Влияние пробиотиков на состояние защитного барьера и иммунную систему желудочно-кишечного тракта

Обобщены результаты экспериментальных исследований влияния пробиотического штамма L. casei DN-114001 на состав и метаболическую активность микробиоты, слизистый кишечный барьер и иммунную систему желудочно-кишечного тракта.




Influence of probiotics on the state of protective barrier and immune system of gastrointestinal tract

Outcomes of experimental studies of probiotic strain L. casei DN-114001 influence on the composition and probiotic activity of microbiota, mucous intestinal barrier and immune system of gastrointestinal tract were generalized.

Вовлеченность микробиоты организма человека в нашу жизнь, ее влияние на онтогенез c момента внутри­утробного развития до конца жизни, а также развитие человека как биологического вида поражает и поддерживает постоянный интерес к данной теме на протяжении последних ста лет. Основоположником науки о «полезных микроорганизмах» является лауреат Нобелевской премии за 1908 г. И. И. Мечников, который на заре становления иммунологии указывал на центральную роль биопленки из сотен видов микроорганизмов, покрывающих кожу и слизистые организма, в поддержании духовного и физического здоровья человека, его устойчивости к воздействию неблагоприятных внешних факторов.

За прошедшее столетие в изучении микробиоты были сделаны сотни открытий, позволивших уточнить ее роль и механизмы воздействия на организм человека, созданы сотни лекарственных препаратов и продуктов функционального питания, направленных на поддержание ее баланса. В настоящее время результаты анализа генетического материала, собранного в ходе реализации международного проекта «Микробиом человека», крупнейшими программами которого стали «Human Microbiome Project», реализуемый в США, и европейский проект «MetaHIT» [1], позволяют говорить о том, что микробиота человека включает до 10 тысяч микроорганизмов [2]. Большинство из них (88%) попадают в четыре филы (крупнейшие таксономические единицы бактерий и архей) — Bacteroides, Firmicutes, Actinobacteria и Proteobacteria [3]. Благодаря такому разнообразию объем генетического материала микроорганизмов, обитающих в организме человека, превышает 8 миллионов уникальных кодирующих генов, что в 360 раз больше, чем собственно человеческих (22 тысячи).

В начале текущего года была предпринята попытка развенчать миф о 10-кратном численном превосходстве представителей микробиоты над количеством клеток организма человека, более 40 лет назад появившийся по результатам исследований микробиолога Томаса Лаки (1972) [4]. Группа израильских и канадских ученых установила, что организм «среднего человека» (с массой тела около 70 кг, в возрасте от 20 до 30 лет и ростом 1,7 метра) состоит из 30 триллионов клеток, а бактериальных клеток в его организме содержится 39 триллионов [5]. При этом у другого человека может быть в два раза больше или в два раза меньше бактерий, но наиболее вероятно, что соотношение близко к равному. Однако очевидно, что не численность, а состав и соотношение видов микроорганизмов играют решающую роль в системе «микробиота–хозяин».

Наиболее представительной и значимой для человека является микробиота желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). В повседневной практике врач сталкивается с задачей выбора эффективных и безопасных средств для коррекции ее нарушений, уменьшения негативного воздействия проводимой терапии (в первую очередь антибактериальными и химиопрепаратами), а также стимуляции ее защитных функций, реализуемых как на локальном, так и системном уровне. Арсенал средств включает пробиотики, пребиотики, синбиотики и пробиотические продукты питания с доказанной эффективностью. Пробиотические бактерии реализуют свою функциональность на трех уровнях организма:

  • первый — микробиота ЖКТ;
  • второй — эпителиальный барьер ЖКТ;
  • третий — иммунная система.

Количество пробиотических штаммов, а также лекарственных препаратов пробиотиков и пробиотических продуктов питания увеличивается год от года. Это существенно затрудняет выбор наиболее эффективного и требует анализа большого числа клинических и экспериментальных исследований.

