Biological and immunological activities of probiotic microorganisms in models of inflammation and cancer
Authors: Αϊνδελής Γεώργιος 
Published: September 2021

Οι διαταραχές του γαστρεντερικού συστήματος, όπως οι φλεγμονώδεις νόσοι του εντέρου και ο καρκίνος του παχέος εντέρου, αποτελούν μείζονα προβλήματα υγείας με υψηλά ποσοστά κρουσμάτων και θνησιμότητας. Υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των δύο, καθώς ασθενείς που πάσχουν από φλεγμονώδεις παθήσεις του εντέρου παρουσιάζουν αυξημένο κίνδυνο ανάπτυξης καρκίνου του παχέος εντέρου ως αποτέλεσμα της χρόνιας φλεγμονής. Αν και η αιτία των φλεγμονωδών παθήσεων δεν είναι πλήρως κατανοητή, η έκθεση ευπαθών ατόμων σε περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως η δυτική διατροφή, το κάπνισμα, η έλλειψη άσκησης και η παχυσαρκία, παίζει σημαντικό ρόλο. Η γενικευμένη εξάπλωση των φλεγμονωδών παθήσεων του εντέρου είναι ένας από τους λόγους που ο καρκίνος του παχέος εντέρου παρουσιάζει σημαντική αύξηση τις τελευταίες δεκαετίες, και παρόλο που τα ποσοστά θνησιμότητας έχουν μειωθεί, οι θάνατοι ασθενών με καρκίνο έχουν αυξηθεί παγκοσμίως. Τα τελευταία χρόνια η εντερική μικροχλωρίδα έχει ταυτοποιηθεί σαν σημαντικός παράγοντας που εμπλέκεται στην ανάπτυξη και πορεία των δυο αυτών διαταραχών. Το ανθρώπινο μικροβίωμα αποτελείται από τρισεκατομμύρια βακτήρια, τα περισσότερα από τα οποία βρίσκονται σε συμβιωτική σχέση με τον ξενιστή. Παρόλα αυτά, η διαταραχή της ομοιόστασης μεταξύ ξενιστή και συμβιωτικών μικροοργανισμών μπορεί να οδηγήσει σε δυσβίωση και εξάπλωση παθογόνων στελεχών που προωθούν την ανάπτυξη χρόνιας φλεγμονής και δυσπλασίας, και επηρεάζουν αρνητικά την απόκριση του ασθενή στη θεραπευτική αγωγή. Τα προβιοτικά ορίζονται ως «μικροοργανισμοί που όταν χορηγούνται σε επαρκείς ποσότητες επάγουν θετικές αποκρίσεις για την υγεία του ξενιστή». Έχει παρατηρηθεί ότι από τη μια πλευρά μπορούν να ρυθμίζουν την εντερική μικροχλωρίδα, επάγοντας τη διατήρηση της ομοιόστασης, και από την άλλη ταυτόχρονα αποτρέπουν και ελαττώνουν τα συμπτώματα των πεπτικών διαταραχών με διάφορους τρόπους. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήσαμε το ταυτοποιημένο προβιοτικό στέλεχος Lactobacillus casei ATCC393 σε in vitro και in vivo μοντέλα φλεγμονής και καρκίνου για να ελέγξουμε τις ευεργετικές του ιδιότητες και τους μηχανισμούς που ενέχονται σε αυτές. Συγκαλλιέργεια του προβιοτικού με κύτταρα RAW264.7 μετά από διέγερση με λιποπολυσακχαρίτες δεν ελάττωσε το δυναμικό της φλεγμονώδους απόκρισης των κυττάρων, καθώς δεν παρατηρήθηκε μείωση στην έκφραση γονιδίων που εμπλέκονται στη φλεγμονή. Παρόλα αυτά, η από του στόματος χορήγηση του μικροοργανισμού βελτίωσε τα συμπτώματα της επαγώμενης από DSS κολίτιδας σε μύες BALB/c. Ιστολογικές παρατηρήσεις του παχέος εντέρου αποκάλυψαν ότι η ομάδα που έλαβε το προβιοτικό εμφάνιζε γενικά αλλοιώσεις ηπιότερης έντασης και έκτασης. Επίσης, η κατανάλωση του λακτοβακίλου επέδρασε ευεργετικά στην έκφραση προφλεγμονωδών κυτταροκινών μειώνοντας την έκφραση των ιντερλευκινών IL-1β, IL-6 και TNF-α, και μεταβάλλοντας την αναλογία των κυττάρων του ανοσοποιητικού στις τυπικές πυοκοκκιωματώδεις αλλοιώσεις της ελκωτικής κολίτιδας, αυξάνοντας τη παρουσία ρυθμιστικών Τ λεμφοκυττάρων και μειώνοντας τους αριθμούς των ουδετερόφιλων. Συνολικά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι οι ελκωτικές αλλοιώσεις της κολίτιδας των ποντικών που έλαβαν το προβιοτικό βακτήριο βρίσκονταν σε πιο προχωρημένο στάδιο εξέλιξης της φλεγμονής και επούλωσης των βλαβών του βλενογόννου. Στη συνέχεια εξετάσαμε την