CC BY
29
Маслянко Р.П. д.б.н., професор;
Божик Л.Я. к.вет.н., асистент, Романович М.С. к.вет.н., доцент Лье1еський нацюнальний утеерситет еетеринарног медицины та бютехнологт
iмет С.З. Гжицького
М1КРОБ1ОЗ КИШЕЧНИКА ТА 1МУН1ТЕТ У ТВАРИН
Динамiчний баланс мтрофлори шлункоео-кишкоеого тракту (ШКТ) теарин тдтримуеться як iмунним, так i не iмунним мехатзмами. Голоену роль при цьому еiдiграe лiмфогдна тканина кишечника. Нормальна мтрофлора залучаючись е iмуннi мехатзми: сприяе станоеленню iмунног системи ШКТ, еиконуе iмуномоделюючi функцп, прояеляе актиетсть ад'юеанта. Станоелення еласного iмунiтету починаючи з iмунодефiциту ноеонароджених i до розеитку iмунологiчног компетенцп, еiдбуеаeться на тлi мкробног колотзацп кишечника. 1ндигентна мЫрофлора е еажлиеим регулятором iмунного дозрiеання. До^дження остантх роте показали, що нормальний розеиток лiмфогдног тканини кишечника, а також шдукцп оральног толерантностi е значтй мiрi залежать еiд тдигенног молочнокислог мтрофлори (Lactobacillus sp., Bifidobacterium sp.). В сеою чергу дисбютичт еiдхилення можуть змтити фенотип лiмфогдног тканини кишечника е бт перееажання Th-2 лiмфоцитiе, а також сприяти розеитку алергiчних реакцт, атонп, запальних процеЫе. Соматичш гтермутацп та переключення антиты на iмуноглобулiни секреторного типу (SIgA) тдукуеться колотзащею кишечника бактерогд ними та тшими облкатно-анаеробними бактерiями i е цтому еiдiграють критичну роль е регуляцп кишкоеог мжрофлори.
В оглядi розглядаються можлиеi мехатзми розтзнання рiзних таксономiчних груп i формуеання еiдпоеiдi на мкцееому та системному рiенях. Щлком ймоеiрно, що центральну роль тут еiдiграють Toll-рецептори, лектини та iншi молекулярн структури. Остантм часом було запропоноеано ноеий мехатзм протизапальног дп коменсальног мтрофлори, еключаючи дт NF-KB транскрипцтного фактору. Подальше еиечення езаемодп мтрофлори з ттестинальним трактом макрооргатзму дозеолить краще зрозумти патогенез багатьох захеорюеань як ШКТ, так i тих, що мають системний характер, а також едосконалити шляхи гх лЫуеання.
Ключов1 слова: iмунорегуляцiя, шлунково-кишковий тракт, мжрофлора, лiмфоlдна тканина кишечника
Шлунково-кишковий тракт (ШКТ) макрооргашзму - це вщкрита бюлопчна система, що знаходиться в постшному контакт з мжросвггом. Головний принцип дп проективних механiзмiв, яю здшснюють контроль за колошзащею ШКТ, полягае в здатност вiдрiзнити непатогенш елементи (бактерп, вiруси, бактерп коменсали, пожива) вщ ентеропатогешв. В нормi юнуе регулящя та селектившсть
MexaHi3MiB захисту, яю в тдсумку визначають iмунологiчну толерантшсть вiдносно шдигенно! мiкрофлори чи iMyHHa вiдповiдь на патоген. Втрата «орально!» толерантност до нормально! (коменсально!) мжрофлори може спровокувати алергiю, розвиток аутоiмунних розладiв i запальних захворювань кишечника [6, 10, 12].