В данной статье обобщены результаты экспериментальных исследований влияния пробиотического штамма L. casei DN-114001 (L. paracasei CNCMI-1518) на состав и метаболическую активность микробиоты, слизистый кишечный барьер и иммунную систему ЖКТ, а также клинических исследований профилактической эффективности пробиотического кисломолочного продукта (ПКП) Actimel, содержащего данный штамм в концентрации 1 × 108 КОЕ/мл.

Влияние Lactobacillus сasei DN-114001 на микробиоту желудочно-кишечного тракта

Воздействие пробиотиков на микробиоту ЖКТ многопланово. Наиболее изучены механизмы антагонистического влияния на факультативную микробиоту за счет снижения внутрипросветной pH, синтеза бактериоцинов и лантабиотиков, продукты микробного метаболизма (молочная кислота и короткоцепочечные жирные кислоты, перекись водорода, сероводород), конкуренции за пищевые субстраты и факторы роста, а также блокирование мест прикрепления и инвазии в слизистую оболочку.

Одним из наиболее ожидаемых результатов пробиотической терапии наряду с подавлением активности факультативной микробиоты является повышение количества фекальных лакто- и бифидобактерий, а также нормализация метаболической активности микробиоты ЖКТ.

В одном из первых исследований по оценке влияния пробиотического штамма L. сasei DN-114001 на микробиоту ЖКТ гнотобионтных крыс был отмечен рост популяции бифидобактерий, а также модулирована активность метаболических и энзиматических параметров [6]. Концентрации короткоцепочечных жирных кислот (уксусной, пропионовой и масляной) были значимо выше в группе животных, получавших ПКП с L. сasei DN-114001, в сравнении с особями, получавшими кисломолочный продукт без пробиотиков и молочное желе.

В рамках исследования Pedone исследована динамика содержания лактобактерий в фекалиях здоровых детей в возрасте 10–18 месяцев, получавших в течение 30 дней один из трех продуктов: молоко, ферментированное L. bulgaricus и S. thermophilus, ПКП, содержащий L. сasei DN-114001, молочное желе [7]. Распределение детей проходило случайным образом, после 1-недельного вводного периода. Образцы кала собирали во время ввод­ного периода (D-8, D0), через 2 недели и 1 месяц приема продуктов (D15, D30) и в конце наблюдения (D38). Как показали результаты исследования, в группе, употреблявшей ПКП, содержащий L. сasei DN-114001, количество детей, имеющих популяцию Lactobacillus в концентрации выше 6log10 КОЕ/г, достоверно увеличилось с 18% до 68% (р < 0,05) в сравнении c другими группами. В этой же группе выявлено снижение активности β-глюкуронидазы и β-гликозидазы (р < 0,05), особенно у тех детей, у которых активность этих ферментов была первоначально высокой, что демонстрирует положительное влияние ПКП с L. casei DN-114001 на метаболическую активность кишечной флоры. Таким образом, представленные результаты показывают, что ПКП с L. casei DN-114001 может способствовать восстановлению баланса и метаболической активности кишечной микробиоты.

Влияние Lactobacillus сasei DN-114001 на слизистую оболочку кишечника

Защитный муциновый слой покрывает эпителий ЖКТ. Этот слой функционирует как активный барьер, который синтезируется и секретируется бокаловидными клетками [8]. Достоверное увеличение числа бокаловидных клеток кишечника происходит в результате включения в рацион питания животных (мышей) ПКП, содержащего L. casei DN-114001 [9].

Первыми с пробиотиками в кишечнике взаимодействуют эпителиальные клетки кишечника (ЭКК). Повышение адгезивных свойств пробиотических бактерий может усилить их выживаемость в ЖКТ, обеспечивая лучшую активацию эпителиальных клеток кишечника [10].

