Иммунномодулирующее действие пищевых волокон и пребиотиков.
Желудочно-кишечный тракт подвергается действию мощных и постоянных инородных антигенных раздражителей со стороны пищи и микробов. Этот орган должен интегрировать комплексное взаимодействие пищи, внешних патогенов и местных иммунологических и неиммунологических процессов. Происходят защитные иммунные ответные реакции на потенциальные патогены, тогда как реакции гиперчувствительности на пищевые антигены минимизированы. Существует доказательство того, что пищевые ферментированные волокна и вновь описанные пребиотики могут модулировать различные свойства иммунной системы, включая свойства лимфоидной ткани, связанной с кишечником (ЛТСК).
(опубликовано 14.07.2009)
Эта статья представляет доказательство иммуномодулирующего действия пищевых волокон. Изменения в микрофлоре кишечника, которые происходят при потреблении пребиотических волокон, могут потенциально опосредовать иммунные изменения через: прямой контакт лактобактерий или бактериальных продуктов (компонентов клеточной оболочки или цитоплазматических компонентов) с иммунными клетками в кишечнике; образование короткоцепочечных жирных кислот в результате ферментации волокон; или путем изменений в образовании муцина.
Хотя необходима дальнейшая работа для точного определения изменений, механизмов иммуномодуляции и основного воздействия на иммунное здоровье, существуют убедительные предварительные данные, позволяющие предположить, что потребление пребиотиков может модулировать иммунные параметры в лимфоидных тканях, связанных с кишечником (ЛТСК).
Необходимы дальнейшие разработки по физиологическому влиянию потребления пребиотиков, включая анализ микрофлоры кишечника, физиологию кишечника и функцию и состав различных областей ЛТСК.
Вступление
Пищевые компоненты и продукты их переработки находятся в тесном контакте с обширной иммунной системой кишечника (лимфоидной тканью, связанной с кишечником, ЛТСК) и наличие пищи в тонкой кишке может быть необходимо для адекватной функции и развития ЛТСК. Хотя известно, что специфические питательные вещества важны в развитии и функции иммунной системы, потенциал пищевых волокон влиять на иммунную функцию менее изучен. Однако, исследования, показывающие более низкую частоту бактериальной транслокации через барьер кишки при введении пищевого волокна, дают возможность предположить, что это питательное вещество моделирует иммунитет.
Этот обзор обобщит доказательства иммунномодулирующего эффекта пищевых волокон и проанализирует потенциальные механизмы, с помощью которых изменения в микрофлоре кишечника могут воздействовать на иммунную систему.
Пищевое волокно и иммунная функция
Возрастает очевидность того, что добавление к пище ферментированных волокон изменяет функцию и структуру кишечника, модифицирует образование гормонов - производных желудочно-кишечного тракта и связано с улучшением гомеостаза глюкозы в организме. На сегодняшний день проведено относительно небольшое количество исследований по поводу влияния пищевых волокон на ЛТСК.
Сейчас невозможно сделать вывод о воздействии различных волокон на иммунитет. Поэтому, мы обобщили исследования, изучающие влияние ферментированных волокон на иммунитет, группируя все волокна, которые могут быть метаболизированы микроорганизмами кишечника.
Исследования в нашей лаборатории, проведенные на взрослых собаках показывают, что добавление ферментированного волокна к пище может модулировать тип и функцию клеток различных областей ЛТСК. В данном исследовании, в рандомизированном перекрестном проекте, 16 взрослых собак (23 +/- 2кг) кормили (в течение 14 дней) двумя изоэнергетическими изоазотистыми диетами, содержащими 8-3 г/кг неферментированных или 8-7 г/кг ферментированных волокон в течение 2 недель. Пища с ферментированными волокнами представляла собой смесь растительных волокон (плод свеклы, порошок олигофруктозы и гумми-арабик). Содержание волокна в пище значительно изменяло пропорцию Т-клеток (CD4+ и CD8+) в ЛТСК и их in vitro ответную реакцию на митогены.
Мы обнаружили, что переключение от пищи с низкоферментированными волокнами к пище с высокоферментированными волокнами, по сравнению с клетками, взятыми у собак, переключенных от пищи с высоко- к пище с низкоферментированными волокнами имело результатом более сильные (Р<0,05) ответные реакции на митоген, преимущественно в Т-клеточных тканях (брыжеечные лимфоузлы и внутпиэпителиальные лимфоциты) и слабые ответные реакции на митоген (Р<0,05) в областях, включающих функцию В-клеток (собственно пластинка и пейеровы бляшки).
