ООО "ПРОПИОНИКС"
пн-пт с 09:00 до 18:00 | +7 (966) 348-80-35 |
Резюме. Растущая распространенность и тяжесть детской пищевой аллергии (FA - food allergies) требуют инновационных профилактических и терапевтических стратегий. Новые данные свидетельствуют о ключевой роли микробиома кишечника в модуляции восприимчивости к FA. Исследования показали, что изменение микробиома кишечника может предшествовать FA, и что определенные структуры микробного сообщества в раннем возрасте могут также влиять на течение болезни. Выявление особенностей микробиома кишечника у детей с FA является движущей силой новых подходов к профилактике и лечению. Этот обзор посвящен потенциальной роли микробиома кишечника как мишени для профилактики и лечения FA.
В последние два десятилетия распространенность, персистенция и тяжесть пищевой аллергии (FA) увеличивались [1]. Это привело к увеличению числа госпитализаций и затрат для пациентов, их семей и систем здравоохранения [2]. Несколько гипотез были сформулированы, чтобы объяснить такое явление. Среди них текущие «гипотезы старых друзей и биоразнообразия» предполагают, что изменения в жизненной среде, рационе питания и образе жизни, связанные с западными странами, изменили микробное разнообразие, нарушили иммунорегуляторную функцию микробиома и предрасположили людей к аллергической сенсибилизации [3,4 , 5]. Формулировка этих гипотез вытекает из убедительных доказательств, указывающих на ключевую роль изменения микробиома под влиянием современных факторов образа жизни в развитии FA [6]. Цель этого обзора - представить обзор текущих знаний о роли кишечного микробиома как инновационной цели вмешательств против FA.
Все больше исследований, проведенных на людях и животных, подтверждают решающую роль дисбактериоза кишечника, состояния дисбаланса в кишечной микробной экосистеме, в развитии пищевой аллергии.
2.1. Данные исследований на людях
Первые исследования, выделяющие различные структуры микробиома кишечника у пациентов с FA, были культуральными исследованиями, но этот тип исследований смог дать только частичные результаты, так как большая часть микробиоты не могла быть культивирована [7,8]. По этой причине в последующих исследованиях использовались другие методы, такие как секвенирование 16S рРНК и метагеномное секвенирование дробовика, оба основанные на технологии секвенирования следующего поколения, которые позволяют более полно и бескультурно профилировать таксоны в данной выборке [9]. К сожалению, метагеномное секвенирование дробовика еще не получило широкого применения в исследованиях с FA. Результаты исследований, основанных на секвенировании 16S рРНК, показали, что дети с FA имеют отчетливую структуру микробиома кишечника по сравнению с детьми без FA (табл.1).
Таблица 1. Основные различия в микробиоме кишечника в исследованиях на основе секвенирования 16S-рРНК между педиатрическими пациентами с FA и без нее.
Пищевая аллергия
|
OTUs
|
Разнообразие
|
Основные особенности, связанные с пищевой аллергией
|
|
Ling et al. 2014 [10]
(n = 34; FA) |
Коровье молоко, яйцо, пшеница, орех, арахис, рыба, креветки, соя
|
↓
|
=
|
↑ Bacteroidetes ↑ Proteobacteria
↑Actinobacteria ↓ Firmicutes |
Azad et al. 2015 [11]
(n = 12; FS) |
Коровье молоко, яйцо, арахис
|
↓
|
=
|
↓ Enterobacteriaceae ↓ Bacteroidaceae
|
Chen et al. 2015 [12]
(n = 23; FS) |
Яичный белок, коровье молоко, пшеница, арахис, соя
|
N.R. |
↓
|
↑ Firmicutes ↑ Proteobacteria
↑ Actinobacteria ↓ Veillonella |
Berni Canani et al. 2016 [13] (n = 39; FA)
|
Коровье молоко
|
↑ |
N.R. |
↑Ruminococcaceae ↑ Lachnospiraceae
↓Bifidobacteriaceae ↓Streptococcaceae ↓Enterobacteriaceae |
Bunyavanich et al. 2016 [14] (n = 226; FA)
|
Коровье молоко
|
↑
|
N.R. |
↑ Bacteroidetes ↑Enterobacter
|
Inoue et al. 2017 [15]
(n = 4; FA) |
Яйцо, пшеница, соя, кунжут, коровье молоко, арахис, креветки, краб
|
N.R.
|
N.R.
|
↑ Lachnospira ↑ Veillonella ↑ Sutterella
↓ Dorea ↓ Akkermansia |
Kourosh et al. 2018
[16] (n = 68; FA) |
Орехи, рыба, молоко, яйцо, кунжут, соя
|
↑
|
N.R. |
↑Oscillobacter valericigenes ↑Lachnocrostidium bolteae ↑ Faecalibacterium sp.
|
Fazlollahi et al. 2018 [17] (n = 141; FA)
|
Яйцо
|
N.R.
|
N.R.
|
↑ Lachnospiraceae ↑ Streptococcaceae ↑ Leuconostocaceae
|
Dong et al. 2018 [18]
(n = 60; FA) |
Коровье молоко
|
N.R.
|
↓
|
↑ Lactobacillaceae
↓ Bifidocacteriaceae ↓ Ruminococcaceae |
Savage et al. 2018 [19]
(n = 14; FA) |
Коровье молоко, яйцо, пшеница, соя, орех, арахис
|
=
|
=
|
↓ Citrobacter ↓ Oscillospira ↓ Lactococcus
↓ Dorea |
FA: пищевая аллергия; FS: пищевая сенсибилизация; OTUs: операционные таксономические единицы; N.R.: не сообщается; ↑: увеличение; ↓: снижение; =: без изменений.
