Klíčová slova
gastrointestinální ekosystém • mikrobiální interferenční terapie • probiotika • prebiotika • synbiotika • experiment
Gastrointestinální ekosystém - jeho funkce a význam
Střevní mikrobiální flóra, epitel a slizniční imunitní systém vytvářejí vysoce integrovaný celek, pro který bylo zvoleno označení gastrointestinální ekosystém (GES). Jednotlivé složky se mohou vyvíjet do určité míry izolovaně, ale úplná morfologická a funkční vyzrálost trávicí trubice vyžaduje přítomnost všech tří složek.
Tyto mají vlastní funkce, četné vzájemné interakce a je mezi nimi složitá rovnováha. Výstupem je modelace vývoje, morfologie a funkcí jednotlivých složek i trávicí trubice jako celku. Porucha rovnováhy na podkladě vrozených (genetických) nebo získaných změn kterékoliv složky může způsobit patologické změny trávicí trubice.
Rezidentní mikroflóra
Pod pojem rezidentní mikroflóra (MF) zahrnujeme mikrobiální flóru přítomnou ve zdravém střevě. Střevní MF však byla sledována v minulosti převážně jen v patogenetických vztazích k hostiteli, tj. ve vztahu k infekčním chorobám.
Znalosti o složení a funkcích rezidentní MF byly proto do nedávné doby velmi omezené. Rezidentní mikroflóra obsahuje přibližně 400 různých druhů mikrobů s celkovým počtem asi 1014 prokaryotických organismů, což je 10krát více než celkový počet eukaryotických buněk lidského těla(1).
Jen 20-40 % mikrobiálních kmenů lze detegovat tzv. speciálními kultivačními technikami. Teprve nedávno zavedené molekulární biologické metody stanovení 16S RNA a rDNA(2) umožňují identifikaci dalších druhů v této složité populaci mikroorganismů.
Stejně výrazně ovlivnily naše znalosti o střevní MF metody molekulární imunologie a biochemie. Díky tomuto pokroku chápeme v současnosti střevní MF jako postnatálně získaný orgán, který má významné fyziologické, metabolické a imunitní funkce.
Rozsah látkových procesů produkovaných nebo kontrolovaných střevní MF odpovídá metabolismu jater. Střevní MF ovlivňuje základní střevní funkce, tj. vstřebávání, sekreci, motilitu a splanchnický krevní oběh.
Fetální trávicí trubice je sterilní. Její kolonizace začíná při spontánním porodu mikroby z okolního prostředí při průchodu plodu porodním kanálem. U novorozence je tento proces výrazně ovlivněn kojením. Kojený, plně vyvinutý novorozenec má výhodnější MF s převahou bifidobaktérií.
U uměle živených novorozenců převažují koliformní mikroby, enterokoky a bakteroidy. U novorozenců na jednotkách intenzívní péče probíhá kolonizace střeva pomaleji a osídlení bifidobaktériemi je pozdější. Předpokládá se, že tato situace může přispívat ke vzniku některých onemocnění.
Celkový vývoj střevní MF je fázový proces závislý na složení potravy. První mikroby kolonizující střevo jsou aerobní a fakultativně aerobní kmeny jako E. coli, laktobacily a streptokoky. Tyto kmeny snižují oxidoredukční potenciál, a to umožňuje osídlení střeva anaerobními mikroby, jako jsou bakteroidy a bifidobakterium.
Po zavedení pevné stravy se složení MF přibližuje stále více k definitivnímu stavu s převahou anaerobů jako u dospělých jedinců. Definitivní složení MF je u téže osoby poměrně stabilní a rezistentní k výrazným změnám, ale u různých osob se může složení MF značně lišit.
Ke změnám u téhož jedince dochází hlavně v důsledku choroby, podávání antibiotik a při výrazných změnách ve složení potravy. MF se liší v jednotlivých částech trávicí trubice kvantitativně i kvalitativně (proximodistální gradient). Proximální tenké střevo obsahuje hlavně mikroby z vyšších oddílů trávicí trubice.
MF distálního tenkého střeva je podobná složení MF tračníku a navíc jsou přítomny segmentální filamentózní baktérie. V tlustém střevě převládají anaeroby jako bakteroidy, eubakterium, streptokoky, fusobakterium a další.
Podíl anaerobů vzrůstá až na 99 % v konečníku. MF tračníku je však stratifikována také horizontálně. Liší se složení MF luminální a slizniční, která se dále člení na flóru slizničního hlenu, krypt a flóru adherující ke kolonocytům(3).
Střevní epitel
Multipotentní kmenové buňky na bázi Lieberkühnských krypt se rychle obnovují a diferencují v enterocyty, buňky pohárkové, Panethovy, enteroendokrinní a tzv. M-buňky. Panethovy buňky se soustřeďují na bázi krypt, buňky ostatních typů migrují z krypty po stěně klku tenkého střeva nebo epiteliální povrchové manžety v tlustém střevě.
