Modulace lidské respirační imunity imunobiotiky

Cílená kombinace prospěšné bakterie Lacticaseibacillus rhamnosus CRL1505, beta-glukanů a vitaminu D

Kombinace bakterie mléčného kvašení Lacticaseibacillus rhamnosus CRL1505 (Lr1505) a beta-glukanů byla vybrána na základě jejich vědecky a klinicky prokázané schopnosti regulace imunitní odezvy mimo gastrointestinální trakt, včetně sliznice dýchacích cest.

In vivo studie

Více současných studií prokázalo značný dosah střevní mikrobioty na vrozené antivirové mechanismy imunity respiračního systému prostřednictvím jejího vlivu na a) respirační epitelové buňky, b) respirační dendritické buňky (DC) a c) plicní makrofágy. Vliv střevní mikrobioty na vrozenou imunitu také modifikuje humorální adaptivní imunitní reakce (Obr. 1) (1).

Za účelem studia mechanismů zapojených do posílení respirační antivirové imunity zprostředkované Lr1505 se uskutečnily studie na zvířecích modelech s použitím dvou respiračních virů: respirační syncytiální virus (RSV) a virus chřipky (z angl. Influenza virus - IFV) (2,3).

Za účelem studia mechanismů zapojených do posílení střevní i respirační antibakteriální imunity zprostředkované Lr1505 se uskutečnily studie na zvířecích modelech s použitím bakterií: Salmonella enterica serovar typhimurium a Streptococcus pneumoniae (4).

1) Respirační vrozená antivirová imunitní odpověď a L. rhamnosus CRL1505

Výsledky studie ukázaly, že orálně podávaný kmen Lr1505 byl schopen významně snížit virové titry v plicích, snížit poškození plic a zvýšit přežití myší v reakci na infekce RSV (2) nebo IFV (3). Ochranný účinek vyvolaný Lr1505 byl spojen s jeho schopností zvýšit hladiny IFN typu I v respiračním traktu (1,2,3).

Probiotický kmen Lr1505 vyvolal mobilizaci CD4(+)IFN-γ(+) T buněk ze střeva do dýchacího traktu, čímž se zvýšila lokální produkce IFN-γ, klíčového aktivátoru vrozeného a adaptivního imunitního systému, a stimulovaly se buňky prezentující antigen (2, 5) (Obr. 1).

2) Respirační adaptivní antivirová imunitní odpověď a L. rhamnosus CRL1505

Hodnocení populace plicních dendritických buněk (DC) u myší po perorálním podání Lr1505 poukázalo na zvýšené hladiny CD11c(+)CD103(+) a CD11c(+)CD11b(high) DC.

Prokázala se také zlepšená prezentace antigenu zprostředkovaná Lr1505, což by mohlo mít příznivý účinek na respirační humorální imunitní odpověď (1).

3) Intestinální antivirová imunitní odpověď a L. rhamnosus CRL1505

Další studie provedené na střevních epitelových buňkách ukázaly, že Lr1505 je schopen zvýšit produkci INF typu 1 (6), zlepšit expresi INF-α a INF-β i různých antivirových faktorů (Nplr3, Oas1, aj.) potřebných pro efektivní obranu vůči virům (7).

4) Antibakteriální imunitní odpověď a L. rhamnosus CRL1505

Perorální suplementace Lr1505 se osvědčila i v případě enteropatogenních bakterií a prokázala se také stimulace imunitního systému respirační sliznice. Zvýšením hladin INF-γ v důsledku užívání Lr1505 v séru a ve střevní tekutině se podařilo aktivovat peritoneální makrofágy, což vedlo ke zvýšené eliminaci enteropatogenů S. typhimurium (Salmonella enterica serovar Typhimurium) (8).

Podávání Lr1505 významně zvýšilo i hladiny antipneumokokových respiračních a sérových IgA a IgG protilátek, což poukazuje na příznivý účinek na protilátkovou odpověď v případě infekce Streptococcus pneumoniae (4).

Klinické studie

• 6měsíční (Červenec-Prosinec), na souboru 298 dětí s Lr1505
• způsob účinku imunomodulace prokázaný i v in vivo a klinické 8týdenní studii, na souboru 60 jedinců s teplem usmrceným Lr1505 (HkLr1505)
• randomizované
• dvojitě zaslepené
• placebem kontrolované

Výsledky první studie, realizované na skupině dětí ve věku 2-5 let naznačují výrazné zmírnění závažnosti a snížení incidence gastrointestinálních a respiračních infekcí zejména u malých dětí, a to přímým antimikrobiálním účinkem a posílením funkce slizniční bariéry v důsledku účinků bakterie Lr1505 na vrozenou i adaptivní imunitu.