Во всех исследованиях, представленных в Таблице 1, изучалась IgE-опосредованная FA или пищевая сенсибилизация. Данные о структуре микробиома кишечника при не-IgE-опосредованной FA до сих пор в значительной степени не представлены [20,21,22]. Интересно, что данные о 46 пациентах, страдающих не IgE-опосредованной аллергией на коровье молоко (CMA), показали дисбактериоз, характеризующийся обогащением Bacteroides и Alistipes по сравнению со здоровыми контрольными группами, с перекрывающимися сигнатурами у детей с IgE-опосредованной CMA, характеризующимися постепенным увеличением числа бактероидов от здоровых до пациентов с IgE-опосредованной CMA. В том же исследовании дети с не-IgE-опосредованной CMA имели значительно более низкую концентрацию бутирата в кале, чем здоровые контроли [22].
Имеющиеся данные исследований на людях свидетельствуют о том, что дисбактериоз предшествует возникновению FA. Nakayama et al. профилировали состав фекальных бактерий у аллергических и неаллергических детей раннего возраста и коррелировали некоторые изменения состава микробиома кишечника с развитием аллергии в более поздние годы [23]. Azad et al. установлено, что повышенное соотношение Enterobacteriaceae / Bacteroidaceae и низкое обилие Ruminococcaceae в контексте низкого богатства микробиома кишечника в раннем младенчестве связаны с последующей пищевой сенсибилизацией, что позволяет предположить, что ранний дисбактериоз кишечника способствует последующему развитию FA [11]. Более того, имеющиеся данные исследований на людях свидетельствуют о том, что:
2.2. Данные исследований на животных
Данные исследований на животных дают интересную информацию о важности кишечного микробиома при FA. Мыши, получавшие антибиотики, показали предрасположенность к развитию аллергии [24]. Аналогичным образом, у свободных от микробов мышей не развивается иммунная толерантность и сохраняется иммунный ответ Th2 на перорально вводимый антиген [25,26,27]. Этот эффект можно исправить восстановлением микробиома в раннем возрасте, но не в более позднем возрасте. Эти данные подтверждают решающую роль кишечного микробиома в приобретении иммунной толерантности к пищевым антигенам. Действительно, раннее состояние эубиоза допускает изменение баланса Th1 / Th2 лимфоцитов, благоприятствуя ответу клеток Th1; в то время как дисбиоз изменяет гомеостаз микробиома хозяина, вызывая смещение баланса цитокинов Th1 / Th2 в сторону иммунного ответа Th2 и, как следствие, активацию цитокинов Th2 с увеличением продукции IgE [28]. Интересно, что кишечный микробиом также способен передавать восприимчивость к FA. В мышиной модели, восприимчивой к FA, из-за мутации усиления функции рецептора IL-4 исследователи показали, что восстановление свободных от микробов мышей с микробиомом, полученным от сенсибилизированных восприимчивых мышей, но не от сенсибилизированных резистентных мышей, передавало восприимчивость к FA мышам-реципиентам [29]. Другие исследования показали, что виды Clostridium эффективно оказывают аллергопротекторное действие на мышиной модели FA, снижая аллергическую реакцию [30, 31]. Супрессивная роль микробиома при FA подтверждается также «гуманизированными мышиными моделями», созданными с помощью инокуляции микробиоты, полученной из человеческих фекалий здоровых доноров, что приводит к снижению аллергической реакции [31, 32]. Feehley et al. показано, что бесплодные мыши, колонизированные фекалиями здоровых доноров, были защищены от СМА, тогда как животные, колонизированные фекалиями младенцев СМА, демонстрировали выраженные анафилактические реакции на белки коровьего молока с повышением специфического IgE-ответа и продукции Th2-цитокинов [31].
3.1. Механизмы действия на клеточном уровне
Микробиом кишечника играет важную роль в опосредовании иммунной толерантности, способствуя развитию нескольких иммунных и неиммунных механизмов действия против FA. Современные данные свидетельствуют о том, что микробиом кишечника защищает от FA, индуцируя активацию Т-регуляторных (Treg) клеток, которые, как было обнаружено, истощаются у безмикробных мышей, с последующей предрасположенностью к развитию FA [33]. Индуцированные микробиотой Treg-клетки экспрессируют ядерный гормональный рецептор RORyt и дифференцируются по пути, который также приводит к Th17-клеткам; напротив, при отсутствии RORyt в Treg-клетках происходит экспансия GATA-3-экспрессирующих Treg-клеток и обычных Th2-клеток, а Th2-ассоциированная патология усугубляется [34].
