Роль микробиоты и флавоноидов в поддержании баланса хелперных и регуляторных Т-лимфоцитов, ассоциированных с иммунным барьером кишечника

• Павлова Светлана Ивановна

Резюме

Желудочно-кишечный тракт выполняет функцию барьера, представленного динамичными и взаиморегулируемыми компонентами (микробным, химическим, физическим, иммунным) для избирательного проникновения просветного содержимого во внутреннюю среду организма. С точки зрения иммунологии, даже в физиологическом состоянии эпителий кишечной стенки находится в состоянии слабо выраженного воспаления, что объясняется постоянным вторжением антигенов (пищевых, микробных) и, в свою очередь, постоянной готовностью иммунной системы к реагированию.

Цель обзора - анализ современных данных о становлении микробного и иммунологического барьеров, иммунологической толерантности к микробиоте и возможной роли флавоноидов в этих процессах.

Материал и методы. Поиск литературы проводили с помощью библиотечных платформ PubMed, ResearchGate, eLIBRARY преимущественно за последние 10 лет по ключевым словам: flavonoid, gut microbiome/microbiota, Th17, Treg, ROR, immunity, segmented filamentous bacteria.

Результаты. При иммунном ответе значительная роль в поддержании барьерной функции кишечника отводится Т-лимфоцитам-хелперам 17-го типа (Th17). Микробиом кишечника является ключевым элементом в становлении иммунного барьера. Дифференцировка Th17 в кишечнике полноценно запускается комменсалами (по-видимому, основная роль принадлежит сегментированным нитчатым бактериям) после отлучения младенца от груди и начала прикорма. Провоспалительные Th17-эффекторы в кишечнике контролируются противовоспалительными регуляторными Т-лимфоцитами (Treg). В последние годы установлено, что, несмотря на противоположные функции регуляторных клеток и эффекторных Th17, их дифференцировка имеет сходство и характеризуется экспрессией общего транскрипционного фактора ROR. Основную часть периферических регуляторных лимфоцитов кишечника составляет популяция, стабильно экспрессирующая не только FOXP3, но и RORγt. Флавоноиды, являющиеся вторичными метаболитами растений полифенольной структуры, способны ингибировать внутриклеточные киназы, а вследствие этого влиять на активацию и реализацию функций иммунокомпетентных клеток. Некоторые флавоноиды способствуют экспрессии RORγt и способны, по-видимому, репрограммировать эффекторный фенотип клеток Th17, снижая их патогенность.

Заключение. Понимание взаимодействий между микробиотой, иммунными клетками и факторами, участвующими в их регуляции, которые имеют решающее значение для поддержания толерантности, может способствовать прогрессу в профилактике и терапевтических подходах к лечению иммуновоспалительных и аутоиммунных заболеваний.

Ключевые слова:Т-лимфоциты-хелперы 17-го типа; регуляторные лимфоциты; кишечный барьер; микробиом; флавоноиды

Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) человека представляет собой барьер между просветным содержимым и внутренней средой организма. Этот барьер можно разделить на несколько составляющих: микробный, химический, физический и иммунный - тесно взаимосвязанных и определяющих формирование целостной анатомо-функциональной системы.

Физический барьер состоит из монослоя эпителиальных клеток с плотными межклеточными контактами и толстого слоя плотной слизи. Кишечный тракт взрослого индивида является активным иммунным органом, в котором иммунных клеток больше, чем где-либо еще в организме (пейеровы бляшки, изолированные лимфоидные фолликулы). Первые иммунные клетки, как компонент иммунного барьера, начинают заселять ЖКТ плода уже на 6-м месяце беременности [1]. При этом иммунный барьер устанавливается в непосредственном взаимодействии со становлением микробиологического барьера: это происходит в период введения прикорма и затем отлучения от грудного вскармливания [1]. Эти динамичные и взаиморегулируемые барьеры необходимы для избирательного проникновения просветного содержимого в собственную пластинку слизистой и во внутреннюю среду. С точки зрения иммунологии, даже в физиологическом состоянии кишечная стенка (эпителий) находится в состоянии слабо выраженного воспаления, что объясняется постоянным вторжением антигенов (пищевых, микробных) и, в свою очередь, постоянной готовностью иммунной системы к моментальному эффективному реагированию. Некоторые ученые рассматривают возможность проживания большого количества видов симбионтных бактерий на слизистых как отдельную и независимую функцию иммунной системы - акцептивную [2], приводя данные по сопоставлению эффекторных звеньев протективного (защита от патогенов) и акцептивного (взаимодействие с комменсалами) иммунитета, отмечая, что отличием акцептивного иммунитета от протективного является отсутствие воспаления.

Функционирование иммунологического барьера, происходящее на уровне эпителия и собственной пластинки слизистой, реализуется за счет механизмов врожденного и адаптивного иммунитета. Клетки врожденного иммунитета способны моментально распознавать "универсальное микробное чужое" с помощью паттерн-распознающих рецепторов (рецепторов врожденного иммунитета, экспрессирущихся эпителиальными и специализированными антиген-презентирующими клетками), а адаптивный иммунный ответ основан на распознавании индивидуальных антигенных макромолекул. В слизистой оболочке кишечной трубки присутствуют плазматические клетки, продуцирующие иммуноглобулин А (IgA), интраэпителиальные лимфоциты и γδT-лимфоциты. Накопление этих иммунных клеток в слизистой регулируется микробиотой, которая усиливает барьерную функцию слизистой оболочки, обеспечивая иммунную защиту в отношении патогенов и одновременно поддерживает иммунный гомеостаз. CD4⁺-Т-лимфоциты - хелперы эпителия и собственной пластинки слизистой кишечника играют решающую роль в реализации иммунного ответа: дифференцировка с формированием адаптивных эффекторных субпопуляций с уникальными функциональными возможностями. Кроме того, γδT-клетки собственной пластинки слизистой кишки дифференцируются c формированием значительного количества Т-клеток, продуцирующих интерлейкин (ИЛ) 17 [3, 4].

