ООО "ПРОПИОНИКС"
пн-пт с 09:00 до 18:00 | +7 (966) 348-80-35 |
Bifidobacterium longum: защита от воспалительных заболеваний кишечника
Распространенность воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК), включающих язвенный колит (ЯК) и болезнь Крона (БК), в последние десятилетия постепенно увеличивается во всем мире. ВЗК обычно связано с изменением иммунной системы и микробиоты кишечника, а традиционные методы лечения обычно приводят к некоторым побочным эффектам. Было доказано, что Bifidobacterium longum, как колонизирующая бактерия в кишечнике, способна облегчить течение колита у мышей и может быть использована в качестве альтернативного или вспомогательного способа лечения ВЗК. Здесь мы обобщили механизмы действия Bifidobacterium longum в лечении IBD на основе предыдущих исследований на клетках и животных, а также клинических испытаний бактериальной терапии. Этот обзор послужит основой для будущих исследований в области лечения ВЗК.
1. Введение
Воспалительное заболевание кишечника (ВЗК) в основном проявляется как хроническое и рецидивирующее воспаление в желудочно-кишечном тракте. Оно включает в себя язвенный колит (ЯК) и болезнь Крона (БК) [1]. Хотя традиционно считается, что это заболевание распространено в западных странах, заболеваемость ВЗК постепенно растет во всем мире, особенно в новых индустриальных странах [2]. В последнее десятилетие ВЗК стало глобальной проблемой общественного здравоохранения [3]. Его основные симптомы включают диарею, спазмы в животе, потерю веса, усталость, анемию, и внекишечные симптомы (особенно боль в суставах, артрит). Все это создает серьезные препятствия и проблемы для нормальной жизни человека [4]. Большинство пациентов с ВЗК страдают недержанием кала, а также подвергаются риску ослабления иммунной системы и рака кишечника [5]. Возникновение ВЗК тесно связано с генетической предрасположенностью, окружающей средой, дисфункцией иммунной регуляции, микробиотой кишечника, питанием, и образом жизни [6]. Однако точная причина возникновения ВЗК до сих пор не установлена, что затрудняет разработку целенаправленного лечения [4, 7].
В настоящее время к наиболее часто используемым препаратам для лечения ВЗК относятся иммунодепрессанты, биологические агенты и антибиотики [8]. Среди них 5-аминосалициловая кислота (5-ASA) широко используется при лечении ВЗК благодаря ее хорошей клинической эффективности [9]. Однако прием этого лекарства может вызвать побочные реакции, такие как диарея, боль в животе, головная боль и назофарингит, вызывающие дискомфорт у пациента [8]. Моноклональные цитокины, такие как анти-TNF-α и IL-6, также могут лечить ВЗК, но высокая стоимость производства этого метода делает его неприемлемым для некоторых пациентов [6]. Недавно исследования показали, что Bifidobacterium longum можно использовать в качестве адъювантного лечения ВЗК [10, см.: Доказательства противовоспалительного действия пробиотиков и синбиотиков при хронических заболеваниях кишечника].
Рисунок из [10]. Краткое описание противовоспалительного действия пробиотиков при хронических заболеваниях кишечника в рамках различных научных подходов. DSS, декстрансульфат натрия; IBD, воспалительное заболевание кишечника; MAPK, митоген-активируемая протеинкиназа; NF-kB, ядерный фактор каппа-В; SCFA, короткоцепочечные жирные кислоты; TNBS, 2,4,6 тринитробензолсульфоновая кислота; TLR, toll-подобный рецептор; ЯК, язвенный колит.
Bifidobacterium longum принадлежит к классу Actinomycetia и роду Bifidobacterium. Это грамположительная бактерия, осуществляющая анаэробное дыхание [11]. Род Bifidobacterium населяет кишечный тракт человека и животных. Это один из первых микроорганизмов, колонизирующих кишечник хозяина [12]. Эта бактерия насчитывает более 50 различных видов, из которых Bifidobacterium longum является одним из наиболее распространенных микроорганизмов в кишечнике детей и взрослых [8, 9]. Его можно выделить из множества животных, в том числе из кишечника младенцев и пожилых людей-долгожителей [13]. Заболевания внутри и вне кишечника тесно связаны с изменением численности Bifidobacterium longum. По сравнению со здоровыми людьми содержание флоры Bifidobacterium longum в кале больных кишечными заболеваниями значительно ниже [14]. Бифидобактерии могут стабильно колонизироваться в кишечнике человека. Иммунная система кишечника человека поддерживает толерантность к этим микроорганизмам и не вызывает отторжения [15]. Большое количество экспериментов на животных и клинических исследований показали, что вид Bifidobacterium longum может уменьшать симптомы колита и снимать хроническое воспаление [16]. Однако механизмы Bifidobacterium longum для лечения воспалительных заболеваний кишечника и регулирования иммунной системы кишечника до сих пор неясны. В этом обзоре мы сосредоточимся на экспериментах на клетках и животных, а также клинических испытаниях, чтобы обобщить механизмы Bifidobacterium longum в профилактике и лечении ВЗК, что послужит основой для последующего терапевтического применения.
