Дієта, багата білком тварин, сприяє прозапальній реакції макрофагів і посилює коліт
Клара Костовчикова
1 Лабораторія клітинної та молекулярної імунології, Інститут мікробіології CAS, v.v.i., Прага, Чехія
2 Лабораторія клітинної біології та розвитку, Інститут молекулярної генетики CAS, v.v.i., Прага, Чехія
Степан Куфал
1 Лабораторія клітинної та молекулярної імунології, Інститут мікробіології CAS, v.v.i., Прага, Чехія
Наталі Галанової
1 Лабораторія клітинної та молекулярної імунології, Інститут мікробіології CAS, v.v.i., Прага, Чехія
Олена Файстова
1 Лабораторія клітинної та молекулярної імунології, Інститут мікробіології CAS, v.v.i., Прага, Чехія
Томаш Гудковіч
3 Лабораторія гнотобіології, Інститут мікробіології CAS, v.v.i., Новий Градек, Чехія
Мартін Костовчик
4 Лабораторія грибкової генетики та метаболізму, Інститут мікробіології КАС, v.v.i., Прага, Чехія
Петра Прочазкова
1 Лабораторія клітинної та молекулярної імунології, Інститут мікробіології CAS, v.v.i., Прага, Чехія
Зузана Іраскова Закостельська
1 Лабораторія клітинної та молекулярної імунології, Інститут мікробіології CAS, v.v.i., Прага, Чехія
Мартина Чермакова
5 Лабораторія характеристики молекулярної структури, Інститут мікробіології КАС, v.v.i., Прага, Чехія
Бланка Седіва
5 Лабораторія характеристик молекулярної структури, Інститут мікробіології CAS, v.v.i., Прага, Чехія
6 Факультет прикладних наук Університету Західної Богемії, Пльзень, Чехія
Марек Кузьма
5 Лабораторія характеристики молекулярної структури, Інститут мікробіології КАС, v.v.i., Прага, Чехія
Олена Класкалова-Хогенова
1 Лабораторія клітинної та молекулярної імунології, Інститут мікробіології CAS, v.v.i., Прага, Чехія
Мілослав Кверка
1 Лабораторія клітинної та молекулярної імунології, Інститут мікробіології CAS, v.v.i., Прага, Чехія
7 Кафедра фармакології, Інститут експериментальної медицини CAS, v.v.i., Прага, Чехія
Пов’язані дані
Анотація
Вступ
Мікробіота кишок комменсалу суттєво впливає на метаболізм господаря. Його катаболічні та анаболічні шляхи дозволяють використовувати широкий спектр субстратів, включаючи всередину, речовини, що виділяються в просвіт кишечника, або ті, що безпосередньо виробляються (іншими) мікробами (1). З цих джерел дієта становить основну масу, і оскільки на неї найпростіше впливати, найбільше уваги привертає дієтичне втручання мікробіоти та здоров’я. Зміни в раціоні спонукають мікроби адаптуватися до нового субстрату, таким чином, спричиняючи глибокі зміни мікробіоти, які можуть поліпшити здатність господаря пристосовуватися до навколишнього середовища. Зміни, спричинені екстремальними дієтами, можуть зберігатися протягом тривалого часу і, таким чином, відображати раціон харчування господаря (2). Ці адаптаційні зміни схожі на різні лінії ссавців та мають важливе значення для здоров'я господаря (3). Дієтичні втручання також можуть спричинити швидкі та відтворювані зміни мікробіоти та збагатити громаду тимчасовими мікробами, що переносяться їжею, які не здатні до тривалої колонізації (4). Справді,
15% мікробних оперативних таксономічних одиниць (ОТУ) демонструють сильні добові коливання через час прийому їжі, тим самим синхронізуючи циркадні годинники до рівня обмінних процесів. Цікаво, що тривале порушення цієї тонко налаштованої системи у вахтових працівників та частих пасажирів може спричинити тимчасовий дисбіоз із серйозними метаболічними наслідками (5).
