Иммуно­укрепляющее воздействие клетчатки и пребиотиков

П. Д. Шлей (P. D. Schley) и К. Дж. Филд (C. J. Field) *
Кафедра сельского хозяйства, продовольствия и наук о питании, Университет Альберты, Эдмонтон, Альберта, Канада, T6G 2P5

Желудочно-кишечный тракт подвергается очень сильным и непрекращающимся воздействиям инородных антигенных раздражителей из пищи и микробов. Данный орган должен сочетать в себе комплексные взаимодействия между питанием, внешними патогенами и местными иммунологическими и неиммунологическими процессами. Крайне необходимо, чтобы защитные иммунные реакции создавались для потенциальных патогенов, в то время как реакции гиперчувствительности на диетные антигены снижались до минимума. Все больше и больше находится доказательств того, что клетчатка, поддающаяся ферментации и недавно описанные пребиотики могут регулировать различные свойства иммунной системы, включая те, что имеют отношение к лимфоидным тканям, ассоциированным с кишечником (GALT). В настоящем документе приводятся обзоры иммуноукрепляющих воздействий клетчатки. Изменения в кишечной микрофлоре, возникающие при употреблении пребиотической клетчатки, могут потенциально содействовать иммунным изменениям путем: непосредственного контакта бактерий или бактериальных продуктов молочной кислоты (оболочка клетки или цитоплазматические компоненты) с иммунными клетками в кишечнике; образования жирных кислот с короткими цепочками при ферментации клетчатки; либо путем изменений при образовании муцина. Хотя для лучшего описания изменения необходима дальнейшая работа, механизмы иммуномодуляции и максимальное влияние на здоровый иммунитет, уже есть убедительные предварительные данные, наводящие на мысль о том, что употребление пребиотиков может модулировать иммунные параметры GALT, вторичных лимфоидных тканей и периферийной циркуляции. Будущие протоколы физиологического влияния употребления пребиотиков должны разрабатываться с таким расчетом, чтобы они включали оценки микрофлоры кишечника, физиологию кишечника, а также функцию и состав различных зон GALT.

Клетчатка: Инулин: Фрукто-олигосахариды с короткими цепочками: Лимфоциты: Лимфоидная ткань, ассоциированная с кишечником

Введение

Диетические компоненты и продукты их переваривания находятся в тесном контакте с огромной иммунной системой кишечника (лимфоидная ткань, ассоциированная с кишечником, GALT) и наличие пищи в тонкой кишке может быть необходимым условием для адекватного функционирования и развития GALT (Рутлейн (Ruthlein) и другие 1992). Хотя известно, что специфические питательные вещества являются важными для развития и функционирования иммунной системы (Александер (Alexander), 1995), менее известно о потенциальных возможностях клетчатки влиять на иммунную функцию. Однако, исследования показывают меньшую степень бактериального перемещения через кишечный барьер при введении клетчатки (Дейч (Deitch) и другие 1993; Спэт (Spaeth) и другие 1994; Франкель (Frankel) и другие 1995; Ксу (Xu) и другие 1998), что наводит на мысль о том, что данное диетическое питательное вещество регулирует иммунитет. В настоящем обзоре будут суммироваться доказательства иммуноукрепляющего влияния клетчатки, и даваться оценка потенциальных механизмов, посредством которых изменения микрофлоры кишечника могут влиять на иммунную систему.

Обзор иммунной системы

Иммунная система определяется, как защита организма от разрушающих сил, как внешних (например, бактерий, вирусов, паразитов), так действующих внутри тела (например, раковые и аутореактивные клетки). Иммунные реакции обычно классифицируются либо, как врожденные (природные компоненты иммунной системы), так и приобретенные (адаптивные). Компоненты и клетки, составляющие данные два рычага иммунной системы, представлены в Таблице 1.
Врожденная иммунная система обеспечивает иммунитет к вторгающимся организмам без необходимости предварительного воздействия этих антигенов и включает в себя такие физические барьеры, как кожа и слизистые оболочки, клеточно-опосредованные барьеры, в том числе фагоциты, воспалительные клетки, дендритные клетки и естественные клетки-киллеры, а также растворимые посредники такие, как цитокины, белки системы комплемента и белки острой фазы (Делвз (Delves) и Ройтт (Roitt), 2000a). Данный рычаг иммунной системы обеспечивает защиту организма на ранних стадиях, которая предохраняет организм в течение 4–5 дней, которые необходимы лимфоцитам для того чтобы стать активными.

