Úvodní stránka Aktuální číslo Archiv čísel Informace o časopisu Redakce Zpravodaj
 

Článek

Význam komensální mikrobioty v regulaci tolerance k potravinovým alergenům

Autoři: Roberto Berni Canania, Jack A. Gilbertb,c,d,e,f, Cathryn R. Naglerg
Autoři - působiště: aDepartment of Translational Medical Science, European Laboratory for the Investigation of Food Induced Diseases a CEINGE Advanced Biotechnologies, University of Naples ‘Federico II’, Neapol, Itálie, bInstitute for Genomic and Systems Biology, Biosciences Department, Argonne National Laboratory, Argonne, cDepartment of Ecology and Evolution a, dDepartment of Surgery, University of Chicago, Chicago, Illinois, USA, eMarine Biological Laboratory, Woods Hole, Massachusetts, USA, fCollege of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou, Čína, gCommittee on Immunology, Departments of Pathology and Medicine a The College, University of Chicago, Chicago, Illinois, USA
Článek: Curr Opin Allergy Clin Immunol/CS 2015;12:49-55
Počet zobrazení článku: 537x

Souhrn

Účel přehledu:
Předkládáme přehled důkazů svědčících o tom, že environmentální vlivy mohou narušovat přirozeně vyvinuté interakce mezi hostitelem a mikroorganismy a že stojí za zvyšující se prevalencí potravinové alergie, a dále zkoumáme mechanismy, kterými komensální bakterie regulují toleranci k potravinovým alergenům.

Nové poznatky:
Užívání antibiotik a konzumace stravy s vysokým obsahem tuků a s nízkým obsahem vlákniny mají zásadní a rychlý dopad na populaci bakterií trávicího ústrojí a na dlouhodobé důsledky pro celkovou strukturu mikrobiálního společenství a regulaci hostitelovy imunity. Nedávné práce zdůrazňují úlohu komensálních bakterií osidlujících sliznice v navození ochranné bariéry, která je kritickým faktorem pro zabránění senzibilizace na potravinové antigeny. Studie na myších modelech poskytují informace potřebné pro vývoj nových přístupů založených na biologických léčivech obsahujících živé mikroorganismy coby doplňkové terapie, která má u pacientů s potravinovou alergií posílit antigen‑specifickou perorální desenzibilizační léčbu a podpořit trvalou toleranci.

Souhrn:
Strategie založené na úpravě složení a/nebo funkčnosti střevního mikrobiomu se jeví v léčbě potravinové alergie jako slibné.

Klíčová slova:
epitelová bariéra, komensální bakterie, mastné kyseliny s krátkým řetězcem, potravinová alergie, probiotika, střevní mikrobiota

ÚVOD

Prevalence alergických reakcí na potraviny v průmyslových zemích vzrůstá – za uplynulé 10leté období došlo k nárůstu až o 20 % [1–3]. Předpokládáme, že tento dramatický generační vzestup je důsledkem prostředím navozených změn ve složení komensálních bakterií, které normálně osidlují trávicí ústrojí [4–6]. V průběhu uplynulého desetiletí se naše chápání komensální mikrobioty – souboru mikroorganismů obývajících naši kůži a sliznice – změnilo zavedením metod analýzy nezávislých na kultivaci. Samotné počty jsou ohromující. Lidské tělo obsahuje desetkrát více mikroorganismů než eukaryotických buněk, přičemž tyto mikroorganismy souhrnně kódují 100–1 000násobně větší množství genetických informací; tento soubor buněk a genů se označuje jako mikrobiom [7,8]. V průběhu milionů let společné evoluce převzaly komensální bakterie mnoho fyziologických funkcí, které jsou nezbytné pro lidské zdraví a zahrnují např. tvorbu vitaminů a trávení nerozpustné potravinové vlákniny [9]. Další nedílná složka společenství mikroorganismů, zahrnující bakteriofágy a viry, je minimálně stejně početná, ale je výrazně méně pochopena či charakterizována. Začíná však být jasné, že životní styl 21. století změnil složení lidských komensálních bakterií v porovnání s tím, jaké mikroorganismy osidlovaly naše předky; toto novodobé bakteriální společenství je ve zvyšující se míře dáváno do vztahu s řadou onemocnění [9]. Řada environmentálních vlivů, které mohou působit na mikrobiom, zahrnuje velmi rozšířené užívání antibiotik, tzv. západní způsob stravování s vysokým obsahem tuků a sacharidů a nízkým obsahem vlákniny, eliminaci dříve obvyklých enteropatogenů, vakcinaci/snížení expozice infekčním onemocněním, porody císařským řezem a umělou výživu (přehled v [6]).

Složení populace komensálních bakterií se liší podle anatomické oblasti [8,9]. Lidské tělo je při narození osídleno zakládající mikrobiotou, která se do poměrně nedávné doby u většiny lidí vytvářela během přirozeného porodu. Zpočátku převažují enterobakterie a vaginální bakterie vytvářející kyselinu mléčnou; mateřské mléko, které obsahuje svůj vlastní mikrobiom, podporuje růst bifidobakterií, které extrahují živiny z polysacharidů mateřského mléka [10,11]. Následné populace mikroorganismů nakonec vedou ke vzniku různorodé a jedinečné mikrobioty [12]. Porod císařským řezem tento proces narušuje; zakládající bakteriální populace u novorozenců porozených císařským řezem je odvozena z flóry kůže matky nebo zdravotníků [13]. Novorozenecké období je pro vznikající mikrobiom dobou velké plastičnosti, která se rozhodujícím způsobem prolíná s vyzráváním imunitního systému jeho hostitele. Poslední práce zdůrazňují značný vliv environmentálních faktorů na vyvíjející se mikrobiom.