Контакт пробиотических микроорганизмов с ЭКК является первым этапом, необходимым для трансдукции сигналов, которые стимулируют иммунный ответ в кишечнике, что было продемонстрировано для L. casei DN-114001 [9, 11]. В исследовании на мышах, получивших перорально суспензию L. casei DN-114001 (109 КОЕ/мл), уже через 10 минут было отмечено взаимодействие данного пробиотического микроорганизма с микроворсинками энтероцитов, что проводило к активации ЭКК в виде увеличения числа мультивезикулярных телец в их цитоплазме [9].

Важную роль во взаимодействии пробиотических микроорганизмов с ЭКК играют toll-подобные рецепторы (TLR), стимуляция которых вызывает продукцию клетками ИЛ-6, ИЛ-1 и ИЛ-8 [12]. В исследовании C. M. Galdeano с соавт. (2009) степень активации ЭКК у мышей, получавших ПКП, содержащий L. casei DN-114001, оценивали путем измерения высвобождения ИЛ-6 из энтероцитов [9]. Было установлено существенное повышение продукции ИЛ-6, однако его уровень был ниже, чем в ответ на воздействие патогенных бактерий [13]. Данный цитокин инициирует и поддерживает взаимодействие ЭКК и иммунных клеток кишечника, а также участвует в индукции образования IgA в ходе клональной селекции B-клеток [14].

Непосредственное взаимодействие пробиотических микроорганизмов с ЭКК способно повышать их устойчивость к воздействию патогенных бактерий и вирусов. В исследовании M. Freitas с соавт. (2003) на модели эпителиальных клеток линии НТ29-ТХ была изучена способность L. casei DN-114001 препятствовать адгезии ротавируса [15]. Было показано, что инкубирование клеток кишечного эпителия линии НТ29-ТХ в среде, содержащей 20% надосадочной жидкости, взятой от культуры L. casei DN-114001, усиливало связывание β-галактозы со специфическими лектинами более чем на 60%, а также уменьшало инфицирование клеток ротавирусом на 70%.

В другом исследовании эпителиальные клетки кишечника человека линии Т84, инфицированные энтеропатогенной E. coli (ЕРЕС), инкубировали в присутствии L. casei DN-114001 в двух режимах: совместное инкубирование (патогенный и пробиотический штаммы одновременно инкубировали с клетками Т84) и постинфекционное (пробиотик добавляли через 3 ч после инфицирования патогенными бактериями) [16]. В обоих случаях совместное инкубирование в присутствии L. casei DN-114001 препятствовало снижению трансэпителиальной резистентности, вызванному E. coli, и одновременно ингибировало увеличение индуцированной энтеропатогенными кишечными палочками парацеллюлярной проницаемости.

Влияние Lactobacillus сasei DN-114001 на иммунную систему желудочно-кишечного тракта

Пробиотические бактерии или фрагменты их бактериальных стенок успешно взаимодействуют с многочисленными клетками иммунной системы кишечника. Однако иммунотропность пробиотических штаммов имеет существенные различия. Так, пробиотический штамм L. casei CRL-431 вызывал увеличение количество клеток продуцентов IgA, дендритных клеток и макрофагов, но не оказывал значимого влияния на количество CD4+ или CD8+ Т-лимфоцитов в тонкой кишке [17]. Для штамма L. casei DN-114001, напротив, была продемонстрирована способность стимулировать не только активность IgA+ клеток, но также вызывать увеличение числа CD8+ и CD4+ лимфоцитов в биоптатах тонкой кишки [18].

Большое значение имеет изучение механизмов взаимодействия пробиотиков с системой врожденного иммунитета как первой универсальной линией иммунологической защиты организма. По данным C. M. Galdeano и G. Perdigon (2006), пробиотические бактерии вызывают активацию макрофагов и дендритных клеток [19, 20]. Говоря о влиянии пробиотических продуктов на систему врожденного иммунитета, можно привести данные исследования C. M. Galdeano с соавт. (2009), показавшего, что включение в рацион мышей ПКП с L. casei DN-114001 вызывало увеличение количества макрофагов в lamina propria по сравнению с животными без особого кормления, однако не влияло на количество дендритных клеток. При этом изменения количества макрофагов не были связаны с экспрессией клеточных рецепторов CD 206 и TLR-4 [9].