Výsledky studie mechanismu účinku, realizované na dospělé populaci 60 zdravých jedinců poukázaly i na schopnost teplem usmrcené bakterie Lr1505 udržet optimální stav imunitního systému i fyzickou kondici působením na pDC buňky a jejich aktivací; tyto buňky působí na celou imunitní funkci, což potvrdilo imunomodulační potenciál živého kmene Lr1505.

Úvod

Infekční onemocnění jako akutní zánět středního ucha, faryngitida a tonzilitida, infekce horních dýchacích cest, zápal plic, bronchitida, průjem jsou i nadále jednou z hlavních příčin úmrtí dětí předškolního věku (9-11).

Nárůst rezistence na antibiotika a potřeba nových a zlepšených strategií pro řešení infekčních nemocí vedly k prozkoumání terapeutického potenciálu indukované modulace slizniční imunitní odpovědi pomocí probiotik.

V důsledku toho se zjistilo, že určité probiotické bakterie mléčného kvašení (LAB) mají ochranné účinky proti bakteriálním a virovým infekcím v gastrointestinálním traktu (12).

Značná pozornost se soustředila na úlohu probiotik při ochraně střeva před patogeny. Stále však přibývá více důkazů, že perorálně podávaná probiotika jsou schopna regulovat imunitní reakce mimo gastrointestinální trakt, včetně sliznice dýchacích cest (13).

První klinická studie odhalila, že probiotikum Lr1505 přidávané do jogurtu posílilo a zlepšilo slizniční imunitu a snížilo výskyt a závažnost střevních a respiračních infekcí u dětí (14).

V roce 2023 byly ukončeny klinické studie na bázi doplňku stravy na dětské a dospělé populaci a výsledky korespondují se závěry studie s probiotickým jogurtem. To znamená, že nosič pro bakterie není klíčový a jejich efekt je přenositelný. Studie budou publikovány v průběhu roku 2024.

Metodika

Do studie byly zařazeny zdravé děti navštěvující centra denní péče pět dní v týdnu. Probiotický kmen Lr1505 byl přidán do oslazeného jogurtu s obsahem nejméně 1x10^8 jednotek tvořících kolonie (CFU)/100 g (14).

Skupině s placebem byl podáván tentýž jogurt bez obsahu Lr1505.

Obě skupiny byly po celou dobu studie (6 měsíců) sledovány odborníky na výživu, pediatry a imunology.

Na začátku a na konci studie byly odebrány vzorky stolice k určení počtu bakterií mléčného kvašení. Kromě toho byly stanoveny hladiny IgA ve slinách (14).

Výsledky

1) Výskyt infekcí

Z celkového počtu 298 dětí, které se zúčastnily studie, 132 (45 %) z nich mělo během studie infekční onemocnění. Nejčastějšími infekčními onemocněními byly infekce horních dýchacích cest, dále faryngitida a tonzilitida a průjem. Ve skupině dětí, které dostávaly jogurt s probiotickým kmenem L. rhamnosus CRL1505, byl pozorován významný pokles infekčních onemocnění ve srovnání se skupinou s placebem (34 % oproti 66 %). Analýza následně odhalila významné rozdíly mezi skupinou s placebem a skupinou s Lr1505 v případě výskytu infekčních onemocnění, a to: infekce horních dýchacích cest (31 % oproti 69 %)(Obr. 2A), faryngitida a tonzilitida (28 % oproti 72 %)(Obr. 2B) a akutní průjem (26 % oproti 74 %)(Obr. 2C) (14).

Hodnotily se i klinické účinky suplementace probiotik na výskyt horečky a potřebu antibiotické léčby. Zjistilo se, že subjekty ve skupině s probiotikem Lr1505 v jogurtu měly výrazně nižší výskyt horečky (Obr. 3A). Kromě toho potřeba antibiotické léčby u dětí konzumujících probiotika byla výrazně nižší než ve skupině s placebem (Obr. 3B) (14).

2) Hladiny imunoglobulinu A (IgA) ve slinách

Bylo provedeno i stanovení IgA ve slinách za účelem stanovení míry slizniční imunity. Vzorky byly odebrány den před začátkem intervence (bazální hladiny) a na konci podávání probiotik nebo placeba (hladiny po suplementaci). Při porovnání probiotického jogurtu a placeba nebyly pozorovány žádné významné rozdíly v bazálních hladinách IgA.

Naopak bylo pozorováno významné zvýšení hladin IgA u dětí, které dostávaly probiotický jogurt, zatímco hladiny IgA po suplementaci ve skupině s placebem byly podobné těm, které byly naměřeny na začátku studie. Konzumace probiotik s obsahem kmene Lr1505 je proto schopna zlepšit slizniční imunitu, o čemž svědčí i hladina IgA ve slinách (Obr. 4) (14).

Výsledky studie naznačují, že probiotikum Lr1505 napomáhá snížit výskyt infekcí horních dýchacích cest a gastrointestinálního traktu, podporuje imunitní systém a snižuje potřebu konzumace antibiotik.