Иммунной системе ЖКТ приходится выполнять противоположные функции: с одной стороны, оставаться способной реагировать на патогены и их продукты, а с другой стороны, поддерживать состояние толерантности к микробам-комменсалам. Поддержание иммунологической толерантности к антигенам микробиоты кишечника обеспечивается клетками как врожденного, так и адаптивного иммунитета: продукция слизи и антибактериальных пептидов, противовоспалительных факторов, секреторного IgA. Следует подчеркнуть, что состояние иммунологической толерантности в значительной степени реализуется при участии Т-регуляторных лимфоцитов (Treg), созревающих в тимусе и индуцированных на периферии, которые ингибируют воспаление, развитие аутоиммунных и аллергических состояний.

Постоянно взаимодействуя с микробами, активными компонентами пищи, иммунная система кишечника обеспечивает хрупкий баланс между поддержанием иммунной толерантности и воспалительным иммунным ответом в отношении микробных антигенов. Нарушение этого баланса может приводить к сбою иммунной регуляции и возникновению иммуновоспалительных/аутоиммунных заболеваний. Касаясь механизмов этого тонкого баланса, в последние годы пристальное внимание сконцентрировано на двух противоположных популяциях лимфоцитов: провоспалительных хелперных лимфоцитах-эффекторах 17-го типа (Th17) и периферических Treg. Для обеих субпопуляций характерна экспрессия транскрипционного фактора RORγt [4-9]. Открытие регуляторных клеток, экспрессирующих RORγt (RORγt⁺Treg), характерных для барьерных тканей, привело к формированию стратегии воздействия на патогенные RORγt-экспрессирующие Th17-клетки с целью репрограммирования их и приобретения регуляторной функции RORγt⁺Treg. Известно, что растительные полифенольные соединения (флавоноиды) способны индуцировать транскрипционный фактор RORyt в различных CD4⁺-Т-клетках.

В связи с этим целью обзора стал анализ современных сведений о становлении микробного и иммунологического барьеров, иммунологической толерантности к микробиоте и возможной роли флавоноидов в этих процессах.

Материал и методы

Поиск литературы проводили с помощью библиотечных платформ PubMed, ResearchGate, eLIBRARY преимущественно за последние 10 лет по ключевым словам: flavonoid, gut microbiome/microbiota, Th17, Treg, ROR, immunity, segmented filamentous bacteria.

Созревание иммунологического барьера нуждается в стимуляции бактериями

ЖКТ населен разнообразной мутуалистичной микробной флорой, которая известна как микробиом. У взрослого человека количество собственных клеток и численность бактерий микробиома характеризуется практически одинаковым порядком (10¹³), а масса микробиома кишечника составляет около 0,2 кг [10]. Показано, что нарушения состава микробиома тесно связаны с различной патологией организма хозяина: аллергическими [11], аутоиммунными [12], сердечно-сосудистыми заболеваниями [13], сахарным диабетом 2 типа [14]. На моделях безмикробных мышей было показано, что отсутствие бактерий-комменсалов приводит к снижению иммунитета и жизнеспособности экспериментальных животных [15].

Заселение и формирование относительно постоянного состава микробиома происходит в течение первых 3 лет жизни, его изменение зависит от способа рождения, наличия грудного вскармливания, приема антибиотиков и воздействия других факторов [16, 17]. Например, естественные вагинальные роды коррелируют с повышенным уровнем бактероидов (например, B. fragilis), грудное вскармливание приводит к увеличению относительной численности бифидобактерий, а его прекращение - бактерий типа фирмикутов (класса Clostridia) [18, 19].

Колонизация микробиотой хозяина-млекопитающего запускает различные физиологические адаптационные механизмы, необходимые для созревания иммунной системы и поддержания взаимовыгодных отношений с микробиотой. Иммунная система эволюционировала во взаимодействии с микробиотой, что привело к развитию целого дерева иммунологических решений, среди которых воспалительная реакция является лишь одной из ветвей [4]. Формирование и функции клеток иммунной системы критически зависят от разнообразного набора микробных метаболитов. Микробиота участвует как в метаболизме субстратов, поступающих с пищей, так и производит вещества, которые влияют на иммунную систему кишечника. Например, бактерии ферментируют пищевые волокна с образованием короткоцепочечных жирных кислот, преобразуют первичные желчные кислоты во вторичные, обладающие противовоспалительными свойствами, могут метаболизировать пищевой триптофан с образованием индолов, а аргинин - до полиаминов, что способствует формированию барьерной функции эпителия [20].

Микробы-комменсалы являются эволюционным партнером человека, иммунная система которого формируется, используя различные инструменты для их распознавания [4]. Однако большинство комменсалов обитает в просвете кишки, пространственно отделенном от иммунной системы хозяина. Поэтому считается, что для запуска развития нормальной иммунной системы слизистой кишки необходима колонизация микробами, которые способны проникать через слой слизи и плотно контактировать с эпителием, практически не вторгаясь в организм хозяина. К таким микробам причисляют сегментированные нитчатые бактерии (СНБ). Плотное контактирование СНБ с поверхностью эпителия кишечника характеризуется мощным иммуностимулирующим потенциалом, вызывая дифференцировку Т-лимфоцитов-хелперов. Колонизация кишечника СНБ безмикробных животных приводит к развитию различных популяций лимфоцитов (Th1, Th17 и Treg), подобно колонизации сложной микробиотой, но с преобладанием Th17, так что кишечный барьер (как и другие внешние барьеры) является привилегированным местом для Th17.