Životní cyklus střevní epiteliální buňky trvá 2-5 dnů a odumřelé buňky jsou exfoliovány do lumen včetně adherující MF. Panethovy buňky přežívají až 20 dnů a jejich odstranění se děje fagocytózou.
Enterocyty představují mohutnou fyzikální bariéru, která se stává plně funkčním uzávěrem buněčných membrán do 48 hodin po narození, a tím se snižuje expozice sliznice pro antigeny ze střevního lumen. Muciny, lyzozym a defenziny produkované střevními epiteliemi inhibují růst mikrobů a jejich adhezi na buňky.
Zároveň produkují enterocyty řadu interleukinů (IL-1 , IL-1 , IL-6, IL-8, IL-10), TNF- , TGFa některé chemokiny (MIP-3 , TARC). Je proto třeba považovat enterocyty za klíčové elementy v integraci střevní MF s lokální slizniční ochranou a vývojem hostitele i za významného účastníka interakcí mezi epitelem, mezenchymem a imunitním systémem(4).
Slizniční imunitní systém (SIS)
Střevní kompartment slizničního imunitního systému (SIS) má část indukční (Peyerské plaky) a část efektorovou (lamina propria střevní sliznice a intraepiteliální prostory).
Antigenní substance, které nejsou inaktivovány některým z mechanismů epiteliální bariéry, se pasážují epitelem několika mechanismy: prostřednictvím M-buněk, přes žíhaný lem enterocytů a paracelulárně přes těsná spojení(5). Všechny tyto mechanismy zahrnují řadu jemně a složitě koordinovaných procesů.
Hlavní část luminálních antigenů se transportuje prostřednictvím M-buněk, tj. modifikovaných enterocytů schopných pinocytózy a lokalizovaných v místech lymfatických folikulů. V nich dochází k prezentaci antigenu a aktivaci lymfoidních buněk.
Aktivované antigen-specifické lymfocyty se dostávají do mezenteriálních uzlin a popř. cestou ductus thoracicus do cirkulace. Tyto migrující lymfocyty exprimují specifické slizniční receptory (homing receptors), jejichž prostřednictvím vstupují do efektorových lokalizací střevního SIS (lamina propria, intraepiteliální prostory).
Lamina propria obsahuje plazmocyty (B-lymfocyty produkující protilátky), T-lymfocyty a makrofágy. Plazmocyty produkují velké množství sekrečního IgA, který má schopnost vázat antigeny v lamina propria i ve střevním lumen.
Jeho předností je, že neaktivuje složky komplementu, takže nedochází k nadměrné zánětlivé odpovědi na přítomnost antigenu. T-lymfocyty lamina propria jsou převážně CD4+ pomocné T-buňky exprimující TCR . Intraepiteliální lymfocyty jsou převážně CD8+ s expresí TCR a cytolytickou aktivitou(6).
Přes žíhaný lem enterocytů se transportují hlavně antigeny o nižší molekulové hmotnosti. Tyto peptidy jsou štěpeny lyzosomálními hydrolázami na malé neimunogenní peptidy. Zbylá frakce (asi 1 %) se vstřebává paracelulárně přes těsná spojení jako intaktní molekuly.
Tento proces je velmi složitě řízen a za fyziologických podmínek je jeho výsledkem specifická imunitní odpověď vedoucí k toleranci antigenu (tolerogenní odpověď). Významnou úlohu v regulaci tohoto procesu má peptid zonulin, lokalizovaný v těsných spojeních, který je strukturním analogem toxinu zonula occludens Vibrio cholerae(7).
Předpokládá se, že zvýšená aktivita tohoto peptidu je alespoň zčásti zodpovědná za zvýšenou permeabilitu těsných spojení s následnou tvorbou protilátek k antigenům ze střevního lumen (imunogenní odpověď).
Probiotika a mikrobiální interferenční terapie
Probiotika jsou živé mikroorganismy (převážně lidského původu), které aplikovány v přiměřeném množství příznivě ovlivňují zdravotní stav hostitele. Probiotika je možno považovat za importovanou komenzální mikroflóru. Zakladatelem učení o probiotikách je ruský mikrobiolog, laureát Nobelovy ceny, I. I. Mečnikov (18451916).
Mečnikov je objevitelem fagocytární aktivity polynukleárů a zejména je autorem koncepce antibiózy, tj. potlačování růstu a jiných životních projevů jednoho mikroorganismu mikroorganismem druhým. Tato koncepce došla potvrzení Flemingovým objevem penicilinu a následnou érou antibiotik.
Mečnikov sám viděl její realizaci v tzv. mikrobiální interferenční terapii. Začátkem minulého století izoloval Lactobacillus bulgaricus, který působí kvašení mléka. Konzumaci tohoto mléka považoval Mečnikov za příčinu dlouhověkosti bulharských zemědělců.
Přes formální nedostatky zůstává racionální jádro mikrobiální interferenční terapie nedotčeno. Jejím principem je podávání živých mikroorganismů s cílem využít jejich vlastností ke změně a stabilizaci rezidentní střevní mikroflóry s následným příznivým působením na zdravotní stav hostitele a takto předcházet vzniku některých chorob nebo zlepšit jejich průběh.