Порушення мікробіоти кишечника, тобто дисбактеріоз, нещодавно пов’язане з патогенезом запальних захворювань кишечника (ВЗК) (6), метаболічним синдромом (7, 8), серцево-судинними захворюваннями (9), неврологічними розладами (10) і навіть раком ( 11). Зростає кількість доказів того, що дієтичні макроелементи можуть як сприяти, так і протидіяти дисбіозу та його наслідкам (12). Як короткочасні, так і довгострокові дієтичні втручання призводять до суттєвих змін мікробіоти кишечника і можуть впливати на прозапальний статус слизової оболонки кишечника (13, 14). Існує загальновизнаний зв’язок між дієтою та ВЗК. Ретроспективні дослідження показали, що велике споживання сахарози, червоного м’яса або маргарину збільшує відносний ризик розвитку ВЗК, споживання злакових, фруктово-овочевих або багатих клітковиною продуктів загалом зменшує (15–18).
Збільшення дієтичного споживання білків тваринного походження пропонується як фактор, що сприяє розвитку хвороби Крона вже кілька десятиліть тому (19, 20). Метаболізм білків в основному відбувається в дистальній частині товстої кишки, де джерела вуглеводів зменшуються, і бактерії можуть перевести свій метаболізм на асахаролітичний. Залежно від джерела білка, тваринні та молочні білки майже повністю розкладаються під час проходження, тоді як рослинні білки менш розкладаються і у більшій кількості досягають товстої кишки (21). Деградація білків, пептидів та амінокислот призводить до утворення різних біологічно активних метаболітів, таких як розгалужені ланцюги жирних кислот, амонію, сірководню, р-крезолу, фенольних та індольних похідних, які можуть впливати на життєздатність та проліферацію епітеліальних клітин, таким чином впливає на функцію бар'єру кишечника та імунну відповідь. Деякі з цих видів діяльності пов’язані з патогенезом ВЗК та інших шлунково-кишкових захворювань (22).
У кількох дослідженнях проаналізовано вплив дієти, багатої на білки (HPD), на фізіологію шлунково-кишкового тракту та основну епітеліальну відповідь. Щури, які споживали HPD, мали різний склад мікробіоти та метаболічну активність, змінювали морфологію колоноцитів та ферментативні шляхи, більше келихоподібних клітин та збільшували вироблення муцину порівняно з щурами, які споживали нормопротеїдну дієту (23–25). Індукція експериментального запалення у мишей, яких годували HPD, призвела до важкого коліту з високою смертністю (26). Нещодавно дослідження з аналізу джерела та кількості макроелементів виявило, що велика кількість дієтичного казеїну найбільш суттєво сприяє чутливості до коліту, тоді як чутливість клітковини псилію зменшується. В обох цих випадках склад мікробіоти, а також функції щільності та кишкового бар'єру були основними механізмами, що задіяні (27). У сукупності ці дослідження показали, що різні дієтичні білки можуть змінювати реакцію господаря на мікробіоти кишечника, включаючи точну настройку імунної системи слизової і, зрештою, впливати на сприйнятливість до експериментального коліту.
Продукти метаболізму мікробіоти кишечника (такі як коротколанцюгові жирні кислоти, SCFA) впливають на дозрівання та активність Т-клітин і можуть регулювати імунну систему господаря як безпосередньо, так і опосередковано через інші клітини (28, 29). Приєднуючись до епітелію кишечника, мікроби можуть регулювати баланс у відповіді Т-клітин кишечника. Залежно від конкретного мікроба, вони можуть індукувати або регуляторні Т-клітини, або прозапальні клітини Th17 (30, 31). У будь-якому випадку мононуклеарні клітини слизової оболонки кишечника відіграють вирішальну роль у імунній відповіді слизової оболонки та чутливості до запалення кишечника. Насправді, одноядерні клітини, такі як макрофаги, що мешкають у слизовій оболонці кишечника, сприяють місцевій толерантності та незапальному середовищу, виробляючи IL-10 та PGE2 та не реагуючи на бактеріальний ліпополісахарид (32). Беручи до уваги, що моноцити крові Ly6C + набираються на слизову у відповідь на прозапальну стимуляцію; перевершуючи чисельність макрофагів і виробляючи велику кількість IL-1β і TNF-α (33, 34).