ВЛИЯНИЕ ПРОБИОТИКОВ НА ПРОДУКЦИЮ ЦИТОКИНОВ В СИСТЕМАХ IN VITRO И IN VIVO

Исследовано влияние трех штаммов пробиотических бактерий: Lactobacillus rhamnosus K32 (L), Bifidobacterium longum GT15 (B), Enterococcus faecium L-3 (E), на уровни экспрессии и содержания ключевых цитокинов при помощи полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией и иммуноферментного анализа соответственно.

В работе использованы культура клеток промоноцитарного происхождения (HTP-1) и экспериментальная модель дисбиоза кишечника. В геномах штаммов В и E ранее были выявлены гены, кодирующие бактериоцины, гены компонентов внешней мембраны, пилей и экзополисахаридов, участвующих в модуляции иммунной системы.

При исследовании влияния пробиотических штаммов и их супернатантов на экспрессию цитокинов на культуре клеток выявлено увеличение экспрессии TNFα, обусловленное B, E и супернатантом L. Культура В дополнительно вызывала экспрессию IL-8 и IL-10.

При коррекции дисбиоза кишечника у крыс (индуцированного метронидазолом и ампициллином) пробиотиками было показано, что нарушение в составе микробиоты (чрезмерный рост Klebsiella spp., низкое содержание Faecalobacterium prausnitzii) оставались у животных после введения L, как в контроле (без введения пробиотиков). В отличие от этих групп у крыс после введения E и B были выявлены: 1) низкие уровни экспрессии провоспалительных цитокинов (IL-8, TNFα, MCP-1) в брыжеечных лимфатических узлах и содержание данных факторов в сыворотке крови; 2) увеличение содержания в сыворотке крови антивоспалительного цитокина TGF-β.

В данной работе, при помощи двух взаимодополняющих моделей, выявлены индивидуальные особенности иммуномодулирующих эффектов пробиотических штаммов L. rhamnosus K32, B. longum GT15 (B), E. faecium L-3, оказывающих различное влияние на микробиоту кишечника.

1. Бельтюков П.П., Абдурасулова И.Н., Тарасова Е.А., Суворов А.Н., Захарова Е.Т., Соколов А.В., Карпенко М.Н., Ермоленко Е.И. Исследование влияния пробиотических эшерихий и энтерококков на иммунную систему здоровых крыс // Ученые записки Санкт-Петербургского государственного медицинского университета имени академика И.П. Павлова, 2009. Вып. 16, № 2. С. 54-58. [Beltyukov P.P., Abdurasulova I.N., Tarasova E.A., Suvorov A.N., Zakharova E.T., Sokolov A.V., Karpenko M.N., Ermolenko E.I. Influence of probiotic Escherichia and Enterococci on the immune system of healthy rats. The Record of the I.P. Pavlov St. Petersburg State Medical University, 2009, Vol. 16, no. 2, pp. 54-58. (In Russ.)]

2. Волошина Е.В., Зубова С.В., Прохоренко С.В. Сравнение эффектов разных хемотипов липополисахаридов из Escherichia coli и Salmonella на синтез TNFα и IL-6 макрофагоподобными клетками ТНР-1 // Медицинская иммунология, 2009. Т. 11, № 6. C. 509-514. [VoloshinaE.V., Zubova S.V., Prokhorenko S.V.A comparison of different lipopolysaccharide chemotypes from Escherichia coli and Salmonella upon synthesis of TNFα and IL-6 by macrophagelike THP-1 cells. Meditsinskaya Immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2009, Vol. 11, no. 6, pp. 509-514. doi: 10.15789/1563-0625-2009-6-509-514 (In Russ.)]

3. Грачева Н.М., Бондаренко В.М. Пробиотические препараты в терапии и профилактике дисбактериоза кишечника // Инфекционные болезни, 2004. № 2. C. 53-58. [Gracheva N.M., Bondarenko V.M. Probiotics in therapy and prevention of intestinal dysbiosis. Infectsionnye bolezni = Infectious Diseases, 2004, no. 2, pp. 53-58. [In Russ.]