СНБ - анаэробные спорообразующие комменсалы, генетически родственные клостридиям, характеризующиеся уникальной морфологией: нити длиной до 1 мм. Считается, что СНБ не растут в чистой культуре, но в 2015 г. был продемонстрирован рост этих бактерий in vitro на монослое различных мышиных и человеческих эпителиальных клеточных линий [21]. СНБ обнаружены в кишечнике многих позвоночных (в том числе у человека), тесно прикрепленными к эпителию терминальной части подвздошной кишки с помощью специального "крючка" [22, 23]. Подобное взаимодействие способствует тому, что белки клеточной стенки СНБ попадают в клетку хозяина путем эндоцитоза (не фагоцитоза), зависимого от белка-регулятора актинового цитоскелета хозяина Cdc42 [24]. В настоящее время это первый и единственный пример "физиологического" приобретения антигенов комменсала с последующей специфической дифференцировкой Т-лимфоцитов без развития выраженной воспалительной реакции.

Научные данные свидетельствуют о том, что СНБ способны направлять доминирующий сигнал специализированно для индукции Th17-лимфоцитов. СНБ активируют антиген-презентирующие клетки собственной пластинки слизистой для дифференцировки преимущественно Th17 [22, 23], необходимых для модуляции иммунитета в целом и выработки секреторного IgA в частности [22]. Кроме того, Th17-лимфоциты характеризуются выработкой ИЛ-17 - цитокина, который активирует высвобождение хемокинов эпителиальными клетками кишечника, приводя к привлечению нейтрофилов. Нейтрофилы секретируют антимикробные пептиды и ИЛ-22. ИЛ-22 непосредственно поддерживает барьерную функцию кишечника, усиливая пролиферацию, миграцию, слизеобразование эпителиоцитов и продукцию ими антимикробных пептидов. Последние контролируют экспансию бактерий и гиперпродукцию провоспалительного ИЛ-17 по принципу отрицательной обратной связи [25].

Однако стимуляция иммунной системы СНБ не всегда приводит к благоприятным эффектам. Хотя СНБ может колонизировать людей, в настоящее время не существует конкретных научных данных о связи с заболеваниями человека, но на мышиных моделях было показано, что колонизация безмикробных мышей СНБ способна запускать аутоиммунную патологию, опосредованную Th17 [26]. Поскольку СНБ тесно связаны со слизистой подвздошной кишки, для изучения этих бактерий необходимо использовать непростую инвазивную процедуру извлечения биопсийного материала. Это ограничивает доступность исследований СНБ человека, которые, по-видимому, обладают видовыми особенностями и заслуживают дальнейшего пристального изучения.

Регуляция кишечной микробиоты обеспечивает тонкий иммунный баланс, а дисбиоз способствует развитию аутоиммунных заболеваний как у мышей, так и у людей, протекающих как в кишечнике, так и за его пределами, в других органах и тканях [27]. Считается, что аутоиммунные/хронические иммуновоспалительные заболевания возникают из-за дисбаланса между патогенными эффекторными Т-клетками и Treg. В последнее время для понимания механизмов регуляции этого баланса возрос интерес к регуляции пластичности Т-эффекторов и Treg-лимфоцитов.

Пластичность иммунных клеток кишечного барьера

Слизистая оболочка кишечника содержит большое количество различных иммунных клеток, поскольку ЖКТ является основным путем поступления микроорганизмов в организм хозяина. Кишечный тракт млекопитающих представляет собой орган, где образуются как периферически индуцируемые регуляторные CD4⁺-Т-клетки, так и различные адаптивные T-лимфоциты-эффекторы. Адаптивные Т-лимфоциты-хелперы (CD4⁺) имеют решающее значение для защиты хозяина от разнообразных вне- и внутриклеточных патогенов, но они же могут стать причиной иммуноопосредованных заболеваний (см. таблицу). Экспрессия факторов транскрипции (T-bet, GATA3, RORγt и т.д.) направляет дифференцировку Т-лимфоцитов при иммунном ответе в периферических лимфоидных тканях, включая кишечник [28, 29]. Как показано в таблице, дифференцированные Т-лимфоциты-хелперы (Th1, Th2, Th17, Th22) вырабатывают характерные паттерны цитокинов для борьбы с различными микробными патогенами. Ранее полагали, что эти субпопуляции лимфоцитов ведут себя как линии со стабильным фенотипом. Однако исследования последних лет поставили под сомнение то, что субпопуляции хелперных CD4⁺-Т-клеток являются необратимо (терминально) дифференцированными [30].

В кишечнике выявляют различные популяции иммунных клеток, экспрессирующих транскрипционный фактор RORγt [9]: Th17, Tregs, γδ-Т-клетки и лимфоидные клетки врожденного иммунитета 3-го типа, которые "управляют" воспалением и/или формированием толерантности в кишечнике [31]. Еще с 1990-х гг. было известно, что белок RORγt влияет на экспрессию генов и участвует в дифференцировке Т-лимфоцитов. После обнаружения Th17-лимфоцитов было продемонстрировано, что RORγt определяет их дифференцировку у мышей, но одновременно стали лавинообразно нарастать сведения о роли Th17 в патогенезе аутоиммунных заболеваний [32]. Так, показано, что провоспалительные Th17-клетки с Th1-подобными свойствами являются основными патогенными клетками при язвенном колите и болезни Крона [9]. Однако в последнее время появились сведения о том, что блокирование ИЛ-17 моноклональными антителами может обострять колит у пациентов с болезнью Крона, указывая на то, что такая терапия влияет не только на популяцию провоспалительных лимфоцитов-эффекторов.

