием 9 участников метаболизм глюкозы (потребление энергии) был увеличен в островковой доле и уменьшился в поясной коре головного мозга из-за воспаления, вызванного ЛПС [64]. Островок связан с отрицательными эмоциями, а поясная извилина - с положительным настроением. Таким образом, увеличение использования энергии островковой частью и уменьшение использования энергии поясной извилиной могут вызывать негативные чувства.

ЛПС повышал утомляемость и снижал бодрость и социальный интерес в исследовании на 10 здоровых людях [65].

5) Неспособность испытывать удовольствие

Инъекция ЛПС усиливала депрессивное настроение и снижала реакцию мозга на сигналы денежного вознаграждения (снижение активности вентрального стриатума) в клиническом исследовании на 39 людях [66].

У животных ЛПС последовательно снижал предпочтение вкусной пищи, стимулирующее поведение и исследование новой среды обитания [61].

В небольших экспериментах на людях ЛПС, по-видимому, ухудшает настроение, социальное поведение и способность испытывать удовольствие; крупномасштабные данные отсутствуют.

6) Нарушенный Сон

ЛПС нарушил сон и замедлил быстрый сон у здоровых людей [67, 68]. В исследовании с участием 10 мужчин ЛПС также снижал медленный сон и увеличивал сонливость в течение дня [69].

7) Лихорадка

Лихорадка – это признак повышенного уровня ЛПС. ЛПС стимулирует высвобождение простагландинов (PGE2), которые связываются со своими рецепторами в гипоталамусе для повышения температуры тела [70].

8) Плохое репродуктивное здоровье женщин

В исследовании 45 женщин, проходивших лечение экстракорпоральным оплодотворением, уровень ЛПС был связан с воспалением яичников и снижением выработки прогестерона. Воспаление яичников и дефицит прогестерон указывают ана нарушение репродуктивного здоровья и связаны с бесплодием [71, 72].

9) Снижение Аппетита

У людей низкие дозы ЛПС снижают потребление пищи впервые 4 часа. Снижение потребления пищи было связано с уровнем в крови TNF-a, IL-6 [57, 73].

Предполагается, что ЛПС нарушает сон, репродуктивное здоровье и аппетит, но имеются лишь предварительные данные.

10) Низкая толерантность к боли

В исследовании 11 здоровых мужчин введение ЛПС повышало чувствительность к ректальной боли и снижало толерантность к боли [74]. ЛПС также снижал толерантность к давлению, механической боли и холоду в клиническом исследовании 59 здоровых мужчин [75].

11) Сахарный диабет

Повышенный уровень ЛПС ассоциируется с повышенным риском развития сахарного диабета [76].

У людей с диабетом 1 типа уровень ЛПС на 235,7% выше, чем у людей без диабета. Аналогичным образом, у людей с сахарным диабетом 2 типа уровень ЛПС на 66,4% выше, чем у лиц без диабета [77].

Нарушение метаболизма липопротеинов у больных сахарным диабетом 2 типа снижает распад ЛПС и может усиливать воспаление, связанное с ЛПС [78].

В исследовании 477 человек с сахарным диабетом 1 типа высокая активность ЛПС была связана с развитием диабетической болезни почек [79].

12) Ожирение

Активность ЛПС и связывающий его белок были ассоциированы с ожирением в исследовании,проведенном на более чем 3500 взрослых [80, 81].

ЛПС, вводимый мышам в течение 4 недель, вызывал увеличение веса, сравнимое с тем, которое индуцировалось диетой с высоким содержанием жиров [82].

13) Метаболический Синдром

Метаболический синдром - это группа факторов, повышающих риск развития сердечно-сосудистых заболеваний. К ним относятся высокое кровяное давление, высокий уровень сахара в крови, высокий уровень триглицеридов абдоминальное ожирение, и низкий уровень холестерина ЛПВП [83].

В исследовании 192 взрослых с этническим разнообразием уровень ЛПС был связан с увеличением окружности талии, отношения талии к бедрам, общего холестерина, триглицеридов и инсулина, а также снижением уровня холестерина ЛПВП [84].

Активность ЛПС и ЛПС-связывающий белок были ассоциированы с метаболическим синдромом в исследовании, проведенном на более чем 3500 взрослых [80, 81].