2. Взаимодействие Bifidobacterium longum с хозяином.
Среду желудочно-кишечного тракта человека можно рассматривать как сложную экосистему. Он содержит триллионы микробов, которые обычно называют микробиотой кишечника [17, 18]. Ученые обнаружили, что состав микробиоты кишечника и ее метаболитов играет важную роль в защите кишечного барьера и регулировании иммунного баланса [19]. Нарушения микробиоты кишечника часто возникают у пациентов с кишечными заболеваниями, такими как синдром раздраженного кишечника, идиопатическая хроническая диарея, колоректальный рак и ВЗК [20]. Некоторые исследования показали, что ВЗК обычно вызывает общие изменения в структуре микробиоты кишечника пациентов, приводящие к уменьшению микробного разнообразия и видовой численности [21, 22]. Количество анаэробных видов и производителей короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs) истощалось, а количество факультативных анаэробных бактерий увеличивалось в кишечнике пациентов [23]. Данные изменения в микробиоте кишечника влияют на нормальную работу иммунной системы слизистой оболочки, приводя к функциональной деградации [24]. Между тем, пробиотики, которые способствуют балансу микробиоты кишечника, играют важную роль в лечении ВЗК [25].
Сообщается, что введение пробиотиков улучшало микробиоту кишечника и оказывало эффективное защитное воздействие на иммунное здоровье хозяина [26, 27]. Результаты исследований на животных и клинических исследований показали, что продукты, содержащие пробиотики или пребиотики, улучшают воспалительные заболевания кишечника путем регулирования провоспалительных сигнальных путей и подавления провоспалительных цитокинов [7]. Вид Bifidobacterium longum, как один из наиболее распространенных представителей кишечника, может защищать эпителиальный барьер кишечника и структуру ткани, а также балансировать микробиоту кишечника, облегчая симптомы колита [28]. Более того, бифидобактерии могут секретировать различные активные метаболиты [29]. Они влияют на взаимодействие пищеварительной, эндокринной, сердечно-сосудистой, иммунной и нервной систем, поддерживая хозяина в здоровом состоянии [30, 31]. Bifidobacterium longum подавляет воспаление, регулируя баланс иммунной системы, улучшая барьерную функцию кишечника и увеличивая выработку ацетата [32]. Этот вид широко используется в качестве пробиотика из-за его благотворного воздействия на здоровье хозяина и был признан безопасным Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США и Европейским управлением по безопасности пищевых продуктов [15].
3. Механизмы использования Bifidobacterium longum в улучшении ВЗК.
3.1. Bifidobacterium longum и антиоксидантная активность.
Окислительный стресс рассматривается как один из основных механизмов, вовлеченных в патофизиологию ВЗК [33]. Он характеризуется неспособностью организма к детоксикации реактивных форм кислорода (АФК), вызванной нарушением баланса между их производством и накоплением в клетках и тканях [34]. Инфильтрация иммунных клеток является характерной особенностью активного ВЗК. Более интенсивное привлечение нейтрофилов и меньшее количество моноцитов являются типичными характеристиками в очаге поражения. Миелопероксидаза (MPO), широко распространенный гемовый фермент в гранулах, уникален как для нейтрофилов, так и для моноцитов [35]. Посредством галогенирования или пероксидазного цикла MPO может эффективно генерировать активные формы кислорода (АФК) [36]. АФК в основном включают кислородсодержащие ионы, молекулы или группы молекул с высокой активностью. Аномальное накопление АФК нанесет серьезный ущерб нормальной физиологической метаболической активности [37]. Они вызывают реакции боковых цепей жирных кислот с образованием малонового диальдегида и гидроперекисей липидов, что приводит к повреждению биологических макромолекул и нарушению структуры и функции клеток [37]. Веские доказательства показывают, что дисбаланс между накоплением АФК и антиоксидантной активностью тесно связан с заболеваемостью и тяжестью ВЗК. У пациентов с ВЗК окислительный стресс возникает с повышением уровня АФК и снижением уровня антиоксидантов, что приводит к постоянному хроническому повреждению тканей [38, 39] (рис. 1).