Открытие новой популяции Treg внесло определенную ясность как в механизм развития описанного явления, так и в понимание становления иммунного барьера и иммунной толерантности в ЖКТ в целом. Как ни парадоксально, но в кишечнике фактор транскрипции RORγt экспрессируется не только Th17-лимфоцитами, но и Treg (Foxp3⁺RORyt⁺) одновременно с основным фактором транскрипции регуляторных клеток Foxp3 [9]. Это популяция периферически индуцированных Treg толстой кишки характеризуется высокой иммуносупрессивной функцией: RORγt⁺ Treg подавляют воспаление эффективнее, чем Treg, не экспрессирующие RORyt [5, 6]. Возможно, это связано с тем, что RORγt необходим для поддержания экспрессии Foxp3 в Treg. Несмотря на экспрессию RORγt, RORγt⁺ Treg в меньшей степени продуцируют ИЛ-17 по сравнению с Th17 [5]. По-видимому, баланс между провоспалительными Th17-лимфоцитами и противовоспалительными Treg-лимфоцитами имеет решающее значение для поддержания толерантности в кишечнике. Как выясняется, Foxp3⁺Treg могут менять уровень экспрессии фактора Foxp3. Так, было показано, что периферические Treg толстой кишки являются фенотипически и функционально нестабильными и могут трансдифференцироваться в Th17 [9] и приобретать способность продуцировать провоспалительные цитокины, что приводит к возникновению воспалительной патологии.

Пластичность хелперных CD4⁺-Т-клеток может иметь и прикладное значение: модулирование развития различных типов иммунных клеток с целью перепрограммирования/переключения провоспалительной эффекторной популяции в популяцию с противовоспалительными регуляторными свойствами в терапевтических целях. Важно понимать, что при воспалительных заболеваниях кишечные Т-лимфоциты-хелперы представляют собой набор фенотипически промежуточных субпопуляций, которые могут трансдифференцироваться в ответ на сигналы окружающей среды.

Остается открытым вопрос, что играет решающую роль в поддержании нормальных толерогенных реакций в толстой кишке? Сегодня обсуждаются в этом плане 3 типа факторов: бактериальные метаболиты, бактериальные компоненты, а также некоторые виды бактерий [33]. Отдельно следует обратить внимание на роль в этом процессе полифенолов растительного происхождения, на молекулярные механизмы действия флавоноидов, способных влиять на экспрессию RORγt и дифференцировку иммунных клеток с противоположными функциями.

Флавоноиды поддерживают иммунологическую толерантность и контролируют воспаление

Количество исследований, посвященных влиянию пищевого рациона на различные аспекты здоровья человека, лавинообразно растет. За последний год в базе библиотеки PubMed представлены не только исследования разного дизайна и качества, но и более 70 систематических обзоров и метаанализов о влиянии рационов на основе растительных компонентов на состав кишечного микробиома [34, 35]. Результаты показывают, что потребление овощей и фруктов может снижать риски развития воспалительных заболеваний кишечника [36], рака молочной железы [37, 38], злокачественных новообразований ЖКТ [39]. В нескольких исследованиях была выявлена связь между растительными диетами и снижением риска развития сердечно-сосудистых заболеваний, ожирения и сахарного диабета 2 типа [40]. Так, потребление бобовых (400 г/нед) было связано со снижением риска ишемической болезни сердца, но не инсульта [40]. Приверженность веганской диете продемонстрировала возможность снижения массы тела и улучшение гликемического профиля, но не влияла значимо на артериальное давление, уровень холестерина липопротеинов высокой плотности и триглицеридов [41].

Большинство наблюдений за практически здоровыми людьми или пациентами выявили положительную взаимосвязь между приверженностью к растительной диете и состоянием здоровья, но конкретные механизмы остаются в значительной степени неисследованными. Есть устоявшееся мнение, что из овощей и фруктов человек получает широкий спектр витаминов, минеральных веществ, антиоксидантов и клетчатки. Однако, как показывает междисциплинарный анализ литературы, к наиболее активным соединениям, получаемым с растительной пищей, относятся флавоноиды. Эти полифенольные соединения хорошо известны как антиоксиданты, но это далеко не единственная их биологическая активность.

Флавоноиды (флавоны, изофлавоны, флавонолы, флаванолы, флаваноны, антоцианидины и др.) характеризуются структурным разнообразием: известно более 5000 индивидуальных представителей. Высоким содержанием флавоноидных соединений характеризуется семейство бобовых. Известно, что представители этого семейства вступают в симбиотические взаимоотношения с клубеньковыми азотфиксирующими бактериями рода Rhizobium. В последние годы подробно изучен молекулярный механизм становления этого симбиоза [42]. Исследования демонстрируют, что флавоноиды экссудата корней растений семейства бобовых регулируют транскрипцию генов у азотфиксирующих почвенных бактерий, связываясь со специфическим белком Nod D. Такое взаимодействие растения и бактерии приводит к выработке бактерией сигнальных молекул - Nod-факторов (липохитоолигосахаридов) [43]. Nod-факторы, действуя через специфические рецепторы клеток корня растения и инициируя Ca²⁺-зависимый сигнал, опосредуют изменение иммунных реакций растительной клетки. Это необходимо на ранних этапах становления симбиоза, когда бактерии проникают в корневые волоски и внутрь корня за счет инвагинации клеточной мембраны, затем, окруженные мембраной, путем эндоцитоза попадают в клетки растения-хозяина. В результате обмена сигналами в процессе симбиотических отношений клубеньковые бактерии претерпевают значительные транскрипционные и морфологические изменения [42, 43]. Таким образом, корневой системой растений выделяются разнообразные вторичные метаболиты (например, флавоноиды), которые специфически формируют микробиом ризосферы. В свою очередь, микробиом ризосферы влияет на рост и определяет защиту растений. Возникает вопрос: если флавоноиды являются компонентом диеты, возможно ли влияние флавоноидов на толерогенные реакции при становлении иммунного барьера в кишечнике у животных и человека?

Флавоноиды, как известно, не синтезируются в животных клетках, но доказано их влияние на транскрипцию их генов. При этом значительное количество экспериментов свидетельствует о влиянии флавоноидов на активность внутриклеточных сигнальных молекул (протеинкиназ, факторов транскрипции) за счет изменения фосфорилирования в сигнальных каскадах [44]. В системах in vitro c использованием культур клеток/тканей показано влияние флавоноидов на различные киназы: семейство MAPK (митоген-активируемая протеинкиназа), включая подсемейства ERK, JNK и р38, большое число исследований демонстрирует ингибирование NF-κB/IKK-зависимого сигнального пути флавоноидами [44].