ЛПС был связан с ожирением, диабетом и метаболическим синдромом, но вызывает ли он какие-либо из этих состояний, неизвестно.

14) Болезни Сердца

Уровень ЛПС постоянно повышается у пациентов с заболеваниями сердца и затвердением артерий [85].

Среди пациентов с высоким уровнем сахара в крови натощак ЛПС ассоциировался с активацией тромбоцитов в исследовании 70 пациентов. Повышенная активация тромбоцитов способствует свертыванию крови, что может увеличить риск сердечных заболеваний [86].

15) Неалкогольная Жировая Болезнь Печени

Люди с неалкогольной жировой болезнью печени имели повышенный уровень ЛПС в исследовании более 900 взрослых. Интересно, что умеренное потребление алкоголя было связано с более низким уровнем ЛПС [87].

16) Воспалительные Заболевания Кишечника

Высокие уровни ЛПС постоянно наблюдаются у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК) [88, 85]. Повышенный уровень ЛПС был обнаружен у 94% пациентов с болезнью Крона и 88% пациентов с язвенным колитом в исследовании 64 пациентов. Кроме того, тяжесть ВЗК была связана с уровнем ЛПС [89].

17) Рак

Более высокие уровни ЛПС были связаны с увеличением частоты колоректальных опухолей в исследовании 462 взрослых [90]. ЛПС также увеличивал способность клеток колоректального рака распространяться [91].

18) Болезнь Альцгеймера

Высокий уровень ЛПС и воспалительных цитокинов был ассоциирован с болезнью Альцгеймера в исследовании 69 пациентов [92]. Точно так же антитела к грамотрицательным бактериям пародонта были ассоциированы с болезнью Альцгеймера в исследовании 158 участников [93].

19) Болезнь Паркинсона

В исследовании 19 человек пациенты с болезнью Паркинсона показали повышенную проницаемость кишечника и уровень ЛПС в кишечнике по сравнению со здоровыми участниками [94].

20) Аутизм

В одном исследовании уровень ЛПС был выше у аутистов по сравнению со здоровыми людьми. ЛПС также ассоциировался с ухудшением социального взаимодействия у лиц с аутизмом [95].

21) ВИЧ

Транспорт ЛПС из кишечника в кровь связанс более быстрым прогрессированием ВИЧ-инфекции [96].

22) Заболевания Сетчатки

Пигментные клетки сетчатки погибали из-за воздействия ЛПС-индуцированных воспалительных цитокинов (IL-6 и IL-8) [97].

Могут ли низкие дозы ЛПС когда-нибудь быть хорошими?

Есть некоторые доказательства из исследований на животных, что пероральное введение ЛПС может помочь в профилактике заболеваний, сохраняя иммунные клетки, называемые макрофагами, в режиме оповещения. В этом сценарии низкодозированные ЛПС «приминают» макрофаги для удаления близлежащих продуктов жизнедеятельности, не будучи достаточно сильными, чтобы вызвать высвобождение воспалительных цитокинов [98, 99].

Часть 4. Как уменьшить количество липополисахаридов (ЛПС) и воспаление

Следующие изменения образа жизни могут помочь вам уменьшить воспалительную реакцию, вызванную ЛПС. Обсудите со своим врачом, может ли какая-либо из этих стратегий помочь в вашем случае. Никогда не применяйте их вместо того, что рекомендует или предписывает ваш врач.

1) Пребиотики

В трех клинических исследованиях 119 пациентов с ожирением и диабетом инулин /олигофруктоза, потребляемые ежедневно в течение 8-12 недель, снижали уровень ЛПС и воспаление, а также повышали бифидобактерии (полезные кишечные бактерии) и контроль уровня сахара в крови [100, 101, 102].

Резистентный крахмал снижал ЛПС, окислительный стресс и инсулинорезистентность в другом исследовании 56 женщин с сахарным диабетом 2 типа [103].

Инулиноподобные фруктаны повышали уровень бифидобактерий, что было связано с более низким уровнем ЛПС в исследовании на 30 тучных женщинах [104].

2) Пробиотики

В исследовании на 30 пациентах с циррозом печени (повреждением печени) Lactobacillus GG, принимаемый в течение 8 недель, снижал уровень ЛПС и TNF-a [105].