Пробиотические лактобактерии демонстрируют существенные отличия в способности индуцировать выделение дендритными клетками про- и противовоспалительных цитокинов. В работе H. R. Cristensen с соавт. (2002) была продемонстрирована способность L. casei стимулировать продукцию ИЛ-6, ИЛ-12 и фактора некроза опухоли α (ФНО-α), а также экспрессию маркеров созревания ДК, тогда как штамм Lactobacillus reuteri характеризовался слабой цитокин-индуцирующей активностью и подавлял секрецию цитокинов и экспрессию маркеров созревания [21]. Полученные результаты позволяют предположить, что разные виды/штаммы лактобактерий могут оказывать различное влияние на функционирование дендритных клеток и таким образом осуществлять регуляцию первоначальных этапов иммунного ответа.

Учитывая тот факт, что ПКП являются элементом ежедневного рациона человека, эффекты их долговременного применения также требуют экспериментальной оценки. В исследовании, выполненном C. M. Galdeano и G. Perdigon (2004), включение ПКП, обогащенного L. casei DN-114001, в рацион мышей на длительный период (98 дней) сопровождалось увеличением концентрации ФНО-α и интерферона γ (ИФН-γ), секретируемых активированными Т-клетками, NK, макрофагами и ДК собственной пластинки кишечника [11].

Профилактическая эффективность кисломолочного продукта, обогащенного Lactobacillus сasei DN-114001

Инфекции ЖКТ традиционно являются объектом для оценки профилактической эффективности пробиотиков и ПКП. В многоцентровом исследования, проведенном C. A. Pedone с соавт. в 2000 году во Франции, принимали участие 928 детей в возрасте от 6 до 24 месяцев, из которых 463 получали пробиотический продукт, содержащий L. casei DN-114001, а 465 — в качестве плацебо — традиционный йогурт [7]. В течение 12-недельного периода употребления изучаемых продуктов число детей, перенесших острые кишечные инфекции (ОКИ), было значительно ниже в группе, получавшей пробиотический продукт (15,9%), чем в группе, получавшей йогурт (22%) (р = 0,029). Кроме этого, после 12 недель исследования количество детей, у которых обнаруживали антиген ротавируса в кале, уменьшилось с 5,21% до 0,29% в 1-й группе, что достоверно более значимо, чем во 2-й группе — с 4,81% до 2,2%.

Второй по частоте применения пробиотиков является проблема профилактики антибиотико-ассоциированной диареи (ААД), в том числе Clostridium difficile-ассоциированной диареи. Кисло­молочный продукт, содержащий L. casei DN-114001, продемонстрировал высокую эффективность в профилактике ААД [22]. В ходе рандомизированного плацебо-контролируемого исследования было установлено, что на фоне системной антибактериальной терапии ААД возникла у 7 (12%) из 57 больных, получавших пробиотический продукт, по сравнению с 19 (34%) из 56 больных в группе плацебо (р = 0,007). Абсолютное снижение риска составило 21,6% (с доверительным интервалом (ДИ) от 6,6% до 36,6%), а необходимое число пролеченных больных для получения одного благоприятного или предупреждения одного неблагоприятного исхода (NTT) оказалось равно 5 (ДИ от 3 до 15). В основной группе участников не было выявлено ни одного случая C. difficile-диареи. Напротив, в группе плацебо такая диарея имела место у 9 из 53 больных (17%) (p = 0,001). Абсолютное снижение риска C. difficile-диареи составило 17% (ДИ от 7% до 27%).