Механизмы, действующие в генерации защитных клеток RORyt+ Treg комменсальной микробиотой, включая Clostridiales и Bacteroidales, характеризуются путем, включающим миелоидный дифференцировочный первичный ответ 88 (MyD88); это, в свою очередь, является важным сигнальным преобразователем нескольких врожденных иммунных цитокинов (IL-1, IL-18, IL-33) и сигнальных путей толл-подобных рецепторов. Делеция MyD88 в Treg-клетках отменяла защитный эффект, таким образом устанавливая сигнальную ось MyD88–RORyt, действующую в зарождающихся Treg-клетках в кишечнике, которая опосредует индукцию толерантности комменсальной микробиотой в FA [35].
Ранее было установлено, что MyD88 в клетках Treg регулирует ответ IgA на микробиоту кишечника и пищевые антигены [36, 37], что, в свою очередь, играет важную роль в возникновении симбиоза хозяин-микробиом [38]. Дисбактериоз FA ведет к нарушению оси «комменсальная микробиота - MyD88–RORγt+ Treg-клетки» в FA; У младенцев и мышей с FA было снижено связывание секреторного IgA с микробиотой кишечника и, что примечательно, увеличилось связывание IgE.
В дополнение к прямому воздействию на клетки Treg, здоровый кишечный микробиом защищает от FA, влияя на функцию энтероцитов и регулируя их барьерные защитные свойства. Врожденные лимфоидные клетки (ILCs), которых много в слизистых и барьерных участках, участвуют в этих защитных механизмах [39]. Среди других факторов, ILC3 продуцирует IL-22, цитокин, имеющий решающее значение для поддержания тканевого иммунитета и физиологии, благодаря своему плейотропному действию, стимулируя выработку антимикробных пептидов, усиливая регенерацию эпителия, увеличивая выработку слизи и регулируя кишечную проницаемость для пищевых аллергенов [40].
Более того, Feehley et al. продемонстрировали, что мыши, колонизированные фекальной микробиотой от здоровых детей, продемонстрировали повышенную регуляцию уникального набора генов в эпителиальных клетках подвздошной кишки, например Fbp2, который кодирует глюконеогенный фермент фруктозо-бисфосфатазу, который играет важную роль в поддержании кишечного эубиоза. Напротив, у мышей, колонизированных фекальной микробиотой от младенцев с CMA, наблюдалась пониженная регуляция Tgfbr3 и Ror2, которые важны для восстановления эпителия [31].
Микробиом также способствует редактированию В-клеточных рецепторов в собственной пластинке слизистой оболочки после колонизации [41]. Регуляторные В-клетки обладают иммуносупрессивной способностью, которая часто опосредуется секрецией IL-10, а также продукцией IL-35 и TGF-β [42]. Дополнительной иммунорегуляторной ролью является активация антител IgG4 во время дифференцировки в плазматические клетки [43].
3.2. Уровень метаболизма: иммунорегуляторные метаболиты
Дополнительные потенциальные механизмы, посредством которых микробиом кишечника оказывает протерогенное действие в кишечнике, связаны с продукцией иммунорегуляторных метаболитов, которые взаимодействуют с иммунными клетками хозяина, способствуя невосприимчивости к безвредным люминальным антигенам [44].
Использование метаболомики считается мощным нисходящим биологическим системным подходом, и она имеет важное значение для выявления взаимосвязи генетики–окружающей среды–здоровья, а также клинических биомаркеров заболеваний. Метаболомика малых молекул - это систематическая идентификация, характеристика и количественная оценка всех малых метаболических продуктов, созданных с помощью специфических клеточных процессов в биологической системе. Метаболомика использует высокопроизводительные методы для характеристики и количественной оценки малых молекул в нескольких биожидкостях, таких как кал, моча, плазма, сыворотка и слюна [45]. Метаболомные особенности кишечной микробиоты до сих пор в значительной степени не изучены. Предварительные данные, имеющиеся о профилях короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs), открывают новые перспективы для вмешательства. SCFAs, включая ацетат, пропионат, валерат и бутират, получают из микробной ферментации пищевых волокон в толстой кишке [46]. SCFAs являются основным источником энергии для колоноцитов [47].
SCFAs непосредственно связывают рецепторы, связанные с G-белком (GPCR), на эпителиальных клетках кишечника (например, GPR41, GPR43, GPR109A и Olfr78) или могут пассивно диффундировать через клеточную мембрану для ингибирования гистондеацетилаз (HDAC) в эпителиальных и кишечных иммунных клетках. [48, 49]. Последующее влияние на энтероциты заключается в регуляции экспрессии генов, участвующих в энергетическом метаболизме, пролиферации и дифференцировке клеток, а также в укреплении эпителиального барьера (плотные соединения и образование слизи) [50]. SCFAs также влияют на воспалительные процессы кишечника и процессы репарации тканей, изменяя активность NLRP3 инфламмасомы и аутофагии [51].