Обратимое фосфорилирование белков, катализируемое протеинкиназами/протеинфосфатазами, является основным механизмом изменения активности эукариотической клетки в ответ на гормоны, цитокины, факторы роста, активные формы кислорода (через редокс-чувствительные факторы транскрипции). Способность флавоноидов ингибировать внутриклеточные киназы может быть связана с механизмами конкуренции за АТФ-связывающие сайты [45] и в итоге со снижением активации и пролиферации иммунокомпетентных клеток [46-48].

На стадии индукции иммунного ответа в процессе деления Т-лимфоцитов-хелперов запускается процесс их дифференцировки. В результате образуются разные эффекторные, а также регуляторные Т-лимфоциты. Как уже обсуждалось, каждая Т-хелперная субпопуляция характеризуется определенным спектром цитокинов, которые определяют специфические функции и создают основу для реализации различных механизмов иммунной защиты в зависимости от вида и локализации патогена, а дисбаланс лимфоцит-эффектор/регуляторный лимфоцит играет важную роль в патогенезе аллергии и аутоиммунных процессов. Специфическое ингибирование сигнальной трансдукции (внутриклеточных киназ) в лимфоцитах на этапе индукции иммунного ответа способно привести к переключению иммунного ответа на формирование другой хелперной или регуляторной популяции и, таким образом, супрессии иммунопатологического процесса [44].

В экспериментах на животных флавоноиды эффективны в моделях воспалительных и аутоиммунных заболеваний: подавляют воспалительную инфильтрацию, снижают продукцию провоспалительных цитокинов, повышают продукцию Treg-специфических цитокинов (TGF-β и ИЛ-10) и экспрессию фактора транскрипции Foxp3, изменяя баланс хелперных и регуляторных лимфоцитов, модулируя иммунный ответ. Такие флавоноиды, как байкалин [49], нарингенин [50], ингибируют дифференцировку провоспалительных Th17-лимфоцитов, снижают экспрессию транскрипционного фактора RORyt одновременно с повышающей регуляцией экспрессии Foxp3. Но есть и другие примеры, которые заслуживают особенного внимания. Так, флавоноиды корней солодки в модели иммунопатологического процесса способны переключать иммунный ответ и способствовать секреции цитокинов, характерных для индуцируемых на периферии регуляторных лимфоцитов Foxp3⁺RORyt⁺ Treg. Об этом свидетельствуют уменьшение секреции ИЛ-2, интерферона γ и ИЛ-4 (характерные цитокины Th1- и Th2-иммунного ответа) с одновременным увеличением продукции как ИЛ-10, так и ИЛ-17 клетками регионарных лимфоузлов [47]. Поскольку экспрессия RORγt наблюдается как в провоспалительных Th17 клетках-эффекторах, так и в противовоспалительных регуляторных лимфоцитах кишечника, в настоящее время разрабатываются различные модуляторы этого транскрипционного фактора, т.е. RORγt стал интересным кандидатом для контроля различных аутоиммунных заболеваний. По-видимому, флавоноидные соединения (в особенности некоторые, синтезируемые растениями семейства бобовых) являются регуляторами барьерной функции, что непосредственно связано с этим механизмом. Это предположение подтверждается экспериментальными данными: прямым влиянием на активность RORa/γ и экспрессию гена ИЛ-17. Продемонстрировано, что изофлавоны биоханин A, генистеин, формононетин и дайдзеин дозозависимо усиливают активность RORα/RORγ-транскрипционных факторов, а также экспрессию гена ИЛ-17 [51, 52].

In vitro флавоноиды проявляют себя как очень активные соединения, но на организменном уровне характеризуются довольно короткими периодами полувыведения, а также значительным пресистемным метаболизмом и низкой биодоступностью [53, 54]. Таким образом, при пероральном введении флавоноидов (пища, биологически активные добавки к пище или лекарственные препараты) концентрация полифенолов в ЖКТ превышает таковую в системном кровотоке. Флавоноиды взаимодействуют с кишечной микробиотой, которая может принимать участие в метаболизме этих соединений. Их метаболиты, а также сами нативные полифенолы обладают антибактериальными свойствами в отношении патогенов, регулируя врожденный и адаптивный иммунитет [53-55]. Целенаправленное исследование флавоноидов, способных повышать экспрессию транскрипционного фактора ROR, "переключать" дифференцировку T-лимфоцитов-хелперов и репрограммировать Т-клетки, углубленное понимание роли пищевых полифенолов в поддержании баланса Treg и эффекторных Th17 может открыть новые подходы к профилактике/терапии иммуновоспалительных заболеваний и в целом стратегии поддержания эубиоза.

Заключение

В ЖКТ обитает сообщество микроорганизмов, постоянно взаимодействующее с иммунной системой хозяина. Хотя многие из этих микробов являются комменсалами и выполняют важные физиологические функции, иммунная система хозяина постоянно контролирует микробное сообщество: поддерживаются динамичные взаимоотношения. Стимуляция бактериями иммунной системы приводит к формированию Th17, которые является ключевыми в становлении иммунного барьера кишечника и защите от грибковых и бактериальных инфекций. Однако Th17 обладают провоспалительными свойствами, участвуют в патогенезе аутоиммунных заболеваний. Это объясняет связь воспалительных заболеваний кишечника с другими болезнями человека, включая сердечно-сосудистые и онкологические, и позволяет рассматривать общий этиопатогенетический подход к их фармакотерапии и профилактике.