Исследования на клетках и животных показали, что штаммы Bifidobacterium longum регулируют окислительный стресс, усиливая антиоксидантную активность организма и регулируя выработку и накопление АФК, тем самым уменьшая симптомы ВЗК. Например, введение штамма B. longum 5(1A) при колите, индуцированном декстрансульфатом натрия (см. DSS-колит), у мышей уменьшало тяжелые поражения толстой кишки со снижением уровня эозинофильной пероксидазы [40] (рис. 1). Кроме того, пероральный прием Bifidobacterium longum также является эффективным средством лечения гастрита, вызванного этанолом. Применение микробного инокулята снижает экспрессию фактора некроза опухоли (TNF), активность миелопероксидазы и площадь геморрагических язвенных поражений [41]. Более того, аналогичные антиоксидантные эффекты были обнаружены для ферментированных продуктов или метаболитов B. longum YS108R [24]. Не изменяя жизнеспособности клеток, супернатанты B. longum CCFM752 увеличивали внутриклеточную антиоксидантную способность с усилением внутриклеточной активности каталазы и снижением активации NADH-оксидазы [42].
Многие анаэробные микроорганизмы удаляют АФК в основном путем выделения и производства ферментов, таких как NADH-оксидаза, NADH-пероксидаза, каталаза и супероксиддисмутаза (см. антиоксидантные ферменты микроорганизмов - ред.) [43]. В настоящее время существует мало исследований, посвященных генам или ферментам B. longum, связанным с кислородоустойчивостью и улавливанием свободных радикалов, и есть сообщения только о штаммах NCC2705 [44], BBMN68 [43] и LTBL16 [45]. Было обнаружено, что B. longum LTBL16 имеет три гена, кодирующих пероксидазу (LTBL16-000027, LTBL16-000028, LTBL16-000976) и один ген, кодирующий NADH-оксидазу (LTBL-001911), которые могут эффективно удалять АФК в бифидобактериях и улучшать кислородорезистентность [45].
Недавние исследования показали, что Bifidobacterium longum BBMN68 имеет неполную глутатионовую редокс-систему (окислительно-восстановительную систему глутатиона – ред.). Тиоредоксин и глутаредоксин составляют тиоредоксин- и глутаредоксин-независимые системы восстановления у Escherichia coli и многих других бактерий и отвечают за поддержание восстановленной среды в цитозоле клетки [46]. При окислительном стрессе гены grxC1- (BBMN68_125-) и grxC2- (BBMN68_1397-), кодирующие глутаредоксин, trxB1- (BBMN68_1345-), кодирующие тиоредоксинредуктазу, и BBMN68_991, кодирующие тиоредоксин, активируются [43]. Исследования показали, что когда бифидобактерия находится в состоянии окислительного стресса, тиоредоксинредуктаза может положительно реагировать на ее транскрипцию и трансляцию [47]. Кроме того, тиоредоксин-зависимая система восстановления может восстанавливать перредоксин и H2O2, улавливая свободные радикалы, подавляя синглетный кислород и затем поддерживая внутриклеточный тиол-дисульфидный баланс [48]. Таким образом, тиоредоксин-зависимая антиоксидантная система может быть основной окислительно-восстановительной системой гомеостаза штамма BBMN68.
Было показано, что у млекопитающих несколько белков долголетия семейства сиртуинов играют антиоксидантную роль за счет деацетилирующей активности. Цитозольная изоформа SIRT2 способна деацетилировать белки FOXO1a и FOXO3a, тем самым увеличивая FOXO-зависимую транскрипцию антиоксидантных ферментов и снижая уровень клеточных АФК [49]. Пробиотик B. longum NCC2705 имеет семейство генов Sir2 и обладает антиоксидантной активностью в организме человека. Sir2 регулирует антиоксидантные гены, опосредованные FOXO3a, деацетилирует σH, повышает активность марганцевой супероксиддисмутазы (SOD2) и каталазы и снижает АФК [44]. Кроме того, у B. longum LTBL16 был обнаружен Sir2-кодирующий ген (LTBL16-002010), который может улучшать FOXO-зависимую транскрипцию генов, кодирующих антиоксидантные ферменты, и снижать уровни АФК в клетках [45]. Таким образом, Bifidobacterium longum может подавлять окислительный стресс и стимулировать выработку антиоксидантов, тем самым уменьшая окислительное повреждение кишечного тракта при ВЗК (рис. 1).
Рисунок 1: Защитный механизм Bifidobacterium longum от воспаления кишечника.
Вид Bifidobacterium longum может защищать эпителиальные клетки кишечника различными механизмами. К ним относятся (а) Bifidobacterium longum может снижать активность миелопероксидазы и выработку АФК, подавлять окислительный стресс и уменьшать повреждение кишечного тракта. (б) Bifidobacterium longum может подавлять провоспалительные цитокины и ингибировать путь NF-κB, регулируя иммунную систему кишечника и защищая эпителиальные клетки кишечника. (в) Bifidobacterium longum может продуцировать различные метаболиты, усиливающие адгезию к кишечному тракту и ингибирующие вредные бактерии. Этот вид также может участвовать в иммунной регуляции. На рис.1. изображение вида Bifidobacterium longum взято с фотографии Марка Шелла из Университета Джорджии, Афины [50].