В другом исследовании у 30 триатлонистов ежедневная добавка 30 млрд. КОЕ штаммов лактобактерий и бифидобактерий в течение 12 недель снижала уровень ЛПС до гонки и через шесть дней после гонки [106].

В исследовании на 44 ВИЧ-пациентах 12-недельное лечение Saccharomyces boulardii снижало уровень ЛПС и системного воспаления (IL-6) [107].

В исследовании на 50 женщинах, получавших пробиотики и японскую фитотерапию (Бофуцусосан), повышенный уровень пробиотика Bifidobacterium breve в кишечнике был связан с более низким уровнем [108].

B. infantis 35624 снижал продукцию TNF-a и IL-6, вызванную ЛПС, в исследовании 22 здоровых участников [108].

Как пребиотики, так и пробиотические добавки были связаны с более низкими уровнями ЛПС, но необходимы более крупные испытания.

3) Полифенолы

Экстракт винограда, богатый полифенолами, снижал уровень ЛПС крови в исследовании 29 взрослых [110].

В исследовании 10 здоровых людей потребление ресвератрола и виноградного полифенольного напитка подавляло ЛПС, окислительный стресс и воспалительный стресс-ответ на прием пищи с высоким содержанием жиров и углеводов [111].

У мышей богатый полифенолами экстракт клюквы снижал реакцию ЛПС на высокожирную пищу [60].

4) Красное Вино

Потребление красного вина в течение 20 дней увеличивало уровень бифидобактерий и бактерий Prevotella, что  было связано со снижением уровня ЛПС в исследовании 10 мужчин [121].

Полифенолы красного вина уменьшали количество ЛПС-продуцирующих бактерий и увеличивали количество фекальных бифидобактерий и лактобактерий (протекторов кишечного барьера), а также бактерий, продуцирующих бутират, в исследовании 20 человек [113].

Помните, что потенциальное воздействие красного вина на здоровье может быть перевешено многочисленными рисками употребления алкоголя, особенно если употреблять его в больших количествах.

5) Омега-3 Жирные Кислоты

Высокие дозы омега-3 добавок (3,6 г/сут) снижали лихорадку и умеренно снижали уровень воспалительных цитокинов благодаря введению ЛПС в исследовании 60 здоровых людей [114].

Добавка омега-3 (2,5 г/сут) снижала ЛПС-стимулированную продукцию IL-6 и тревожные симптомы в другом исследовании из 68 участников [115].

У мышей добавление омега-3 и снижение омега-6 увеличивали выработку щелочной фосфатазы, вызывали благоприятные изменения в составе кишечных бактерий и снижали выработку ЛПС, проницаемость кишечника и воспаление [116].

6) Оливковое Масло

Завтрак с высоким содержанием фенола в оливковом масле ограничил повышение уровня ЛПС и воспалительных цитокинов (NF-kB, IL-6, IL-1b и CXCL1) в клиническом исследовании на 49 людях с метаболическим синдромом [117].

В исследовании 28 здоровых и тучных людей, потребление диеты с высоким содержанием пальмитиновой кислоты в течение 3 недель увеличило уровень TNF-a в крови, вызванный ЛПС. Однако потребление высокоолеиновой кислоты (основного жира в оливковом масле) в течение 3 недель снижало уровень индуцированных ЛПС IL-1b, IL-18, IL-10 и TNF-a [118].

7) Апельсиновый Сок

При употреблении с обезжиренной пищей апельсиновый сок предотвращал увеличение ЛПС, окислительного стресса и воспаления по сравнению с водой или сахарной водой в клиническом исследовании на 30 людях [119].

8) Арахис

В исследовании 65 мужчин с избыточным весом потребление высокожирной пищи, включая арахис, снизило уровень ЛПС по сравнению с такой же высокожирной пищей без арахиса. Потребление арахиса с высоким содержанием олеиновой кислоты имело самый сильный эффект [120].

9) Черника

Потребление 400 г/сут черники в течение 8 недель снижало уровень ЛПС, С-реактивного белка, IL-6 и IL-12 в небольшом исследовании из 27 участников [121].

10) Упражнение

Сидячие люди имеют более высокий уровень ЛПС в крови, чем хорошо-подвижные люди [122]. Участие в 12-недельной интервальной программе упражнений снизило уровень ЛПС в исследовании 20 женщин с ожирением [].