Mechanismus účinku

Imunitní systém člověka představuje účinný obranný mechanismus před všudypřítomnými bakteriemi a viry, kterým jsme vystaveni každý den, a jeho vitalitu je nutné udržet a podpořit.

Předpokládá se, že plazmacytoidní dendritické buňky (pDC) jsou důležité při aktivaci a regulaci imunitních funkcí. Aktivace pDC aktivuje různé imunitní buňky zodpovědné za vrozenou a získanou imunitu zvýšením IF-α, HLA-DR a jiných důležitých imunitních molekul, což vede k normálnímu udržení celkové imunitní funkce (16).

Tato klinická studie odhalila i potenciál teplem usmrcené bakterie Lr1505 (HkLr1505) podpořit udržení normální imunitní funkce aktivací pDC buněk a také redukovat symptomy onemocnění v době infekce (15), což umocňuje zjištění z předchozí klinické studie (14).

Metodika

Klinická studie byla realizována na zdravých jedincích obou pohlaví ve věku 20-64 let po dobu 8 týdnů, kteří nebyli léčeni pro vážné či chronické onemocnění ani jím netrpěli, nikdy neměli střevní onemocnění ovlivňující trávení či absorpci a v období posledních 2 let neměli infekční onemocnění dýchacích cest. Účastníkům studie byla podávána tableta s a) obsahem HkLr1505 nebo b) bez obsahu HkLr1505 (skupina s placebem) (15).

pDC aktivita byla vyhodnocena měřením exprese hladin HLA-DR a CD86. Celkový zdravotní stav byl hodnocen sérií zdravotních dotazníků a sledován lékařem (15).

Výsledky

1) Hladiny HLA-DR

Při hodnocení imunitní funkce se HLA-DR snížila v obou skupinách po 8 týdnech konzumace, ale zůstala významně vyšší ve skupině s HkLr1505 než ve skupině s placebem (15).

2) Celková fyzická kondice

Při hodnocení fyzického stavu byly kumulativní počty dní dílčích symptomů (jako je ucpaný nos, nepříjemné pocity v krku, tíha na hrudi, chrapot, bolesti hlavy, nevolnost, bolesti kloubů a svalů, bolesti žaludku během období příjmu) výrazně redukovány ve skupině s HkLr1505 ve srovnání se skupinou s placebem (15).

3) PG05 - Klíčový aspekt imunomodulační aktivity bakterie Lr1505

Jedním z klíčových prvků identifikovaných v interakci Lr1505 a HkLr1505 s hostitelem je jeho kmenově specifický peptidoglykan (PG05; součást buněčné stěny živé i teplem usmrcené bakterie), o němž bylo prokázáno, že má imunomodulační aktivitu. PG05 významně zvyšuje produkci specifických protilátek a počet alveolárních makrofágů (AM) produkujících IFN-β. Tyto buňky hrají klíčovou úlohu v prospěšné modulaci vrozené imunitní odpovědi během virových a bakteriálních infekcí (17).

Závěr

Závěry studie zabývající se mechanismem účinku imunomodulační aktivity teplem usmrceného Lr1505 potvrzují a umocňují výsledky předchozí klinické studie realizované na dětské populaci i výsledky klinické studie realizované na dospělé populaci, která bude publikována v průběhu roku 2024.

Imunomodulační efekt beta-glukanů

V současnosti je většina prebiotik na trhu odvozena z nestravitelných oligosacharidů, avšak nejnovější výzkum se zaměřuje i na nestravitelné komplexní sacharidy s dlouhým řetězcem, jako jsou beta-glukany, získávané z různých potravinových zdrojů, které prokázaly nejen účinky podporující zdraví, ale také potenciál nového zdroje prebiotik. Nejnověji byl zkoumán vliv konzumace (1,3)-(1,6)-ß-D-glukanu s dlouhým řetězcem izolovaným z kvasinky Saccharomyces cerevisiae na počet epizod nachlazení u zdravých jedinců pomocí placebem kontrolované, dvojitě zaslepené, randomizované, multicentrické klinické studie, která prokázala zvýšení potenciálu imunitního systému člověka bránit se proti invazivním patogenům (18).

Beta-glukan (1,3)-(1,6)-ß-D-glukan s dlouhým řetězcem izolovaný z kvasinky Saccharomyces cerevisiae, stimuluje imunitní buňky ve střevě, aby spustily nespecifickou nebo specifickou imunitní odpověď, která aktivuje takzvané „scavenger cells“ (makrofágy) v Peyerových plátech. Tyto „vychytávací“ buňky začínají destrukcí patogenů a aktivují další obranné buňky, jako jsou B- a T-buňky nebo dendritické buňky. Podporou bílých krvinek tento beta-glukan ve velké míře přispívá k boji proti bakteriím, virům, houbám a parazitům, které způsobují nemoci (19).