Jako probiotika jsou používány hlavně rody Lactobacillus a Bifidobacterium, jejichž vhodnost byla prokázána přítomností ve střevě zdravých osob a prospěšností kvašených mléčných výrobků pro zdravotní stav jedinců. Jako probiotika se dále užívají na podkladě prokázané účinnosti v klinických studiích probiotika rodů Escherichia, Enterococcus, Bacillus a Saccharomyces.
Předpokladem pro označení určitého mikrobiota jako „probiotikum“ je prokázaná účinnost a bezpečnost za doporučených podmínek použití pro definovanou populaci, metodu aplikace a dávkování(8). Zavedení každého mikrobiálního kmene i jako potravinového doplňku u zvířat je vázáno splněním předpisů orgánů Evropské unie.
Požadavky kladené na probiotika a jejich vlastnosti
Mikroorganismy užívané jako probiotika musí splňovat tyto požadavky:
1. podrobná definice a typizace,
2. žádné patogenní vlastnosti: je vyloučena tvorba enterotoxinu a cytotoxinu, enteroinvazivita, patogenní adhezivita, hemolýza, sérorezistence, séropatogenita, přítomnost genů antibiotické rezistence,
3. odolnost k žaludeční kyselině a žluči,
4. schopnost adherovat ke střevnímu epitelu,
5. schopnost kolonizovat tračník,
6. klinicky prokazatelný příznivý účinek na zdravotní stav,
7. bezpečnost(9).
Částečně relativní charakter má požadavek na lidský původ probiotika a jeho aplikaci v živém stavu. Saccharomyces boulardii, jejíž probiotický charakter je dostatečně potvrzen, není lidského původu. Je patrně vhodnější ji označovat jako bioterapeutikum.
Aplikace v živém stavu není nutná pro protizánětlivý účinek probiotik u experimentální kolitidy a předpokládá se, že tento může být zprostředkován také některými mikrobiálními komponenty, jako je peptidoglukan, lipopolysacharid a nemetylovaná DNA(10).
Rostoucí pozornost se věnuje podrobné typizaci probiotika. Druhová příslušnost probiotika se testuje DNA-DNA hybridizací nebo sekvenací DNA úseků kódujících druhově specifické oblasti 16S rRNA. Tyto metody se kombinují se specifickými kultivačními metodami k ověření fenotypu mikrobiota.
Zásadní význam pro získání dalších poznatků o probiotikách má jejich genomická analýza, která se v poslední době rychle rozvíjí. První probiotikum se znalostí celého genomu je Lactococcus lactis IL1403, po němž následovala úplná genomická analýza dvou dalších probiotik (Bifidobacterium longum a Lactobacillus plantarum).
Ukončení genomické analýzy v krátké době lze očekávat u dalších laktobacilů (L. johnsoni, acidophilus, gasseri, casei - 2 kmeny, rhamnosus), bifidobaktérií (B. longum - jiný kmen, B. breve) a také u Escherichia coli Nissle a Saccharomyces boulardii.
Jako probiotika se však používají rovněž mikroorganismy genomicky nedefinované jako L. casei Shirota, L. reuteri, Streptococcus salivarius sp. thermophilus, další nepatogenní E. coli (O83:K24:H1) a nebo dokonce směsi mikrobů (např. VSL#3). Genomická analýza je nepostradatelná pro predikci účinků jednotlivých probiotik, vztahu probiotik a prebiotik a podmínek existence střevní MF.
Konečným cílem těchto studií je vytvoření globálního genomu střevních prokaryontů, který umožní odhalení podmínek a funkcí nutných pro aktivitu, kompetici a přežití probiotik v prostředí střevní MF(11). Molekulární genetika vytváří také předpoklady pro rekombinantní studie zaměřené na vhodné změny genomu a funkce probiotika in vivo(12).
Účinek probiotik předpokládá přítomnost řady vlastností, k nimž patří zejména:
1. kompetice probiotik s patogenními mikroby v adhezi na střevní epitelie,
2. tvorba peptidů s bakteriostatickými nebo baktericidními vlastnostmi (kolicinů a mikrocinů),
3. regulace funkce střevní bariéry a mikrobiální translokace,
4. modulace funkce střevních epitelií a dendritických buněk,
5. ovlivnění lokální a systémové imunity,
6. zábrana přerůstání patogenů,
7. stimulace eliminace toxinů,
8. tvorba steroidů z cholesterolu,
9. ovlivnění sekrece hlenu, vstřebávání, motility a průtoku krve splanchnikem.
Probiotika - indukce imunity a imunitní odpověď
Komenzální MF, rezidentní i importovaná, mají imunostimulační vlastnosti. Rozsah a trvání imunostimulační aktivity a imunomodulace se však liší. Rezidentní MF vytváří s hostitelem asociaci trvalou (autochtonní MF). Probiotika jsou přítomna ve střevě během aplikace a krátkou dobu po ní (většinou několik týdnů) a vytvářejí s hostitelem dočasnou asociaci (alochtonní MF).