Один сеанс высокоинтенсивной интервальной тренировки снижал стимулированное ЛПС высвобождение TNF-альфа сразу после тренировки и через час после нее в исследовании 19 участников [124].

Однако было также показано, что физические упражнения повышают проницаемость кишечника и уровень ЛПС в краткосрочной перспективе [125].

11) Стимуляция блуждающего нерва

В небольшом исследовании, включавшем 20 человек, применение неинвазивного стимулятора блуждающего нерва (гаммакора) 3 раза в сутки повышало уровень противовоспалительного цитокина (IL-10) в ответ на ЛПС [126].

Стимуляция блуждающего нерва ацетилхолином снижала высвобождение воспалительных цитокинов (TNF-а , IL-1В, IL-6, IL-8) в клетках макрофагов [127].

12) Медитация, дыхание и воздействие холода

В исследовании 24 здоровых участников активация симпатической нервной системы в течение одной недели медитации, дыхательных упражнений и погружения в ледяную воду уменьшила воспаление, вызванное ЛПС [128].

13) Лактоферрин

Лактоферрин - это белок, содержащийся в молоке, слезах и слюне, который является частью иммунной системы и защищает от бактерий и грибков. Лактоферрин связывается с ЛПС на бактериях и делает их более восприимчивыми к разрушению иммунной системой или антибиотиками. Кроме того, лактоферрин связывается со свободно плавающими ЛПС и предотвращает воспаление [129]. В клеточном исследовании лактоферрин предотвращал выработку провоспалительного цитокина IL-8, вызванного ЛПС кишечной палочки [130].

14) Активированный Уголь

В одном исследовании активированный уголь полностью удалял ЛПС из плазмы человека (жидкий компонент, который остается после удаления из крови красных и белых кровяных телец и тромбоцитов). Этот результат говорит о том, что активированный уголь может связываться с ЛПС и удалять их [131]. Однако будьте осторожны: уголь не пересекает кишечный барьер, поэтому он может только удалять ЛПС из кишечника. Любые токсины, попавшие в кровоток, находятся вне досягаемости активированного угля.

Кроме того, древесный уголь является мощным адсорбентом, который также связывает (и предотвращает всасывание) важные витамины и другие питательные вещества. Если вы часто используете активированный уголь, вы можете рисковать дефицитом питательных веществ. Никогда не принимайте активированный уголь без консультации с врачом [132, 133, 134].

---

Итоговые положения №2

• Липополисахариды (ЛПС) - это бактериальные токсины, которые могут попасть в кровь, если у вас есть инфекция или «дырявый кишечник».
• Ограниченные исследования связывают ЛПС со многими хроническими проблемами со здоровьем - от болезней сердца до диабета, СРК и проблем со сном.
• Считается, что эти маленькие частицы вызывают системное воспаление и другие неспецифические симптомы. Например, ученые могут использовать ЛПС, чтобы экспериментально вызвать усталость, плохую память, беспокойство и социальную разобщенность.
• Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, играет ли LPS значительную роль в возникновении каких-либо заболеваний.
• Потенциальные здоровые способы уменьшить ЛПС включают приготовление пищи с оливковым маслом и употребление продуктов с высоким содержанием пре- и пробиотиков, полифенолов и жирных кислот омега-3. Согласно ограниченным данным исследований, медитация и стимуляция блуждающего нерва также могут помочь.

---

Дополнительная информация

Роль пробиотиков в липополисахарид-индуцированной аутофагии в эпителиальных клетках кишечника

Примечание редактора. Из вышеизложенного материала следует, что токсическое действие ЛПС грамотрицательных бактерий особенно ярко выражается при попадании эндотоксинов в кровоток, чему может способствовать нарушение кишечной проницаемости. Однако и без транслокации ЛПС через кишечный барьер последние могут принести не мало проблем для здоровья. Известно, что аутофагия, помимо прочего, может индуцироваться окислительным или токсическим стрессом, и что чрезмерная аутофагия может способствовать развитию патологических состояний и гибели аутофагических клеток. В представленном здесь кратком описательном материале на основе исследования ученых из Китайской академии наук, показано, что ЛПС могут индуцировать чрезмерную аутофагию кишечных эпителиальных клеток, и что пробиотики (бифидобактерии) могут эффективно облегчать данную ЛПС-индуцированную аутофагию (на модели крыс) посредством ингибирующих эффектов на 3-х стадиях аутофагии: инициации, созревания и деградации.