Баланс между Th17-эффекторами и Treg является основой для поддержания иммунологической толерантности в кишечнике. Несмотря на противоположные функции Treg и эффекторных Th17, их дифференцировка имеет значительное сходство. Недавно полученные данные свидетельствуют о том, что транскрипционный фактор RORγt экспрессируется не только эффекторными Th17, но и некоторыми регуляторными CD4⁺-субпопуляциями. Эти наблюдения поднимают вопросы возможности регуляции: поиск специфических индукторов RORγt⁺Tregs, или "переключателей" RORγt⁺Th17/RORγt⁺Tregs, - это становится возможным их-за пластичности иммунного ответа.

Флавоноиды характеризуются широким спектром биологических эффектов как у растений, так и у человека. Так, флавоноиды экссудата корней бобовых выполняют роль сигнальных молекул при становлении симбиоза с почвенными бактериями. У человека способствуют поддержанию эубиоза кишечной микробиоты, оказывают противовоспалительные эффекты. Таким образом, преимущества, получаемые от растительной пищи, богатой полифенолами, в том числе опосредуются кишечной микробиотой. На уровне молекулярных механизмов многие флавоноиды растений способны ингибировать протеинкиназы, а вследствие этого влиять на активацию и реализацию эффекторных функций иммунокомпетентных клеток. Известно, что изофлавоны являются индукторами транскрипционного фактора ROR, а флавоноиды корней солодки способны переключать эффекторный фенотип Th17-лимфоцитов и снижать их патогенность. На наш взгляд, биологически активные свойства флавоноидов особенно перспективны с точки зрения воплощения в жизнь концепции регуляторов/переключателей иммунного ответа. Специфическое ингибирование сигнальных каскадов в лимфоцитах способно привести к переключению иммунного ответа на формирование другой адаптивной хелперной или регуляторной популяции и супрессии иммунопатологического процесса.

Нарушения состава микробиоты могут наблюдаться у пациентов с различной патологией. Понимание взаимодействий между микробиотой, иммунными клетками и факторами, участвующими в их регуляции, которые имеют решающее значение для поддержания толерантности, может способствовать прогрессу в профилактике и терапевтических подходах к лечению заболеваний, включая аутоиммунные и хронические воспалительные.

Литература

1. Oemcke L.A., Anderson R.C., Altermann E., Roy N.C., McNabb W.C. The role of segmented filamentous bacteria in immune barrier maturation of the small intestine at weaning // Front. Nutr. 2021. Vol. 8. Article ID 759137. DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2021.759137

2. Киселева Е.П. Акцептивный иммунитет - основа симбиотических взаимоотношений // Инфекция и иммунитет. 2019. Т. 5, № 2. С. 113-130. DOI: https://doi.org/10.15789/2220-7619-2015-2-113-130

3. Kogut M.H., Lee A., Santin E. Microbiome and pathogen interaction with the immune system // Poult. Sci. 2020. Vol. 99, N 4. P. 1906-1913. DOI: https://doi.org/10.1016/j.psj.2019.12.011

4. Ivanov I.I., Tuganbaev T., Skelly A.N., Honda K. T cell responses to the microbiota // Annu. Rev. Immunol. 2022. Vol. 40. P. 559-587. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-immunol-101320-011829

5. Sefik E., Geva-Zatorsky N., Oh S., Konnikova L., Zemmour D., McGuire A.M. et al. Individual intestinal symbionts induce a distinct population of RORγ⁺ regulatory T cells // Science. 2015. Vol. 349, N 6251. P. 993-997. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aaa9420

6. Yang B.H., Hagemann S., Mamareli P., Lauer U., Hoffmann U., Beckstette M. et al. Foxp3(+) T cells expressing RORγt represent a stable regulatory T-cell effector lineage with enhanced suppressive capacity during intestinal inflammation // Mucosal Immunol. 2016. Vol. 9, N 2. P. 444-457. DOI: https://doi.org/10.1038/mi.2015.74

7. Ohnmacht C., Park J.H., Cording S., Wing J.B., Atarashi K., Obata Y. et al. The microbiota regulates type 2 immunity through RORγt⁺ T cells // Science. 2015. Vol. 349, N 6251. P. 989-993. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aac4263

8. Bhaumik S., Mickael M.E., Moran M., Spell M., Basu R. RORγt promotes Foxp3 expression by antagonizing the effector program in colonic regulatory T cells // J. Immunol. 2021. Vol. 207, N 8. P. 2027-2038. DOI: https://doi.org/10.4049/jimmunol.2100175

9. Mickael M.E., Bhaumik S., Basu R. Retinoid-related orphan receptor RORγt in CD4⁺ T-cell-mediated intestinal homeostasis and inflammation // Am. J. Pathol. 2020. Vol. 190, N 10. P. 1984-1999. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ajpath.2020.07.010

10. Sender R., Fuchs S., Milo R. Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body // PLoS Biol. 2016. Vol. 14, N 8. Article ID e1002533. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1002533

11. Rey-Mariño A., Francino M.P. Nutrition, gut microbiota, and allergy development in infants // Nutrients. 2022. Vol. 14, N 20. P. 4316. DOI: https://doi.org/10.3390/nu14204316

12. Jiao Y., Wu L., Huntington N.D., Zhang X. Crosstalk between gut microbiota and innate immunity and its implication in autoimmune diseases // Front. Immunol. 2020. Vol. 11. P. 282. DOI: https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.00282

13. Witkowski M., Weeks T.L., Hazen S.L. Gut microbiota and cardiovascular disease // Circ. Res. 2020. Vol. 127, N 4. P. 553-570. DOI: https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.120.316242

14. Kant R., Chandra L., Verma V., Nain P., Bello D., Patel S. et al. Gut microbiota interactions with anti-diabetic medications and pathogenesis of type 2 diabetes mellitus // World J. Methodol. 2022. Vol. 12, N 4. P. 246-257. DOI: https://doi.org/10.5662/wjm.v12.i4.246

15. Kennedy E.A., King K.Y., Baldridge M.T. Mouse microbiota models: comparing germ-free mice and antibiotics treatment as tools for modifying gut bacteria // Front. Physiol. 2018. Vol. 9. P. 1534. DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2018.01534

16. Arrieta M.C., Stiemsma L.T., Amenyogbe N., Brown E.M., Finlay B. The intestinal microbiome in early life: health and disease // Front. Immunol. 2014. Vol. 5. P. 427. DOI: https://doi.org/10.3389/fimmu.2014.00427

17. Derrien M., Alvarez A.-S., de Vos W.M. The gut microbiota in the first decade of life // Trends Microbiol. 2019. Vol. 27, N 12. P. 997-1010.