Сокращения: APC – антигенпредставляющие клетки; GALT – лимфоидная ткань, ассоциированная с кишечником; IEL – внутриэпителиальные лимфоциты; Ig – иммуноглобулин; IL – интерлейкин; MHC – главный комплекс гистосовместимости; NK – естественная клетка-киллер; SCFA – жирная кислота с короткими цепочками; TNF – фактор некроза опухолей.
Примечание: Определения терминов инулина и олигофруктозы просьба см. во вводном документе (стр. S139) и его сноске.
Ответственный автор: доктор К. Дж. Филд, тел: +1 780 492 2597, факс: +1 780 492 9130, эл.-почта: Catherine.field@ualberta.ca П. Д. Шлей и К. Дж. Филд

Таблица 1.
Иммунная система

Приобретенная, или адаптивная, иммунная система развивается на протяжении всей жизни человека. Иммунные реакции данной системы обычно возникают после реакций врожденной иммунной системы; они специфичны для каждого антигена и являются более эффективными при последующем воздействии патогена (Густ (Goust) и Бьере (Bierer), 1993).Макрофаги и их предшественники моноциты и полиморфо-ядерные лейкоциты (нейтрофилы) составляют основной клеточный компонент врожденной иммунной системы (Таблица 1). Макрофаги важны не только для непосредственного уничтожения организмов, но также и для процессирования и представления антигенов T-хелперам для инициирования приобретенных иммунных средств защиты (Делвз и Ройтт, 2000a). Естественные клетки-киллеры эффективны против аутоантигенных клеток, которые были трансформированы вирусами или посредством повреждения ДНК, и они также являются ключевыми игроками во врожденной иммунной системе (Делвз и Ройтт, 2000a).

Лимфоциты представляют собой важный клеточный компонент этого рычага иммунной системы, который регулирует функцию других иммунных клеток или непосредственно уничтожает клетки, инфицированные внутриклеточными патогенами (Таблица 1). Каждая развивающаяся T- или B-клетка формирует уникальный рецептор, или молекулу распознавания, посредством перестановки ее рецепторных генов, для того чтобы создать набор клеток, выражающий огромный массив разнообразных рецепторов, позволяя иммунным клеткам избирательно исключать фактически любой инородный антиген, проникающий в тело (Делвз и Ройтт, 2000a). B-клетки, которые в изобилии присутствуют в лимфатических узлах, распознают инородные антигены посредством мембраносвязанных антител, или иммуноглобулинов, и при активизации становятся плазмацитами, секретирующими антитела для эффективного удаления растворимых бактерий / антигенов (Делвз и Ройтт, 2000a). Антитела секретируются в растворимую форму и связывают инородные частицы, облегчая очистку фагоцитами (Делвзи Ройтт, 2000b). B-клетки также могут служить в качестве клеток, представляющих антигены и в этом отношении оказывают влияние на функцию T-клеток (Делвз и Ройтт, 2000a).

T-клетки представляют собой T-клеточный рецептор, который распознает инородный антиген, представленный в совокупности с молекулой главного комплекса гистосовместимости (MHC) на поверхности антигенпредставляющей клетки (APC) (Делвз и Ройтт, 2000a).

Субпопуляции T-клеток включают в себя Т-хелперы (Th), которые распознаются по присутствию мембранного гликопротеина CD4, и цитотоксические / супрессорные T-клетки, которые представляют собой гликопротеин CD8 (Делвз и Ройтт, 2000a).

Клетки CD4+ распознают антиген в совокупности с молекулами MHC класса II (находящимися главным образом на APC таких, как макрофаги и дендритные клетки), тогда как клетки CD8+ распознают антиген в совокупности с молекулами MHC класса I (большая часть имеющих ядра клеток в теле представляют собой MHC класса I) (Делвз и Ройтт, 2000a). Клетки CD4+ секретируют ряд цитокинов, которые играют важную роль в активизации B- и других T-клеток, а также клеток врожденной иммунной системы. На основе типов цитокинов, которые данные клетки CD4+ производят, их классифицируют на несколько типов Th (0, 1, 2 или 3) (Чен (Chen) и другие 1994; Макдональд (MacDonald), 1998; Делвз и Ройтт, 2000a).
Клетки Th1 обычно способствуют воспалительным клеточно-опосредованным реакциям, тогда как клетки Th2 поддерживают обусловленные антителами (гуморальные) реакции (Делвз и Ройтт, 2000b).