Příčiny tohoto rozdílu neznáme. Předpokládá se, že hostitelská buňka nemá pro probiotikum vytvořeny permanentní receptory nebo že probiotikum není schopno trvalé kompetice s rezidentní (autochtonní) MF o úzký vztah k epitelu. Imunitní buňky mají poznávací receptory pro probiotika.
Nevíme však, zda k indukci imunity je třeba perzistence a replikace importované MF nebo zda je dostatečné setkání s epitelem, které spustí signalizační kaskády vedoucí k aktivaci imunitních buněk v lamina propria s následnou up-regulací cytokinů a bioaktivních molekul.
Kolonizace střeva MF po narození má kritický význam pro vytvoření orální tolerance. Tento proces se však realizuje po narození zcela nahodilým způsobem a je známo, že v časných stadiích vývoje imunity u novorozenců je odpověď na antigeny prostředí vychýlena ve prospěch Th2 cytokinového profilu, který je typický pro alergická onemocnění.
Nedostatečná postnatální expozice střeva MF, která je nutná pro vyvážené vyzrání imunitního systému do neatopického stavu, se považuje za pravděpodobnou příčinu výrazného zvýšení atopických onemocnění ve vyspělých zemích.
K úpravě tohoto stavu přichází v úvahu řízená časná postnatální expozice probiotickými kmeny(13). Zatím nelze zodpovědět otázku, zda za takového stavu by se probiotika mohla stát složkou autochtonní MF.
Probiotika - funkce bariéry a mikrobiální translokace
Střevní slizniční bariéra reguluje transportní pochody mezi střevním lumen a vnitřním prostředím. Jednotlivé absorpční mechanismy jsou jemně regulovány podle fyziologických potřeb organismu prostřednictvím membránových pump, iontových kanálů a těsných spojení.
Tolerance ke komenzální MF a imunitní reakce na patogeny vyžaduje intaktní zachycení, rozpoznání a zpracování antigenu, jakož i přiměřenou imunitní odpověď.
Porucha těchto procesů, zejména porucha mikrobiální translokace v důsledku zvýšené permeability a selhání orální tolerance v důsledku nepřiměřené interakce mezi střevním epitelem a T-lymfocyty, mohou vést k zánětu a poškození tkáně.
Procesy spojené s adhezí rezidentní MF a probiotik na střevní epitel jsou zatím objasněny jen částečně. Adheze probiotik na střevní epitel se liší více podle druhu probiotika než podle živočišného druhu.
Probiotika v experimentu působí příznivě na fyziologickou funkci střevní bariéry a jejich aplikace snižuje aktivitu zánětlivého procesu ve střevní sliznici včetně poklesu sekrece TNFa IFN- (14).
Podobně Lactobacillus plantarum upravuje zvýšenou permeabilitu střevní bariéry vyvolanou E. coli. Bifidobacterium lactis významně snižuje riziko bakteriální translokace při experimentálním syndromu krátkého střeva.
Translokace komenzální MF do mezenteriálních uzlin je prokázána a tento proces je rozhodující pro aktivaci střevního imunitního systému(15), což může příznivě ovlivnit celkový stimulační efekt takto se chovajících probiotik. Epiteliální adheze může naopak indukovat specifičtější účinky.
Při adhezi probiotik na M-buňky lze předpokládat především aktivaci odpovědí sekrečního IgA a naopak při afinitě ke kolonocytům protizánětlivé účinky(8). Ověření této diferenciace účinků probiotik v závislosti na translokaci a adhezivitě na různý typ střevních epitelií bude možné použitím geneticky modifikovaných probiotik.
Prebiotika
Prebiotika jsou látky, které nejsou natravitelné enzymy eukaryotických buněk a které se stávají v trávicí trubici nebo i v jiných lokalizacích (dutina ústní, kůže, pochva) substráty enzymů prokaryotických mikroorganismů.
Jako prebiotika se uplatňují především různé oligosacharidy: frukto- (zejména inulin), gluko-, galakto-, izomalto-, xylo-, soyooligosacharidy, laktulóza a laktosacharóza. Dalším významným a široce dostupným prebiotikem je vláknina a její štěpné produkty jako pektiny, xylany a celulóza.
Prebiotika mají tvořit asi 10 % celkového energetického příjmu a asi 20 % objemu přijaté potravy. Taková potrava je funkčně plnohodnotná a schopná upravovat různé tělesné funkce, přispívat k dobrému zdravotnímu stavu a snižovat riziko některých chorob.
Reakčními produkty enzymové konverze prebiotik je řada látek jako krátké mastné kyseliny (zejména kyselina máselná), některé aminokyseliny (arginin, cystein, glutathion), polyaminy, růstové faktory, vitamíny a antioxidancia. Tyto substance kryjí významnou část nutričních potřeb kolonické sliznice, která není schopna vyživit se pouze z krve ani za fyziologických podmínek, a podílejí se na řadě metabolických procesů.