Велика кшькють дослщжень, проведених в останнi роки показали, що ШКТ - це важлива частинна iмунно! системи людини i тварини. В реалiзацi! iмунних механiзмiв на рiвнi кишкового тракту беруть участь три ключових i одночасно взаемозв'язаних компонентiв: 1 - нормальна мжрофлора, 2 - лiмфоlдна тканина, асоцiйована зi слизовою оболонкою кишечника, 3 - цитокiни, як фактори мiжклiтинноl взаeмодi!, продукти секреци iмунокомпетентних i фагоцитуючих клiтин.
Нормальна мжрофлора кишечника подiляeться на обл^атну та факультативну. До облiгатно! вщносяться мiкроорганiзми, що постiйно входять до складу нормально! мкрофлори досить часто зустрiчаються у здорових господарiв, але вони не постiйнi i час вщ часу змiнюються.
Нормальна мкрофлора на 90% складаеться суворо анаеробних видiв, а всi факультативнi анаероби та аероби складають до 10%. Яюсш (видовi) та кiлькiснi сшввщношення мiж рiзними групами мiкроорганiзмiв характеризуются певною стабiльнiстю, що важливо для реалiзацi! рiзновид них функцiй нормально! мжрофлори, таких як пiдтримання колошзацшно! резистентностi, участь у процесах травлення, синтезi до iмунних механiзмiв, сприяючи оновленню iмунно! системи ШКТ, виконуе iмуномоделюючi функцi!, проявляе активнiсть ад'юванив. В цьому планi привертае увагу перюд ранньо! мiкрофлори колонiзацi! кишечника.
Вщомо, що iмунний статус неонатальних тварини розглядаеться як функцiональний iмунодефiцит. Становлення власного iмунiтету, починаючи з iмунодефiциту новонароджених i до розвитку iмунокомпетенцi!, вiдбуваеться на тлi мжробно! колонiзацi! кишечнику. Тому, нормальнiй мiкрофлорi належить важлива роль в цьому процесс
Для мiкрофлори кишечника тварин раннього вжу характерний високий популяцшний рiвень бiфiдобактерiй, якi можуть сягати до 95% всього бюценозу товстого вщдшу кишечника. Поряд з тдтримкою балансу мiкробно! екологi! та запобканням бактерiально! транслокацi! бактерiй цього роду проявляють ад'ювантну активнiсть. Зокрема, було показано, що при додаванш штаму Bifidobacterium breve в культуру кл^ин пейерових бляшок разом з рiзними антигенами (rotavirus, poliovirus, influenzavirus) продукщя антиген специфiчних iмуноглобулiнiв IgA була бшьшою нiж при введеннi тшьки одного антигена: у неонатальних д^ей, яким вводили цей препарат, були достовiрно вищими титри антиротавiрусних IgA - антитш i знижена частота видшення вiрусу, поряд з цим вiдмiчено зростання продукцi! анти-influenza IgA-антитш [23].
Що стосуеться лактобактерiй, то частота !х виявлення у кишечнику д^ей раннього вiку значно поступаеться бiфiдобактерiям, крiм цього, кiлькiсний рiвень цiе! групи бактерiй, менш стабшьний нiж бiфiдобактерiй i зазнае суттевих
коливань. Так, за даними [9, 16] встановлено, що у здорових дггей до 8-мюячного вжу частота виявлення в кишечнику лактобактерш складала 100%. Крiм цього показано, що кшькюний i яккний склад рiвня iнтистинальних лактобактерiй в значнш мiрi залежить вiд контролю з боку iмунноl системи оргашзму порiвняно з рiвнями, характерними для менш iмуногенних бiфiдобактерiй [13, 14]. £ даш про те, що бактери роду Lactobacillus мають властивють активувати клiтинний iмунiтет i пригшчувати продукцiю IgE. Так, штам Lactobacillus casei shirola (LeS) in vitro тф in vivo активуе антигенпрезентуючi клiтини, пiдвищуе секрецiю 1Л-12 та 1ФН-у та пригнiчуе секрецiю 1Л-4, 1Л-5, 1Л-6 та IgE [3, 5, 7, 8]. Автори роблять висновок, що таю модулюючi властивост неонатально недорозвинених Th 2, яю беруть участь в реакцiях гуморального iмунiтету на Th 1, що контролюють кл^инну ланку iмунiтету [17, 24].