Резюме

Предпосылки / цели. Дисфункция аутофагии связана с потерей гомеостаза кишечника. Липополисахарид (ЛПС) грамотрицательных бактерий, как известно, является основным инициатором аутофагии эпителиальных клеток кишечника (IECs). Хотя было установлено, что пробиотики обладают многими терапевтическими свойствами и участвуют в защитных реакциях хозяина, молекулярные механизмы, с помощью которых пробиотики вызывают эти положительные эффекты, остаются неизвестными. В этом исследовании оценивалось влияние пробиотиков на ЛПС-индуцированную дисфункцию физического барьера и основной механизм действия пробиотиков в IECs с акцентом на аутофагию.

Методы. Модель индуцированной ЛПС аутофагии была создана в клетках крыс IEC18, где клетки обрабатывали супернатантами культуральной среды бифидобактерий после вмешательства ЛПС в указанные моменты времени. Аутофагосомы в клетках IEC18 визуализировали с помощью конфокальной микроскопии после трансфекции тандемной конструкцией GFP-mCherry-LC3, а также с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Уровни белка, связанного с аутофагией, анализировали с помощью вестерн-блоттинга, а трансэпителиальное электрическое сопротивление (TEER) измеряли с помощью эпителиального вольтометра.

Результаты: Пробиотическое лечение может эффективно ингибировать ЛПС-индуцированную аутофагию, о чем свидетельствует уменьшенное соотношение LC3-II / LC3-I, меньшее количество аутофагических вакуолей и уменьшенное распределение GFP-mCherry-LC3. Примечание редактора: LC3-I - цитозольная форма LC3, которая конъюгируется с фосфатидилэтаноламином с образованием конъюгата LC3 - LC3-II, т.е. липидной модифицированной формы LC3, участвующей в процессах расширения мембран аутофагосом и слияния.

Кроме того, пробиотики предотвращали ингибирование хлорохином (CQ) аутофагического потока и аутофаголизосомального слияния, о чем свидетельствует неспособность рекрутировать LAMP1 и катепсин D в лизосомы. Интересно, что нокдаун ATG16L1 не подавлял действие пробиотиков на ЛПС-индуцированную аутофагию. Кроме того, снижение барьерной функции можно предотвратить с помощью пробиотиков.

Выводы: мы приводим доказательства того, что аутофагия, при посредничестве пробиотиков, может быть вовлечена в энтеропротекцию против вызванной ЛПС кишечной эпителиальной токсичности и может служить новым механизмом, с помощью которого пробиотики способствуют и поддерживают гомеостаз кишечника.

Введение

Аутофагия - это первичный внутриклеточный катаболический процесс, при котором неисправные цитоплазматические белки или поврежденные органеллы доставляются в лизосомы для деградации и рециркуляции [1,2]. Было показано, что базальные уровни аутофагии участвуют в определенных типах физиологических состояний. Когда клетки подвергаются воздействию определенных стимулов внутренней и внешней среды, таких как пищевой стресс или инвазия микробными или вирусными патогенами, повышенная аутофагия индуцируется для поддержания выживания клеток [1,3]. Аутофагия также играет решающую опосредующую роль в развитии различных патологий у человека, включая нейродегенерацию [4], опухолеобразование [5,6] и сердечно-сосудистые заболевания [7].

Напротив, чрезмерная аутофагия может способствовать развитию патологических состояний и гибели аутофагических клеток [8]. Подавление избыточной аутофагии может облегчить как острое повреждение сердца, так и способствовать выживанию крыс-реципиентов в модели ЛПС-индуцированной сократительной дисфункции кардиомиоцитов [9]. Более того, исследование Bi et al. [10] сообщили, что индукция аутофагии способствует гибели мезангиальных клеток почечных клубочков крыс, в то время как в гепатоцитах предварительная обработка вортманином может облегчить липополисахарид / D-галактозамин-индуцированную острую гепатоцитотоксичность и уменьшить апоптоз и некроз за счет ингибирования аутофагии [11]. Эти результаты показывают, что индукция чрезмерной аутофагии может быть вредной и может усугубить повреждение органов.