Среди SCFAs бутират играет ключевую роль в иммунной толерантности. Было обнаружено, что SCFAs способны увеличивать частоту Treg-клеток толстой кишки, а обработка in vitro пропионатом Treg-клеток толстой кишки безмикробных мышей значительно увеличивает экспрессию FoxP3 и IL-10 - ключевого цитокина, регулирующего функции Treg-клеток [52, 53]. Аналогичным образом было продемонстрировано, что бутират способствует генерации активированных FoxP3+ Treg-клеток в мышиной модели [54]. Бутират способен усиливать метаболизм витамина А, в свою очередь индуцируя активность альдегиддегидрогеназ (ALDH) в CD103+ дендритных клетках (DCs) кишечника и увеличивая процент Treg-клеток и продукцию IgA [55]. Кроме того, бутират способствует дифференцировке В-клеток и увеличивает выработку IgA и IgG [56]. Эти механизмы многочисленны и включают сильную эпигенетическую регуляцию экспрессии генов через ингибирование HDAC [52, 53, 57] ( Рис.1).
Рисунок 1. Бутират оказывает иммунные и неиммунные механизмы действия против пищевой аллергии (FA). Бутират может улучшать целостность кишечного эпителиального барьера, увеличивая толщину слизистого слоя (улучшая экспрессию генов муцина, в частности Muc2) (1) и экспрессию плотных контактов (2). Среди иммунных механизмов бутират действует на эпителиальные клетки кишечника (IECs) двумя различными путями: (а) ингибированием гистондеацетилаз (HDAC) 1 и 3 с последующим повышением активности ретинальдегиддегидрогеназ (RALDH) 1 и уровней ретиноевой кислоты (RA) (3); (b) взаимодействием с рецептором, связанным с G-белком (GPR 43), с последующим увеличением метаболизма витамина А и целостности эпителиального барьера. Влияние бутирата на дендритные клетки (DCs) приводит к увеличению активности RALDH2 и уровней RA за счет прямого (взаимодействие с GPR109A, экспрессируемого DCs) и косвенного (RA, продуцируемый IECs) механизмов (4). Бутират также способен индуцировать связанныt с ретиноевой кислотой орфанный рецепторы yt (RORyt)+FoxP3+Treg-клеток благодаря ингибированию HDAC6 и 9, что также приводит к увеличению экспрессии гена FoxP3, а также к продуцированию и подавлению функции Treg-клеток. (5). Индукция RORγt+ FoxP3+ Treg-клеток также опосредуется взаимодействием DCs (6). Бутират может индуцировать дифференцировку B-клеток и продукцию IgA и IgG посредством ингибирования HDAC, что приводит к ацетилированию специфических генов, участвующих в дифференцировке B-клеток и / или продукции IgG и IgA (7). Кроме того, бутират увеличивает клеточный метаболизм, необходимый для дифференцировки В-клеток и выработки Ig. На эти механизмы также сильно влияет IL-10, секретируемый клетками Treg (8). На рисунке синие стрелки указывают на прямое влияние бутирата, черные стрелки указывают на косвенный эффект бутирата.
Производящие бутират бактерии представляют собой функциональную группу, а не когерентную филогенетическую группу [58]. Дисбактериоз приводит к подавлению видов-продуцентов с высоким содержанием бутирата, что приводит к снижению общего производства бутирата. Таким образом, различные типы дисбактериоза могут иметь одни и те же метаболические особенности, что приводит к сходным эффектам с точки зрения уровня бутирата или других метаболитов, которые могут способствовать возникновению FA. Исходя из этих данных, мы протестировали пероральный бутират на мышиной модели СМА и обнаружили, что он ингибирует острую аллергическую реакцию кожи и оценку анафилактических симптомов, снижение температуры тела, повышение проницаемости кишечника и продукцию бета-лактоглобулин(BLG)-специфических IgE, IL-4 и IL-10, что предполагает защитную роль бутирата против FA [59,60]. Кроме того, добавление бутирата усиливало десенсибилизацию эффекторных клеток, индуцированную пероральной иммунотерапией в мышиной модели СМА, с эффективным снижением активации тучных клеток и базофилов при стимуляции антигеном, а также повышало функциональность Treg-клеток [61].
Помимо этих предварительных данных, полученных на мышиных моделях CMA, результаты исследований на людях подтвердили важную роль SCFAs в FA (см. Раздел 4.4).
Метаболомика позволит получить важные сведения не только о патогенезе FA, но и о тяжести заболевания. Пищевая аллергия ассоциируется со специфическими для болезни метаболическими сигнатурами, особенно в сфинголипидном и фосфолипидном обмене, которые отличают его от астмы. Специфическое сравнение пациентов с FA и больных астмой выявило различия в метаболизме чувствительных к микробиоте ароматических аминокислот и вторичных желчных кислот. У детей с FA в анамнезе тяжелые системные реакции и наличие множественных FAs были связаны с изменениями уровней метаболитов триптофана, эйкозаноидов, плазмалогенов и жирных кислот. Более низкие уровни сфинголипидов и керамидов и другие метаболические изменения, наблюдаемые у детей с FA, могут отражать взаимодействие между измененным микробиомом и подмножествами иммунных клеток в кишечнике [62].