1мунш ефекти iндигенно! молочно! мiкрофлори тiсно пов'язанi зi складом i бiоактивнiстю молозива i молока. Цш проблемi присвячена значна кшькють публiкацiй [15, 24]. До факторiв молока, що активно впливають на реалiзацiю рiзновид них функцiй ШКТ, вщносять також бiоактивнi агенти: рiзнi гормони, фактори росту для бiфiдобактерiй, нейропептиди, речовини з протизапальними та iмуномоделюючими властивостями. Серед факторiв, яю володiють властивiстю моделювати iмунну систему, видшяють нуклеотиди, гормон пролактин, який дiе також на кишковий ештелш i IgA-антитiла. Дозрiванню та росту ештелш потенцiйно можуть сприяти цитокши, iнсулiн-подiбний фактор росту, якi також мктяться в молоцi.
Рядом авторiв виявлено тiсний зв'язок мiж штестинальною колонiзацiею бактеро!дами та дозрiванням мюцево! iмунно! системи ШКТ. Було показано, що бактеро!ди виду B. fragelis iндукують розвиток гуморально! гуморально! iмунноl вiдповiдi [16]. Зокрема встановлено, що колошзащя бактеро!дами супроводжуеться пiдвищенням рiвня IgA i IgM секретуючих кл^ин у кровi дiтей раннього вжу.
Крiм вказаних груп бактерiй, яю складають значну частину кишково! мжрофлори в раннi перiоди розвитку оргашзму i його адаптацi! в кишечнику виявляють велику кшьккть бактерiй, що вщносяться до умовно-патогенних груп. Такими групами бактерш е коагулазопозитивш стафшококи, ешерiхi! з низькою бiологiчною актившстю та здатнiстю продукувати гемолiзини.
1мунолопчно в лiмфо!днiй тканинi кишечника видшяють шдуктивну i ефекторну зони. В шдуктивнш зонi кишечника знаходяться пейеровi бляшки, солiтарнi фолiкули та фол^лярш утворення черв'якоподiбного вiдростку. В рiзних зонах фолiкула знаходяться зрiлi форми лiмфоцитiв, на рiзних стадiях диференщаци, а також макрофаги, фолiкулярнi дендритш клiтини. Наявнi там Т-лiмфоцити мають в основному СД4+ фенотип з функщею посилення синтезу IgA, та в меншш мiрi - СД8+ фенотип опосередковуючий цитотоксичнiсть [11, 12, 13]. В-кл^инних зонах фолiкулiв знаходяться клiтини з маркерами СД19, СД20, м^М, мIgD та попередники продуцент IgA. Функцiя печерових бляшок направлена на тдготовку на!вних (неактивних) Т- i В-лiмфоцитiв пiд час !х активацi!,
пролiферaцi! та визначення напрямку диференщаци, наприклад в 6ík синтезу IgA чи IgM у випадку В-клiтин. Необхiдний контакт з антигеном в процес тако! тдготовки здiйснюeться епiтелieм, який оточуе фолжули FAE (folicule-associated epithelium). Характерною ознакою такого епiтелiю е наявнiсть М-кл^ин, якi здiйснюють постачання чужорiдного матерiалу шляхом транс епiтелiального транспорту iз просвiту кишечника до лiмфоlдно! тканини [11, 12, 20, 21].
Ефекторна зона представлена двома вщдшами: lamina propria (LP) та епiтелiем слизово! оболонки кишечника. На LA виявляють кл^ини СД3+ Т-клiтин, якi несуть a ip ТКР, СД4+, СД8+, NK-кiлери клiтини, Вl-лiмфоцити, що синтезують низько aфiннi антитiла, а також В-клггинш субпопуляци СД11Ь+, СД5+, sIgM, макрофаги та дендритнi клiтини. Синтез IgA е основною функщею цього вщдшу. На LP знаходяться в основному IgA-продукуючi клiтини, хоча можуть бути IgG-синтезуючi лiмфоцити [32, 40].
