Frontiers Modeling-Enabled Systems Nutritional Immunology Nutrition

Поживна імунологія

Редаговано
Філіп Колдер

Університет Саутгемптона, Великобританія

Переглянуто
Сааме Р. Шейх

Університет Північної Кароліни в Чапел-Хілл, США

Кейт Дж. Клейкомб

Міністерство сільського господарства США (USDA), США

Приналежності редактора та рецензентів є останніми, наданими в їхніх дослідницьких профілях Loop, і вони не можуть відображати їх ситуацію на момент огляду.

nutrition

  • Завантажити статтю
    • Завантажте PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Додаткові
      Матеріал
  • Експортне посилання
    • EndNote
    • Довідковий менеджер
    • Простий текстовий файл
    • BibTex
ПОДІЛИТИСЯ НА

ОГЛЯД СТАТТІ

  • 1 Лабораторія харчової імунології та молекулярної медицини (www.nimml.org), Інститут біоскладності, Вірджинія, Технологія, Блексбург, Вірджинія, США
  • 2 Центр моделювання імунітету до кишкових збудників, Інститут біокомплексності, Вірджинія, Технологія, Блексбург, штат Вірджинія, США
  • 3 BioTherapeutics Inc, Blacksburg, VA, США

Цей огляд підкреслює основну роль харчування у підтримці здоров’я, імунної відповіді та профілактиці захворювань. Виникаючі глобальні механістичні уявлення в галузі харчової імунології неможливо отримати лише за допомогою редукціоністських методів або шляхом аналізу окремих поживних речовин за раз. Ми пропонуємо дослідити харчову імунологію як масивно взаємодіючу систему взаємопов'язаних багатоступеневих та багатомасштабних мереж, що охоплює приховані механізми, за допомогою яких харчування, мікробіом, метаболізм, генетична схильність та імунна система взаємодіють для окреслення здоров'я та захворювань. Огляд встановлює нетрадиційний шлях застосування складних наукових методологій до досліджень, відкриттів та розробок харчової імунології шляхом «випадків використання», зосереджених навколо впливу харчування на мікробіом кишечника та імунні реакції. Наші системні аналізи харчової імунології, що включають методології моделювання та інформатики в поєднанні з доклінічними та клінічними дослідженнями, можуть виявити нові загальносистемні властивості на межі взаємодії імунної системи, харчування, мікробіому та метаболізму.

Вступ

Взаємодія між дієтою, мікробіомом, метаболізмом та імунною реакцією

Правильне живлення протягом періоду гестації, дозрівання новонароджених та відлучення від грудей сприяє розвитку збалансованих імунних реакцій. Зі збільшенням зміщення нашої уваги до використання дієтичних втручань для регулювання оборони господаря, важливо розуміти ефект загального харчування, отриманий від цих втручань. Харчова якість повноцінної дієти модулює взаємодію між імунною системою, мікробіомом та метаболізмом.

За підрахунками, попит на харчування населення збільшиться до дев'яти мільярдів людей, які потребують їжі, до 2050 року, що обумовлює необхідність у розробці методів, які не тільки задовольняють попит, але й забезпечують постійне повноцінне постачання їжі (10). Отже, розуміння взаємозв’язку між імунною системою, мікробіомом та метаболізмом, що регулюється харчуванням (як показано на малюнку 1), допоможе орієнтуватися на один компонент за раз, визнаючи при цьому їх загальносистемні ефекти. Це призведе до виявлення нових властивостей цієї складної системи та використання нещодавно отриманої інформації та знань для покращення результатів для здоров'я.

Рисунок 1. Загальносистемні взаємодії між харчуванням, імунною системою, мікробіомом та метаболізмом.

Мікробіом та його взаємодія з харчуванням, імунною реакцією та метаболізмом

Мікроби є важливими складовими екосистеми людини, і на них припадає приблизно 100 трильйонів, включаючи як ті, що мешкають як зовні, так і всередині людського тіла (11, 12). Мікробіом кишечника є ключовим гравцем у регуляції захисних реакцій та метаболізму, тим самим сприяючи формуванню імунних реакцій (регуляторних чи ефекторних) та сприяючи дозріванню імунної системи. Різні фізіологічні фактори, що відповідають за відмінності в генетичних елементах мікробіома в організмі хазяїна, включають харчування, географічне розташування та взаємодію навколишнього середовища (13). Взаємодія між мікробіомом кишечника, імунною системою, метаболізмом та харчуванням є вирішальними факторами, що визначають результати здоров’я. Однак їх загальносистемні механізми взаємодії залишаються в основному невідомими. Поява обчислювального моделювання та інформатики забезпечує технологію інтеграції та всебічного аналізу багатомасштабних взаємодій у таких мережах. Таким чином, загальносистемний підхід може надати суттєве уявлення про регулювання харчування цілісної мережі без необхідності вдаватися до редукціонізму.

Взаємодія між мікробіомом та харчуванням

Роль мікробіома у формуванні здорової імунної системи

Метаболізм та його вплив на імунну систему та мікробіоми

Харчування - ключовий фактор у взаємодії імунної системи та дієти

Ці дослідження показують вплив різних дієтичних компонентів на імунну систему. Однак глобального механістичного розуміння взаємодії між інфекцією, мікробіомом, метаболізмом та харчуванням в даний час бракує.

Імуномодулюючу ефективність CLA тестували у пацієнтів із легким та середнім ступенем тяжкості у відкритому дослідженні протягом 12 тижнів (62). Пероральне введення CLA добре переносилось у цих пацієнтів, і CLA пригнічував здатність Т-клітин периферичної крові виробляти прозапальні цитокіни, такі як гамма-інтерферон (IFN-γ), фактор некрозу пухлини-α (TNF-α) та Іл-17. Дослідження продемонструвало зниження індексу активності CD та підвищення якості життя пацієнтів із CD (62). Він також надав уявлення про можливі механізми імунної модуляції за допомогою CLA, дієтичного втручання, спрямованого на систему людини (62). Дані рівня пацієнта, отримані в результаті клінічного дослідження, використовувались як навчальний набір даних для розробки більшої синтетичної популяції для in silico експеримент плацебо-контрольованого рандомізованого клінічного дослідження фази III (63). Дослідження (63) продемонструвало, що після лікування було виявлено позитивну кореляцію між початковим показником активності захворювання та падінням показника активності хвороби Крона (CDAI). Він наголосив на необхідності стратегій прецизійної медицини для лікування ВЗК, при яких лікування, характерне для конкретного пацієнта, дало б кращий результат, на відміну від стратегії єдиного розміру.