UŽÍVÁNÍ ANTIBIOTIK A ZPŮSOB STRAVOVÁNÍ FORMUJÍ MIKROBIOTU A OVLIVŇUJÍ NÁCHYLNOST K POTRAVINOVÉ ALERGII

Mimo cílené potlačení konkrétního bakteriálního druhu přetrvávají účinky antibiotik na strukturu mikrobiálního společenství často ještě dlouho po ukončení léčby [14]. Expozice v rámci léčby představuje pouze jeden zdroj; široké používání antibiotik v zemědělství, zejména pro jejich účinek při podpoře růstu u hospodářských zvířat, přispělo ke zvýšené přítomnosti jejich nízkých zbytků v potravním řetězci [15]. Většina malých dětí v USA (a v mnoha dalších vyspělých zemích) podstupuje v prvních dvou letech života řadu léčebných kúr s použitím antibiotik [16]. Studie na myším modelu [4,17,18,19••] prokázaly, že expozice perorálně podávaným antibiotikům v raných fázích života souvisí s odchylnou imunitní reaktivitou vůči respiračním a potravinovým antigenům. Nedávná práce pocházející z naší laboratoře ukázala, že antibiotická léčba snížila u novorozenců mikrobiální různorodost a bakteriální zátěž ve vzorcích stolice a z ilea a posílila rozvoj přecitlivělosti na potravinové alergeny [19••]. I další novější studie podporují myšlenku, že zvláště kritické je novorozenecké období. Dokonce i expozice nízkým dávkám antibiotik v časných fázích života může vést k dlouhotrvajícím vlivům na metabolické a imunitní reakce [20••]. Z údajů vycházejících ze studií u lidí vyplývá spojitost mezi užíváním antimikrobiálních léčiv a zvyšující se prevalencí potravinové alergie. Užívání antibiotik matkou před otěhotněním a v průběhu těhotenství a také antibiotická léčba dítěte v prvním měsíci života jsou u kojenců spjaty se zvýšeným rizikem vzniku alergie na kravské mléko [21]. U dětí senzibilizovaných na potravinové a vzdušné alergeny jsou prokazovány vyšší močové koncentrace běžného antibakteriálního přípravku triclosanu [22].

Vzhledem k tomu, že složky potravy slouží jako zdroj živin jak pro hostitele, tak pro jeho mikrobiální osídlení, není překvapením, že struktura mikrobiálního společenství ve střevě je silně ovlivňována složením stravy. Střevní mikrobiota u dětí konzumujících konzervované potraviny tzv. západního typu – s vysokým obsahem tuků a sacharidů a s nízkým obsahem vlákniny – se výrazně liší od střevní mikrobioty, kterou pozorujeme u dětských obyvatel afrického venkova, kde se konzumuje převážně rostlinná strava s nízkým obsahem tuků a s vysokým obsahem vlákniny (zřejmě podobná té, jíž se živili neolitičtí zemědělci z doby před 10 000 lety) [23]. Avšak rychlost a rozsah, s jakými může potrava pozměnit mikrobiální osídlení u lidí, nebyly doposud plně chápány; nedávno provedená studie [24••] naznačuje, že výrazné změny lze pozorovat v rozmezí dní, zejména v případě reakce na příjem vlákniny. Navíc lze po krátkodobé úpravě stravování pozorovat i rychlé a reprodukovatelné změny u konkrétních střevních bakteriálních druhů [25••]. Posuny v četnosti fekální mikrobiální flóry byly zaznamenány u lidských dobrovolníků po pouhých pěti dnech konzumace rostlinné stravy (s vysokým podílem ovoce, zeleniny, obilnin a luštěnin) nebo živočišné stravy obsahující maso, vejce a sýry [25••]. Zvláště zajímavé bylo, že i v takto krátkém časovém intervalu bylo u jedinců konzumujících živočišnou stravu patrné snížení výskytu bakterií kmene Firmicutes, které fermentují rostlinné polysacharidy. Uvedené výsledky naznačují, že načasování zavedení pevné stravy a typ konzumovaných potravin mohou ovlivnit vývoj potravinové alergie prostřednictvím změny ve složení střevní mikrobioty. Nedávno provedená studie [26•], která sledovala vliv charakteru stravy v prvním roce života na rozvoj potravinové alergie ve dvou letech věku, poskytuje pro tuto hypotézu určitou podporu. Analýza hlavních komponent prospektivních údajů ze stravovacích deníků v rámci dílčí studie případů a kontrol uvnitř kohorty [26•] ukázala, že malé děti bez známek alergie konzumovaly v porovnání se svými protějšky s prokázanou potravinovou alergií stravu s vysokým podílem ovoce, zeleniny a domácích (nekonzervovaných) potravin.

Jiná nová studie [27••] rovněž naznačuje, že v souvislosti s urbanizací se změnil charakter mikrobiálního přenosu, neboť lidé se stali převážně uzavřeně žijícím druhem a touto změnou životního stylu jsme my i naše děti ponejvíce exponováni našemu vlastnímu mikrobiomu. Kontrolované prostředí domácností, které se objevilo teprve v uplynulých 100 letech, změnilo od základů expozici lidí světu mikroorganismů. Tato domácí prostředí jsou prostřednictvím kontrolované teploty, vlhkosti a světla utvářena jako „antimikrobiální“ [28]. Lidé tráví v těchto „čistých“ ekosystémech přibližně 90 % života. Je pravděpodobné, že tento jev významně snižuje naši expozici mikroorganismům, což může vyvolávat omezení rozvoje našeho imunitního systému, různorodosti sdružené mikrobiální populace a schopnosti obnovy komensální mikrobioty po expozici faktorům měnícím její složení. Myšlenka, že toto městské prostředí přispívá k rozvoji náchylnosti k alergiím (nebo že by mohlo být upraveno s cílem prevence těchto onemocnění), je teprve na počátku výzkumu.