3.2. Bifidobacterium longum снижает экспрессию воспалительных цитокинов в кишечнике.
Эксперименты in vitro и модели болезни на животных показывают, что Bifidobacterium longum оказывает противовоспалительное действие при кишечных заболеваниях (Табл. 1 и 2).
Штаммы
|
Доза
|
Клетки
|
Эффект
|
Ref.
|
B. longum CECT-7347
|
2 × 109 клеток/мл
|
Клетки HT-29
|
IL-8 ↓
|
[62]
|
B. longum Bif10 and Bif16
|
1 × 1010 КОЕ/ мл
|
Клетки RAW264.7
|
TNF-α, IL-1β, IL-6 ↓
SCFA ↑
|
[59]
|
B. longum BB536
|
5 × 108 клеток/мл
|
Клетки PIE
|
TNF-α↓
|
[60]
|
B. longum KACC 91563
|
1 × 106, 107, 108 КОЕ/лунка
|
спленоциты - макрофаги
|
TNF-α ↓, IgE ↓
IL-2, 4, 6, 10, IFN-γ ↓
|
[51]
|
B. longum R0033
|
Соотношение бактерий к клеткам 100:1
|
Клетки HT-29
|
TNF-α, IL-8 ↓
|
[61]
|
B. longum 51A
|
1 × 103, 105 КОЕ/лунка
|
Кератиноцит
Фибробласты
|
IL-6, IL-8 ↓
|
[73]
|
B. longum BL05
|
5 × 104, 105, 106 КОЕ/лунка
|
Клетки HT-29
Клетки THP-1
|
IL-10 ↑
IL-1β, IL-6 ↓
|
[67]
|
B. longum LC67
|
1 × 103, 105 КОЕ/ мл
|
Клетки KATO III
|
NF-κB ↓
IL-8 ↓
|
[41]
|
B. longum LC67
|
1 × 104, 106 КОЕ/ мл
|
Клетки Caco-2
|
NF-κB ↓
|
[28, 74]
|
Таблица 2. Исследования на животных влияния штамма B. longum на модуляцию воспаления.
Штаммы
|
Доза
|
Модель болезни на животном
|
Эффект
|
Ref.
|
B. longum Bif10 and Bif16
|
5 × 109 КОЕ/мышь/день
|
SCFA ↑
TNF-α, IL-1β, IL-6 ↓
|
[59]
|
|
B. longum 5 (1A)
|
1 × 108 КОЕ/мышь/день
|
DSS-индуцированный
колит у мышей
|
IL-1 ↓
MPO ↓
|
[40]
|
B. longum YS108R
|
1 × 109 КОЕ/мышь/день
|
DSS-индуцированный
колит у мышей
|
IL-10 ↑
TNF-α, MPO, IL-1β, IL-6, IL-17A ↓
|
[24, 72]
|
B. longum ATCC 15707
|
1 × 107
КОЕ/кг/день
|
DSS-индуцированный
колит у мышей
|
SCFA ↑
TNF-α, IL-6, TGF-β ↓
|
[71]
|
B. longum HB5502
|
4 × 109
КОЕ/день
|
HMGB1 ↓
|
[84]
|
|
B. Longum LC67
|
1 × 109 КОЕ/мышь/день
|
Гастрит у мышей,
вызванный этанолом
|
NF-κB, CXCL4, TNF ↓
|
[41]
|
B. longum LC67
|
1 × 109 КОЕ/мышь/день
|
Колит у мышей, вызванный диетой с высоким
содержанием жиров
|
AMPK ↑
NF-κB ↓
|
[74]
|
B. longum LC67
|
1 × 109 КОЕ/мышь/день
|
TNBS-индуцированный
колит у мышей
|
NF-κB, MPO ↓
|
[79]
|
Bifidobacterium longum может уменьшить спонтанный и химически индуцированный колит, регулируя цитокины или стимулируя механизмы иммунной регуляции определенным образом [51]. Кишечник – важный иммунный орган. Бокаловидные клетки кишечника производят слизь для борьбы с вторжением патогенов. Под слизью эпителиальные клетки кишечника и различные иммунные клетки образуют еще один защитный барьер, предотвращающий вторжение патогенных микроорганизмов [52]. Эти клетки могут специфически секретировать различные цитокины для регулирования иммунной системы. Например, клетки Th1 могут секретировать фактор некроза опухоли α (TNF-α), чтобы инициировать различные провоспалительные реакции [53]. Клетки Th17 участвуют в активации и рекрутировании нейтрофилов [54]. Treg-клетки могут экспрессировать транскрипционный фактор forkhead box P3 (FOXP3) и секретировать противовоспалительный цитокин IL-10, тем самым ингибируя сильный воспалительный ответ [55].