Менее известно о функции клеток типа Th0 и Th3. Клетки CD8+ включают в себя T-клетки с цитотоксическими или супрессорными функциями. Цитотоксические T-клетки уничтожают (освобождая гранулы или вызывая апоптоз) внутриклеточные инфицированные бактериями / вирусами ячейки и опухолевые клетки (Делвз и Ройтт, 2000b). Менее известно о суппрессорных клетках CD8+, но есть мнение, что они подавляют активизацию или деятельность других иммунных клеток, и могут играть роль в иммунологической толерантности такой, как толерантность к инородным антигенам, встречающимся в кишечнике (Блум (Bloom) и другие 1992; Грин (Green) и Уэбб (Webb), 1993) (Рис. 1). И хотя значительно меньше известно об этих супрессорных клетках, недавно их классифицировали на различные подтипы, на основе производимых ими цитокинов (Фитч (Fitch) и другие 1995).

Лимфоидные ткани, ассоциированные с кишечником (GALT)

Иммунная система слизистой оболочки (содержащая средства защиты, как для врожденной, так и приобретенной иммунных систем) стратегически находится в зонах, где внешние патогенны и антигены могут получить доступ к телу. Они включают в себя лимфоидные ткани, ассоциированные со слизистой оболочкой, которые защищают такие участки, как дыхательный, мочевой и репродуктивный тракты, и GALT, которые защищают кишечник. Поскольку кишечник является передним краем обороны от окружающей среды, и должен сочетать в себе взаимодействия между диетой и внешними патогенами, а также местными иммунологическими и неиммунологическими процессами, весьма важно, чтобы защитные иммунные реакции были направлены на потенциальные патогены, еще также важно, чтобы реакции гиперчувствительности на антигены снижались до минимума. Хотя доступных анатомических данных и мало, слизистая оболочка кишечника по приближенным расчетам примерно на 25 % состоит из лимфоидной ткани (Кагнофф (Kagnoff), 1987). GALT состоит из групповой ткани в форме пейеровых бляшек и отдельных лимфоидных фолликулов, а также несгруппированных клеток в собственных пластинках слизистой оболочки и внутриэпителиальных областях кишечника, а также в кишечных лимфатических узлах (Лангкамп-Хенкен (Langkamp-Henken) и другие 1992) (Рис. 1).

Пейеровы бляшки представляют собой скопления лимфоидных фоликкулов, находящихся на всех слизистых и подслизистых оболочках тонкого кишечника. Эти бляшки содержат, как Т-клетки CD4+, так и Т-клетки CD8+, а также простые B-клетки, плазмациты, макрофаги и дендрические клетки (Лангкамп-Хенкен и другие 1992). Пейеровы бляшки покрывают специальные эпителиальные клетки, известные под названием M-клетки, которые выполняют эндоцитоз, транспортируют и выделяют антигены из кишечника в пейеровы бляшки, где эти антигены представляются T- и B-клеткам на APC (Лангкамп-Хенкен и другие 1992; Кагнофф, 1993). После активизации, B-клетки претерпевают переключение класса, синтезируя антитела IgA, процесс, который облегчается как активизированными клетками CD4+ так и клетками CD8+ (Лангкамп-Хенкен и другие 1992; Кагнофф, 1993). Активизированные иммунные клетки проникают в пейеровы бляшки через кишечные лимфатические узлы, поступают в большой круг кровообращения посредством грудного лимфатического протока, и затем специально возвращается домой, чтобы заселить собственные пластинки слизистой оболочки и внутриэпителиальные области кишечника (Лангкамп-Хенкен и другие 1992; Кагнофф, 1993; ДеВитт (DeWitt) и Кудск (Kudsk), 1999). Таким образом, пейеровы бляшки представляют собой главное место «выборки» для кишечных антигенов. Отдельные лимфоидные фоликкулы присутствуют на всем протяжении кишечного тракта, в частности, в толстой и прямой кишке, и их M-клетки ассоциированы с покрывающим эпителием (Лэссю (Laissue) и Гебберс (Gebbers), 1992).