Идентификация бактериальных метаболитов, которые положительно влияют на сеть иммунной толерантности, может быть интересной стратегией против FA с использованием постбиотического подхода.
4.1. Факторы окружающей среды
Существует несколько модифицируемых факторов окружающей среды, которые могут влиять на возникновение FA и потенциально могут быть направлены на предотвращение FA. Окно возможностей, в котором факторы окружающей среды определяют индивидуальную восприимчивость к развитию инфекционных и неинфекционных хронических заболеваний (включая аллергию) во взрослой жизни, называется «первые 1000 дней». Этот период проходит от внутриутробного развития до первых двух лет жизни, в течение которых на микробиоту кишечника и развитие иммунной системы оказывают сильное влияние факторы окружающей среды [63]. Питание матери во время беременности и лактации оказывает прямое и косвенное влияние на микробиоту кишечника матери и желез млекопитающих (энтеромаммарный путь) и играет ключевую роль в раннем влиянии на состав и функцию микробиома кишечника младенца [64]. Другие факторы, такие как сельская среда, вагинальные роды, увеличение размера семьи, воздействие домашних животных, грудное вскармливание, диета с высоким содержанием клетчатки и/или ферментированная пища, связаны с защитным эффектом против развития FA. В отличие от этого, роды кесаревым сечением, пренатальное и раннее воздействие антибиотиков, ингибиторов кислотности желудочного сока, антисептических средств и диет на основе нездоровой пищи и/или с низким содержанием клетчатки/высоким содержанием жиров могут увеличить риск развития FA. Эти факторы окружающей среды в основном связаны со структурой и функцией микробиома кишечника [65-78] (Рис. 2).
Рисунок 2. Состав и функция микробиома кишечника младенца связаны с многочисленными факторами окружающей среды. «Первые 1000 дней» начинаются от внутриутробного развития до первых 2 лет жизни и представляют собой каркас формирования структуры и функций кишечного микробиома. Идеальный путь начинается с доношенного гестационного периода, за которым следуют спонтанные роды, грудное вскармливание, обеспечиваемое матерью, придерживающейся средиземноморской диеты, более раннее воздействие окружающей среды в сельской местности и потребление младенцем диеты с высоким содержанием клетчатки и/или ферментированной пищи. Все эти факторы ответственны за эубиоз кишечника с преобладанием бактерий, продуцирующих SCFA, и целостность кишечного барьера, закладывая основы для здорового состояния и длительной защиты от неинфекционных хронических заболеваний (таких как FA) в более позднем возрасте. И наоборот, роды кесаревым сечением у матери, придерживающейся нездоровой и / или низко-волокнистой диеты, а также прямое или косвенное воздействие в детском возрасте антисептических средств и лекарственных препаратов (главным образом антибиотиков и ингибиторов кислотности желудочного сока) приводят к дисбактериозу кишечника с преобладанием патогенных бактерий, снижению продукции иммуномодулирующих факторов, повышению проницаемости кишечного барьера и риску развития FA.
4.2. Пробиотики
Пробиотики определяются как «живые микроорганизмы, которые при введении в достаточных количествах в составе пищи приносят пользу здоровью хозяина» [79]. Пробиотики могут действовать на разных уровнях в сети иммунной толерантности: модулировать структуру и функцию кишечного микробиома (например, увеличивать выработку бутирата) [13]; взаимодействовать с энтероцитами с последующей модуляцией неиммунных (проницаемость кишечника и толщина слизи) [80,81] и иммунных толерогенных механизмов (стимуляция продукции секреторного IgA и β-дефенсина) [82]; и модулировать цитокиновый ответ иммунными клетками [52,59,83,84,85]. Пробиотические добавки представляют собой интересный вариант для профилактики и лечения FA. Наиболее распространенные пробиотические бактерии делятся на две группы, а именно лактобациллы и бифидобактерии.
Недавние доклинические исследования пробиотической активности в отношении FA были проведены на мышиной модели аллергии на яйца. Lactobacillus reuteri AB425917 восстанавливал ухудшенный профиль микробиоты кишечника и дисбаланс Th1/Th2, вызывая иммунную толерантность кишечника против аллергического ответа, вызванного овальбумином [86]. Song et al. выделен и идентифицирован Lactobacillus rhamnosus 2016SWU.05.0601, способный восстанавливать иммунный дисбаланс Th1/Th2 и Treg/Th17 у мышей, сенсибилизированных овальбумином, путем модуляции кишечной микробиоты, что способствует снижению уровней сывороточного IgE и овальбумина-IgE [87].
На мышиной модели аллергии на моллюсков пероральное введение пробиотического штамма Bifidobacterium infantis 14.518 эффективно подавляло индуцированный тропомиозином аллергический ответ как в профилактических, так и в терапевтических стратегиях. Дальнейшие результаты показали, что Bifidobacterium infantis 14.518 стимулировал созревание дендритных клеток (DCs) и накопление CD103+ толерогенных DCs в лимфоидной ткани, связанной с кишечником, что впоследствии индуцировало дифференцировку Treg-клеток с целью подавления Th2-смещенного ответа. Авторы показали, что Bifidobacterium infantis 14.518 регулирует изменения состава микробиоты кишечника. В частности, увеличение Dorea и уменьшение Ralstonia было тесно связано с соотношением Th2/Treg и может способствовать облегчению вызванных тропомиозином аллергических реакций [88].