В нормальных условиях клетки слизистой оболочки кишечника могут поддерживать провоспалительные и противовоспалительные цитокины в относительно сбалансированном состоянии [51]. В кишечнике больных ВЗК этот баланс нарушен. Увеличение количества и активности провоспалительных цитокинов в слизистой оболочке приводит к повреждению и воспалению тканей кишечника [56]. В процессе ВЗК иммунные клетки активируются после получения стимулирующего сигнала. Секретируется большое количество воспалительных цитокинов, включая фактор некроза опухоли (TNF-α), интерлейкин (IL-1β), IL-6 и АФК [57] (рис. 1). Увеличение апоптоза эпителиальных клеток кишечника (IECs) является основной характеристикой ВЗК. Исследования показали, что избыток TNF-α может разрушить целостность кишечного эпителия и вызвать апоптоз IECs [58] (рис. 1). Исследование Т-клеточного метастазирования показало, что содержание TNF-α в кишечном тракте при колите значительно увеличивается [59]. При исследовании различных штаммов Bifidobacterium longum установлено, что после инкубации клеток с пробиотиками уровень TNF-α значительно снижается. Соответственно заболевание можно облегчить за счет данного нейтрализующего действия [51, 60, 61].
Кроме того, TNF-α индуцирует воспалительные реакции с экспрессией провоспалительных цитокинов, включая IL-1β, IL-6 и IL-8 [62]. IL-1β продуцируется IECs паракринным способом. Это может нарушить созревание и функцию IECs, что приведет к серьезным изменениям эпителиального барьера [63]. Являясь плейотропным цитокином, IL-6 играет центральную роль в иммунорегуляции, реакции на воспаление и онкогенезе. Моноклональное антитело против IL-6 эффективно подавляет хроническое воспаление кишечника на мышиных моделях [64]. Предыдущие исследования показали, что провоспалительные молекулы, такие как IL-8, могут индуцироваться энтеропатогенными бактериями, колонизирующими кишечник. Как следствие, будут задействованы нейтрофилы и другие воспалительные клетки [65]. Инфильтрация нейтрофилов может закреплять воспаление и приводить к повреждению клеток, дисфункции эпителиального барьера и диарее [66]. Marzia et al. использовали B. longum и макрофаги для моделирования барьерной функции эпителия кишечника. Было обнаружено, что IL-10 значительно индуцируется пробиотиками. Напротив, выработка IL-1β и IL-6 была снижена на 70% и 80% соответственно [67]. Аналогичным образом, после совместной инкубации с B. longum HTCECT-7347 клетки HT29, стимулированные TNF-α, демонстрировали резкое дозозависимое снижение продукции IL-8 [62]. Кроме того, было обнаружено, что после лечения Bifidobacterium longum у мышей с колитом уменьшалось воспаление, а также увеличивалось содержание короткоцепочечных жирных кислот в кишечном тракте. Регуляция иммунитета с помощью короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs) в основном опосредована активацией рецептора свободных жирных кислот 2 (FFAR2) или ингибированием гистондеацетилазы (HDAC) [68]. Будучи основным рецептором SCFAs, FFAR2 экспрессируется на иммунных клетках и ингибирует сигнальный путь NF-κB, вызывая противовоспалительный эффект [69]. HDACs обычно экспрессируются в иммунных, эндотелиальных и сосудистых гладкомышечных клетках [70]. Ингибирование активности HDAC приводит к открытой структуре ДНК/хроматина, что облегчает регуляцию экспрессии факторов транскрипции, таких как NF-κB и FOXP3 [68]. Таким образом, B. longum может регулировать внутриклеточные сигнальные пути и снижать уровень IL-1β, IL-6 и IL-8, уменьшать изменения эпителиального барьера in vitro, индуцированные DSS, и регулировать воспалительную реакцию [59, 71, 72] (рис. 1).
NF-κB играет важнейшую роль в различных иммунных и воспалительных реакциях в кишечнике. Он может участвовать в индукции и регуляции экспрессии соответствующих генов [75]. Исследования показали, что TNF-α действует через активацию TNF-рецепторов. Эта активация запускает серию внутриклеточных событий, которые приводят к активации транскрипционного фактора NF-κB [76]. Уровень его активации тесно связан с тяжестью кишечного воспаления. При получении провоспалительного стимула IKK фосфорилирует ингибиторные молекулы kB (IkB), высвобождает гетеродимерный белок NF-κB p50/p65, мигрирует в ядро клетки и связывается со специфическими участками kB (рис. 1). Гены, кодирующие цитокины и хемокины, молекулы клеточной адгезии и иммунные рецепторы, активируются и транскрибируются, вырабатывая важные медиаторы воспаления [77, 78]. В исследовании гастроэнтерита, вызванного этанолом, было обнаружено, что пероральное введение B. longum LC67 мышам подавляло экспрессию TNF-α и активацию NF-κB в клетках слизистой оболочки, восстанавливало нарушение микробиоты кишечника и облегчало воспаление ЖКТ, вызванное этанолом [28]. У мышей с ожирением, вызванным высокожировой диетой (HFD), B. longum облегчал колит, регулируя активацию NF-κB через ингибирование выработки вредных веществ в микробиоте кишечника [74]. Дальнейшие исследования показали, что Bifidobacterium longum может в определенной степени предотвратить ядерную локализацию NF-κB-p65 в поврежденном кишечнике и увеличить экспрессию NF-κB-p65 в цитоплазме [62, 79].