Butyrát je hlavním energetickým zdrojem kolonocytů. Oligofruktóza a inulin stimulují růst a aktivitu bifidobaktérií a laktobacilů, aniž by docházelo k obdobným změnám anaerobů, klostridií, koliformní flóry druhů Bacteroides(16).
Při enterální výživě, která nepříznivě ovlivňuje střevní MF a snižuje luminální koncentrace krátkých mastných kyselin, má oligofruktóza částečný preventivní účinek.
Synbiotika (eubiotika)
Tyto termíny označují směsi probiotik a prebiotik, které společně modulují střevní MF ve prospěch hostitele od jeho narození, kdy začíná kolonizace sterilní trávicí trubice. Tyto směsi mají příznivý vliv na rovnovážný stav střevní MF.
V experimentu inulin obohacený oligofruktózou stimuloval tvorbu IL-10 v lymfocytech Peyerských plaků a sekrečního IgA v ileu, a lze proto usuzovat, že prebiotika účinkují primárně na střevní imunitní systém. Probiotika (Lactobacillus GG a Bifidobacterium lactis) působila sama o sobě ve stejném pokuse mírné ovlivnění imunitních funkcí.
Současná aplikace probiotik a prebiotik vedla k zvýšení sekrečního IgA v ileu a ke snížení oxidativní aktivity neutrofilů. Je tedy pravděpodobné, že synbiotika mohou mít účinky odlišné od účinků zjištěných při odděleném použití obou prostředků a výsledek nemá jednoduchý aditivní nebo synergistický charakter(17).
Experimentální terapie probiotiky
V posledních patnácti letech je terapeutické použití probiotik předmětem velkého počtu experimentálních i klinických studií různého uspořádání. V tomto sdělení uvádíme experimentální práce, které se jeví přínosné pro pravděpodobný další vývoj tohoto tématu.
Experimentální kolitida a enterokolitida
Účinek probiotik byl sledován v různých experimentálních modelech. Význam MF pro vznik kolitidy přesvědčivě dokládá její vznik u konvenčních imunodeficitních (SCID) myší po jednotýdenní aplikaci dextransulfátu, zatímco u bezmikrobních SCID zvířat nevykazuje střevní sliznice histologické změny(18).
U homozygotních myší s deficitem interleukinu-10 (IL-10-/-) lze vzniku kolitidy zabránit podáváním Lactobacillus reuteri(19) a podobně působí rekombinantní Lactobacillus lactis (LGG) produkující IL-10, který zároveň mitiguje průběh kolitidy u konvenční myši(20).
E. coli Nissle působí příznivě na chronickou kolitidu vyvolanou u imunodeficitních SCID myší přenosem CD4+ a CD62L+ T-lymfocytů a snižuje hladiny prozánětlivých cytokinů u konvenčních myší s kolitidou vyvolanou dextransulfátem. U transgenních HLA B27 potkanů lze vzniklou kolitidu vyléčit antibiotiky (vankomycinem a imipenem), ale po jejich vysazení se zánět vrací.
Lactobacillus GG nezabrání vzniku kolitidy a nevyléčí vytvořený zánět, ale zabrání relapsu kolitidy u antibiotiky léčených zvířat(21). Tyto nálezy ukazují, že probiotika jsou pravděpodobně účinnější v prevenci relapsu než v navození remise.
Lze proto předpokládat, že sekvenční podávání antibiotik a probiotik může být účinným dlouhodobým postupem v terapii idiopatických střevních zánětů(22). Účinky probiotik se liší také v závislosti na použitém modelu experimentální kolitidy.
Směsné probiotikum VSL#3 a Lactobacillus GG výrazně zlepšují kolitidu vyvolanou jodacetmidem, který inaktivuje SH-skupiny, ale jsou neúčinné u imunitně zprostředkované kolitidy po dinitrobenzensulfátu. Tyto nálezy ukazují na možnou úlohu sulfhydrylových sloučenin v protektivním účinku probiotik.
Lactobacillus GG výrazně potlačuje internalizaci enterohemoragické E. coli v kultuře kolonocytů. Tento účinek je způsoben vysokou adhezivitou probiotika ke kolonocytům a indukcí MUC-3 genu s následnou sekrecí hlenu(23).
Saccharomyces boulardii obsahuje proteázu, která inaktivuje epiteliální receptor klostridiového toxinu A a B. Tato kvasinka rovněž secernuje do střevního lumen polyaminy, čímž zvyšuje buněčnou proteosyntézu a urychluje vyzrávání kolonocytů(24).
Experimentální kolorektální karcinom
Účinek živých probiotik, jejich buněčných komponent a metabolitů byl sledován na zvířecích modelech kolorektálního karcinomu i ve tkáňových kulturách nádorových buněk. K vyvolání karcinomu u experimentálních zvířat bylo použito azoxymetanu, dimetylhydrazinu a heterocyklických aromatických aminů.
