Вплив мікробних метаболітів кишківника у харчуванні матері на системну імунну відповідь нащадків у

Акіхіто НАКАДЖІМА

1 кафедра гастроентерології медичного факультету університету Джунтендо, 2-1-1 Хонго, Бункьо-ку, Токіо 113-8421, Японія

Sonoko HABU

2 Дослідницький центр атопіків, Медична школа, Університет Джунтендо, 2-1-1 Хонго, Бункьо-ку, Токіо 113-8421, Японія

Масатака КАСАЙ

2 Дослідницький центр атопіків, Медична школа, Університет Джунтендо, 2-1-1 Хонго, Бункьо-ку, Токіо 113-8421, Японія

Ко ОКУМУРА

2 Дослідницький центр атопіків, Медична школа, Університет Джунтендо, 2-1-1 Хонго, Бункьо-ку, Токіо 113-8421, Японія

Дай ІШІКАВА

Томойоші ШИБУЯ

Осаму КОБАЯШІ

Таро ОСАДА

Тошіфумі ОХКУСА

3 Відділ досліджень мікробіоти, Вища медична школа університету Джунтендо, 2-1-1 Хонго, Бункьо-ку, Токіо 113-8421, Японія

Суміо ВАТАНАБЕ

Акіхіто НАГАХАРА

Анотація

Мікробіота кишечника має великий вплив на імунну систему господаря. Останні дані свідчать про те, що мікробіота кишечника матері впливає на імунну систему потомства. Метаболіти, що виробляються мікробіотою кишечника, відіграють вирішальну роль в імунній системі. Попередні дослідження також виявили, що такі метаболіти, як коротколанцюгові жирні кислоти (SCFA) та ліганди арильних вуглеводневих рецепторів (AhR), беруть участь у здоров’ї господаря та захворюваннях. Великого прогресу було досягнуто у розумінні ролі СКФУ, отриманих від дієти, в імунній системі нащадків. На сьогоднішній день висновки піднімають можливість того, що споживання харчових волокон, що розчиняється в їжі, може відігравати певну роль у розвитку системної імунної відповіді потомства. У цьому огляді ми узагальнюємо сучасні знання та обговорюємо майбутні терапевтичні можливості використання харчових розчинних клітковин проти запальних захворювань.

ВСТУП

Сотні видів бактерій і трильйони коменсальних бактерій складають мікробіоти кишечника кишкового тракту. Мікробіота кишечника та його метаболіти беруть участь у гомеостазі господаря та розвитку імунної системи в кишковому тракті господаря [1, 2]. Недавні дослідження показали, що мікробіота кишечника матері сильно впливає на розвиток імунної системи потомства [3, 4]. Однак детальні механізми цього процесу залишаються незрозумілими.

Складові мікробіоти кишечника тісно пов’язані з харчуванням господаря. Перехресні розмови між дієтою та мікробіотою кишечника впливають на розвиток імунної системи та розвиток багатьох захворювань [5,6,7]. Дієта визначає склад і функції мікробіоти кишечника. Як частина дієти, харчові жири та харчові волокна є важливими поживними речовинами, які впливають на імунну систему кишечника. Харчові волокна можуть бути як розчинними, так і нерозчинними [8, 9]. Розчинні харчові волокна ферментуються у коротколанцюгові жирні кислоти (СКФА), такі як ацетат, пропіонат та бутират, за допомогою специфічних мікробів у кишечнику [10]. SCFA є кінцевими продуктами ферментації мікробів і впливають на фізіологію господаря [10]. Попередні дослідження показали, що споживання розчинних харчових волокон підвищує рівень SCFA в кишечнику [11, 12], тоді як дієти з низьким вмістом клітковини та дієти з високим вмістом жиру знижують ці рівні [13]. SCFA забезпечують енергію клітин епітелію кишечника і впливають на імунну систему кишечника, індукуючи регуляторні Т (Treg) клітини в кишечнику [14, 15].

Арильний вуглеводневий рецептор (AhR) є фактором транскрипції, який регулює імунну систему господаря. Сигнали AhR регулюють кількість інтраепітеліальних лімфоцитів (IEL) та вроджених лімфоїдних клітин (ILC) [16, 17]. Активність AhR необхідна для протизапальної реакції, яка індукує продукцію IL-22 у ВМК.

Ендогенні ліганди AhR містяться в харчових компонентах, таких як брокколі, цвітна капуста, брюссельська капуста та капуста [18]. Ці харчові компоненти перетворюються в ліганди AhR, такі як індол та похідні індолу, мікробіотою кишечника в кишечнику.

Метаболізм триптофану (Trp) також є фізіологічним джерелом лігандів AhR. Trp - незамінна амінокислота, що поглинається харчовим білком, і Trp перетворюється на ліганди AhR [19].

Нещодавно деякі дослідження продемонстрували, що метаболіти, отримані з мікробіоти материнської кишки, включаючи SCFA та ліганди AhR, можуть принести користь імунним реакціям нащадків [11, 20,21,22]. Збільшення материнських SCFA впливає на імунну систему їхніх нащадків; однак, як мікробіота материнської кишки впливає на імунну систему потомства, залишається невизначеним [20]. На основі цих звітів у цьому огляді розглядаються останні дані щодо впливу материнської дієти на імунну систему потомства та можливих терапевтичних ефектів материнської дієти та мікробіоти кишечника проти алергічних захворювань.

МЕТАБОЛИТИ, ПОХОДЖЕНІ З МІКРОБІОТИ КІШКИ

Материнські метаболіти під час вагітності

SCFA, такі як ацетат, пропіонат і бутират, у вмісті кишечника та в плазмі можуть бути виміряні за допомогою газової хроматографії-мас-спектрометрії (GC-MS), 1-ядерної магнітно-резонансної (ЯМР) спектроскопії та рідинної хроматографії-маси спектрометрія (LC-MS) та капілярний електрофорез [23]. Рівні SCFA в кишечнику та плазмі багато в чому залежать від споживання харчових волокон та компонентів мікробіоти кишечника. Наприклад, De Fillipo та співавт. показали, що африканські люди, що мешкають у селі Буркіна-Фасо, дієти якого містять багато компонентів з високим вмістом клітковини, мали підвищений рівень SCFA у фекаліях [13]. Існує не так багато повідомлень про плазмові SCFA, але Vetrani et al. показали, що 12 тижнів споживання дієти, багатої на цільнозернові продукти (переважно пшеницю), підвищує рівень пропіонату в плазмі натще у людей [24]. Фізіологічно SCFAs збільшуються за рахунок споживання розчинної дієти з високим вмістом клітковини (sHFD) і зменшуються при споживанні дієти без клітковини (NFD) або дієти з високим вмістом жиру [11, 12, 22]. На рівні типу відносна кількість Бактероїдетів у кишечнику зменшується після прийому NFD порівняно з тим, що спостерігається після прийому sHFD. Споживання sHFD збільшує популяцію Bacteroidetes і зменшує Firmicutes на рівні типу, таким чином збільшуючи рівень SCFA в нормальних умовах [12].