ZMĚNA STŘEVNÍ MIKROBIOTY PŘI POTRAVINOVÝCH ALERGIÍCH

Vzhledem k silnému vlivu mnoha environmentálních faktorů na složení mikrobioty (a k jejich zkreslujícím účinkům na analýzu) jsou dostupné údaje charakterizující mikrobiotu pacientů s potravinovou alergií stále poněkud předběžné [29]. Většina údajů pochází od dětských pacientů. Profilování 16S rRNA naznačuje, že potenciálně negativní změny ve složení gastrointestinálního mikrobiomu (dysbióza) mohou předcházet vzniku manifestní alergie. Azad a spol. [30•] zjistili, že zvýšený poměr Enterobacteriaceae/Bacteroidaceae a nízká četnost čeledi Ruminococcaceae v kontextu menší bohatosti střevní mikrobioty v raném dětství jsou spojeny s následnou senzibilizací na potravinové antigeny, což naznačuje, že časná střevní dysbióza přispívá k pozdějšímu rozvoji potravinové alergie. V kohortě čínských dětí s potravinovou alergií byla zjištěna významná změna v určitých bakteriálních fylotypech, ale nikoli v celkové střevní mikrobiální diverzitě [31]. Při rozboru vzorků odebraných v pátém měsíci věku bylo zjištěno, že fekální mikrobiota dětí s potravinovou alergií byla charakterizována zvýšením relativního počtu bakterií rodu Clostridium sensu stricto (skupina I) a anaerobakterů a snížením relativního počtu zástupců rodů BacteroidesClostridium XVIII [31]. U kojenců s alergií na kravské mléko jsme zkoumali střevní mikrobiotu v době stanovení diagnózy (pomocí dvojitě zaslepeného potravinového provokačního testu) a porovnávali jsme ji s věkově odpovídající kontrolní skupinou čtyřměsíčních zdravých dětí [32••]. Zjistili jsme, že mikrobiota kojenců s alergií byla v naší studii v porovnání se zdravými kontrolními osobami významně více různorodá. Je pozoruhodné, že ačkoli v mikrobiotě zdravých dětí převládaly čeledě Bifidobacteriaceae, Enterobacteriaceae Enterococcaceae, mikrobiota dětí s alergií vykazovala významné zvýšení počtu zástupců čeledi RuminococcaceaeLachnospiraceae, kteří typicky převažují v trávicím ústrojí dospělých [32••].

LÉČBA POTRAVINOVÉ ALERGIE SOUČASNĚ DOSTUPNÝMI PROBIOTIKY

Doposud přezkoumané důkazy naznačují, že terapeutická modulace komensální mikrobioty může být v rámci prevence a léčby potravinových alergií prospěšná. Probiotika jsou definována jako mikroorganismy, které po požití přinášejí svému hostiteli zdravotní prospěch [33]. Studie zkoumající účinnost současně dostupných probiotik v léčbě potravinové alergie přinesly rozporuplné výsledky. Za pozorované nesrovnalosti mohou být odpovědné rozdíly v uspořádání studií, sledovaných populacích, kmenech použitých probiotik a jejich dávkování [33]. Metaanalýza klinických studií vedla k závěru, že podávání probiotik prenatálně nebo během období krátce po porodu snižuje koncentrace celkového IgE a riziko atopické senzibilizace, ale nikoli riziko astmatu nebo pískotů [34]. Nedávno publikované doporučené postupy pro atopická onemocnění vypracované Světovou alergologickou organizací (World Allergy Organization) uzavřely, že pravděpodobně existuje čistý přínos užívání probiotik pro prevenci ekzému [35]. Důležitý je však výběr použitého kmenu. Například podávání Lactobacillus acidophilus bylo v porovnání s jinými kmeny spojeno s významně zvýšeným rizikem atopické senzibilizace [34]. Allen a spol. [36] prokázali, že podávání vysokých dávek mnoha kmenů laktobacilů a bifidobakterií těhotným ženám v pozdní fázi těhotenství a jejich dětem od porodu do šesti měsíců věku nevedlo k prevenci ekzému ani ke snížení četnosti výskytu astmatu v časném dětství, ale podpořilo snížení frekvence výskytu přecitlivělosti na potravinové antigeny. Japonská studie [37] ukázala, že prenatální a postnatální suplementace bifidobakteriemi byla spojena s významným snížením rizika vzniku ekzému/atopické dermatitidy v průběhu prvních 18 měsíců života. Studií zkoumajících léčebný účinek probiotik u kojenců s potvrzenou potravinovou alergií je poskrovnu. V jedné randomizované dvojitě zaslepené placebem kontrolované studii [38] nevedlo podávání Lactobacillus casei CRL431 a Bifidobacterium lactis Bb12 kojencům s prokázanou alergií na kravské mléko po dobu 12 měsíců k navození tolerance ke kravskému mléku. Naproti tomu Berni Canani a spol. [39,40] v rámci dvou rozdílných prospektivních klinických studií prokázali, že přípravek extenzivně hydrolyzovaného kaseinu obsahující Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) zrychlil u kojenců alergických na kravské mléko navození tolerance. Při porovnání fekální mikrobioty kojenců užívajících tuto léčbu navozující toleranci doplněnou o probiotika s mikrobiotou dětí užívajících přípravek složený pouze z extenzivně hydrolyzovaného kaseinu jsme u dětí užívajících extenzivně hydrolyzovaný kasein doplněný o LGG zjistili statisticky významnou pozitivní korelaci mezi četností druhů se schopností tvorby kyseliny máselné a koncentrací butyrátu ve stolici [32••]. Toto vymezení bakteriálních kmenů z rodů vytvářejících butyrát (zahrnující rody Roseburia, CoprococcusBlautia) zjištěné u dětí, které získaly toleranci ke kravskému mléku, naznačuje, že léčba pomocí LGG přispívá k navození tolerance prostřednictvím změny struktury společenství taxonů se schopností vytvářet butyrát na úrovni kmene [32••].