После поглощения пищи с высоко ферментированными волокнами наблюдалась более высокая пропорция Т-клеток CD8+ в интраэпителиальных лимфоцитах (ИЭЛ), собственно пластинке и пееровых бляшках, и более высокая пропорция Т-клеток CD4+ в брыжеечных лимфоузлах и периферической крови. Кроме более высокой пропорции CD4: CD8 (2,4 +/- 0,2 v 1,7+/- 0,2, Р<0,05), переключение к пище с высоко- ферментированными волокнами изменяло иммунные функции ( поглощение 3Н-тимидина в ответ на митогены или активность NK) в периферической крови.
Наблюдаемое влияние изменений в содержании ферментированных волокон пищи на состав и функцию ЛТСК, а не периферических иммунных клеток, повышает практическое значение в определении роли пищи в иммунной функции, поскольку периферическая кровь является наиболее часто исследуемой областью при изучении иммунитета человека и крупных животных.
Опубликовано ограниченное количество исследований, определяющих влияние пищевого волокна на иммунную функцию. Наши результаты согласуются с последними исследованиями, показывающими увеличение пропорции Т-клеток CD4+ в брыжеечных лимфоузлах крыс, которых кормили пищей, содержащей 5% w/w пектина, по сравнению с целлюлозой и повышение пропорции интраэпителиальных лимфоцитов (ИЭЛ) CD8+ у крыс, которых кормили пищей с добавлением волокна сахарной свеклы, по сравнению с безволокнистой пищей.
Изменение или добавление волокна к пище оказывало разнообразные другие эффекты на иммунную функцию, включая увеличение в образовании сыворотки, брыжеечного лимфоузла и иммуноглобулина слизистой, повышение количества пееровых бляшек, измененное образование цитокина в брыжеечных лимфоузлах и измененное количество лейкоцитов и лимфоцитов в тканях, таких как селезенка, кровь и слизистая кишечника. Хотя исследование в этой области только началось, исследования на животных четко показали, что тип и содержание пищевого волокна могут модулировать показатели иммунной функции.
Механизмы действия волокна на иммунную систему
Механизм действия ферментированных пищевых волокон на иммунную функцию в кишечнике не установлен. Был предложен ряд интересных гипотез, которые будут обсуждаться. Пребиотическое волокно не гидролизуется и не абсорбируется в верхней части желудочно-кишечного тракта и становится селективным субстратом для одного или ограниченного количества полезных бактерий толстой кишки, изменяя, таким образом, микрофлору кишки. Существует доказательство того, что потребление пребиотических волокон (инулина и олигофруктозы) повышает пропорцию полезных лактобактерий в толстой кишке человека. Другими олигомерами, которые могут быть пребиотиками, но для доказательства которых необходимо больше данных, являются лактулоза и олигосахариды, содержащие ксилозу, манозу и галактозу.
Исследования, проведенные с распознанными пребиотическими волокнами (олигофруктоза) показали повышенное количество лимфоцитов и/или лейкоцитов в ЛТСК. Кроме того, исследования показали, что кормление лактулозой связано с увеличением секреции IgA или IgA+ клеток в ЛТСК, уменьшением соотношения CD4+ / CD8+ в селезенке и повышением фагоцитарной функции внутрибрюшинных макрофагов.
Прямой контакт лактобактерий или бактериальных продуктов (компонентов клеточной оболочки или цитоплазматических компонентов) с иммунными клетками в кишечнике
Часто предполагается, что потребление пребиотиков через их действие на микрофлору толстой кишки будет иметь такой же эффект, как действие пробиотиков на иммунную функцию. По сравнению с работой по пребиотическим волокнам, значительно большее количество исследований документально подтвердили влияние кормления лактобактериями (например, лактобациллами и бифидобактериями) на различные параметры иммунной функции. Оральное введение пробиотических бактерий повышало образование иммуноглобулинов, особенно IgA в ЛТСК и модулировало количество и активность иммунных клеток в пееровых бляшках.
Существует также ряд исследований, показывающих действие оральных пробиотиков на системные иммунные функции и иммунные параметры в легких, брюшине и брыжеечных лимфоузлах.
Механизмы, с помощью которых пробиотики, потребленные в пище, влияют на иммунную функцию являются предположительными на сегодняшний день. Одним из логических механизмом может быть иммунная стимуляция через прямой контакт микрофлоры толстой кишки с ЛТСК. Небольшое количество бактерий может пройти через эпителиальный барьер кишечника в пееровы бляшки, вызывая активацию или ведя к активации других иммунных клеток. Исследования in vitro подтвердили этот механизм.