4. Ермоленко Е.И. Иммуномодулирующее действие пробиотических бактерий при заболеваниях желудочно-кишечного тракта // Вестник Санкт-Петербургского университета, Серия 11: Медицина, 2014. Вып. 4. С. 5-18. [Ermolenko E.I. Immunomodulatory effect of probiotic bacteria in case of the diseases of gastrointestinal tract. Bulletin of St. Petersburg State University, 2014, Vol. 4, pp. 5-18. (In Russ.)]

5. Ермоленко Е.И., Донец В.Н., Дмитриева Ю.В., Ильясов Ю.Ю., Суворова М.А., Громова Л.В. Влияние пробиотических энтерококков на функциональные характеристики кишечника крыс при дисбиозе, индуцированном антибиотиками // Вестник Санкт-Петербургского университета, Серия 11: Медицина, 2009. Вып. 1. C. 157-167. [Ermolenko E.I., Donets V.N., Dmitrieva Y.V., Ilyasov Yu.Yu., Suvorov M.A., Gromova L.V. Influence of probiotic enterococci on functional characteristics of rat bowel under disbiosis induced by antibiotics. Bulletin of St. Petersburg State University, 2009, Vol. 1, pp. 157-167. (In Russ.)]

6. Федорова И.А., Даниленко В.Н. Иммуногенные свойства пробиотического компонента микробиоты желудочно-кишечного тракта человека // Успехи современной биологии, 2014. Т. 134, № 2. С. 99-110. [Fedorova I.A., Danilenko V.N. Immunogenic Properties of a Probiotic Component of the Human Gastroenteric Tract Microbiota. Uspekhi sovremennoy biologii = Biology Bulletin Reviews, 2014, Vol. 134, no. 2, pp. 99-100. (In Russ.)]

7. Auwerx J. The human leukemia cell line, THP-1: a multifacetted model for the study of monocytemacrophage differentiation. Experientia, 1991, Vol. 47, рр. 22-31.

8. Baken K.A., Ezendam J., Gremmer E.R., de Klerk A., Pennings J.L.A., Matthee B., Peijnenburg A.A.C.M., van Loveren H. Evaluation of immunomodulation by Lactobacillus casei Shirota: Immune function, autoimmunity and gene expression. Int. J. Food Microbiol., 2006, Vol. 112, no. 1, рр. 8-18.

9. Bassaganya-Riera J., Viladomiu M., Pedragosa M., De Simone C., Carbo A., Shaykhutdinov R., Jobin C., Arthur J.C., Corl B.A., Vogel H., Storr M., Hontecillas R. Immunoregulatory mechanisms underlying prevention of colitis-associated colorectal cancer by probiotic bacteria. PLoS One, 2012, Vol. 7, no. 4, e34676.

10. Bengmark S. Gut microbiota, immune development and function. Pharmacological Research, 2013, Vol. 69, pp. 87-113.

11. Caselli M., Vaira D., Cassol F., Calò G., Vaira G., Papini F., Holton J. Recombinant probiotics and their potential in human health. Int. J. Probiotics Prebiotics, 2012, Vol. 7, pp. 53-58.

12. Collado M.C., Gueimonde M., Hernández M.S., Salminen S. Adhesion of selected Bifidobacterium strains to human intestinal mucus and the role of adhesion in enteropathogen exclusion. Journal of Food Protection, 2005, Vol. 12, pp. 2502-2720.

13. Cronin, M., Ventura M., Fitzgerald G.F. and van Sinderen D. Progress in genomics, metabolism and biotechnology of bifidobacteria. Int. J. Food Microbiol., 2011, Vol. 149, pp. 4-18.