Доклинические исследования были также проведены на мышиных моделях CMA. Неонатальная моноколонизация безмикробных мышей Lactobacillus casei BL2 модулировала аллергическую сенсибилизацию к белкам коровьего молока. У колонизированных Lactobacillus casei мышей выявлялись более высокие казеин-специфические IgG-ответы из-за гидролиза казеина Lactobacillus casei в иммуногенные пептиды [89]. Аналогичные результаты были сообщены другими авторами, которые наблюдали снижение концентраций IgE, IL-4 и IL-13 после введения Bifidobacterium infantis CGMCC313-2 у BLG-сенсибилизированных мышей [90].
Клинические исследования изучили эффективность выбранных пробиотических штаммов против FA. Эффект представляется специфичным для штамма. Среди различных пробиотиков Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) появился в качестве бактериального штамма, способного оказывать противоаллергическое действие на человека, особенно при CMA. Мы показали, что у детей с CMA экстенсивно гидролизованная казеиновая формула (EHCF), дополненная LGG, вызывала более высокие показатели толерантности через 6 и 12 месяцев по сравнению с одной EHCF и другими смесями [91, 92]. Через 3 года наблюдения за педиатрической группой из 220 детей с CMA было получено дальнейшее подтверждение более высокой частоты приобретения оральной толерантности, а также более низкой частоты других аллергических проявлений после лечения EHCF + LGG по сравнению с одной EHCF [93]. Кроме того, мы показали, что лечение детей с CMA EHCF + LGG приводит к обогащению специфических штаммов бактерий, которые связаны с более высоким уровнем фекального бутирата [13]. Руководящие принципы Всемирной организации аллергии рассматривают модуляцию иммунной системы с использованием функциональных продуктов в качестве многообещающей исследовательской гипотезы как части усилий по стимулированию толерогенной иммунной среды в контексте CMA. Тем не менее, авторы пришли к выводу, что необходимы дополнительные доказательства из рандомизированных контролируемых исследований. Они определили дальнейшие исследования пробиотических добавок в лечении CMA как важной области для развития более сильной доказательной базы в CMA [94, 95].
LGG также был изучен у пациентов с аллергией на арахис. В клиническом исследовании LGG вводили вместе с арахисовой пероральной иммунотерапией в течение 18 месяцев. Пациенты, получавшие комбинированное лечение, имели более высокие показатели десенсибилизации к арахису по сравнению с плацебо (82,1% против 3,6% соответственно) [96]. Последующее исследование 48 из 56 детей, которые участвовали в этом комбинированном пробиотическом и пероральном иммунотерапевтическом исследовании, показало, что лица, получавшие лечение, с большей вероятностью продолжали есть арахис по сравнению с теми, кто принимал плацебо, через четыре года после прекращения лечения (67% против 4%, р = 0,001); более того, у большего числа участников из группы, получавшей лечение, был меньший размер кожного прик-теста на арахис и более высокие соотношения sIgG4: sIgE для арахиса по сравнению с контрольной группой, получавшей плацебо [97].
4.3. Пребиотики
В настоящее время пребиотик определяется как «субстрат, который избирательно используется микроорганизмами-хозяевами, приносящими пользу для здоровья», включая неперевариваемые соединения, такие как олигосахариды или растворимые ферментируемые волокна, которые селективно используются и способствуют росту полезных микроорганизмов и улучшают здоровье [98] , В частности, наиболее изученной является комбинация галакто-олигосахаридов (GOS) / фруктоолигосахаридов (FOS). Механизмы действия пребиотиков обусловлены прямыми и косвенными эффектами. Косвенные эффекты включают избирательное брожение, увеличение популяций резидентных микроорганизмов кишечника, способствующих укреплению здоровья. SCFAs опосредуют непосредственное благотворное действие пребиотиков на кишечном и внекишечном уровнях [46, 99]. Добавка пребиотиков была предложена в качестве возможного метода вмешательства в профилактике аллергических расстройств [100]. Тем не менее, подавляющее большинство систематических обзоров и мета-анализов, проведенных в этой области, пришли к выводу, что хотя некоторые исследования показывают положительное влияние пребиотиков на аллергические проявления, имеющихся данных недостаточно для того, чтобы рекомендовать пребиотик в качестве обычного метода профилактики аллергии у детей на искусственном вскармливании [101, 102]. Таким образом, необходимы дальнейшие строгие исследования в этой области.