В исследовании Парка и соавт. (1999) клеточная линия макрофага увеличивала образование азотной кислоты, Н2О2, IL-6 и TNF-альфа после in vitro культуры с бифидобактериями. Подобным образом, сокультура с бифидобактериями значительно повышала образование TNF-альфа и IL-6 с помощью макрофагов и образование IL-2 и IL-5 с помощью стимулированных клеток CD4+ . Культивирование муреина клеток пееровых бляшек бифидобактериями (Я. Breve) имело результатом повышенную пролиферацию и образование антител В-лимфоцитами и активированными макрофагподобными клетками.
Другие авторы предполагали, что не бактерии, а микробные вещества (например, цитоплазматические антигены, компонента клеточной оболочки) проникают через интестинальный эпителий, активируя ЛТСК., In vitro, клеточная линия макрофага раздражалась (stimulated), подобно тому, как все бактерии, путем инкубации бесклеточными экстрактами бифидобактерий и лактобактерий (Bifidobacterium longum Lactobacillus acidophilus). Также, in vivo введение супернатант культур L. acidophilus u L. casei, стимулировало фагоцитарную активность брюшинных и ретикулоэндотелиальных фагоцитов и активацию спленоцита, подобную активации, образуемой при введении живых бактерий.
Было также показано, что цитоплазматические компоненты бактерий оказывают такое же воздействие на иммунитет (образование IgA клетками пееровых бляшек), как живые бактерии. Механизм, с помощью которого компоненты клеточной оболочки (такие как пептидогликаны) или цитоплазматические антигены могут активировать иммунные клетки, исследован недостаточно.
Предполагается, что могут существовать рецепторные места связывания для лактобактерий на лимфоцитах (CD4+ и CD8+). Более того, пептидогликаны могут связываться с антигеном клеточной поверхности CD 14 и могут стимулировать мононуклеарные фагоциты и эндотелиальные клетки выделять цитокины.
Итак, существует предположение, что действие на иммунитет, наблюдаемое при введении пробиотических бактерий, может происходить благодаря иммуногенным пептидам молока, генерированным в результате бактериального гидролиза составляющих молока, находящихся в ферментированных молочных продуктах, используемых для получения пробиотических бактерий. Эта гипотеза оправдывает дальнейшее исследование, поскольку во многих исследованиях вводили пробиотические бактерии в ферментированные молочные продукты. Если это подтверждает иммунностимулирующее действие пробиотических бактерий, вряд ли можно объяснить иммунное действие пищевых пребиотических волокон.
Образование короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) в результате ферментации волокон.
Микрофлора кишечника может модулировать иммунные клетки через ферментацию пищевых волокон к КЦЖК. Установлено, что ферментация инулина и олигофруктозы повышает образование КЦЖК, в первую очередь ацетата, бутирата и пропионата в кишке, но степень, до которой повышаются уровни КЦЖК сыворотки после потребления пребиотиков неизвестна. Тем не менее, ряд исследований подтверждают прямые или косвенные иммуномодуляторные свойства КЦЖК.
Мы показали на модели крысы, что дополнение общего парентеральное питание короткоцепочечными жирными кислотами (КЦЖК) имеет результатом повышенную естественную активность клеток-киллеров. Другие исследования показали антивоспалительные свойства КЦЖК. Бутират подавлял конститутивную и вызванную цитокином экспрессию транскрипционного фактора NFкВ в клеточной линии НТ-29 толстой кишки. Фармакологические дозы ацетата, введенного внутривенно как здоровым людям так и раковым больным, увеличивали образование антител периферической крови, активность клеток-киллеров и аллогенную смешанную реакцию лимфоцитов. Неизвестно, происходит ли это воздействие при концентрациях, наблюдаемых после приема пищи с высоко ферментированным волокном.
Итак, образование КЦЖК, в частности бутирата, в толстой кишке может уменьшить потребность эпителиальных клеток в глютамине, таким образом, оставляя его для других клеток, таких как клетки иммунной системы. Эта гипотеза подтверждается наблюдением, что введение лактулозы может повышать уровни глютамина в сыворотке, и глютамин является существенным источником энергии для иммунных лимфоцитов.
Заключение
Хотя необходима дальнейшая работа для более глубокого изучения изменений, механизмов иммуномодуляции и предельного влияния на иммунное здоровье, существуют предварительные данные, позволяющие предположить, что потребление пребиотических волокон может модулировать иммунные параметры в ЛТСК, вторичных лимфоидных тканях и периферическом кровообращении.
Дальнейшие исследования по физиологическому влиянию потребления пребиотиков должно включать анализ микрофлоры и физиологии кишки, а также функции и состава различных областей ЛТСК.
Диетология