Slibné výsledky ve smyslu navození desenzibilizace přinesla u pacientů s potravinovou alergií perorální imunoterapie (oral immunotherapy, OIT), ale její schopnost navodit dlouhodobou toleranci v situaci absence pokračujícího podávání alergenu nebyla dosud spolehlivě prokázána [41]. Jedna dvojitě zaslepená placebem kontrolovaná randomizovaná studie hodnotila účinnost 18měsíční léčby kombinující perorální desenzibilizaci na arašídy s podáváním probiotika L. rhamnosus CGMCC u jednoročních až 10letých dětí s alergií na arašídy [42•]. Ačkoli u většiny (82 %) dětí užívajících probiotika a OIT byla dva až pět týdnů po ukončení OIT zaznamenána „pravděpodobně setrvalá nereaktivita“, nebylo provedeno žádné porovnání s léčebnou skupinou užívající buď samotnou OIT, nebo samotná probiotika. Účinek denně podávané léčby probiotikem L. rhamnosus CGMCC na strukturu mikrobiálního společenství hodnocen nebyl.

VÝVOJ NOVÝCH BIOLOGICKÝCH LÉČIV OBSAHUJÍCÍCH ŽIVÉ MIKROORGANISMY PRO PREVENCI A LÉČBU POTRAVINOVÝCH ALERGIÍ

Rostoucí uvědomování si úlohy mikrobioty v regulaci komplexních imunopatologických stavů vedlo ke vzniku mnoha biotechnologických společností, které hledají způsoby komercializace nových biologických léčiv obsahujících živé mikroorganismy se schopnostmi regulovat mikrobiotu [43]. Účinnost přenosu stolice při řešení situace u pacientů s recidivujícími infekcemi vyvolanými Clostridium difficile potvrdila platnost principu terapeutických přístupů založených na perorálním podávání složek normální komensální mikrobioty [44]. Realizace preklinických studií byla usnadněna použitím bezmikrobních myší, u nichž nebyly přítomny komensální mikroorganismy. U těchto myší byla buněčná (T‑regulační – Treg) i humorální (IgA) složka imunitního systému značně nedostatečně vyvinuta [45]. Atarashi a spol. [46] identifikovali slizniční kmen Firmicutes z rodu Clostridia coby anaerobní složku komensální mikrobioty rozhodující pro navození Treg‑lymfocytů v lamina propria sliznice tlustého střeva. Atarashi a spol. [47••] prokázali, že k navození Treg‑lymfocytů dochází rovněž v případě, že jsou sporulující klostridia izolovaná z lidské stolice přenesena do bezmikrobních myší. Jako nový biologický prostředek pro léčbu zánětlivých střevních onemocnění byla pro další vývoj vybrána směs lidských izolátů schopných navodit Treg‑lymfocyty, které lze kultivovat in vitro [48].

Nový výzkum z naší laboratoře ukazuje, že tento typ přístupu může být příslibem i pro léčbu potravinové alergie. Zjistili jsme, že navození přecitlivělosti na potravinové alergeny je zesíleno u bezmikrobních myší a u myší, jimž byla v novorozeneckém období podávána antibiotika [19••]. Selektivní kolonizace bezmikrobních myší prokázala, že organismy mající kapacitu chránit před vznikem alergie náležejí k rodu Clostridia. Znovuzavedení mikrobioty s obsahem klostridií u myší přeléčených antibiotiky navíc blokovalo senzibilizaci na potravinové alergeny [19••]. Kolonizace bezmikrobních myší klostridii měla za následek obnovení imunitních složek Treg a IgA. Mikročipová (microarray) analýza izolovaných buněk střevního epitelu vedla k identifikaci nového přirozeného mechanismu, kterým klostridia chrání před senzibilizací na alergeny z potravy. Předchozí práce vinily z patologické alergické reakce na potraviny narušení propustnosti střevní sliznice [49]. Náš objev, že kolonizace klostridii navozuje tvorbu interleukinu 22 (IL‑22), tj. cytokinu s ochranným vlivem na střevní bariéru, poskytl mechanistický náhled na způsob, jakým komensální bakterie regulují permeabilitu střevní stěny. Použili jsme citlivou metodu ELISA a prokázali jsme, že IL‑22 vyvolává snížení koncentrace perorálně podaných potravinových antigenů detekovatelných v systémovém krevním oběhu [19••]. Naše údaje tudíž naznačují, že klostridia stimulují jak přirozené, tak adaptivní imunitní dráhy s cílem udržení tolerance k potravinám. To ale představuje změnu celého paradigmatu, neboť orální tolerance byla vždy typicky připisována primárně antigen‑specifické Treg‑odpovědi [50,51]. Naše práce nabízí nový model, ve kterém tolerance k potravinovým antigenům vyžaduje jak antigen‑specifickou Treg‑reakci, tak bakteriemi navozenou odpověď chránící střevní bariéru [19••,52].