Накопленные в последнее время данные свидетельствуют о тесной связи между аутофагией в клетках кишечного эпителия и воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК). Действительно, однонуклеотидные полиморфизмы (SNPs) в пределах двух связанных с аутофагией генов, связанных с аутофагией 16-like 1 (ATG16L1) и связанного с иммунитетом GTPase-семейства M (IRGM), являются важными локусами патогенеза ВЗК [12,13]. Дисфункция этих белков, связанных с аутофагией, связана с выживаемостью внутриклеточных бактерий, секрецией провоспалительных цитокинов и началом колита [12,14]. Таким образом, контроль за тем, как регулируется аутофагия, может быть критической стратегией профилактики и терапии ВЗК.

Известно, что пробиотические бактерии подавляют патогенный рост бактерий, а также модулируют как кишечную комменсальную микробиоту [15,16], так и иммунный ответ слизистой оболочки [17,18]. Пероральное введение специфических пробиотиков может уменьшить экспериментальный колит у мышей с дефицитом IL-10 [19], а в клинических исследованиях пробиотики воздействовали на кишечную флору таким образом, чтобы предотвратить или лечить различные расстройства кишечника, начиная от диареи и пухита до хронического рецидивирующего ВЗК [20,21]. Однако молекулярные механизмы, посредством которых пробиотики оказывают положительное влияние на гомеостаз кишечника, остаются неизвестными.

Bifidobacterium bifidum - это группа пробиотических штаммов бактерий, эффективность которых была подтверждена в профилактическом и поддерживающем лечении диареи и колита [22,23,24]. Таким образом, в данном исследовании мы использовали этот клинически валидированный пробиотик для выявления на молекулярном уровне соответствующих биологических процессов и функциональных изменений, которые происходят в ответ на терапевтические манипуляции воспалением кишечника в модели in vitro с использованием культивированных клеток кишечного эпителия крыс (IECs).

Цель этого исследования состояла в том, чтобы исследовать влияние пробиотиков на ЛПС-индуцированную аутофагию и дать новое представление о пробиотической опосредованной защите кишечника.

Наши результаты показывают, что пробиотики могут эффективно облегчать вызванную ЛПС аутофагию посредством ингибирующих эффектов на трех стадиях аутофагии: инициации, созревания и деградации. Что еще более важно, мы обнаружили, что пробиотики могут значительно улучшить и восстановить целостность физического барьера, которая уменьшается при лечении ЛПС.

Подробнее см.: по ссылке→

Важно: Контроль кишечной проницаемости - залог здоровья!

К разделам:

• Кишечная микробиота в клинической диагностике
• Основа микробиологии: микроорганизмы