Ke sledování účinku probiotik byly aplikovány zejména různé druhy laktobacilů, bifidobaktérií a Streptococcus thermophilus. Nejčastěji byl pozorován snížený výskyt aberantních krypt, které jsou považovány za prekancerózní marker, snížení celkové proliferační aktivity sliznice a onkogenu p21 v nádoru i okolní sliznici(25).
Probiotika mají schopnost inhibovat karcinogenezi různými způsoby: vazbou karcinogenů, tvorbou detoxikačních látek a aktivací detoxikačních enzymů (NADPH-cytochrom 450 reduktázy a glutathion S-transferázy), indukcí změn střevní MF a zvýšenou produkcí nutričních substancí (např. krátkých mastných kyselin), úpravou střevní pasáže, kontrolou fází životního cyklu kolonocytů a stimulací slizničního imunitního systému(26).
Významnou úlohu v tomto experimentálním modelu hrají zřejmě i prebiotika. Jejich izolované podání (xyloa fruktooligosacharidů) zvyšuje populace bifidobaktérií ve střevě, snižuje pH stolice a počet aberantních krypt(27).
Společné podání probiotik (Lactobacillus rhamnosus a Bifidobacterium lactis) a prebiotik (inulin obohacený oligofruktózou) rozšiřuje inhibiční účinek o modulaci funkcí střevního imunitního systému stimulací tvorby IL-10 a snížením IFNv Peyerských placích(28).
Jaterní choroby
Tenké střevo cirhotických potkanů je kontaminováno kolonickou flórou, která v důsledku poruchy střevní bariéry přechází ve zvýšené míře do mezenteriálních lymfatických uzlin a je hlavní příčinou infekce ascitu a vzniku spontánní bakteriální peritonitidy.
Identita mikrobiálních kmenů ve střevě, mezenteriálních uzlinách a ascitu byla prokázána analýzou makrorestrikčních fragmentů DNA(29). Krátkodobé podávání Lactobacillus GG v dávce 1-2krát denně v dávce 109 CFU po 8-10 dnů nezabrání translokaci kolonické flóry, třebaže probiotikum osídlilo cékum u 90 % cirhotických potkanů(30).
Vyšší dávka probiotika ani jiné probiotikum nebylo zkoušeno. Naproti tomu preventivní podávání Lactobacillus plantarum zdravým potkanům po dobu jednoho týdne inhibuje zvýšení permeability po následné aplikaci E. coli(31).
U nealkoholické steatózy obézních myší dochází k bakteriálnímu přerůstání ve střevě a k nadměrné expresi TNF- . Podávání směsného probiotika VSL#3 nebo anti-TNF protilátek vede k ústupu histologických změn v játrech, snížení jaterních mastných kyselin a sérové alaninaminotransferázy.
Tyto změny byly provázeny u myší léčených anti-TNF protilátkami sníženou expresí mRNA TNF v játrech. Tento efekt nebyl pozorován při podávání samotného probiotika. Kombinace obou prostředků snížila expresi Jun N-terminální kinázy, která je regulována TNF a navozuje inzulínovou rezistenci.
Léčení vedlo ke snížení inzulínové rezistence, snížení -oxidace mastných kyselin v játrech a exprese proteinu UCP-2. Lze proto předpokládat, že střevní MF indukuje endogenní signály, které se účastní v patogenezi inzulínové rezistence a nealkoholické steatózy jater(32).
Akutní pankreatitida
Mangiante et al.(33) aplikoval perorálně Lactobacillus plantarum potkanům v dávce 5 ml 0,5-1x 109 CFU 4 dny před a 4 dny po vyvolání akutní pankreatitidy podvazem společného biliopankreatického vývodu.
Střevní flóra (E. coli, Enterococcus faecalis, Pseudomonas, Proteus) byla zjištěna více než 3krát častěji v mezenteriáních uzlinách a v pankreatické tkáni zvířat, která nedostávala probiotikum.
Touto metodou aplikace lze pravděpodobně dosáhnout účinné snížení mikrobiální translokace po vyvolání pankreatitidy. Akyol et al.(34) vyvolali akutní pankreatitidu u potkanů intraduktální injekcí taurocholátu a po 6 hodinách zahajovali léčbu.
Podávali po dobu 48 hodin ciprofloxacin, meropenem a Saccharomyces boulardii izolovaně a dále kombinace probiotika vždy s jedním z obou antibiotik.
Histopatologické změny byly v léčených skupinách méně výrazné než ve skupině kontrolní, ale významný rozdíl byl zjištěn jen ve skupině s kombinovaným podáním probiotika a ciprofloxacinu. Lze proto usuzovat, že předpokladem léčebného účinku probiotika při akutní pankreatitidě je zahájení jeho podávání preventivně nebo co nejdříve po jejím vzniku.
Infekce H. pylori
Lactobacillus rhamnosus a Lactobacillus acidophilus podávané myším před a po experimentální infekci významně snižují podle vyšetření homogenátů žaludeční sliznice počet infikovaných zvířat (100 vs. 50 %). Antrální gastritida byla méně výrazná u zvířat s preventivním podáním probiotika(35).