Stále ještě není jasné, zda klostridia ovlivňují imunitní systém hostitele přímým mezibuněčným kontaktem, nebo vylučovanými metabolity, nebo oběma způsoby. Schopnost konkrétních bakteriálních druhů fermentovat potravinovou vlákninu a vytvářet tak mastné kyseliny s krátkým řetězcem (short‑chain fatty acid, SCFA) pomáhá vysvětlit zdravotně prospěšnou úlohu metabolitů vytvářených bakteriemi [53]. Ze skupiny hlavních SCFA je preferovaným zdrojem energie pro kolonocyty butyrát (obr. 1). Jeho hojná přítomnost v trávicím ústrojí je často považována za ukazatel zdravého střeva [54]. Bakterie vytvářející kyselinu máselnou tvoří spíše funkční než taxonomickou skupinu, ačkoli k hlavním zdrojům tvorby butyrátu patří klostridiové rody LachnospiraceaeRuminococceae [55]. V případě SCFA vytvářených bakteriemi byla prokázána jejich účast při regulaci podílu a funkční kapacity Treg‑lymfocytů tlustého střeva [56,57], což bylo v některých studiích přisouzeno konkrétně tvorbě butyrátu sporulujícími klostridii [58••]. Předběžné údaje z naší laboratoře rovněž kladou butyrát, nikoli ale další SCFA, do spojitosti s regulací propustnosti epitelové bariéry (Feehley a spol., osobní sdělení). Klinický význam této práce na myším modelu vyzdvihuje nedávno provedená studie [59•], která prokázala vzájemnou souvislost mezi závažností atopického onemocnění a diverzitou střevních mikroorganismů a četností bakterií vytvářejících butyrát.

obr. 1. Komensální bakterie fermentují nerozpustnou potravinovou vlákninu a vytvářejí tak mastné kyseliny s krátkým řetězcem, z nichž nejpočetnější jsou propionát, butyrát a acetát. Buňky epitelu sliznice tlustého střeva využívají butyrát jako svůj primární zdroj energie. Tvorba imunoregulačních metabolitů představuje jeden ze způsobů, kterým komensální bakterie ovlivňují imunitní buňky hostitele za účelem navození nereaktivity vůči neškodným luminálním antigenům. Práce z poslední doby naznačují, že mastné kyseliny s krátkým řetězcem, zejména pak butyrát, přispívají ke slizniční homeostáze navozením regulačních T‑lymfocytů a ovlivněním permeability epitelové bariéry.

ZÁVĚR

Souhrnně vzato poskytují uvedené nálezy přesvědčivý důvod pro výzkum využití nových biologických přípravků na bázi klostridií nebo podávání butyrátu jako doplňkové léčby pro podporu tolerance k potravinovým alergenům. Protokoly analyzující účinnost OIT založené na víceparametrové průtokové cytometrii mohou mít omezenou využitelnost; jedna elegantní studie z poslední doby [60••] prokázala, že většina T‑efektorových/paměťových lymfocytů sídlí ve tkáních. V tomto smyslu poskytuje klinicky (a imunologicky) důležitější formu hodnocení stanovení koncentrace alergenů v krvi v hodinách následujících po jejich podání sondou. Navíc existuje lákavá spekulace, že špatná štěpitelnost a přístup nestrávených proteinů s neporušenými epitopy pro B‑lymfocyty do krevního oběhu mohou představovat rozlišující vlastnosti potravinových alergenů (viz [61–63]) v případě arašídů, β‑laktoglobulinu a pšenice. Zda tomu tak skutečně je a zda komensální bakterie regulují systémové koncentrace i jiných alergenů než v případě arašídů, lze dnes snadno otestovat na preklinických myších modelech. Obměny těchto testů lze přizpůsobit pro použití v klinických studiích za účelem hodnocení účinnosti podávaných biologických přípravků obsahujících živé mikroorganismy/butyrát při modulování sérových koncentrací alergenů v průběhu dvojitě zaslepeného perorálního potravinového provokačního testu. V rámci budoucích klinických studií je nutné vzít v úvahu řadu metodologických problémů při poznávání úlohy střevního mikrobiomu u potravinové alergie, což bude vyžadovat zapojení multidisciplinárního týmu složeného z imunologů, klinických lékařů, mikrobiálních ekologů a bioinformatiků (tab. 1) [27••,64–66].

tabulka 1. Analýza úlohy komensálního střevního mikrobiomu v regulaci alergické reakce na potraviny

Prohlášení

Autoři děkují Tayloru Feehleyovi a Sandeepu Pawarovi za kritické posouzení tohoto rukopisu.

Finanční podpora a sponzorství

Tato práce byla podpořena granty NIAID AI106302, Food Allergy Research and Education (FARE) and UChicago Digestive Diseases Center Core Grant P30DK42086 (C. R. Nagler), Italian Ministry of Health PE‑2011‑02348447 (R. Berni Canani) a US Department of Energy DE‑AC02‑06CH11357.NS (J. A. Gilbert).

Střet zájmů

Autoři neuvedli žádný střet zájmů.