4.4. Постбиотики
Термин постбиотик относится к использованию нежизнеспособных клеток или клеточных фракций, которые при введении в адекватных количествах приносят пользу для здоровья хозяина. Кроме того, термин постбиотик также относится к растворимым компонентам, таким как короткоцепочечные жирные кислоты (SCFAs), витамины, бактериоцины, органические кислоты, ферменты, перекись водорода, этанол, диацетил, пептиды, белки клеточной поверхности, тейхоевые кислоты, муропептиды, полученные из пептидогликана, эндо- и экзополисахариды, лактоцепины, плазмалогены, полифосфаты и молекулы, чувствительные к кворуму, которые вырабатываются живыми пробиотическими клетками в процессе ферментации или синтетически производятся в лаборатории [103,104]. Иммуномодулирующие механизмы, вызываемые SCFAs, представляют собой одну из самых сильных связей между диетой, кишечным микробиомом и аллергическими заболеваниями [44]. В когорте из 301 ребенка в возрасте 1 года были обнаружены значительные ассоциации между составом рациона питания и содержанием SCFAs в стуле, что позволяет предположить, что диету можно использовать для модуляции микробной продукции SCFAs. Авторы также исследовали роль SCFAs в профилактике аллергии и обнаружили, что у детей с высоким уровнем бутирата снижается риск повышения чувствительности к пищевым аллергенам [105]. Как мы уже говорили выше, доклинические исследования показали, что среди SCFAs бутират способствует защите от развития FA с помощью множества толерогенных механизмов. В наблюдательных исследованиях на людях дефицит бутирата наблюдался у детей с аллергией [106], тогда как обогащение производящих бутират таксонов (класс Clostridia и тип Firmicutes) наблюдалось у детей с более быстрым разрешением CMA [14]. Совсем недавно, Cait et al., используя секвенирование дробовика, проанализировали фекальные микробиомы (в 3-месячном и 1-летнем образцах стула) 105 детей с атопией, чтобы выяснить, есть ли бактериальное производство бутирата в раннем возрасте. Авторы обнаружили, что бактерии, участвующие в производстве бутирата, были довольно истощены у 3-месячных детей, у которых впоследствии развилась атопия. Анализируя функцию кишечного микробиома, они также обнаружили, что у 3-месячных детей, у которых впоследствии были аллергические проявления, отсутствовали гены, кодирующие ключевые ферменты как для расщепления углеводов, так и для производства бутирата [107]. Мы оценили прямое влияние бутирата на мононуклеарные клетки периферической крови (РВМС) у детей, страдающих от IgE-опосредованной CMA. PBMC стимулировали BLG в присутствии или в отсутствие бутирата. Предварительные результаты показывают, что бутират стимулирует продукцию IL-10 и IFN-γ и снижает скорость метилирования ДНК двух цитокиновых генов.
Эти данные свидетельствуют о потенциале постбиотического подхода, основанного на использовании SCFAs против FA. Однако клинические испытания на основе добавок SCFAs для профилактики и лечения FA еще не проведены. Поэтому в настоящее время ни одно научное сообщество не рекомендует оптимальную частоту введения постбиотиков для профилактики и лечения FA.
4.5. Синбиотики
Синбиотики представляют собой смесь пребиотиков и пробиотиков, которые воздействуют на хозяина путем улучшения выживания и имплантации живых микробных пищевых добавок в желудочно-кишечный тракт, улучшая здоровье хозяина [108]. Candy et al. [109] разработали исследование, чтобы выяснить, могут ли синбиотические компоненты улучшить микробиоту кишечника у детей с не-IgE-опосредованной CMA, чтобы достичь микробного состава, близкого к таковому у здоровых детей, находящихся на грудном вскармливании. Младенцам с подозрением на не-IgE-опосредованную CMA вводили тестовую смесь, содержащую синбиотики, или контрольную смесь без синбиотиков. Тестовая формула представляла собой гипоаллергенную питательную формулу на основе аминокислот, включая пребиотическую смесь фруктоолигосахаридов и пробиотический штамм Bifidobacterium breve M-16V. Контрольная формула представляла собой смесь на основе аминокислот без синбиотиков. Авторы пришли к выводу, что состав на основе аминокислот, содержащий специфические синбиотики, улучшал фекальную микробиоту детей с подозрением на не-IgE-опосредованную CMA, приближаясь к составу кишечной микробиоты здоровых грудных детей.
Интересно, что Bifidobacterium breve M-16V может изменять микробиоту кишечника, чтобы облегчить симптомы аллергии с помощью сигнализации IL-33/ST2. Эти результаты показали, что микробиота кишечника имеет важное значение для регуляции FA к диетическим антигенам, и продемонстрировали, что вмешательство в регуляцию бактериального сообщества может быть терапевтически связано с FA [110].
Однако, хотя эти предварительные данные являются многообещающими, необходимы дальнейшие исследования для оценки эффективности этого подхода в отношении клинических симптомов.
Запланированное, но еще не проведенное рандомизированное, двойное слепое клиническое исследование детей с высоким риском развития аллергии позволит сравнить частично гидролизованную детскую смесь с синбиотиками по сравнению со стандартной детской смесью (NCT03067714) для первичного исхода диагностированных врачом IgE-опосредованных аллергических проявлений.