Епiтелiaльний шар слизово! оболонки розглядають ще один вiддiл ефекторно! зони. В iмуннi мехaнiзми залучаються два основних компоненти ще! дшянки: внутрiшньо епiтелiaльнi лiмфоцини (ВЕЛ) та епiтелiaльнi клiтини кишечника (ентероцити, ВЕЛ) [6, 10, 17].
ВЕЛ розглядають як природнш компонент захисту ШКТ i як aнтигенпрезентуючi кл^ини [11, 14]. При стимуляци ВЕЛ можуть продукуватися рiзнi хемокiни та цитокши. Вважають, що роль ВЕЛ полягае в регуляцп кл^инного мiкрооточення як у внутршньо епiтелiaльних дiлянкaх, так i на LP, в адаптаци реактивност тканини господаря до вaрiaбельного вмiстимого ШКТ.
Клiтини, якi залучаються до iмунно! вiдповiдi господаря на мжробш антигени, декретують розчиннi мехашзми вiдповiдi в ШКТ. До цих мехaнiзмiв природного та набутого iмунiтетiв вiдносяться: iнтерлейкiни (1Л), iнтерферон (1ФН), фактори некрозу пухлин (ФНП), хемокши, колонiе стимулюючi фактори (КСФ) та фактори росту (ФР). Порушення регуляцп цитокмв, наприклад, !х надлишок, може привести до неконтрольовано! активаци iмунно! вiдповiдi [2-5].
Важливими е даш про регулюючу роль цитокiнiв в iмуннiй вiдповiдi оргaнiзму на патогенш фактори. Вiдомо, що контакт господаря з хвороботворним антигеном рiзно! етюлогп супроводжуеться сигналом <амунолопчна тривога», при якому бiохiмiчнi структури пaтогенiв (патогенасощативш молекулярнi патерни (РФМР)) служать стимуляторами цитокмв; до них вiдносяться: лшополкахариди (ЛПС), кaпсульнi полiсaхaриди (зимозан), тейхоевi кислоти, пептидоглiкaни, лiпiди, поверхневi бшки (флaгелiни), одно лaнцюговi молекули ДНК i ш. [10]. Рецептори, що розтзнають цi структури об'еднуються у велику групу, яка отримала назву PRR (пaтерн-розпiзнaвaльнi рецептори). Представники ще! групи були виявленi на мембранах велико! кшькост рiзних клiтин. Крiм групи молекул PRR, на поверхш антиген-презентуючих клiтин (АПК) i фагоциив експресуються рецептори для iмуноглобулiнiв класу IgG (FeJR) i комплементу [16].
Визначення рiвня про i протизапальних цитокiнiв у вiдповiдь на вщповщш iмуннi стимули iнтенстинaльно! мiкрофлори було використано для оцшки
iмунного статусу, зокрема д^ей рiзного вжу iз запальними процесами товсто! кишки [1].
При вивченнi постнатально! адаптацi! iмунно! системи новонароджених тварин i людини було виявлено переважання протизапальних цитокiнiв на тлi зниження потенщалу протизапальних факторiв. Автори вважають, що розвиток системно! запально! реакци в органiзмi на раннiх стадiях розвитку при iнтенсивнiй стимуляцi! антигенами мжробного походження перешкоджае синтезу лiмфоцитами протизапальних цитокiнiв 1Л-4 i ТфР (трансформуючого фактору росту та запущених ними мехашзми зворотного зв'язку) [2,3].