18. Stewart C.J., Ajami N.J., O’Brien J.L., Hutchinson D.S., Smith D.P., Wong M.C. et al. Temporal development of the gut microbiome in early childhood from the TEDDY study // Nature. 2018. Vol. 562, N 7728. P. 583-588. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0617-x

19. Stricker S., Hain T., Chao C.M., Rudloff S. Respiratory and intestinal microbiota in pediatric lung diseases-current evidence of the gut-lung axis // Int. J. Mol. Sci. 2022. Vol. 23, N 12. P. 6791. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms23126791

20. Postler T.S., Ghosh S. Understanding the holobiont: how microbial metabolites affect human health and shape the immune system // Cell Metab. 2017. Vol. 26, N 1. P. 110-130. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cmet.2017.05.008

21. Schnupf P., Gaboriau-Routhiau V., Gros M., Friedman R., Moya-Nilges M., Nigro G. et al. Growth and host interaction of mouse segmented filamentous bacteria in vitro // Nature. 2015. Vol. 520, N 7545. P. 99-103. DOI: https://doi.org/10.1038/nature14027

22. Schnupf P., Gaboriau-Routhiau V., Sansonetti P.J., Cerf-Bensussan N. Segmented filamentous bacteria, Th17 inducers and helpers in a hostile world // Curr. Opin. Microbiol. 2017. Vol. 35. P. 100-109. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2017.03.004

23. Chen H., Wang L., Wang X., Wang X., Liu H., Yin Y. Distribution and strain diversity of immunoregulating segmented filamentous bacteria in human intestinal lavage samples // Microb. Ecol. 2020. Vol. 79, N 4. P. 1021-1033. DOI: https://doi.org/10.1007/s00248-019-01441

24. Ladinsky M.S., Araujo L.P., Zhang X., Veltri J., Galan-Diez M., Soualhi S. et al. Endocytosis of commensal antigens by intestinal epithelial cells regulates mucosal T cell homeostasis // Science. 2019. Vol. 363, N 6431. Article ID eaat4042. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aat4042

25. Flannigan K.L., Ngo V.L., Geem D., Harusato A., Hirota S.A., Parkos C.A. et al. IL-17A-mediated neutrophil recruitment limits expansion of segmented filamentous bacteria // Mucosal Immunol. 2017. Vol. 10, N 3. P. 673-684. DOI: https://doi.org/10.1038/mi.2016.80

26. Flannigan K.L., Denning T.L. Segmented filamentous bacteria-induced immune responses: a balancing act between host protection and autoimmunity // Immunology. 2018. Vol. 154, N 4. P. 537-546. DOI: https://doi.org/10.1111/imm.12950

27. Sprouse M.L., Bates N.A., Felix K.M., Wu H.J. Impact of gut microbiota on gut-distal autoimmunity: a focus on T cells // Immunology. 2019. Vol. 156, N 4. P. 305-318. DOI: https://doi.org/10.1111/imm.13037

28. Ivanov I.I., McKenzie B.S., Zhou L., Tadokoro C.E., Lepelley A., Lafaille J.J. et al. The orphan nuclear receptor RORgammat directs the differentiation program of proinflammatory IL-17+ T helper cells // Cell. 2006. Vol. 126, N 6. P. 1121-1133. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2006.07.035

29. Qin L., Waseem T.C., Sahoo A., Bieerkehazhi S., Zhou H., Galkina E.V. et al. Insights into the molecular mechanisms of T follicular helper-mediated immunity and pathology // Front. Immunol. 2018. Vol. 9. P. 1884. DOI: https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.01884

30. O’Shea J.J., Paul W.E. Mechanisms underlying lineage commitment and plasticity of helper CD4+ T cells // Science. 2010. Vol. 327, N 5969. P. 1098-1102. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1178334

31. Lyu M., Suzuki H., Kang L. ILC3s select microbiota-specific regulatory T cells to establish tolerance in the gut // Nature. 2022. Vol. 610, N 7933. P. 744-751. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05141-x

32. Bettelli E., Korn T., Kuchroo V.K. Th17: the third member of the effector T cell trilogy // Curr. Opin. Immunol. 2007. Vol. 19, N 6. P. 652-657. DOI: https://doi.org/10.1016/j.coi.2007.07.020

33. Kayama H., Okumura R., Takeda K. Interaction between the microbiota, epithelia, and immune cells in the intestine // Annu. Rev. Immunol. 2020. Vol. 38. P. 23-48. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-immunol-070119-115104

34. Sidhu S.R.K., Kok C.W., Kunasegaran T., Ramadas A. Effect of plant-based diets on gut microbiota: a systematic review of interventional studies // Nutrients. 2023. Vol. 15, N 6. P. 1510. DOI: https://doi.org/10.3390/nu15061510

35. Bolte L.A., Vich Vila A., Imhann F., Collij V., Gacesa R., Peters V. et al. Long-term dietary patterns are associated with pro-inflammatory and anti-inflammatory features of the gut microbiome // Gut. 2021. Vol. 70, N 7. P. 1287-1298. DOI: https://doi.org/10.1136/gutjnl-2020-322670

36. Li F., Liu X., Wang W., Zhang D. Consumption of vegetables and fruit and the risk of inflammatory bowel disease: a meta-analysis // Eur. J. Gastroenterol. Hepatol. 2015. Vol. 27, N 6. P. 623-630. DOI: https://doi.org/10.1097/MEG.0000000000000330

