ООО "ПРОПИОНИКС"
пн-пт с 09:00 до 18:00 | +7 (966) 348-80-35 |
Штаммы Bifidobacterium могут быть эффективными в предотвращении CRC посредством их ингибирующего воздействия на клетки MAIT.
Резюме: Колоректальный рак (CRC) является наиболее предотвратимой формой рака во всем мире. Патогенез колоректального рака включает воспаление кишечника, генетические и микробные факторы. Нарушение микробиоты кишечника связано с развитием колоректального рака. Род Bifidobacterium является важным компонентом комменсальной кишечной микробиоты. Считается, что бифидобактерии играют важную роль во многих гомеостатических функциях: иммунологических, гормональных и метаболических. Ассоциированные со слизистой оболочкой инвариантные Т-клетки (MAIT - Mucosal associated invariant T cells) являются компонентами иммунной системы, участвующими в защите от инфекционных патогенов и регулирующими патогенез различных воспалительных заболеваний и, возможно, колоректального рака. Взаимодействие между клетками Bifidobacterium и MAIT может оказать положительное влияние на профилактику и лечение колоректального рака.
1. Введение
Колоректальный рак (CRC) является третьим наиболее часто диагностируемым раком у мужчин и вторым у женщин во всем мире. Приблизительно 1,8 миллиона новых случаев CRC были диагностированы в 2018 году, и на них приходилось примерно восемь процентов всех случаев смерти от рака [1]. Показатели заболеваемости и смертности во всем мире заметно различаются. Комменсальная мкробиота кишечника играет важную роль в различных системных функциях, которые включают модуляцию иммунной системы, модуляцию нейрогормональной активности, кишечный барьер и целостность эпителия. Иммунная дисрегуляция, дисбиоз и разрушение эпителия способствуют канцерогенезу при CRC. Из них развитие воспаления и изменений в микробиоте толстой кишки являются двумя факторами, наиболее тесно связанными с прогрессированием до CRC [2,3,4].
2. Бифидобактерии и воспаление кишечника
Микробиота кишечника человека включает комменсальные, симбиотические и вредные бактерии [5,6]. Было продемонстрировано, что микробиота толстой кишки обладает противовоспалительными и антионкогенными свойствами и способствует иммунному, нейроэндокринному и метаболическому гомеостазу хозяина [7,8]. Род Bifidobacterium включает грамположительные, неподвижные, часто разветвленные анаэробные бактерии и принадлежит к типу Actinobacteria [9]. Бифидобактерии являются одним из доминирующих видов в микробиоте кишечника человека и часто используются в качестве пробиотиков [10]. Виды Bifidobacterium обладают иммунологическим, нейрогормональным и противовоспалительным действием (см. рис.1 и рис.2 - на примере бифидобактерий анималис) [9,11,12,13,14]. Предыдущие исследования показали, что бифидобактерии отличаются от других кишечных бактерий своей ролью в метаболизме углеводов [9,16]. Бифидобактерии используют путь фруктозо-6-фосфат-фосфокетолазы для ферментации олигосахаридов, а неперевариваемые олигосахариды, принимаемые хозяином, превращаются в короткоцепочечные жирные кислоты (SCFAs), такие как бутират, пропионат и ацетат, которые оказывают благоприятное воздействие на иммунитет кишечника и воспаление [17]. Бифидобактерии являются основными источниками продукции SCFAs, и они используются в качестве пробиотических ингредиентов во многих пищевых продуктах [18,19].
Рис. 1. Заживление слизистой оболочки (справа) в течение одного месяца после однократного внутрикишечного применения 120 млрд колониеобразующих единиц (КОЕ) Bifidobacterium animalis sp. lactis при неспецифическом язвенном колите (слева). Bozkurt et al. 2019 [8].
Рис. 2. Заживление слизистой оболочки (справа) в течение одного месяца после однократного внутрикишечного применения 120 млрд колониеобразующих единиц (КОЕ) Bifidobacterium animalis sp. lactis при при синдроме невосприимчивой солитарной язвы прямой кишки (слева). Bozkurt et al. 2019 [8].
Снижение уровня бифидобактерий связано с воспалительным заболеванием кишечника (IBD или ВЗК) [20,21]. Бифидобактерии способны защищать от повреждения эпителиальных клеток кишечника, и эта защита не зависит от их влияния на продукцию фактора некроза опухоли альфа (TNF-α или ФНО-α) [20]. Было показано, что экзополисахаридная (ЭПС) оболочка, являющаяся признаком бифидобактерий, играет важную роль в этом защитном эффекте [22]. Бифидобактерии могут также уменьшать повреждение клеток в результате прямого ингибирования ФНО-α и макрофагов [20]. Кроме того, бифидобактерии усиливают регуляторные ответы Т-клеток (Tregs) и, кроме того, увеличивают выработку противовоспалительного цитокина интерлейкина-10 (IL-10) в ткани ВЗК [23]. В экспериментальной модели ВЗК B. breve уменьшает колит, вызванный декстран сульфатом натрия (DSS). Это было связано с увеличением Tregs и уменьшением CD4+IL-17+ клеток в патчах Пейера DSS-индуцированного колита [24].