Adresa pro korespondenci:

Cathryn R. Nagler, PhD,

University of Chicago, 924 East 57th Street,

JFK R120, Chicago, IL 60637, USA


E‑mail: cnagler@bsd.uchicago.edu

Literatura

Zvláště významné práce zveřejněné během roku přípravy tohoto přehledového článku jsou označeny takto:
• významné,
•• mimořádně významné.
1. Wang J, Sampson HA. Food allergy. J Clin Invest 2011; 121:827–835.
2. Branum AM, Lukacs SL. Food allergy among children in the United States. Pediatrics 2009; 124:1549–1555.
3. Osborne NJ, Koplin JJ, Martin PE, et al. Prevalence of challenge‑proven IgE‑mediated food allergy using population‑based sampling and predetermined challenge criteria in infants. J Allergy Clin Immunol 2011; 127:668–676.
4. Bashir ME, Louie S, Shi HN, Nagler‑Anderson C. Toll‑like receptor 4 signaling by intestinal microbes influences susceptibility to food allergy. J Immunol 2004; 172:6978–6987.
5. Prioult G, Nagler‑Anderson C. Mucosal immunity and allergic responses: lack of regulation and/or lack of microbial stimulation? Immunol Rev 2005; 206:204–218.
6. Feehley T, Stefka AT, Cao S, Nagler CR. Microbial regulation of allergic responses to food. Semin Immunopathol 2012; 34:671–688.
7. Turnbaugh PJ, Ley RE, Hamady M, et al. The human microbiome project. Nature 2007; 449:804–810.
8. The Human Microbiome Project Consortium. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature 2012; 486:207–214.
9. Cho I, Blaser MJ. The human microbiome: at the interface of health and disease. Nat Rev Genet 2012; 13:260–270.
10. Martin R, Langa S, Reviriego C, et al. Human milk is a source of lactic acid bacteria for the infant gut. J Pediatr 2003; 143:754–758.
11. Sela DA, Chapman J, Adeuya A, et al. The genome sequence of Bifidobacterium longum subsp. infantis reveals adaptations for milk utilization within the infant microbiome. Proc Natl Acad Sci U S A 2008; 105:18964–18969.
12. Koenig JE, Spor A, Scalfone N, et al. Succession of microbial consortia in the developing infant gut microbiome. Proc Natl Acad Sci U S A 2011; 108(Suppl 1):4578–4585.
13. Dominguez‑Bello MG, Costello EK, Contreras M, et al. Delivery mode shapes the acquisition and structure of the initial microbiota across multiple body habitats in newborns. Proc Natl Acad Sci U S A 2010; 107:11971–11975.
14. Modi SR, Collins JJ, Relman DA. Antibiotics and the gut microbiota. J Clin Invest 2014; 124:4212–4218.
15. Riley LW, Raphael E, Faerstein E. Obesity in the United States: dysbiosis from exposure to low‑dose antibiotics? Front Public Health 2013; 1:69, 1–8.
16. Blaser M. Antibiotic overuse: stop the killing of beneficial bacteria. Nature 2011; 476:393–394.
17. Russell SL, Gold MJ, Hartmann M, et al. Early life antibiotic‑driven changes in microbiota enhance susceptibility to allergic asthma. EMBO Rep 2012; 13:440–447.
18. Olszak T, An D, Zeissig S, et al. Microbial exposure during early life has persistent effects on natural killer T cell function. Science 2012; 336:489–493.
19. Stefka AT, Feehley T, Tripathi P, et al. Commensal bacteria protect against food allergen sensitization. Proc Natl Acad Sci U S A 2014; 111:13145–13150.
•• Studie ukazuje, že třída bakterií spjatá se střevní sliznicí zajišťuje ochranu před senzibilizací na potravinové alergeny navozením tvorby IL‑22 v lamina propria střevní stěny, čímž reguluje přístup alergenů do systémového krevního oběhu. Autoři tvrdí, že prostředím navozené změny bakteriálního společenství ve střevě jsou řídicí silou zvyšující prevalenci potravinové alergie a představují nový model udržování tolerance k potravinovým antigenům, který vyžaduje jak antigen‑specifickou Treg‑odpověď, tak bakteriemi navozenou odpověď chránící epitelovou bariéru.
20. Cox LM, Yamanishi S, Sohn J, et al. Altering the intestinal microbiota during a critical developmental window has lasting metabolic consequences. Cell 2014; 158:705–721.
•• Zajímavá studie používající nízkou dávku penicilinu podávaného od narození s cílem prozkoumat, zda má narušení vyvíjející se mikrobioty dlouhodobé důsledky. Autoři zjistili, že expozice nízké dávce penicilinu v časných fázích života mění složení mikrobioty pouze přechodně, ale má dlouhodobý vliv na regulaci genetické exprese v rámci střevního imunitního systému a na metabolismus hostitele.
21. Metsala J, Lundqvist A, Virta LJ, et al. Mother’s and offspring’s use of antibiotics and infant allergy to cow’s milk. Epidemiology 2013; 24:303–309.
22. Savage JH, Matsui EC, Wood RA, Keet CA. Urinary levels of triclosan and parabens are associated with aeroallergen and food sensitization. J Allergy Clin Immunol 2012; 130:453–460.
23. De Filippo C, Cavalieri D, Di Paola M, et al. Impact of diet in shaping gut microbiota revealed by a comparative study in children from Europe and rural Africa. Proc Natl Acad Sci U S A 2010; 107:14691–14696.
24. David LA, Materna AC, Friedman J, et al. Host lifestyle affects human microbiota on daily timescales. Genome Biol 2014; 15:R89.