14. de Moreno de LeBlanc, A., LeBlanc J. G., Perdigon, G., Miyoshi, A., Langella P., Azevedo V., Sesma, F. Oral administration of a catalase-producing Lactococcus lactis can prevent a chemically induced colon cancer in mice. J. Med. Microbiol., 2008, Vol. 57, pp. 100-105.

15. Eeckhaut V., Machiels K., Perrier C., Romero C., Maes S., Flahou B., Steppe M., Haesebrouck F., Sas B., Ducatelle R., Vermeire S., Van Immerseel F. Butyricicoccus pullicaecorum in inflammatory bowel disease. Gut, 2013, Vol. 62, no. 12, pp. 1745-1752.

16. Ermolenko E., Gromova L., Borschev Y., Voeikova A., Ermolenko K., Gruzdkov A., Suvorov A. Influence of different probiotic lactic acid bacteria on microbiota and metabolism of rats with dysbiosis. Bioscience of Microbiota, Food and Health, 2013, Vol. 32, no. 2, pp. 41-49.

17. Fanning S., Hall L.J., Cronin M., Zomer A., MacSharry J., Goulding D., Motherway M.O., Shanahan F., Nally K., Dougan G., van Sinderen D. Bifidobacterial surface-exopolysaccharide facilitates commensal-host interaction through immune modulation and pathogen protection. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2012, Vol. 109, no. 6, pp. 2108-2113.

18. Foligne B. A Key Role of Dendritic Cells in Probiotic Functionality. PLoS One, 2007, Vol. 2, no. 3, e313.

19. Foroni E., Serafini F., Amidani D., Turroni F., He F., Bottacini F., O’Connell M.M., Viappiani A., Zhang Z., Rivetti C., van Sinderen D., Ventura M. Genetic analysis and morphological identification of pilus-like structures in members of the genus Bifidobacterium. Microbiol. Cell Factories, 2011, Vol. 10, pp. 1-13.

20. Galdeano C.M., de Moreno de Blance A., Vinderola G., Bonet M.E., Perdigon G. Proposed model: mechanisms of immunomodulation induced by probiotic bacteria. Clinical and Vaccine Immunology, 2007, Vol. 14, no. 5, pp. 484-492.

21. Hardy H., Harris J., Lyon E., Beal J., Foey A.D. Probiotics, Prebiotics and Immunomodulation of Gut Mucosal Defences: Homeostasis and immunopathology. Nutrients, 2013, Vol. 5, pp. 1869-1912.

22. Huibregtse I.L., Zaat S.A., Kapsenberg M.L., Maria A. Sartori da Silva M.A.S., Peppelenbosch M.P., Sander J.H., van Deventer S.J.H., Braat H. Genetically modified Lactococcus lactis for delivery of human interleukin-10 to dendritic cells. Gastroenterology Research and Practice, 2012, Article ID 639291, 7 p.

23. Jones S. and Versalovic J. Probiotic Lactobacillus reuteri biofilms produce antimicrobial and antiinflammatory factors. BMC Microbiology, 2009, Vol. 9, p. 35.

24. Khokhlova E.V., Smeianov V.V, Efimov B.A., Kafarskaia L.I., Pavlova S.I. Anti-inflammatory properties of intestinal Bifidobacterium strains isolated from healthy infants. Microbiol. Immunol., 2012, Vol. 56, no. 1, pp. 27-39.

25. Kole A., Maloy K.J. Control of intestinal inflammation by interleukin-10. Curr Top Microbiol Immunol., 2014, Vol. 380, pp. 19-38.

26. Lan J.-G., Cruicshank S.M., Singh J.C.I., Farrar M., Lodge J.P.A., Felsburg P.J., Carding S.R. Different cytokine response of primary colonic epithelial cells to commensal bacteria. World Gastroenterol., 2005, Vol. 11, no. 22, pp. 3375-3384.