Кроме того, пробиотики могут выделять метаболиты триптофана для поддержания здорового гомеостаза организма хозяина [80]. Ранее сообщалось, что ряд колонизирующих кишечник бактерий, особенно грамотрицательные организмы, могут метаболизировать аминокислоту триптофан для улучшения здоровья и обеспечения иммунной защиты [81]. Bifidobacterium longum subsp. infantis может вырабатывать индол-3-молочную кислоту (ILA) в своей культуральной среде в качестве противовоспалительной молекулы (рис. 1). Эта молекула снижает реакцию IL-8 после стимуляции IL-1β. Она взаимодействует с транскрипционным фактором AhR (рецептором ариловых углеводородов) и предотвращает транскрипцию воспалительного цитокина IL-8 [82]. Кроме того, она может значительно ослаблять индуцированную липополисахаридом (LPS) активацию NF-κB в макрофагах и значительно ослаблять TNF-альфа и IL-8 в эпителиальных клетках кишечника, защищая эпителиальные клетки кишечника [82, 83]. ILA увеличивает экспрессию мРНК гена-мишени арилового водородного рецептора (AhR) CYP1A1 и Nrf2-нацеленных генов глутатионредуктазы 2 (GPX2), супероксиддисмутазы 2 (SOD2) и NADPH-дегидрогеназы (NQO1) и защищает эпителиальные клетки кишечника в культуре через активацию AhR- и Nrf2-пути [83]. Таким образом, Bifidobacterium longum может снижать выработку провоспалительных цитокинов, подавлять активацию NF-κB, индуцированную TNF-α, и улучшать симптомы ВЗК (рис. 1).
3.3. Bifidobacterium longum усиливает барьерную функцию кишечника.
Неповрежденные эпителиальные клетки кишечника могут обеспечить нормальную работу кишечника. Они могут противостоять патогенным микроорганизмам и вредным веществам в кишечной среде, чтобы избежать повреждений [85]. Для хорошей барьерной функции кишечника необходимы плотные соединения между эпителиальными клетками кишечника [86]. При ВЗК проницаемость слизистой оболочки кишечника пациента повышается, а экспрессия белка плотных сочленений (TJP) снижается, что влияет на защитную функцию кишечника и вызывает воспаление [87]. Воспаление эпителиальной слизистой оболочки кишечника усугубляет это явление, что приводит к дальнейшему снижению TJP и формированию порочного круга [88]. Исследования показали, что кормление мышей B. longum YS108R может улучшить повреждение слизистого барьера, вызванное DSS, и увеличить экспрессию TJP и муцина 2 для облегчения колита [24]. В аналогичном эксперименте на мышах с колитом, индуцированным 2,4,6-тринитробензолсульфоновой кислотой (TNBS), было обнаружено, что экспрессия белков плотных соединений ZO-1, окклюдина и клаудина-1 в толстой кишке значительно снижается, но это явление смягчалось после кормления B. longum HB5502 [84].
Более того, некоторые исследования показали, что у пациентов с ВЗК наблюдается потеря веса, инфильтрация воспалительных клеток, анемия, уменьшение длины толстой кишки и повреждение слизистой оболочки [89]. Мышей с колитом, вызванным химическими реагентами, часто используют в качестве моделей для получения симптомов, сходных с ВЗК, для исследований по лечению родственных заболеваний [90]. Кормление мышей штаммами Bifidobacterium longum Bif10 и Bif16 могло уменьшить деформацию их крипт, диарею и т. д. Уменьшение длины толстой кишки было смягчено, а выживаемость улучшилась [59]. По сравнению с контрольной группой, инфильтрация воспалительных клеток в ткани толстой кишки в группе лечения B. longum ATCC 1570 была улучшена. В эпителии не наблюдалось изменений крипт и участков изъязвлений [71]. Аналогичным образом, Bifidobacterium longum LC67 может облегчить укорочение толстой кишки, вызванное TNBS, у мышей. Активность миелопероксидазы также снижается. В то же время отек и разрушение эпителиальных клеток толстой кишки были уменьшены, а экспрессия белка плотного соединения толстой кишки была восстановлена [79]. Кроме того, исследование показало, что после лечения Bifidobacterium longum содержание SCFAs в кишечном тракте мышей с колитом также увеличивалось. SCFAs, как метаболиты кишечных бактерий, используются эпителиальными клетками в качестве основного источника энергии для поддержания здоровья системы желудочно-кишечного тракта [91]. SCFAs улучшают экспрессию коннексина в эпителиальных клетках кишечника за счет усиления экспрессии гена MUC2 и активации пути AMP-активируемой протеинкиназы (AMPK) [92]. Более того, SCFAs влияют на популяцию и функцию клеток врожденного иммунитета посредством передачи сигналов рецептора, связанного с G-белком, и ингибирования HDAC, а также играют важную роль в поддержании барьерной функции кишечника [91, 93].