αντι-πολλαπλασιατική δράση του L. casei σε καρκινικά κύτταρα του παχέος εντέρου. Η επώαση με τον μικροοργανισμό παρουσίασε χρόνο- και δόσο-εξαρτώμενη αναστολή της βιωσιμότητας των CT26 και ΗΤ29 κυττάρων, κάτι που παρατηρήθηκε, αλλά σε μικρότερο βαθμό και με τη χρήση υπερκειμένων καλλιεργειών L. casei. Επώαση με ζώντες λακτοβάκιλους επέφερε αποπτωτικό κυτταρικό θάνατο καρκινικών κυττάρων, που παρατηρήθηκε με την ενεργοποίηση της εκτελεστικής κασπάσης 3 και διάσπαση της πρωτεΐνης PARP1. Επίσης, η έκφραση και η τροποποίηση πρωτεϊνών που εμπλέκονται στην απόπτωση και τον πολλαπλασιασμό ανιχνεύτηκαν σε κύτταρα HT29 με το συνολικό ισοζύγιο να είναι υπέρ του αποπτωτικού θανάτου. Αυτές οι τροποποιήσεις περιλαμβάνουν υπο-έκφραση της survivin και μειωμένη φωσφορυλίωση των HSP27 και Akt. Αντίθετα, αυξημένη ήταν η φωσφορυλίωση των Chk2, p38 και p53. Παρατηρήθηκε ανοσογονική σηματοδότηση ικανή να επάγει έμφυτες ανοσολογικές αποκρίσεις έναντι αντιγόνων θανόντων κυττάρων με την απελευθέρωση της HMGB1 από τον πυρήνα και την έκθεση της καλρετικουλίνης στην κυτταροπλασματική μεμβράνη.Η χορήγηση του L. casei σε συγγονικό μοντέλο αδενοκαρκινώματος του παχέος εντέρου οδήγησε σε σημαντική μείωση του σχηματιζόμενου όγκου, καθώς το μέγεθος του όγκου στα πειραματόζωα που έλαβαν το προβιοτικό ήταν μειωμένο κατά περίπου 60%. Ο έλεγχος της εντερικής μικροχλωρίδας των ποντικών αποκάλυψε μεταβολές κυρίως σε πληθυσμούς μικροοργανισμών που ανιχνεύτηκαν με μικρότερη συχνότητα και είναι πιθανόν να σχετίζονται με την αναστολή της ανάπτυξης του όγκου. Περισσότερο έντονη ήταν η ανοσοτροποποιητική δράση της κατανάλωσης λακτοβακίλλων, καθώς εντοπίστηκαν έντονες Th1 αποκρίσεις. Παρατηρήθηκε αύξηση του αριθμού των κυτταροτοξικών Τ λεμφοκυττάρων στον όγκο, και αυξημένη παραγωγή IFN-γ τοπικά στον όγκο αλλά και συστημικά. Οι κυτταροκίνες IL-12 και IL-1β ήταν επίσης αυξημένες στους όγκους των ποντικών που έλαβαν το προβιοτικό, καθώς επίσης και χημειοκίνες υπεύθυνες για την μετανάστευση και διήθηση κυττάρων του ασοσοποιητικού στον όγκο. και κυρίως προσδέτες των υποδοχέων CCR5 και CXCR3, όπως οι CCL3, CCL4, CCL5, CXCL9, CXCL10 και CXCL11. Παρατηρήθηκε συσσώρευση διηθητικών CD8+ Τ λεμφοκυττάρων στον όγκο και η κυτταροτοξική δράση έναντι καρκινικών κυττάρων ήταν ενισχυμένη, όπως φαίνεται από την αύξηση της διάσπασης της κασπάσης 3 και της PARP1. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η από του στόματος χορήγηση του Lactobacillus casei διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος• επάγοντας Th1 ανοσολογικές αποκρίσεις, όπως φαίνεται από την αύξηση των κυτταροκινών IFN-γ και IL-12, καθώς και αυξημένο αριθμό διηθητικών CD8+ Τ λεμφοκυττάρων στον όγκο, με αποτέλεσμα την αναστολή της ανάπτυξης του όγκου. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα της έρευνας υποδεικνύουν ότι η κατανάλωση του προβιοτικού βακίλου Lactobacillus casei έχει ευεργετικές και προστατευτικές δράσεις σε προκλινικά συγγονικά μοντέλα φλεγμονής και καρκίνου του εντέρου. Επιπρόσθετες μελέτες θα βοηθήσουν στην καλύτερη κατανόηση του ρόλου του L. casei στη λειτουργία του ανοσοποιητικού και στην πορεία των διαταραχών, ειδικά κατά τα πρωταρχικά στάδια της νεοπλασματικής νόσου που σχετίζεται με τη χρόνια φλεγμονή, είτε απευθείας είτε μέσω τροποποίησης της εντερικής μικροχλωρίδας. Η διερεύνηση πιθανής συνεργιστικής δράσης του μικροοργανισμού με χημειοθεραπείες και ανοσοθεραπείες είναι ένα πολλά υποσχόμενο πεδίο και είναι πιθανόν να καταλήξει στην αξιοποίηση μειγμάτων ευεργετικών βακτηρίων με ανοσοενισχυτική δράση σε μελλοντικά θεραπευτικά σχήματα.