Большее число исследований посвящено оценке пробиотиков и пробиотических продуктов в профилактических и терапевтических программах при острых респираторных инфекциях у детей и взрослых. Оценка эффективности кисломолочного продукта, содержащего пробиотический штамм L. casei DN-114001, проводилась в исследовании DRINK [23]. В двойном слепом рандомизированном плацебо-контролируемом клиническом исследовании с сокрытием принадлежности субъектов к группе в округе Вашингтон (США) приняли участие 638 детей в возрасте 3–6 лет, посещающих детские сады или школы. Участники на протяжении 90 дней употребляли пробиотический продукт (основная группа) или продукт-плацебо без живой культуры. Установлено, что частота распространенных инфекционных заболеваний (острые респираторные заболевания + ОКИ) в основной группе (0,0782 случаев на 100 человеко-дней) была на 19% ниже, чем в группе плацебо (0,0986 случаев на 100 человеко-дней) (показатель заболеваемости — 0,81, 95% ДИ: 0,65; 099) (p = 0,046). Частота инфекций верхних дыхательных путей в основной группе (0,027 случая на 100 человеко-дней) была на 18% ниже, чем в группе плацебо (0,033 случая на 100 человеко-дней) (показатель частоты — 0,82, 95% ДИ: 0,68, 0,99, р = 0,036).

Заключение

Резюмируя представленные в статье данные, можно отметить, что за последние годы наши знания о микробиоте человека, механизмах действия пробиотиков значительно расширились, а содержащие их препараты и продукты питания прочно вошли в повседневную жизнь. Их адекватное использование может способствовать оптимизации состава кишечной микробиоты, что является важным и необходимым инструментом профилактики различных заболеваний и сохранения здоровья человека.