3.4. Bifidobacterium longum регулирует микробиоту кишечника.
У нормальных людей существует симбиоз между микробиотой кишечника и хозяином. Эти гармоничные и стабильные симбиотические отношения могут регулировать иммунитет слизистой оболочки и предотвращать колонизацию патогенов в кишечнике [94] (рис. 1). Недавние исследования показали, что дисбаланс микробиоты кишечника играет жизненно важную роль в возникновении различных заболеваний, включая ВЗК [95]. Улучшение состава микробиоты кишечника предложено в качестве эффективного вспомогательного метода лечения некоторых воспалительных заболеваний кишечника [96]. Предыдущее исследование показало, что кишечная флора мышей, получавших DSS, значительно изменилась по сравнению с контрольной группой. Обилие кишечной микробиоты было снижено, а добавление бифидобактерий смягчило изменения кишечной микробиоты, вызванные DSS [72]. B. longum YS108R может продуцировать большое количество внеклеточных полимерных веществ (ЭПС). После скармливания ферментированного молока мышам с колитом, вызванным DSS, было обнаружено, что микробиота кишечника была скорректирована, а также были подавлены патогенные бактерии, такие как Enterobacteriaceae [24].
Пробиотики в кишечнике могут выделять множество биологически активных пептидов, приносящих бесчисленную пользу здоровью хозяина [97]. Считается, что адгезия к желудочно-кишечному тракту важна для того, чтобы бифидобактерии колонизировали кишечник человека и оказывали свое пробиотическое действие. FimM - это новый поверхностный адгезин, который присутствует в основном у штаммов B. longum. В обычных условиях FimM может блокировать доступ патогенов к слою слизи путем связывания с муцинами. При вторжении патогенов FimM может конкурентно ингибировать адгезию патогенов, связываясь с фибронектином и фибриногеном [98]. Кроме того, добавка Bifidobacterium повышала уровень кишечных SCFAs и подавляла численность патобионтов на уровне рода. Бактериальные компоненты мышей, получавших B. longum, незначительно отличались от таковых у здоровых мышей [59]. Являясь конечными продуктами анаэробной ферментации кишечной микробиоты, SCFAs оказывают благотворное влияние на ускорение кишечных процессов и модулируют иммунную систему организма. Они также могут снижать уровень холестерина в плазме крови [100]. В другом исследовании указано, что B. longum KACC 91563 оказывает благоприятное воздействие на повышение содержания SCFA в кале нормальных собак и улучшает структуру микробиоты кишечника [101]. Исследование показало, что B. longum BB536 оказывает синергетический эффект на микробиоту кишечника, что способствует поддержанию гомеостаза организма, а также снижению вероятности развития желудочно-кишечных и аллергических заболеваний [18]. Эти результаты указывают на то, что Bifidobacterium longum активно влияет на здоровье хозяина, восстанавливая баланс микробиоты кишечника.
4. Применение Bifidobacterium longum в клинических исследованиях
Многие клинические исследования показали, что применение Bifidobacterium longum может эффективно улучшить симптомы IBD (табл. 3).
Таблица 3. Клинические данные о B. longum при ВЗК.
Штаммы
|
Количество пациентов (возраст)
|
Длительность лечения
|
Доза
|
Эффект
|
Ref.
|
B. longum 536
|
56 (31-58 лет)
|
8 нед.
|
2−3×1011
КОЕ/день
|
Индекс активности ЯК ↓ ;
Клиническая ремиссия.
|
[102]
|
B. longum ES1
|
16 (16-65 лет)
|
12 нед.
|
1×109
КОЕ/день
|
Провоспалительные цитокины ↓ ;
Нормализация проницаемости кишечника
|
[103]
|
B. longum and synergy 1
|
35 (18-79 лет)
|
6 мес.
|
4×1011
КОЕ/день
|
Активность БК ↓
TNF-α ↓
|
[104]
|
B. longum и инулин
|
18 (24-67 лет)
|
4 нед.
|
4×1011
КОЕ/день
|
Воспалительные параметры ↓
|
[105]
|
VSL #3
|
147 (26-52 года)
|
12 нед.
|
7.2×1012
КОЕ/день
|
Индукция ремиссии при ЯК легкой и средней степени тяжести
|
[106]
|
VSL #3
|
119 (25-49 лет)
|
9 мес.