В настоящее время предполагается, что данные фоликкулы являются функциональными эквивалентами пейеровых бляшек (Лэссю и Гебберс, 1992).

Собственные пластинки слизистой оболочки состоят из рассеянной популяции T- и B-клеток, плазмацитов, мастоцитов и макрофагов (Лангкамп-Хенкен и другие 1992). Большинство T-клеток в пределах собственных пластинок слизистой оболочки являются клетками CD4+. Девяносто процентов плазмацитов (взрослых B-клеток) в собственных пластинках слизистой оболочки секретируют IgA (Лэссю и Гебберс, 1992). Большая часть IgA секретируются в просвет кишечника, и принимает форму секреторных IgA, отличных от сывороточных IgA. Секреторные IgA (sIgA) являются димерами двух мономерных молекул IgA с присоединенным секреторным компонентом (расщепленный внеклеточный домен трансмембранного белка, выраженный в эпителиальных клетках кишечника). Секреторный компонент облегчает транспортировку IgA через эпителий в просвет кишечника и защищает IgA от разрушения кишечными ферментами и токсинами (Лэссю и Гебберс, 1992). Главной функцией IgA является предотвращение прикрепления кишечных патогенов (Кагнофф, 1993).

Внутриэпителиальные лимфоциты (IEL) находятся во внутритканевых пространствах эпителия слизистой оболочки в соотношении примерно один лимфоцит к шести – десяти эпителиальным клеткам (Лангкамп-Хенкен и другие 1992), что делает IEL самой крупной в теле иммунокомпетентной популяцией клеток.

Хотя IEL располагаются вдоль тонкого и толстого кишечника от основания крипты до кончика ворсинок (Абрюмартин (Abreumartin) и Тарган (Targan), 1996), их точная биологическая функция в иммунной системе слизистой оболочки не известна. Они находятся в постоянном контакте с просветным антигеном, чему способствует эпителиальный слой, и есть мнение, что IEL может быть первым отделом иммунной системы, который реагирует на выведенные из кишечника антигены (Маккей (McKay) и Пердю (Perdue), 1993). Более того, поскольку IEL состоят преимущественно из Т-клеток CD8+ (Кагнофф, 1993), они могут быть функциональными супрессорными клетками, играющими роль в оральной толерантности (Трейдосевич (Trejdosiewicz), 1992).

Рис.1. Иммунная система, ассоциированная на кишечнике. Схематический рисунок компонентов и клеток, составляющих лимфоидные ткани, ассоциированные с кишечником.

Кишечные лимфатические узлы, хотя и не находятся в слизистой оболочке кишечника, считаются частью GALT. Кишечные лимфатические узлы состоят из иммунных клеток, покидающих кишечник и поступающих в него, и именно они являются частью периферического круга кровообращения. Иммунные клетки отводятся в лимфатическую систему кишечника после дифференциации в пейеровых бляшках, и по пути в грудной лимфатический проток проходят через кишечные лимфатические узлы, а, затем, не останавливаясь, возвращаются назад в области собственных пластинок слизистой оболочки кишечника (Вайнер (Weiner), 1997).

Клетчатка и иммунная функция

Все больше и больше находится свидетельств того, что добавление поддающейся ферментации клетчатки в диету изменяет функцию и структуру кишечника, меняет процесс синтеза извлекаемых из кишечника гормонов, и связано с улучшением тотального гомеостаза глюкозы даже при отсутствии заболевания (Мортенсен (Mortensen) и Клаузен (Clausen), 1996; Массимино (Massimino) и другие 1998). До настоящего времени было проведено относительно малое количество исследований по влиянию клетчатки на GALT. Пока еще невозможно сделать выводы об иммунных эффектах различных волокон. Поэтому, мы полностью рассмотрели все исследования, изучающие иммунные эффекты поддающейся ферментации клетчатки, группируя все волокна, которые могут метаболизироваться под воздействием кишечных микроорганизмов.