Лiмфоlдна тканина, асоцшована з ШКТ спрямована в основному на продукцш IgA. Активоваш Т-гелпернi клiтини (СД4+), локалiзуються в зародковому центрi фолiкулiв, де вiдбуваеться процес Т-В-мiжклiтинно! коопераци. Надалi специфiчнi Т- i В^мфоцити переносяться в ефекторну зону через кровоток i лiмфоток. Процес тдготовки лiмфоцитiв слизово! оболонки кишечника здшснюеться за допомогою експресi! ними молекул штегршу а4р7, якi в свою чергу, беруть участь у розшзнанш апресишв ендотелiю кровоносних судин слизових оболонок кишечнику [14].
При розглядi механiзмiв продукцi! IgA iмунно! вщповвд на бактери-коменсали ШКТ [32, 33]. Так, було вiдмiчено, що антигени клггинно! стiнки та бшки кишково! палички володiють здатнiстю у мишей шдукувати Т-незалежний синтез IgA, В-кл^инами (переважно В1), що дифузно локалiзованi на LP.
Згiдно сучасних даних, в мехашзмах iмунорегуляцi! на рiвнi ШКТ беруть участь Т-гелперш лiмфоцити двох фенотипiв - Th1 i Th2 [17, 20]. Клггини Th1 беруть участь в регуляци клiтинного iмунiтету, а Th2 - гуморального. При цьому переважання активност одше! субпопуляцi! лiмфоцитiв веде до супреси iншо!. Автори вважають слизову оболонку кишечника iмунологiчним i анатомiчним бар'ером, клiтини якого експресують на поверхш молекули родин TLR i MHC I i II клаЫв, що дозволяе !м брати участь в процесах розтзнання та презентаци агентiв мiкробного походження [23].
На завершення слщ пiдкреслити, що мехашзми iмунорегуляцil вiдiграють важливу роль у формуванш iмунно! системи ШКТ та шдтриманш оптимального балансу при взаемоди мiкрофлори з полi функцiональною життево важливою системою органiзму.
Л1тература
1. Белоусов Ю.В. Гастродуоденальная патология и биоценоз кишечника / Ю.В. Белоусов // Сучасная гастроентерология. - 2007. - № 3. - С. 57-59.
2. Бельмер С.В. Значение цитокинов в патогенезе воспалительных заболеваний / С.В. Бельмер, А.С. Симбирнев, О.В. Головенки // Рус. мед. журн. -2003. - № 11. - С. 116-119.
3. Володин Н.Н. Роль про- и противовоспалительных цитокинов в иммунной адаптации новорожденных детей / Н.Н. Володин, М.В. Дегтярова // Int. J. Immunorehabilit. - 2000. - №2. - C. 175-184.
4. Дегтярова М.В. Особенности продукции цитокинов и функционального состояния микрофлоры при неонатальной патологии и способы иммунокорекции / М.В. Дегтярова, Н.Н. Володин // Мед. иммунол. - 2000. - № 2. - С. 69-76.
5. Ковальчук Л.В. Система цитокинов / Л.В. Ковальчук, Л.В. Гонковская. -М. - 1999, 74с.
6. Маслянко Р. Основи iмунобiологil / Р. Маслянко. - Львiв, Вертикаль. -1999. - 472с.
7. Маслянко Р.П. Молозиво корiв i його роль в резистентност телят / Р.П. Маслянко, Ю.Р. Кравщв. - Львiв. - 2008. - 123с.
8. Маслянко Р.П. Роль умовно-патогенно! мкрофлори в шфекцшнш патологи кишечнику / Р.П. Маслянко, Л.Я. Божик // Наук. вкник ЛНУВМтаБТ iм. С.З. Гжицького. - 2011. - т. 13(48). - С. 185-191.
9. Хавкин А.И. Микробиоценоз кишечника и иммунитет / А.И. Хавкин // Рос. мед. журн. - 2003. - № 11. - С. 122-128.