|
1.8×1010
КОЕ/день
|
Уровни воспалительных цитокинов ↓
|
[107]
|
VSL #3
|
131 (33-62 года)
|
8 нед.
|
3.6×109
КОЕ/день
|
Клинические показатели ЯК ↓
|
[109]
|
B. longum 536
|
12 (28-45 лет)
|
1 мес.
|
4×109
КОЕ/день
|
Улучшение микробиоты кишечника
|
[112]
|
По сравнению с плацебо, B. longum 536 может улучшить клинические симптомы у пациентов с легким и умеренно активным ЯК. Через 8 недель после начала лечения активность заболевания и клинические показатели значительно снижаются [102]. Через 12 недель после начала лечения Bifidobacterium longum у пациентов с СРК-Д (СРК с преобладанием диареи) снизилось содержание провоспалительных цитокинов (IL-6, IL-8 и фактора некроза опухоли TNF-α), улучшилась проницаемость кишечника и гастроинтестинальные симптомы [103]. Кроме того, Bifidobacterium longum также используется вместе с другими ингредиентами для достижения лучших результатов. Например, когда его использовали вместе с пребиотиком synergy 1, активность болезни Крона (БК) и гистологическая оценка были снижены [104]. Пациентам с язвенным колитом (ЯК) были предоставлены Bifidobacterium longum и инулин-олигофруктоза. Через 4 недели после лечения было обнаружено, что экспрессия генов β-дефензина, IL-1α и TNF-α была снижена. В то же время биопсия прямой кишки была улучшена, воспаление уменьшилось, а эпителиальная ткань регенерировала [105].
Когда пробиотический продукт VSL#3, содержащий Bifidobacterium longum, вводился пациентам с активным ЯК, симптомы энтерита эффективно купировались через 6 недель после лечения, при этом побочных реакций не наблюдалось [79]. В 2009 г. аналогичные результаты были получены в экспериментах на пациентах с легкой и среднетяжелой формой ЯК, при этом индекс активности заболевания также был снижен [106]. Fedorak et al. оценили профилактический эффект VSL#3 против послеоперационного рецидива БК и обнаружили, что снижение провоспалительных цитокинов в слизистой оболочке кишечника пациента было связано с VSL#3, а частота послеоперационных рецидивов также оставалась на низком уровне [107]. Аналогичным образом было обнаружено, что использование VSL#3 способно в различной степени облегчить боль у пациентов с ВЗК и имеет большой потенциал для лечения заболевания [108–111]. Таким образом, результаты клинических исследований доказывают, что использование Bifidobacterium longum отдельно или в сочетании с другими пробиотиками может эффективно улучшить симптомы пациентов с ВЗК. Bifidobacterium longum можно использовать в качестве эффективного профилактического или вспомогательного средства лечения ВЗК.
5. Будущие перспективы терапии, связанной с Bifidobacterium longum, при воспалительных заболеваниях кишечника.
В последние десятилетия новым терапевтическим методом стало использование генной и биологической инженерии для экспрессии белков или полипептидов со специфическими функциями с использованием бифидобактерий в качестве векторов [113, 114]. Бифидобактерии являются отличным кандидатом для разработки живых векторов для производства и доставки гетерологичных белков на поверхности слизистых оболочек. Bifidobacterium longum, являющийся пробиотиком, может длительное время колонизироваться в кишечнике и организм человека обладает иммунной толерантностью к данному виду. В случае длительного применения эта бактерия не вызовет отторжения организмом человека [115]. Однако по сравнению с использованием одного бактериального агента эффект от использования составного бактериального агента более значителен. Оптимальная доза и время применения бактериального средства в процессе применения, а также молекулярный механизм его действия до сих пор не определены. Кроме того, для достижения эффективности пробиотических препаратов требуется много времени [116]. При лечении тяжелых острых воспалительных заболеваний кишечника химические препараты и хирургическое лечение по-прежнему остаются первым выбором [117]. Тем не менее вышеуказанные вопросы будут в центре внимания будущих исследований.
6. Выводы
Bifidobacterium longum - симбиотическая бактерия, существующая в желудочно-кишечном тракте человека. В ходе исследований на животных и клинических испытаний было установлено и продемонстрировано, что Bifidobacterium longum оказывает профилактическое и защитное воздействие на ВЗК. Bifidobacterium longum может изменять структуру микробиоты кишечника, индуцировать и регулировать иммунные реакции, снижать экспрессию воспалительных цитокинов и АФК в кишечнике. Кроме того, этот вид бактерий может поддерживать нормальную функцию кишечного барьера за счет увеличения экспрессии белка TJP. Таким образом, Bifidobacterium longum обладает большим потенциалом и может быть использован в качестве профилактики, замены или вспомогательного лечения ВЗК.
Дополнительная информация
Комментариев пока нет