Специальные источники волокон, используемые в исследованиях, можно найти в Таблице 2. Исследования, проводившиеся в нашей лаборатории на взрослых собаках, показали, что добавление поддающейся ферментации клетчатки в пищу может регулировать тип и функцию клеток из различных областей GALT (Филд и другие 1999). В настоящих исследованиях, предусматривающих случайное рассмотрение противоположных гипотез, шестнадцать взрослых собак (23 ± 2 кг) кормили (в течение 14 дней), используя две изоэнергетические изонитрогенные диеты, содержащие 8,3 г/кг неподдающейся ферментации клетчатки или 8,7 г/кг поддающейся ферментации клетчатки в течение 2 недель.

Диета с поддающейся ферментации клетчаткой представляла собой смесь растительных волокон (свекольная стружка, порошок олигофруктозы и гуммиарабика). Содержимое волокон в диетах значительно изменило пропорцию T-клеток (CD4+ и CD8+) в GALT и их реакцию в лабораторных условиях на митогены (Филд и другие 1999). В частности, мы обнаружили, что переключение с диеты на основе слабо поддающейся ферментации клетчатки на диету на основе сильно поддающейся ферментации клетчатки, по сравнению с клетками собак, переключавшихся с диеты на основе сильно поддающейся ферментации клетчатки на диету на основе слабо поддающейся ферментации клетчатки, результатом чего были более сильные реакции (P < 0,05) на митоген преимущественно в тканях Т-клеток (кишечные лимфатические узлы и внутриэпителиальные лимфоциты) и более слабые реакции на митоген (P < 0,05) в областях, вовлеченных в деятельность В-клеток (собственные пластинки слизистой оболочки и пейеровы бляшки). После применения диеты на основе сильно поддающейся ферментации клетчатки, у IEL, собственных пластинок слизистой оболочки и пейеровых бляшек наблюдалось высокое соотношение Т-клеток CD8+, а в кишечных лимфатических узлах и периферийной крови – высокое соотношение Т-клеток CD4+ (Филд и другие 1999).

В отличие от высокого соотношения CD4:CD8 (2,4 ± 0,2 по объему 1,7 ± 0,2; P < 0,05), переключение на диету на основе сильно поддающейся ферментации клетчатки изменило иммунные функции (поглощение 3H-тимидина в ответ на активность митогенов или NK) в периферийной крови (Филд и другие 1999). Наблюдаемый эффект изменений содержимого поддающейся ферментации клетчатки диеты на состав и функцию GALT, но не на периферийные иммунные клетки, ставит практические проблемы в оценке роли диеты в иммунной функции, поскольку периферийная кровь чаще всего служит образцом иммунного участка при исследованиях человека и крупных животных.

Было опубликовано ограниченное количество исследований, оценивающих влияние клетчатки на иммунную функцию (Таблица 2). Наши результаты согласуются с недавними исследованиями, демонстрирующими больше Т-клеток CD4+ в кишечных лимфатических узлах крыс, к которым применялась диета, состоящая из 5 % пектина в весовом отношении по сравнению с целлюлозой (Лим (Lim) и другие 1997), и с увеличенным соотношением CD8+ IEL у крыс, к которым применялась диета с добавлением волокон сахарной свеклы, по сравнению с диетой без волокон (Нагай (Nagai) и другие 2000). Изменение или добавление волокон к диете приводит и к другим разнообразным влияниям на иммунную функцию, в том числе на увеличение синтезирования иммуноглобулина в сыворотке, кишечных лимфатических узлах и слизистой оболочке (Лим и другие 1997; Юн (Yun) и другие 1997; Юн и другие 1998; Кудо (Kudoh) и другие 1999; Ямада (Yamada) и другие 1999), на увеличение количества пейеровых бляшек (Пьер (Pierre) и другие 1997), изменение синтезирования цитокина в кишечных лимфатических узлах (Лим и другие 1997; Юн и другие 1997; Юн и другие 1998) и изменение количества лейкоцитов и лимфоцитов в тканях таких, как селезенка (Зусман (Zusman) и другие 1998; Кудо и другие 1998), кровь (Кауфхолд (Kaufhold) и другие 2000) и кишечная слизистая оболочка (Гаскинс (Gaskins) и другие 1996; Мадар (Madar) и другие 1998; Кудо и другие 1998; Кудо и другие 1999). Хотя исследования в данной области по-прежнему находятся на ранней стадии, изучения животных ясно продемонстрировали, что содержание и тип клетчатки могут регулировать границы иммунной функции.
Механизмы воздействия волокна на иммунную систему