Литература

  1. Электронный ресурс: http://www.genomeweb.com/node/1089736? hq_e=el&hq_m=1293079&hq_l=1&hq_v=8701270008.
  2. Pflughoeft K. J., Versalovic J. Human Microbiome in Health and Disease // Annual Review of Pathology: Mechanisms of Disease. 2012; 7: 99–122.
  3. Arumugam M. Enterotypes of the human gut microbiome // Nature. 2011; 473 (7346): 174–180.
  4. Luckey T. Introduction to intestinal microecology // Am. J. Clin. Nutr. 1972; 25, 1292–1294.
  5. Sender R., Fuchs S., Milo R. Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body. bioRxiv preprint first posted online Jan. 6, 2016; doi: http://dx.doi.org/10.1101/036103.
  6. Djouzi Z. The association of yogurts starters with Lactobacillus casei DN 114–001 in fermented milk alters the composition and metabolism of intestinal microflora in germ-free rats and in human flora-associated rats // Journal of Nutrition. 1997, 127: 2260–2266.
  7. Pedone C. A., Arnaud C. C, Postaire E. R., Bouley C. F., Reinert P. Multicentric study of the effect of milk fermented by Lactobacillus casei on the incidence of diarrhea // Int. J. Clin. Prac. 2000; 54 (9): 568–571.
  8. Mack D. R., Michail S., Wei S., McDougall L., Hollingsworth M. A. Probiotics inhibit enteropathogenic E. coli adherence in vitro by inducing intestinal mucin gene expression // Am. J. Physiol. 1999, 276, G941-G950.
  9. Galdeano C. M., de Moreno de LeBlanc A., Carmuega E., Weill R., Perdigon G. Mechanisms involved in the immunostimulation by probiotic fermented milk // J. Dairy Res. 2009, 76, 446–454.
  10. Bezkorovainy A. Probiotics: Determinants of survival and growth in the gut // Am. J. Clin. Nutr. 2001, 73, 399 S-405 S.
  11. Galdeano C. M., Perdigon G. Role of viability of probiotic strains in their persistence in the gut and in mucosal immune stimulation // J. Appl. Microbiol. 2004, 97, 673–681.
  12. Haller D., Bode C., Hammes W. P., Pfeifer A. M., Schiffrin E. J., Blum S. Non-pathogenic bacteria elicit a differential cytokine response by intestinal epithelial cell/leucocyte co-cultures // Gut. 2000, 47, 79–87.
  13. Vinderola G., Matar C., Perdigon G. Role of intestinal epithelial cells in immune effects mediated by gram-positive probiotic bacteria: Involvement of Toll-like receptors // Clin. Diagn. Lab. Immunol. 2005, 12, 1075–1084.
  14. Beagley K. W., Eldridge J. H., Aicher W. K., Mestecky J., Di Fabio S., Kiyono H., McGhee J. R. Peyer’s patch b cells with memory cell characteristics undergo terminal differentiation within 24 hours in response to interleukin-6 // Cytokine. 1991, 3, 107–116.
  15. Freitas M., Tavan E., Thoreux К. et al. Lactobacillus casei DN 114–001 and Bacteroides thetaiotaomicron VPI-5482 inhibit rotavirus infection by modulating apical glycosylation pattern of cultured human intestinal HT29-TX cells // Gastroenterol. 2004, 124 (Suppl 1): A475-A476.
  16. Parassol N., Freitas M., Thoreux K. et al. Lactobacillus casei DN 114–001 inhibits the increase in paracel-lular permeability of enteropathogenic Escherichia coli-infected T84 cells // Res Microbiol. 2005, 156 (2): 256–262.
  17. Galdeano C. M., de Moreno de LeBlanc A., Vinderola G., Bonet M. E., Perdigon G. Proposed model: Mechanisms of immunomodulation induced by probiotic bacteria // Clin. Vaccine. Immunol. 2007, 14, 485–492.
  18. De Moreno de Leblanc A., Chaves S., Carmuega E., Weill R., Antoine J., Perdigon G. Effect of long-term continuous consumption of fermented milk containing probiotic bacteria on mucosal immunity and the activity of peritoneal macrophages // Immunobiology. 2008, 213, 97–108.
  19. Galdeano C. M., Perdigon G. The probiotic bacterium lactobacillus casei induces activation of the gut mucosal immune system through innate immunity // Clin. Vaccine Immunol. 2006, 13, 219–226.
  20. Wen H., Schaller M. A., Dou Y., Hogaboam C. M., Kunkel S. L. Dendritic cells at the interface of innate and acquired immunity: The role for epigenetic changes // J. Leukoc. Biol. 2008, 83, 439–446.
  21. Cristensen H. R., Frokiaer H., Pestka J. J. Lactobacilli differentially modulate expression of cytokines and maturation surface markers in murine dendritic cells // J. Immunol. 2002; 168: p. 171–178.
  22. Hickson M., D’Souza A., Muthu N. et al. Use of probiotic Lactobacillus preparation to prevent diarrhoea associated with antibiotics: randomised double blind placebo controlled trial // BMJ. 2007; 335: 80–85.
  23. Merenstein D., Murphy M., Fokar A. et al. Use of a fermented dairy probiotic drink containing Lactobacillus casei (DN-114 001) to decrease the rate of illness in kids: the DRINK study A patient-oriented, double-blind, cluster-randomized, placebo-controlled, clinical trial // Eur J Clin Nutr. 2010 July; 64 (7): 669–677.

Д. В. Усенко1, доктор медицинских наук
С. В. Николаева, кандидат медицинских наук

ФБУН ЦНИИЭ Роспотребнадзора, Москва

1 Контактная информация: dusenko@rambler.ru


Купить номер с этой статьей в pdf


Еженедельный дайджест "Лечащего врача": главные новости медицины в одной рассылке

Подписывайтесь на нашу email рассылку и оставайтесь в курсе самых важных медицинских событий


поле обязательно для заполнения
поле обязательно для заполнения
поле обязательно для заполнения
поле обязательно для заполнения
Нажимая на кнопку Подписаться, вы даете согласие на обработку персональных данных

Актуальные проблемы

Специализации




Календарь событий:




Вход на сайт