Syndrom multiorgánové dysfunkce
Konvenční a IL-10 deficitní myši dostávaly po 4 dny směsné probiotikum VSL#3. Následně byla u nich vyvolána sepse s multiorgánovou dysfunkcí intraperitoneální injekcí lipopolysacharidu a D-galaktosaminu. Zvířata byla usmrcena za 6 hodin a v tlustém střevě byla stanovena produkce cytokinů a epiteliální funkce.
Bariérová funkce střevní sliznice zůstala ve skupině předléčené probiotiky zachována a sekrece prozánětlivých cytokinů byla nižší než ve skupině takto neošetřené. Probiotika si proto zaslouží pozornost jako možná doplňková léčba rizikových nemocných na jednotkách intenzívní péče(36).
Alergická kontaktní dermatitida
V modelové studii alergické dermatitidy zprostředkované CD8+ cytotoxickými T-lymfocyty bylo zjištěno, že perorální aplikace Lactobacilllus casei snižuje intenzitu kožního zánětu kontrolou poolu CD8+ lymfocytů. Účinek byl zjištěn při použití živého probiotika a také při aplikaci mikrobiálních membrán(37).
Experimentální artritida
Při artritidě vyvolané u potkanů injekcí Freudova adjuvans zvyšuje Enterococcus faecium léčebný účinek metotrexátu hodnocený podle edému tlapky, skóre artrogramu a kostní denzitometrie(38).
Prof. MUDr. Přemysl Frič, DrSc.
e-mail: fricprem@uvn.cz
Univerzita Karlova v Praze, 1. LF a Ústřední vojenská nemocnice, Interní klinika;
IPVZ, Praha, Subkatedra gastroenterologie
*
Literatura
1. BERG, RD. The indigenous gastrointestinal microflora. Trends Microbiol, 1996, 4, p. 430-435.
2. VAUGHAN, EE., SCHUT, F., HEILIG, HGHJ., et al. A molecular view of the intestinal ecosystem. Cur Issues Intest Microbiol, 2000, 1, p. 1-12.
3. LEE, A. Neglected niches: The microbial etiology of the gastrointestinal tract. In MARSHAL, KC. (Ed.), Advances in Microbial Ecology. New York : Plenum Press, 1984, p. 115-162.
4. Mc CRACKEN, VJ., LORENZ, RG. The gastrointestinal ecosystem: a precarious alliance among epithelium, immunity and microbiota. Cellular Microbiology, 2001, 3, p. 1-11.
5. Mc GHEE, JR., LAMM, ME., STROBER, W. Mucosal immune responses: an overview. In OGRA, PL. (Ed.), Mucosal Immunology. San Diego : Academic Press, 1999, p. 485-506.
6. JAMES, SP., KIYONO, H. Gastrointestinal lamina propria T cells. In OGRA, PL. (Ed.), Mucosal Immunology. San Diego : Academic Press, 1999, p. 381-396.
7. FASANO, A. Regulation of intercellular tight junctions by zonula occludens toxin and its eukaryotic analogue zonulin. Ann N Y Acad Sci, 2000, 915, p. 214-222.
8. REID, G., SANDERS, ME., GASKINS, R., et al. New scientific paradigms for probiotics and prebiotics. J Clin Gatroenterol, 2003, 37, p. 105-118.
9. GORBACH, SL. Probiotics and gastrointestinal health. Am J Gastroenterol, 2000, 95, p. S2-S4.
10. SARTOR, RB. Targeting enteric bacteria in treatment of inflammatory bowel diseases: why, how, and when. Curr Opin Gastroenterol, 2003, 19, p. 358-365. 11. HOOPER, WL., WONG, MH., THELIN, A., et al. Molecular analysis of commensal host-microbial relationships in the intestine. Science, 2001, 291, p. 881884.
12. STEIDLER, L. Genetically engineered probiotics. Best Pract Res Clin Gastroenterol 2003, 17, p. 861-876.
13. KALIOMÄKI, M., ISOLAURI, E. Role of intestinal flora in the development of allergy. Curr Opin Allergy Clin Immunol, 2003, 3, p. 15-20.
14. MADSEN, K., CORNISH, A., SOPER, P., et al. Probiotic bacteria enhance murine and human intestinal epithelial barrier function. Gastroenterology, 2001, 121, p. 580-591.
15. BERG, RD. Bacterial translocation from the gastrointestinal tract. Adv Exp Med Biol, 1999, 473, p. 11-30.
16. LANGLANDS, SJ., HOPKINS, MJ., COLEMAN, N., et al. Prebiotic carbohydrates modify the mucosa associated microflora of the human large bowel. Gut, 2004, 53, p. 1610-1616.
17. ROLLER, M., RECHKEMMER, G., WATZL, B. Prebiotic inulin enriched with oligofructose in combination with the probiotics Lactobacillus rhamnosus nad Bifidobacterium lactis modulates intestinal immune functions in rats. J Nutr, 2004, 134, p. 153-156.