10. Хаитов Р.М. Иммунная система ЖКТ: Особенности строения и функционирования в норме и патологии / Р.М. Хаитов, Е.В. Пинегин // Иммунология. - 1997. - № 5. - С. 4-7.
11. Хаитов Р.М. Физиология иммунной системы / Р.М. Хаитов. - М. ВИНИТИ. - 2001. - 223 с.
13. Ярилин А.А. Основы иммунологии / А.А. Ярилин. - М. - 1999. - 663с.
14. Blum S. Intestinal microflora and the interaction with immunocompetem cells / S. Blum, S. Alvares, D. Haller // Antonic van Leewenhock. - 1999. - V. 76. - P. 199-205.
15. Goldman A.S. Modulation of the intestinal tract of infants by human milk interfaces and interactions. As evolutionary perspective / A.S. Goldman // Lancet.- 2001.
- V.130. - P. 426-431.
16. Gronlung M.M. Importance of intestinal colonization in the maturation of humoral immunity in early infancy / M.M. Gronlung // Arch. Child. Fetal Neonatal. -2005. - P. 3-17.
17. Holt P.G. Alopic allergy and other hypersensitive the actiology and pathogenesis of allergic disease: new insights and new challenges / P.G. Holt // Carr. Opin. Immunol. - 1998. - V.10. - P. 42-49.
18. Mackowiak P.A. The natural microbial flora / P.A. Mackowiak // N. Engl. J. Med. - 2002. - V.307. - P. 83-93.
19. Macpherson A.J. Compartmentazation of the mucosal immune responses to commensal intestinal bacteria / A.J. Macpherson, T. Uhr // Ann. N.Y. Acad. Sci. - 2004.
- V.1029. - P. 36-49.
20. Neutra M.R. Regional immune response to microbical pathogens / M.R. Neutro // Immunol. Infect. Dis. - 2002. - V. 142. - P. 495-499.
21. Salisstro F. Chemokines and chemokina receptors in T-cell priming and Th1/ Th2 mediated responses / F. Salustro // Immunol. Today. - 2002. - V.19. - P.568-574.
22. Unanue E.R. Innate immunity in bacterial infections / E.R. Unanue // Washington: ASM Press USA. - 2002. - 495 p.
23. Xavier R.J. How to get a long - mengly microbes in a hostile world / R.J. Xavier, O.K. Podolsky // Science. - 2000. - V.289. - P. 1483-1484.
24. Yasui H. Immunomodulatory function of lactic acid bacteria / H. Yasui, S. Kan // Antonie Leeuwenhock. - 1999. - V.76. - P. 383-389.
Summary
Immunological regulation in the microflora - intestinal tract
The dynamic balance in intestinal microflora composition is maintained by various immunological and non - immunological mechanisms. Among them are host microbial and intermicrobial interactions. However gut - associated lymphoid tissue (GALT) in still considered to play the major role. An immune dependent selection of intestinal microbial species starts in the early adaptation period and continues throughout the whole life. On the other hand the indigenous gut flora is considered to be major regular for local immunity maturation. Recent studies have shown that normal development of GALT as well as induction of oral tolerance to non - pathogenic elements (i.e.food, commensal bacteria) are dependent on indigenous lactic, acid flora (Lactobacillus sp, Bifidobacretoum sp.). Conversely, dysbiotic changes may lead to Th 2 phenotype prevalence in GALT, systemic allergic reactions, atopic disease or inflammatory bowel disease. Somatic hypermutations and Ig A switch were shown to be stimulated by the presence of Bacteroides genus. Further results have led to the establishment of model according to witch different taxonomic groups are recognized and launch differential responses at the intestinal and or systemic level. Although the past few years a novel mechanism for anti - inflammatory action of commensal microflora involving NFKB transcription factor was proposed. Further deciphering of host - commensal molecular interface will probably light into pathogenic of various bowel disorders or even systemic disease and provide dues for therapentic preparations design.
Рецензент - д.б.н., проф. Куртяк Б.М.