Vitamin D

Enzymy metabolizující vitamin D a receptory vitaminu D jsou přítomny i v imunitních buňkách (buňky prezentující antigen, T buňky, B buňky, monocyty). Údaje in vitro ukazují, že kromě modulace vrozených imunitních buněk podporuje vitamin D také tolerogennější imunologický stav. Údaje in vivo ze zvířat a ze studií suplementace vitaminu D u lidí prokázaly příznivé účinky vitaminu D na imunitní funkci, zejména v kontextu autoimunity (20).

Reference

1. Villena J, Kitazawa H. The Modulation of Mucosal Antiviral Immunity by Immunobiotics: Could They Offer Any Benefit in the SARS-CoV-2 Pandemic? Front Physiol. 2020 Jun 16;11:699.
2. Chiba E, et al. Immunobiotic Lactobacillus rhamnosus improves resistance of infant mice against respiratory syncytial virus infection. Int. Immunopharmacol. 2013; 17: 373–382.
3. Zelaya H, et al. (2014). Immunobiotic lactobacilli reduce viral-associated pulmonary damage through the modulation of inflammation-coagulation interactions. Int. Immunopharmacol. 2014; 19: 161–173.
4. Salva S, et al. Immunomodulatory activity of Lactobacillus rhamnosus strains isolated from goat milk: Impact on intestinal and respiratory infections. Int. J. Food Microbiol. 2010; 141: 82-9.
5. Villena J, et al. Orally administered Lactobacillus rhamnosus modulates the respiratory immune response triggered by the viral pathogen-associated molecular pattern poly(I:C). BMC Immunol. 2012a;13:53.
6. Villena J, et al. Immunobiotic Lactobacillus rhamnosus strains differentially modulate antiviral immune response in porcine intestinal epithelial and antigen presenting cells. BMC Microbiol. 2014; 14:126.
7. Albarracin L, et al. Transcriptomic analysis of the innate antiviral immune response in porcine intestinal epithelial cells: influence of immunobiotic lactobacilli. Front. Immunol. 2017; 8:57.
8. Chen Y, et al. Recombinant murine gamma interferon induces enhanced resistance to Listeria monocytogenes infection in neonatal mice. Infection and Immunity, 1989; 57: 2345–2349.
9. Bryce J, et al. WHO Child Health Epidemiology Reference Group. WHO estimates of the causes of death in children. Lancet 2005; 365: 1147-52.
10. Lopez AD, et al. Global and regional burden of disease and risk factors: systematic analysis of population health data. Lancet 2006; 367: 1747-57
11. Black RE, et al. Maternal and child undernutrition: global and regional exposures and health consequences. Lancet 2008; 371: 243-60.
12. Pang IK, Iwasaki A. Control of antiviral immunity by pattern recognition and the microbiome. Immunol Rev 2012; 245: 209-26.
13. Villena J, et al. Lactic acid bacteria in the prevention of pneumococcal respiratory infection: future opportunities and challenges. Int Immunopharmacol 2011; 11: 1633-45.
14. Villena J, et al. Probiotics for Everyone! The Novel Immunobiotic Lactobacillus rhamnosus CRL1505 and the Beginning of Social Probiotic Programs in Argentina. Int J Biotechnol Wellness Ind. 2012;1: 189-198
15. Kohei Fujiki et al., Effects of food containing heat—killed Lactobacillus rhamnosus CRL1505 on immune function and physical conditions―A randomized, double—blinded placebo—controlled, parallel—group study―, 薬理と治療, 2023; 51: 941-949
16. Lande R, Gilliet M. Plasmacytoid dendritic cells: key players in the initiation and regulation of immune responses. Ann N Y Acad Sci, 2010; 1183: 89-103.
17. Clua P, et al. The Role of Alveolar Macrophages in the Improved Protection against Respiratory Syncytial Virus and Pneumococcal Superinfection Induced by the Peptidoglycan of Lactobacillus rhamnosus CRL1505. Cells. 2020; 9(7):1653.
18. Auinger A, et al. Yeast (1,3)-(1,6)-beta-glucan helps to maintain the body’s defence against pathogens: a double-blind, randomized, placebo-controlled, multicentric study in healthy subjects. Eur J Nutr. 2013; 52: 1913–1918.
19. Dharsono T, et al. Effects of Yeast (1,3)-(1,6)-Beta-Glucan on Severity of Upper Respiratory Tract Infections: A Double-Blind, Randomized, Placebo-Controlled Study in Healthy Subjects. J Am Coll Nutr. 2019 ;38(1):40-50.
20. Prietl B, et al. Vitamin D and Immune Function. Nutrients. 2013; 5(7): 2502-2521.