27. Maassen C., Claassen E. Strain-dependent effects of probiotic lactobacilli on EAE autoimmunity. Vaccine, 2008, Vol. 26, no. 17, pp. 2056-2057.

28. Medina M.,Izquierdo E., Ennahar S., Sanz Y. Differential immunomodulatory properties of Bifidobacterium longum strains: relevance to probiotic selection and clinical applications. Clin. Exp. Immunol., 2007, Vol. 150, no 3, pp. 531-538.

29. Miquel S., Martín R., Rossi O., Bermúdez-Humarán L., Chatel J., Sokol H., Thomas M., Wells J., Langella P. Faecalibacterium prausnitzii and human intestinal health. Curr. Opin. Microbiol., 2013, Vol. 16, no. 3, pp. 255-261.

30. Ouwehand A.C., Salminen S., Isolauri E. Probiotics: an overview of beneficial effects. Antonie Van Leeuwenhoek, 2002, Vol. 82, pp. 279-289.

31. Pagnini C., Saeed R., Bamias G., Arseneau K.O., Pizarro T.T., Cominelli F. Probiotics promote gut health through stimulation of epithelial innate immunity. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2010, Vol. 107, no. 1, pp. 454-459.

32. Qiu X., Zhang M., Yang X., Hong N., Yu C. Faecalibacterium prausnitzii upregulates regulatory T cells and anti-inflammatory cytokines in treating TNBS-induced colitis. J. Crohns. Colitis., 2013, Vol. 7, pp. 558-568.

33. Saleh M., Elson C.O. Experimental inflammatory bowel disease: insights into the host-microbiota dialog. Immunity, 2011, Vol. 34, no. 3, pp. 293-302.

34. Sartor R.B. Mechanisms of disease: pathogenesis of Crohn’s disease and ulcerative colitis. Nat. Clin. Pract. Gastroenterol. Hepatol., 2006, Vol. 3, pp. 390-407.

35. Silva V. de O., Foureaux R.C., Araujo T.S., Peconick A.P., Zangeronimo M.G., Pereira L.J. Effect of Probiotic Administration on the Immune Response. A Systematic Review of Experimental Models in Rats. Braz. Arch. Biol. Technol., 2012, Vol. 55, no. 5, pp. 685-694.

36. Suvorov A. Gut Microbiota, Probiotics, and Human Health. Bioscience of Microbiota, Food and Health, 2013, Vol. 32, no. 3, pp. 81-91.

37. Wang S., Mei Ng L.H., Chow W.L., Lee Y.K. Infant intestinal Enterococcus faecalis down-regulates inflammatory responses in human intestinal al cell lines. World J. Gastroenterology, 2008, Vol. 14, no. 7. pp. 1067-1076.

38. Xu X.R., Liu C.Q., Feng B.S., Liu Z.J. Dysregulation of mucosal immune response in pathogenesis of inflammatory bowel disease. World J. Gastroenterol., 2014, Vol. 20, no. 12, pp. 3255-3264.

39. Young V.B. The intestinal microbiota in health and disease. Opin. Gastroenterol, 2012, Vol. 28, pp. 63-69.

40. Zhi-bing Q., Liang Z., Chen J., Lan R., Jian C. Construction of a recombinant Lactobacillus strain expressing IL-10. Infect. Immun., 2004, Vol. 72, no. 9, pp. 5308-5314.

41. Zhipeng L., Guangyu L., Hanlu L., Jiaping Z., Yi J., Fuhe Y. The analysis of the impacting factors of probiotics on immune responses. African Journal of Microbiology Research, 2012, Vol. 6, no. 11, pp. 2735-2743.

42. Zughaier S.M., Zimmer S.M., Datta, A., Carlson, R.W., Stephens D.S. Differential induction of the toll-like receptor 4-MyD88-dependent and -independent signaling pathways by endotoxins. Infect. Immun, 2005, Vol. 73, pp. 2940-2950.