Литратура

1. Jiang Y, Gao M, Wang W, Lang Y, Tong Z, Wang K, Zhang H, Chen G, Liu M, Yao Y, Xiao X: Sinomenine hydrochloride protects against polymicrobial sepsis via autophagy. Int J Mol Sci 2015;16:2559-2573.
2. Miccoli A, Gioacchini G, Maradonna F, Benato F, Skobo T, Carnevali O: Beneficial bacteria affect Danio rerio development by the modulation of maternal factors involved in autophagic, apoptotic and dorsalizing processes. Cell Physiol Biochem 2015;35:1706-1718.
3. Tong Z, Jiang B, Zhang L, Liu Y, Gao M, Jiang Y, Li Y, Lu Q, Yao Y, Xiao X: HSF-1 is involved in attenuating the release of inflammatory cytokines induced by LPS through regulating autophagy. Shock 2014;41:449-453.
4. Lee JY, Kawaguchi Y, Li M, Kapur M, Choi SJ, Kim HJ, Park SY, Zhu H, Yao TP: Uncoupling of Protein Aggregation and Neurodegeneration in a Mouse Amyotrophic Lateral Sclerosis Model. Neurodegener Dis 2015;15:339-349.
5. Pandey S: Aldose Reductase Inhibitor Fidarestat as a Promising Drug Targeting Autophagy in Colorectal Carcinoma: a Pilot Study. Asian Pac J Cancer Prev 2015;16:4981-4985.
6. Hao W, Zhang X, Zhao W, Zhu H, Liu ZY, Lu J, Chen X: Cryptotanshinone induces pro-death autophagy through JNK signaling mediated by reactive oxygen species generation in lung cancer cells. Anticancer Agents Med Chem 2016;16:593-600.
7. Wang W, Wang H, Geng QX, Wang HT, Miao W, Cheng B, Zhao D, Song GM, Leanne G, Zhao Z: Augmentation of autophagy by atorvastatin via Akt/mTOR pathway in spontaneously hypertensive rats. Hypertens Res 2015;38:813-820.
8. Denton D, Nicolson S, Kumar S: Cell death by autophagy: facts and apparent artefacts. Cell Death Differ 2012;19:87-95.
9. Turdi S, Han X, Huff AF, Roe ND, Hu N, Gao F, Ren J: Cardiac-specific overexpression of catalase attenuates lipopolysaccharide-induced myocardial contractile dysfunction: role of autophagy. Free Radic Biol Med 2012;53:1327-1338.
10. Bi L, Hou R, Yang D, Li S, Zhao D: Erythropoietin protects lipopolysaccharide-induced renal mesangial cells from autophagy. Exp Ther Med 2015;9:559-562.
11. Li Y, Wang X, Wei Z, Mao H, Gao M, Liu Y, Ma Y, Liu X, Guo C, Zhang L, Wang X: Pretreatment with wortmannin alleviates lipopolysaccharide/d-galactosamine-induced acute liver injury. Biochem Biophys Res Commun 2014;455:234-240.
12. Lin R, Jiang Y, Zhao XY, Guan Y, Qian W, Fu XC, Ren HY, Hou XH: Four types of Bifidobacteria trigger autophagy response in intestinal epithelial cells. J Dig Dis 2014;15:597-605.
13. Barrett JC, Hansoul S, Nicolae DL, Cho JH, Duerr RH, Rioux JD, Brant SR, Silverberg MS, Taylor KD, Barmada MM, Bitton A, Dassopoulos T, Datta LW, Green T, Griffiths AM, Kistner EO, Murtha MT, Regueiro MD, et al.: Genome-wide association defines more than 30 distinct susceptibility loci for Crohn's disease. Nat Genet 2008;40:955-962.
14. Spalinger MR, Rogler G, Scharl M: Crohn's disease: loss of tolerance or a disorder of autophagy? Dig Dis 2014;32:370-377.
15. Wu X, Vallance BA, Boyer L, Bergstrom KS, Walker J, Madsen K, O'Kusky JR, Buchan AM, Jacobson K: Saccharomyces boulardii ameliorates Citrobacter rodentium-induced colitis through actions on bacterial virulence factors. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2008;294:G295-306.
16. Corr SC, Li Y, Riedel CU, O'Toole PW, Hill C, Gahan CG: Bacteriocin production as a mechanism for the antiinfective activity of Lactobacillus salivarius UCC118. Proc Natl Acad Sci U S A 2007;104:7617-7621.
17. Ng SC, Plamondon S, Kamm MA, Hart AL, Al-Hassi HO, Guenther T, Stagg AJ, Knight SC: Immunosuppressive effects via human intestinal dendritic cells of probiotic bacteria and steroids in the treatment of acute ulcerative colitis. Inflamm Bowel Dis 2010;16:1286-1298.
18. Hegazy SK, El-Bedewy MM: Effect of probiotics on pro-inflammatory cytokines and NF-kappaB activation in ulcerative colitis. World J Gastroenterol 2010;16:4145-4151.
19. Hoermannsperger G, Clavel T, Hoffmann M, Reiff C, Kelly D, Loh G, Blaut M, Holzlwimmer G, Laschinger M, Haller D: Post-translational inhibition of IP-10 secretion in IEC by probiotic bacteria: impact on chronic inflammation. PLoS One 2009;4:e4365.
20. Wong S, Jamous A, O'Driscoll J, Sekhar R, Saif M, O'Driscoll S, Lewis S, McKeown E, Hirani SP: Effectiveness of probiotic in preventing and treating antibiotic-associated diarrhoea and/or Clostridium difficile-associated diarrhoea in patients with spinal cord injury: a protocol of systematic review of randomised controlled trials. Syst Rev 2015;4:170.
21. Guslandi M: Role of Probiotics in Crohn's Disease and in Pouchitis. J Clin Gastroenterol 2015;49:S46-49.

Будьте здоровы!