18. HUDCOVIC, T., ŠTĚPÁNKOVÁ, R., CEBRA, J., et al. The role of microflora in the development of intestinal inflammation: acute and chronic colitis induced by dextran sulfate in germ-free and conventionally reared immunocompetent and immunodeficient mice. Folia Microbiol, 2001, 46, p. 565-572.
19. MADSEN, KL., DOYLE, JS., JEWELL, LD., et al. Lactobacillus species prevents colitis in interleukin 10 gene-deficient mice. Gastroenterology, 1999, 116, p. 1107-1114.
20. STEIDLER, L., HANS, W., SCHOTTE, L., et al. Treatment of murine colitis by Lactococcus lactis secreting interleukin-10. Science, 2000, 289, p. 13521355.
21. DIELEMAN, LA., GOERRES, MS., ARENDS, A., et al. Lactobacillus GG prevents recurrence of colitis in HLA-B27 transgenic rats after antibiotic treatment. Gut, 2003, 52, p. 370-376.
22. SARTOR, RB. Therapeutic manipulation of the enteric microflora in inflammatory bowel diseases: antibiotics, probiotics, and prebiotics. Gastroenterology, 2004, 126, p. 1620-1633.
23. MACK, DR., MICHAL, S., WEI, S., et al. Probiotics inhibit enteropathogenic E. coli adherence in vitro by inducing intestinal mucin gene expression. Am J Physiol, 1999, 276, p. G941-950.
24. POTHOULAKIS, C., KELLY, CP., JOSHI, MA., et al. Saccharomyces boulardii inhibits Clostridium difficile toxin A binding and enterotoxicity in rat ileum. Gastroenterology, 1993, 104, p. 1108-1115.
25. REDDY, BS. Possible mechanisms by which proand prebiotics influence colon carcinogenesis and tumor growth. J Nutr, 1999, 129, p. S1478-S1482.
26. SAIKALI, J., PICARD, C., FREITAS, M., et al. Fermented milks, probiotic cultures and colon cancer. Nutr Cancer, 2004, 49, p. 14-24.
27. HSU, CK., LIAO, JW., CHUNG, YC., et al. Xylooligosaccharides and fructooligosaccharides affect the intestinal microbiota and precancerous colonic lesion development in rats. J Nutr, 2004, 134, p. 1523-1528.
28. ROLLER, M., PIETRO FEMIA, A., CADERNI, G., et al. Intestinal immunity of rats with colon cancer is modulated by oligofructose enriched inulin combined with Lactobacillus rhamnosus and Bifidobacterium lactis. Br J Nutr, 2004, 92, p. 931-938.
29. LLOVET, JM., BARTOLI, R., MARCH, F., et al. Translocated intestinal bacteria cause spontaneous bacterial peritonitis in cirrhotic rats: molecular epidemic evidence. J Hepatol, 1998, 28, p. 307-313.
30. BAUER, TM., FERNANDEZ, J., NAVASA, M., et al. Failure of Lactobacillus spp. to prevent bacterial translocation in a rat model of experimental cirrhosis. J Hepatol, 2002, 36, p. 501-506.
31. MANGELL, P., NEJDFORS, P., WANG, M., et al. Lactobacillus plantarum 299v inhibits Escherichia coli-induced intestinal permeability. Dig Dis Sci, 2002, 47, p. 511-516.
32. LI, Z., YANG, S., LIN, H. Probiotics and antibodies to TNF inhibit inflammatory activity and improve nonalcoholic fatty liver disease. Hepatology, 2003, 37, p. 343-350.
33. MANGIANTE, G., COLUCCI, G., CANEPARI, P., et al. Lactobacillus plantarum reduces infection of pancreatic necrosis in experimental acute pancreatitis. Dig Surg, 2001, 18, p. 47-50.
34. AKYOL, S., MAS, MR., COMERT, B., et al. The effect of antibiotic and probiotic combination therapy on secondary pancreatic infections and oxidative stress parameters in experimental acute necrotizing pancreatitis. Pancreas, 2003, 26, p. 363-367.
35. JOHNSON-HENRY, KC., MITCHELL, DJ., AVITZUR, Y., et al. Probiotics reduce bacterial colonization and gastric inflammation in H. pylori-infected mice. Dig Dis Sci, 2004, 49, p. 1095-1102.
36. ENDERSBY, R., WALKER, J., JIJON, H., et al. Probiotic bacteria alternate pro-inflammatory cytokine secretion and maintain colonic permeability in a murine model of sepsis. Gastroenterology, 2003, 124, A-477.
37. CHAPAT, L., CHEMIN, K., DUBOIS, BB., et al. Lactobacillus casei reduces CD8+ T cell mediated skin inflammation. Eur J Immunol, 2004, 34, p. 2520-2528.
38. ROVENSKY, J., SVIK, K., MATHA V., et al. The effects of Enterococcus faecium and selenium on methotrexate treatment in rat adjuvant-induced arthritis. Clin Dev Immunol, 2004, 11, p. 267-273.
Tato práce je podporována granty IGA-MZ ČR NK 7366-3 a GA-ČR 303/04/0849.
**