Механизм влияния поддающейся ферментации клетчатки на иммунную функцию в кишечнике не был установлен. Предлагался ряд интересных гипотез, и он будет обсуждаться (Таблица 3). Пребиотические волокна не гидролизуются и не абсорбируются в верхней части желудочно-кишечного тракта, а становятся избирательной подложкой для одной или ограниченного количества полезных бактерий толстой кишки и тем самым изменяют микрофлору кишечника (Гибсон (Gibson) и Роберфруа (Roberfroid), 1995). Существуют сильные доказательства того, что употребление пребиотических волокон (инулина и олигофруктозы) увеличивают пропорцию полезных бактерий молочной кислоты в толстом кишечнике человека (Мицуока (Mitsuoka) и другие 1987; Гибсон и другие 1995; Баддингтон (Buddington) и другие 1996; Бухник (Bouhnik) и другие 1996; Клеесен (Kleesen) и другие 1997; Менне (Menne) и другие 2000). Другими олигомерами, которые могут быть пребиотиками, но для которых требуются больше доказательств, являются лактоза и олигосахариды, содержащие ксилозу, маннозу и галактозу (Гибсон, 1998). Некоторые исследования, посвященные изучению влияния пребиотических волокон на иммунную систему, рассматриваются в Таблице 2. Исследования, связанные с распознаванием пребиотических волокон (олигофруктозы), показали повышенное количество лимфоцитов и / или лейкоцитов в GALT (Гаскинс и другие 1996; Пьер и другие 1997; Филд и другие 1999) и периферийной крови (Кауфхолд и другие 2000).

Кроме того, исследования документально подтвердили, что питание лактулозой связано с увеличением секреции клеток IgA или IgA+ в GALT (Кудо и другие 1998; Кудо и другие 1999), уменьшением соотношения CD4+/CD8+ в селезѐнке (Кудо и другие 1998) и увеличением фагоцитной функции внутрибрюшинных макрофагов (Нагендра (Nagendra) и Венкат Рао (Venkat Rao), 1994).

Таблица 2.

Иммуннорегулирующее влияние клетчатки

IEL – внутриэпителиальные лимфоциты; PP – пейеровы бляшки; LP – собственные пластинки слизистой оболочки; MLN – кишечные лимфатические узлы; Ig – иммуноглобулин; IFN – интерферон; IL – интерлейкин; PHGG – частично гидролизованная гуаровая смола; HM-пектин – сильно метоксилированый пектин; *Признанная пребиотическое волокно; †Потенциальное пребиотическое волокно.

Часто предполагается, что употребление пребиотиков, вследствие их влияния на микрофлору кишечника, будет иметь такой же эффект, что и у пробиотиков на иммунную функцию. В отличие от работ по пребиотическим волокнам, гораздо больше исследований документально подтвердили влияние питающих бактерий молочной кислоты (т.е. лактобактерий и бифидобактерий) на различные параметры иммунной функции (Таблица 4). Оральное введение пробиотических бактерий увеличивало синтез иммуноглобулинов, особенно IgA, в GALT и регулировало как количество, так и активность иммунных клеток пейеровых бляшек (Таблица 4).
В исследованиях Парка и других (1999) колония клеток макрофагов увеличивала свой синтез окиси азота, H2O2, IL-6 и TNF-α после лабораторного культивирования с бифидобактериями. Подобным же образом, совместное культивирование с бифидобактериями значительно увеличивало синтез TNF-α и IL-6 макрофагами и синтез IL-2 и IL-5 стимулированными клетками CD4+ (Марин (Marin) и другие 1997). Культивирование клеток мышечных пейеровых бляшек с бифидобактериями (B. breve) имело результатом увеличенное разрастание и синтез антител B-лимфоцитами и активизированными клетками, подобными макрофагам (Ясуи (Yasui) и Оуваки (Ohwaki), 1991).Также есть ряд исследований, демонстрирующих влияние оральных пребиотиков на системные иммунные функции, и иммунные параметры легких, брюшины и кишечных лимфатических узлов (Таблица 4). Механизм(ы), посредством которого, употребляемые в диете пробиотики влияют на иммунную функцию, до настоящего времени были главным образом теоретическими. Один логический механизм может представлять собой иммунную стимуляцию за счет непосредственного контакта микрофлоры кишечника с GALT. Небольшие количества бактерий могут пересекать эпителиальный барьер кишечника и попадать на пейеровы бляшки (Берг (Berg), 1985), вызывая активизацию или приводя к активизации других иммунных клеток (Берг, 1985; Де Симон (De Simone) и другие 1987; Линк-Амстер (Link-Amster) и другие 1994; Шиффрин (Schiffrin) и другие 1995). Данный механизм поддерживался при лабораторных испытаниях.