5. Выводы и перспективы на будущее
Все больше данных свидетельствует о том, что дисбактериоз в раннем возрасте является решающим фактором развития FA. По этой причине микробиом кишечника становится инновационной мишенью для профилактики и лечения FA у детей [114-119]. Формирование микробиома кишечника с помощью вмешательства в виде модифицируемых факторов окружающей среды и/или с помощью про-/пре-/син-/постбиотиков является перспективной стратегией борьбы с FA. В этой области данные исследований на людях и животных обнадеживают, но многие вопросы остаются нерешенными.
Исследователи под руководством Хироши Оно (Hiroshi Ohno) из Центра интегративных медицинских наук RIKEN в Японии обнаружили связь между кишечными бактериями и успехом пероральной иммунотерапии аллергии на молоко.
Исследование, опубликованное в журнале Allergology International, показало, что бифидобактерии — род полезных бактерий в кишечнике — связаны с более высокими шансами на успешное лечение. Это открытие может помочь в разработке более эффективных пероральных иммунотерапий, возможно, путем их комбинирования с пробиотическими добавками.
Многие дети страдают аллергическими реакциями на коровье молоко, в частности на определенные молочные белки. Хотя большинство из них вырастают из этого состояния, для некоторых это становится проблемой на всю жизнь - избегать всех продуктов, в состав которых входит молоко, особенно если аллергические реакции тяжелые и включают анафилактический шок.
Исследователи обнаружили, что аллергия на молоко улучшается при пероральной иммунотерапии - лечении, при котором пациенты целенаправленно пьют небольшое количество молока. К сожалению, хотя во время лечения аллергические реакции контролируются, в большинстве случаев толерантность исчезает вскоре после окончания лечения.
Считается, что бактерии кишечника помогают уменьшить аллергическую реакцию на некоторые продукты, но мало что известно о связи между этими бактериями и пероральной иммунотерапией при аллергии на молоко. Поэтому команда RIKEN IMS обследовала 32 ребенка с аллергией на коровье молоко, получавших пероральную иммунотерапию, причем первый месяц они находились в больнице.
«Поральная иммунотерапия не лишена риска», — объясняет Оно. «Мы внимательно наблюдали за детьми в больнице, и фактически у четырех детей были настолько серьезные реакции на молоко, что мы не могли позволить им продолжать лечение».
Остальные 28 детей затем прошли еще 12 месяцев лечения дома. Затем они избегали молока в течение двух недель, а затем прошли двойное слепое плацебо-контролируемое пищевое тестирование (DBPCFC), чтобы проверить, могут ли они по-прежнему переносить молоко без каких-либо аллергических реакций (прим. ред.: Двойной слепой плацебо-контролируемый провокационный тест большинством исследователей рассматривается как «золотой стандарт» для диагностики пищевой аллергии).
Во время пищевого испытания детям сначала давали небольшое количество плацебо или молока — всего 0,01 мл — которое постепенно увеличивали каждые 20 минут, пока у них не возникала аллергическая реакция или пока они не могли выпить последние 30 мл без реакции.
Исследователи сосредоточили свой анализ на иммунологических и бактериальных изменениях во время лечения, а также на взаимосвязи между кишечными бактериями и успешным лечением, которое определялось как демонстрация толерантности к молоку, которая сохранялась после периода лечения путем прохождения пищевой пробы.
Они обнаружили, что во время лечения иммунологические маркеры аллергии на коровье молоко улучшились, а бактерии в кишечнике изменились. Тем не менее, после двух недель отказа от молока только 7 из 28 детей прошли пищевой тест, хотя к концу лечения они могли спокойно пить молоко.
Чтобы понять, почему лечение помогло этим семи детям, а не остальным, команда искала клинические факторы и типы кишечных бактерий, которые были связаны с успешным лечением.
Среди клинических факторов неуспешное лечение было более вероятно у детей, которые лечились от экземы или астмы, а также у детей, у которых изначально был повышен уровень антител к молочному белку. Среди кишечных бактерий присутствие Bifidobacterium, рода полезных бактерий из семейства Bifidobacteriaceae, было связано с более высокими шансами на успешное лечение.
Фактически, только у детей, прошедших финальный пищевой тест, наблюдалась тенденция к увеличению количества этих бактерий в течение курса лечения. Если рассматривать способы улучшения пероральной иммунотерапии, то это хорошая новость, поскольку если первые два фактора трудно изменить, то типы бактерий в кишечнике не являются чем-то неизменным.
«В этом исследовании мы определили факторы среды кишечника, которые помогают установить иммунную толерантность против аллергии на коровье молоко с помощью пероральной иммунотерапии», - говорит Оно. «Следующим шагом станет изучение механизмов, лежащих в основе этого явления, и разработка способов повышения эффективности пероральной иммунотерапии, например, добавление пробиотических добавок».
Источник: Материал предоставлен компанией RIKEN
Статья в журнале: Ryohei Shibata et al, Gut microbiota and fecal metabolites in sustained unresponsiveness by oral immunotherapy in school-age children with cow's milk allergy, Allergology International (2023). https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1323893023001053?via%3Dihub
См. дополнительно:
Литература
Комментариев пока нет