37. Lu Y.T., Gunathilake M., Kim J. The influence of dietary vegetables and fruits on endometrial cancer risk: a meta-analysis of observational studies // Eur. J. Clin. Nutr. 2023. Vol. 77, N 5. P. 561-573. DOI: https://doi.org/10.1038/s41430-022-01213-3

38. Shin S., Fu J., Shin W.K., Huang D., Min S., Kang D. Association of food groups and dietary pattern with breast cancer risk: a systematic review and meta-analysis // Clin. Nutr. 2023. Vol. 42, N 3. P. 282-297. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clnu.2023.01.003

39. Zhao Y., Zhan J., Wang Y., Wang D. The relationship between plant-based diet and risk of digestive system cancers: a meta-analysis based on 3,059,009 subjects // Front. Public Health. 2022. Vol. 10. Article ID 892153. DOI: https://doi.org/10.3389/fpubh.2022.892153

40. Mendes V., Niforou A., Kasdagli M.I., Ververis E., Naska A. Intake of legumes and cardiovascular disease: a systematic review and dose-response meta-analysis // Nutr. Metab. Cardiovasc. Dis. 2023. Vol. 33, N 1. P. 22-37. DOI: https://doi.org/10.1016/j.numecd.2022.10.006

41. Termannsen A.D., Clemmensen K.K.B., Thomsen J.M., Norgaard O., Díaz L.J., Torekov S.S. et al. Effects of vegan diets on cardiometabolic health: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials // Obes. Rev. 2022. Vol. 23, N 9. Article ID e13462. DOI: https://doi.org/10.1111/obr.13462

42. Roy S., Liu W., Nandety R.S., Crook A., Mysore K.S., Pislariu C.I. et al. Celebrating 20 years of genetic discoveries in legume nodulation and symbiotic nitrogen fixation // Plant Cell. 2020. Vol. 32, N 1. P. 15-41. DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.19.00279

43. Abdel-Lateif K., Bogusz D., Hocher V. The role of flavonoids in the establishment of plant roots endosymbioses with arbuscular mycorrhiza fungi, rhizobia and Frankia bacteria // Plant Signal. Behav. 2012. Vol. 7, N 6. P. 636-641. DOI: https://doi.org/10.4161/psb.20039

44. Павлова С.И., Албегова Д.З., Воробьева Ю.С., Лаптев О.С., Козлов И.Г. Флавоноиды как потенциальные иммуносупрессанты, воздействующие на внутриклеточные сигнальные пути // Химико-фармацевтический журнал. 2015. Т. 49, № 10. С. 3-10. DOI: https://doi.org/10.1007/s11094-016-1345-x

45. Jung S.K., Ha S.J., Jung C.H., Kim Y.T., Lee H.K., Kim M.O. et al. Naringenin targets ERK2 and suppresses UVB-induced photoaging // J. Cell. Mol. Med. 2016. Vol. 20, N 5. P. 909-919. DOI: https://doi.org/10.1111/jcmm.12780

46. Павлова С.И., Гладков И.В., Кягова А.А., Козлов И.Г. Флавоноиды корня солодки подавляют индуцированную in vitro и in vivo пролиферацию лимфоцитов // Российский иммунологический журнал. 2007. Т. 1 (10), № 3-4. С. 279-282.

47. Павлова С.И., Албегова Д.З., Кягова А.А., Козлов И.Г. Механизмы иммуносупрессивной активности флавоноидов корня солодки при контактной чувствительности у мышей // Российский иммунологический журнал. 2010. Т. 4, № 3 (13). С. 248-254.

48. Павлова С.И., Албегова Д.З., Дмитриева Н.В., Дибирова Г.О., Козлов И.Г. Флавоноиды корня солодки влияют на функции активированных Т-лимфоцитов мыши и человека // Российский иммунологический журнал. 2011. Т. 5, № 14. С. 62-68.

49. Yang J., Yang X., Chu Y., Li M. Identification of Baicalin as an immunoregulatory compound by controlling T(H)17 cell differentiation // PLoS One. 2011. Vol. 6, N 2. Article ID e17164. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0017164

50. Wang J., Qi Y., Niu X., Tang H., Meydani S.N., Wu D. Dietary naringenin supplementation attenuates experimental autoimmune encephalomyelitis by modulating autoimmune inflammatory responses in mice // J. Nutr. Biochem. 2018. Vol. 54. P. 130-139. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2017.12.004

51. Kojima H., Takeda Y., Muromoto R., Takahashi M., Hirao T., Takeuchi S. et al. Isoflavones enhance interleukin-17 gene expression via retinoic acid receptor-related orphan receptors α and γ // Toxicology. 2015. Vol. 329. P. 32-39. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tox.2015.01.007

52. Takahashi M., Muromoto R., Kojima H., Takeuchi S., Kitai Y., Kashiwakura J.I. et al. Biochanin A enhances RORγ activity through STAT3-mediated recruitment of NCOA1 // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2017. Vol. 489, N 4. P. 503-508. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2017.05.181

53. Соленова Е.А., Павлова С.И. Антибактериальные и иммуномодулирующие эффекты флавоноидов // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2020. Т. 83. № 10. С. 33-39. DOI: https://doi.org/10.30906/ 0869-2092-2020-83-10-33-39

54. Lippolis T., Cofano M., Caponio G.R., De Nunzio V., Notarnicola M. Bioaccessibility and bioavailability of diet polyphenols and their modulation of gut microbiota // Int. J. Mol. Sci. 2023. Vol. 24, N 4. P. 3813. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms24043813

55. Соленова Е.А., Павлова С.И. Антибактериальные и иммунотропные свойства изоликвиритигенина при генерализованной стафилококковой инфекции у мышей // Фармация и фармакология. 2020. T. 8, № 3. C. 181-194. DOI: https://doi.org/10.19163/2307-9266-2020-8-3-181-194

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)