Другие авторы высказали мысль о том, что это не бактерии, а микробные субстанции (например, цитоплазматические антигены, компоненты стенок клеток) проникают в кишечный эпителий, чтобы активизировать GALT (Де Симон и другие 1987; Пердигон (Perdigon) и другие 1988; Солис Перейра (Solis Pereyra) и Лемоньер (Lemonnier), 1993; Такахаси (Takahashi) и другие 1993; Такахаси и другие 1998; Теяда-Симон (Tejada-Simon) и другие 1999a).

В лабораторных условиях колония клеток макрофагов стимулировалась тем же образом, который предоставляют цельные бактерии, посредством инкубации с бесклеточными экстрактами длинных бифидобактерий (Bifidobacterium longum) и ацидофильных молочнокислых бактерий (Lactobacillus acidophilus) (Хатчер (Hatcher) и Ламбрехт (Lambrecht), 1993).

Подобным же образом, в живом организме введенные супернатанты из культур L. acidophilus и / или L. casei имели результатом стимулированную фагоцитную активность брюшинных и ретикулоэндотелиальных фагоцитов и активизацию спленоцитов, подобно тому, что вызывает введение живых бактерий (Пердигони другие 1988). Цитоплазматические компоненты бактерий также продемонстрировали некоторые эффекты (синтез IgA клетками пейеровых бляшек), подобные живым бактериям (Такахаси и другие 1998). Механизм, посредством которого компоненты стенок клеток (такие, как пептидогликаны) или цитоплазматические антигены могут активизировать иммунные клетки, еще не достаточно понятен. Была высказана мысль о том, что на лимфоцитах могут быть места для присоединения рецепторов для молочнокислых бактерий (CD4+ и CD8+) (Де Симон и другие 1988b). Более того, пептидогликаны могут присоединяться к поверхностному антигену клетки CD14, и могут стимулировать моноядерные фагоциты и эндотелиальные клетки, высвобождая цитокины (Мацузаки (Matsuzaki), 1998).

И наконец, есть такое предположение, что иммунные эффекты, наблюдаемые при введении пробиотических бактерий, могут быть на самом деле результатом иммуногенных молочных пептидов, синтезируемых при бактериальном гидролизе молочных составляющих, присутствующих в ферментированных молочных продуктах, используемых для доставки пробиотических бактерий (Пердигон и другие 1988; Муане (Moineau) и Жуле (Goulet), 1991).

Данная гипотеза гарантирует дальнейшее проведение исследований, поскольку и многие из исследований, представленных в Таблице 4, используют введение пребиотических бактерий в ферментированные молочные продукты. Если это и способствует иммуностимулирующему воздействию пробиотических бактерий, то маловероятно, что оно объяснит иммунные эффекты пребиотической клетчатки.

Синтез жирных кислот с короткими цепочками (SCFA) при ферментации волокон Микрофлора кишечника может регулировать иммунные клетки посредством ферментации клетчатки до SCFA. Хорошо известно, что ферментация инулина и олигофруктозы увеличивает производство SCFA, главным образом ацетата, бутирата и пропионата в кишечнике (Гибсон и Роберфруа, 1995), но степень, до которой будут возрастать уровни SCFA в сыворотке вследствие употребления пребиотиков, не известна.