3. Клетки MAIT и воспаление кишечника
Ассоциированные со слизистой оболочкой инвариантные Т-клетки (MAIT) являются врожденными Т-клетками человека, участвующими в антибактериальном иммунитете. Клетки MAIT содержат T-клеточный рецептор (TCR), который имеет инвариантную Vα7.2-Jα33 TCRα цепь и распознает предшественники витамина B, полученные из микробного синтеза рибофлавина, представленного основным комплексом гистосовместимости (MHC), связанным с 1 классом (MR1) [25, 26]. Клетки MAIT человека находятся в собственной пластинке слизистой оболочки и на других поверхностях слизистой оболочки. Клетки MAIT наиболее распространены в собственной пластинке кишечника человека и связанных с ней органах, таких как лимфатические узлы и печень, а также в периферической крови (8% всех Т-клеток человека) [27]. Было обнаружено, что клетки MAIT продуцируют связанные с Th1 (T-хелперами 1-го типа) цитокины - интерферон-гамма (IFN-γ) и TNF-α [28]. Клетки MAIT стимулируются антигенпрезентирующими клетками, инфицированными различными видами бактерий. Эта стимуляция требует взаимодействия между инвариантными TCR и MR1; таким образом, активация клеток MAIT зависит от наличия микробной флоры. Предыдущие исследования показали, что клетки MAIT могут быть вовлечены в ВЗК и CRC [29,30]. Было обнаружено, что экспрессия TCRVα7.2 увеличивается в воспаленной ткани толстой кишки, в то время как в образцах крови пациентов с ВЗК снижается [31].
4. Бифидобактерии и рак толстой кишки
Воспаление эпителия толстой кишки является важным фактором, связанным с колитом и способствующим развитию CRC. Воспаление кишечника возникает после инвазии слизистой оболочки кишечных бактерий [32]. Позднее в слизистой оболочке толстой кишки возникают стойкие нарушения иммунной регуляции и опухолевые изменения. Chung et al. показали, что Bacteroides fragilis способствует про-канцерогенному, воспалительному каскаду, который требует IL-17R и включает передачу сигналов ядерного фактора «каппа-би» (NF-κB) в эпителиальных клетках толстой кишки в контексте дисбактериоза кишечника [33]. Внедрение патогенных бактерий в защитный слой слизи толстой кишки вызывает нестабильность толстой кишки, и повреждение ДНК начинается с опухолевых изменений, сопровождающих хроническое воспаление [34]. Было продемонстрировано, что Bifidobacterium breve снижает экспрессию IL-17 (Th17) и IL-23, которые играют важную роль в развитии ВЗК [35]. Schroeder et al. [36] сообщили, что Bifidobacterium longum способствует целостности слизистой оболочки и устраняет дисбактериоз. Кроме того, было показано, что при снижении проницаемости толстой кишки усиление эпителиального слоя слизи увеличивается в присутствии сбалансированной популяции бактерий толстой кишки [36]. Бутират обладает сильным противовоспалительным и противоопухолевым действием, а бифидобактерии считаются основным источником производства бутирата [37]. Было показано, что более высокое разнообразие бактерий, производящих бутират, обнаруживается в кале коренных африканцев с низким риском CRC по сравнению с афроамериканцами с более высоким риском [38]. Также было установлено, что бутират ингибирует пролиферацию клеток CRC и способствует дифференцировке и апоптозу клеток CRC [39]. Более высокие уровни производства бутирата снижают частоту возникновения канцерогенных опухолей толстой кишки. Рецептор свободных жирных кислот 2 (Ffar2) является рецептором для SCFAs, и Ffar2 подавляется при раке толстой кишки человека [40]. Sivaprakasam et al. сообщили, что введение Bifidobacterium уменьшает воспаление кишечника и канцерогенез у мышей Ffar2 - / - [40]. Бутират может играть важную роль в онкогенезе, нестабильности генома, воспалении и энергетическом обмене клеток толстой кишки.
5. Бифидобактерии и клетки MAIT при раке толстой кишки
Клетки MAIT стимулируются при ВЗК, и их накопление в воспаленной слизистой оболочке толстой кишки коррелирует с активностью ВЗК. Kentaro et al. сообщили, что количество клеток MAIT было значительно ниже в периферической крови и значительно выше в воспаленной ткани толстой кишки у пациентов с ВЗК по сравнению со здоровыми контролями [29]. Они использовали иммуногистохимию для исследования клеток MAIT в воспаленной слизистой оболочке пациентов с ВЗК и нормальной слизистой оболочке больных раком толстой кишки. Они показали, что хирургически резецированные образцы толстой кишки пациентов с язвенным колитом и раком толстой кишки окрашивали на антитела против TCR-Vα7.2. Согласно их результатам, накопление клеток MAIT в воспаленной слизистой оболочке при ВЗК коррелировало с их уменьшением в периферической крови пациентов с более активным течением заболевания.