•• Autoři denně sledovali složení mikrobity v trávicím ústrojí a ve slinách u dvou jedinců po dobu jednoho roku. Zjistili, že obě společenství byla u každého jedince obecně stabilní, ale mohla reagovat na změny stravování (zejména příjem vlákniny hostitelem) 15% změnou četnosti celého společenství v průběhu 24 hodin.
25. David LA, Maurice CF, Carmody RN, et al. Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome. Nature 2014; 505:559–563.
•• Zajímavá studie hodnotila strukturu fekálního mikrobiálního společenství u 10 dobrovolníků, kteří po dobu pěti po sobě jdoucích dní konzumovali stravu složenou buď pouze ze živočišných produktů, nebo pouze z rostlinných produktů (5/skupina). Autoři reprodukovatelným způsobem prokázali, že býložravý nebo masožravý funkční profil odráží významné změny ve struktuře mikrobiálního společenství.
26. Grimshaw KE, Maskell J, Oliver EM, et al. Diet and food allergy development during infancy: birth cohort study findings using prospective food diary data. J Allergy Clin Immunol 2014; 133:511–519.
• Při vyšetření ve dvou letech věku bylo zjištěno, že děti u kterých se nevyvinula potravinová alergie, konzumovaly v pozdním kojeneckém věku v porovnání s dětmi s potravinovou alergií větší množství ovoce, zeleniny a doma připravených pokrmů.
27. Lax S, Smith DP, Hampton‑Marcell J, et al. Longitudinal analysis of microbial interaction between humans and the indoor environment. Science 2014; 345:1048–1052.
•• Studie zjistila, že mikrobiální společenství přítomná v uzavřeném domácím prostředí jsou z větší části odvozena z jejich lidských a zvířecích obyvatel.
28. Kembel SW, Meadow JF, O’Connor TK, et al. Architectural design drives the biogeography of indoor bacterial communities. PLoS One 2014; 9:e87093.
29. Marrs T, Bruce KD, Logan K, et al. Is there an association between microbial exposure and food allergy? A systematic review. Pediatr Allergy Immunol 2013; 24:311–320.
30. Azad MB, Konya T, Guttman DS, et al. Infant gut microbiota and food sensitization: associations in the first year of life. Clin Exp Allergy 2015; 45:623–643.
• Studie CHILD zkoumala složení fekální mikrobioty u 166 kojenců ve 3. a 12. měsíci věku. Autoři zjistili, že vysoký poměr Enterobacteriaceae/Bacteroidaceae ve 3. měsíci byl spjat s rozvojem přecitlivělosti na potraviny.
31. Ling Z, Li Z, Liu X, et al. Altered fecal microbiota composition associated with food allergy in infants. Appl Environ Microbiol 2014; 80:2546–2554.
32. Berni Canani R, Sangwan N, Stefka AT, et al. Lactobacillus rhamnosus GG‑supplemented formula expands butyrate producing bacterial strains in food allergic infants. ISME J 2015 (u revize).
•• Nová studie ukazuje, že mikrobiota kojenců s alergií na kravské mléko v době stanovení diagnózy je překvapivě odlišná od věkově odpovídajících zdravých kontrolních jedinců. Autoři použili metodu oligotypizace pro klasifikaci bakterií na úrovni kmene na podkladě analýzy sekvencí 16S rRNA genů při 100% identitě nukleotidů. Identifikovali statisticky významné pozitivní korelace mezi četností rodů s potenciálem pro tvorbu butyrátu a koncentrací butyrátu ve stolici kojenců s alergií na kravské mléko léčených výživou obohacenou o probiotika, ale nikoli u dětí léčených stejnou výživou bez probiotik.
33. Hill C, Guarner F, Reid G, et al. Expert consensus document. The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2014; 11:506–514.
34. Elazab N, Mendy A, Gasana J, et al. Probiotic administration in early life, atopy, and asthma: a meta‑analysis of clinical trials. Pediatrics 2013; 132:e666–e676.
35. Fiocchi A, Pawankar R, Cuello‑Garcia J, et al. World Allergy Organization‑McMaster University Guidelines for Allergic Disease Prevention (GLAD‑P): probiotics. World Allergy Organ J 2015; 8:4.
36. Allen SJ, Jordan S, Storey M, et al. Probiotics in the prevention of eczema: a randomised controlled trial. Arch Dis Child 2014; 99:1014–1019.
37. Enomoto T, Sowa M, Nishimori K, et al. Effects of bifidobacterial supplementation to pregnant women and infants in the prevention of allergy development in infants and on fecal microbiota. Allergol Int 2014; 63:575–585.
38. Hol J, van Leer EH, Elink Schuurman BE, et al. The acquisition of tolerance toward cow’s milk through probiotic supplementation: a randomized, controlled trial. J Allergy Clin Immunol 2008; 121:1448–1454.
39. Berni Canani R, Nocerino R, Terrin G, et al. Effect of Lactobacillus GG on tolerance acquisition in infants with cow’s milk allergy: a randomized trial. J Allergy Clin Immunol 2012; 129:580–582.
40. Berni Canani R, Nocerino R, Terrin G, et al. Formula selection for management of children with cow milk allergy influences the rate of acquisition of tolerance: a prospective multicenter study. J Pediatr 2013; 163:771–777.
41. Wood RA, Sampson HA. Oral immunotherapy for the treatment of peanut allergy: is it ready for prime time? J Allergy Clin Immunol 2014; 2:97–98.
42. Tang ML, Ponsonby AL, Orsini F, et al. Administration of a probiotic with peanut oral immunotherapy: a randomized trial. J Allergy Clin Immunol 2015; 135:737–744.