Тем не менее, ряд исследований поддерживает прямые и косвенные иммунорегулирующие свойства жирных кислот с короткими цепочками (Пратт (Pratt) и другие 1996; Бомиг (Bohmig) и другие 1997). Мы продемонстрировали на модели крысы, что дополнение полного парентерального питания (TPN) в виде SCFA имеет результатом повышенную активность естественных клеток-киллеров (Пратт и другие 1996). Другие исследования продемонстрировали антивоспалительные свойства SCFA. Сообщалось, что бутират подавляет, как основополагающее, так и вызванное цитокином выражение транскрипционного фактора NFkB в колонии клеток кишечника HT-29 (Инан (Inan) и другие 2000). Фармакологические дозы ацетата, вводимые внутривенно, как здоровым субъектам, так и онкологическим больным, увеличивали синтез антител в периферийной крови, усиливали активность естественных клеток-киллеров и аллогенную реакцию смешанных лимфоцитов (Исизака Ishizaka) и другие 1993). Проявятся ли эти эффекты при концентрациях, наблюдаемых после приема сильно поддающихся ферментации волокон, не известно.

И наконец, синтез SCFA, в частности бутирата, в кишечнике может снизить потребности эпителиальных клеток в глютамине, тем самым оставляя его в резерве для других клеток таких, как клетки иммунной (Дженкинс (Jenkins) и другие 1999). Данная гипотеза основывается на наблюдениях, в результате которых выяснилось, что введение лактулозы может увеличивать уровни глютамина в сыворотке (Дженкинс и другие 1997), а глютамин является важным источником энергии для иммунных лимфоцитов (Ву (Wu) и другие 1991).

Таблица 4.
Иммунорегулирующее воздействие введенных орально бактерий молочной кислоты

Регулирование синтеза муцина

*Первичные виды лактобактерий и бифидобактерий; †данных недостаточно для классификации области GALT.PP – пейеровы бляшки; Ig – иммуноглобулин; GALT – лимфоидная ткань, ассоциированная с кишечником; MLN – кишечные лимфатические узлы; NK – естественная клетка-киллер; IFN – интерферон; IL – интерлейкин; RES – ретикулоэндотелиальная система.

Слой слизи, покрывающий желудочно-кишечный тракт, предотвращает присоединение и последующее перемещение бактерий через эпителиальную стенку (Катаяма (Katayama) и другие 1997).

Существуют некоторые доказательства, указывающие на то, что добавление в диету поддающихся ферментации волокон может увеличить синтез муцина (Сатчитанандам (Satchithanandam) и другие 1990). Больший синтез муцина может способствовать снижению количества случаев пересечения бактериями кишечного барьера, о чем сообщают исследования, в которых для питания использовалась клетчатка (Дейч и другие 1993; Спэт (Speaeth) и другие 1994; Франкель и другие 1995; Ксу (Xu) и другие 1998). Увеличение синтеза муцина может возникать в ответ на снижение показателя pH, которое сопровождает синтез SCFA (Бустос-Фернандес и другие 1978). Дополнительная поддержка стимулирования синтеза муцина кислотами SCFA исходит из модели проходимого кишечника крысы, где синтез ацетата и бутирата при ферментации пектина, гуммиарабики и целлюлозы стимулируется высвобождением муцина, тогда как сама клетчатка этого не делала (Барчело (Barcelo) и другие 2000). Изменяют ли пребиотические волокна синтез муцина не известно, но одно исследование показало, что питательный инулин увеличивает синтез сульфомуцина как у стерильных, так и у гетероксенных крыс (Фонтен и другие 1996).

Заключение

Хотя для лучшего определения изменений, механизмов иммуннорегуляции и максимального воздействия на здоровый иммунитет необходима дальнейшая работа, уже есть убедительные предварительные данные, наводящие на мысль о том, что употребление пребиотических волокон может регулировать иммунные параметры в GALT, вторичных лимфоидных тканях и периферическом кровообращении. Будущие протоколы физиологического влияния употребления пребиотиков должны разрабатываться с таким расчетом, чтобы они включали оценки микрофлоры кишечника, физиологию кишечника, а также функцию и состав различных зон GALT.

Признательность

Программа исследований К. Филд поддерживается Советом Естественных Наук и Технических Исследований Канады, а П. Шлей утверждает стипендии выпускникам от Совета естественных наук и технических исследований Канады и Фонда Наследия Альберты для Медицинских исследований.