Shaler et al. [41] обнаружили, что CD3ε + Vα7.2 + CD161 ++ MAIT-клетки инфильтрировали печеночные метастазы у пациентов с колоректальным раком. Mansour Haeryfar et al. [42] предположили, что клетки MAIT могут являться привлекательными мишенями для иммунотерапии рака. Активированные циркулирующие клетки MAIT от пациентов с CRC способствовали выработке IL-17 [43]. IL-17 может способствовать ангиогенезу и прогрессированию рака при CRC [43]. CRC обычно нарушает гомеостаз слизистой оболочки и барьерную функцию. Развитие и прогрессирование CRC зависят от взаимодействия в микроокружении вокруг опухоли между новообразованиями, патогенами и инфильтрирующими опухоль клетками MAIT [44]. Arthur et al. сообщили, что воспаление кишечника, вызванное клетками MAIT, может изменить прогноз опухоли и микробного состава [45,46]. Они продемонстрировали, что микробный состав модулирует прогрессирование CRC, ассоциированного с колитом, с использованием чувствительного к колиту штамма мышей Il10−/− (мышей с дефицитом интерлейкина-10) [45,47], а также сообщили, что воспаление, а не рак, было связано с микробными сдвигами толстой кишки. Клетки MAIT могут влиять на клинический исход и выживаемость пациентов с CRC [48]. Tosolini et al. [48] показали, что у пациентов с CRC, демонстрирующих высокую экспрессию кластера Th17 (IL-17), прогноз был плохим, тогда как у пациентов с высокой экспрессией кластера Th1 (Th1-клеток воспаления) была длительная безрецидивная выживаемость. Они определили, что функциональные кластеры Th1 и Th17 оказывают противоположное влияние на выживаемость пациентов при CRC, и, что интересно, ни один из кластеров Th2 (IL4, IL5, IL13) не был прогностическим фактором. Rui Yu et al. показали, что штаммы Bifidobacterium adolescentis были связаны с индукцией клеток Th17 у человека [49]. Также Ruiz et al. сообщили, что штаммы Bifidobacterium animalis стимулируют ответ Th1 как в экспериментах in vitro, так и in vivo [50]. Wei et al. сообщили, что использование трансформированных бифидобактерий в качестве новой системы для индукции специфических генов предложило многообещающий терапевтический подход к лечению опухоли посредством нестимулирующего воздействия на клетки Th17 [51]. Таким образом, представляется вероятным, что клетки MAIT Th17 преимущественно инфильтрируют в опухоль у пациентов с CRC и могут способствовать прогнозированию CRC.
Уровни MAIT-s, стимулированные антигенпрезентирующими клетками толстой кишки, измеряли в анализе in vitro и оценивали стимулирующее действие 47 штаммов бактерий, ассоциированных с микробиотой, из разных типов [52]. Большинство видов, которые являются высоко-стимулирующими для MAIT-TCRs (T-клеточных рецепторов TCR), принадлежат к типу Bacteroidetes и Proteobacteria, тогда как виды с низким / нестимулирующим действием относятся к Actinobacteria или Firmicutes. Также были измерены метаболиты рибофлавина (витамина B2) из бактерий с высоким и низким уровнем MAIT, которые обладали рибофлавиновым путем. Интересно, что сообщалось, что человеческие подмножества Т-клеток также могут представлять метаболиты рибофлавина в клетках MAIT в MR1-связанном виде, и эта сигнализация также способствовала увеличению продукции IFN-γ и TNF-α [52].
6. Выводы
В последние годы был достигнут значительный прогресс в признании важности взаимодействия между кишечной микробиотой и клетками MAIT при CRC. Штаммы Bifidobacterium играют защитную и профилактическую роль в составе микробиоты толстой кишки человека и могут оказывать влияние на воспалительную регуляцию CRC. Штаммы Bifidobacterium могут быть эффективными в предотвращении CRC посредством их ингибирующего воздействия на клетки MAIT. По-видимому, штаммы Bifidobacterium могут быть эффективными в предотвращении CRC посредством нестимулирующего воздействия на клетки Th17 (IL17) и стимулирующего действия на Th1 клетки.
Источник: Hüseyin Sancar Bozkurt, Eamonn M. M. Quigley. Bifidobacteria and Mucosal-Associated Invariant T (MAIT) Cells: A New Approach to Colorectal Cancer Prevention? Gastrointest. Disord. 2019, 1(2), 266-272
Дополнительно см.:
Пропионовокислые бактерии в профилактике и терапии рака желудка и рака кишечника
См. также:
Литература
Комментариев пока нет