• Randomizovaná placebem kontrolovaná studie ukázala, že u většiny účastníků studie užívajících pro alergii na arašídy perorální imunoterapii (OIT) spolu s probiotikem L. rhamnosus byla navozena pravděpodobně setrvalá nereaktivita. Studie však nezahrnovala skupinu užívající OIT samostatně, a nemohl tak být vyhodnocen relativní přínos probiotika a OIT pro pozorované výsledky.
43. Olle B. Medicines from microbiota. Nat Biotechnol 2013; 31:309–315.
44. Youngster I, Russell GH, Pindar C, et al. Oral, capsulized, frozen fecal microbiota transplantation for relapsing Clostridium difficile infection. J Am Med Assoc 2014; 312:1772–1778.
45. Macpherson AJ, McCoy KD. Standardised animal models of host microbial mutualism. Mucosal Immunol 2015; 8:476–486.
46. Atarashi K, Tanoue T, Shima T, et al. Induction of colonic regulatory T cells by indigenous Clostridium species. Science 2011; 331:337–341.
47. Atarashi K, Tanoue T, Oshima K, et al. Treg induction by a rationally selected mixture of Clostridia strains from the human microbiota. Nature 2013; 500:232–236.
•• Autoři použili postupný přístup pro izolaci směsi 17 kmenů klostridií ze stolice zdravých osob podle jejich schopnosti navodit proliferaci a diferenciaci regulačních T‑lymfocytů v lamina propria tlustého střeva bezmikrobních myší.
48. Narushima S, Sugiura Y, Oshima K, et al. Characterization of the 17 strains of regulatory T cell‑inducing human‑derived Clostridia. Gut Microbes 2014; 5:333–339.
49. Menard S, Cerf‑Bensussan N, Heyman M. Multiple facets of intestinal permeability and epithelial handling of dietary antigens. Mucosal Immunol 2010; 3:247–259.
50. Hadis U, Wahl B, Schulz O, et al. Intestinal tolerance requires gut homing and expansion of FoxP3+ regulatory T cells in the lamina propria. Immunity 2011; 34:237–246.
51. Pabst O, Mowat AM. Oral tolerance to food protein. Mucosal Immunol 2012; 5:232–239.
52. Cao S, Feehley TJ, Nagler CR. The role of commensal bacteria in the regulation of sensitization to food allergens. FEBS Lett 2014; 588:4258–4266.
53. Thorburn AN, Macia L, Mackay CR. Diet, metabolites, and ‘Western‑lifestyle’ inflammatory diseases. Immunity 2014; 40:833–842.
54. Miquel S, Martin R, Rossi O, et al. Faecalibacterium prausnitzii and human intestinal health. Curr Opin Microbiol 2013; 16:255–261.
55. Vital M, Howe AC, Tiedje JM. Revealing the bacterial butyrate synthesis pathways by analyzing (meta)genomic data. mBio 2014; 5:e00889.
56. Smith PM, Howitt MR, Panikov N, et al. The microbial metabolites, short‑chain fatty acids, regulate colonic Treg cell homeostasis. Science 2013; 341:569–573.
57. Arpaia N, Campbell C, Fan X, et al. Metabolites produced by commensal bacteria promote peripheral regulatory T cell generation. Nature 2013; 504:451–455.
58. Furusawa Y, Obata Y, Fukuda S, et al. Commensal microbe‑derived butyrate induces differentiation of colonic regulatory T cells. Nature 2013; 504:446–450.
•• Práce identifikovala mastnou kyselinu s krátkým řetězcem butyrát coby mikrobiální metabolit odpovědný za navození regulačních T‑lymfocytů původními komensálními sporulujícími bakteriemi.
59. Nylund L, Nermes M, Isolauri E, et al. Severity of atopic disease inversely correlates with intestinal microbiota diversity and butyrate‑producing bacteria. Allergy 2015; 70:241–244.
• Autoři zkoumali vzájemný vztah mezi strukturou fekálního mikrobiálního společenství a závažností ekzému u kojenců. Zjistili, že zmírnění onemocnění koreluje se zvýšením množství bakterií vytvářejících butyrát.
60. Thome JJ, Yudanin N, Ohmura Y, et al. Spatial map of human T cell compartmentalization and maintenance over decades of life. Cell 2014; 159:814–828.
•• Studie zkoumala členění T‑lymfocytů ve vzorcích krve, lymfoidních a slizničních tkání odebraných od 56 jednotlivých zemřelých dárců orgánů ve věku od 3 do 73 let. Nebývale široký, celotělový rozsah této analýzy poskytuje náhled na mechanismy utvářející diferenciaci T‑lymfocytů u lidí. Většina paměťových CD4+ T‑lymfocytů je usídlena ve tkáních a distribuce jejich podskupin je komplexnější, než ukazují analýzy periferní krve, kde jsou nadměrně zastoupeny aktivované a recirkulující buňky.
61. Mueller GA, Maleki SJ, Pedersen LC. The molecular basis of peanut allergy. Curr Allergy Asthma Rep 2014; 14:429; 1–9.
62. Pescuma M, Hebert EM, Haertle T, et al. Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus CRL 454 cleaves allergenic peptides of β‑lactoglobulin. Food Chem 2015; 170:407–414.
63. Baar A, Pahr S, Constantin C, et al. Molecular and immunological characterization of Tri a 36, a low molecular weight glutenin, as a novel major wheat food allergen. J Immunol 2012; 189:3018–3025.
64. Gilbert JA, Jansson JK, Knight R. The Earth Microbiome project: successes and aspirations. BMC Biol 2014; 12:69.
65. Caporaso JG, Lauber CL, Walters WA, et al. Ultra‑high‑throughput microbial community analysis on the Illumina HiSeq and MiSeq platforms. ISME J 2012; 6:1621–1624.
66. Knight R, Jansson J, Field D, et al. Unlocking the potential of metagenomics through replicated experimental design. Nat Biotechnol 2012; 30:513–520.

Ohodnoťe článek:
 

Celkové hodnocení článku:
 
2.4/5, hodnoceno 70x
 
 

Diskuze čtenářů


Vstoupit do diskuze