Каролайн Е. Чайлдс

1 Човешко развитие и здраве, Медицински факултет, Университет в Саутхемптън, Саутхемптън SO16 6YD, Великобритания

имунна система

Филип К. Калдър

1 Човешко развитие и здраве, Медицински факултет, Университет в Саутхемптън, Саутхемптън SO16 6YD, Великобритания

2 NIHR Southampton Biomedical Research Center, University Hospital Southampton NHS Foundation Trust и University of Southampton, Southampton SO16 6YD, UK

Елизабет А. Майлс

1 Човешко развитие и здраве, Медицински факултет, Университет в Саутхемптън, Саутхемптън SO16 6YD, Великобритания

Резюме

Добре функциониращата имунна система е от решаващо значение за оцеляването. Имунната система трябва да бъде постоянно нащрек, да следи за признаци на инвазия или опасност. Клетките на имунната система трябва да могат да различават себе си от не-себе си и освен това да различават не-себе молекули, които са вредни (напр. Тези от патогени) и безвредни не-себе молекули (например от храната). Този специален брой на хранителни вещества изследва връзката между диетата и хранителните вещества и имунната функция. В този предговор ние очертаваме ключовите функции на имунната система и как тя взаимодейства с хранителните вещества през целия жизнен цикъл, като подчертаваме работата, включена в този специален брой. Това включва ролята на макронутриентите, микроелементите и чревния микробиом в медиирането на имунологичните ефекти. Хранителната модулация на имунната система има приложения в клиничната обстановка, но може да има роля и при здрави популации, действайки за намаляване или забавяне на появата на имуно-медиирани хронични заболявания. Текущите изследвания в тази област в крайна сметка ще доведат до по-добро разбиране на ролята на диетата и хранителните вещества в имунната функция и ще улеснят използването на поръчково хранене за подобряване на човешкото здраве.

1. Преглед на имунната система

Най-общо, клетките на имунната система могат да бъдат разделени на тези на вродената и тези на адаптивния имунен отговор. Вроденият отговор е първият отговор на нахлуващ патоген. Клетките на вродения имунен отговор включват фагоцити (напр. Макрофаги и моноцити), неутрофили, дендритни клетки, мастоцити, еозинофили и други. Вроденият отговор е бърз, но не е специализиран и обикновено е по-малко ефективен от адаптивния имунен отговор.

Т и В клетките могат да се специализират, за да станат клетки на паметта, които персистират постоянно или за много дълги периоди и са способни да разпознаят антигена, ако се срещнат отново и да предизвикат бърз, специфичен за патогена имунен отговор.

За оцеляването е необходимо ефективното разгръщане на имунната система срещу патогени или вредни сигнали и бързото разрешаване на имунния отговор. Борбата с инфекцията е само едно парче от пъзела. Завършващият имунен отговор е скъп по отношение на изразходваната енергия и води до увреждане на тъканите гостоприемник; по този начин бързото и пълно разрешаване на имунния отговор също е от ключово значение. Цитокините играят роля в разрешаването на имунните отговори. IL-10, който се произвежда от редица имунни клетки, включително Tregs, има противовъзпалително действие, включително потискане на производството на възпалителни цитокини [6].

Подбуждането на имунен отговор и дейностите на имунните клетки води до възпаление (разглеждано като зачервяване, подуване и чувство на топлина и болка), което е признак на увреждане на тъканта, докато имунната система си върши работата . Това е очакван резултат от ефективен имунен отговор. Все по-често има опасения, че съвременните промени в начина на живот са довели до насърчаване на продължаващо, нискостепенно възпаление на цялото тяло (системно), причинено от имунни и други клетки (напр. Адипоцити, клетки, които съхраняват липиди в мастната тъкан) [7] . Такива експозиции могат да включват качество и количество на диетата [8].

2. Ролята на храненето в имунната функция

За да функционират оптимално всички клетки е необходимо адекватно и подходящо хранене и това включва клетките в имунната система. „Активираната“ имунна система допълнително увеличава търсенето на енергия по време на периоди на инфекция, с по-голям разход на базална енергия по време на треска например. По този начин, оптималното хранене за най-добри имунологични резултати би било храненето, което поддържа функциите на имунните клетки, което им позволява да инициират ефективни реакции срещу патогени, но също така да разрешат отговора бързо, когато е необходимо, и да избегнат всяко основно хронично възпаление. Изискванията на имунната система за енергия и хранителни вещества могат да бъдат задоволени от екзогенни източници, т.е. диетата, или ако хранителните източници са недостатъчни, от ендогенни източници като телесни запаси. Някои микроелементи и хранителни компоненти имат много специфични роли в развитието и поддържането на ефективна имунна система през целия жизнен цикъл или в намаляването на хроничното възпаление. Например, аминокиселината аргинин е от съществено значение за генерирането на азотен оксид от макрофагите, а микроелементите витамин А и цинк регулират клетъчното делене и така са от съществено значение за успешния пролиферативен отговор в имунната система.

Под недохранването се разбира добре, че уврежда имунната функция, независимо дали в резултат на недостиг на храна или глад в развиващите се страни, или в резултат на недохранване, произтичащо от периоди на хоспитализация в развитите страни. Степента на увреждане, която резултатите ще зависи от тежестта на дефицита, дали има хранителни взаимодействия, които трябва да се вземат предвид, наличието на инфекция и възрастта на пациента [9]. Едно хранително вещество може също така да упражнява множество разнообразни имунологични ефекти, като например в случая на витамин Е, където има роля както на антиоксидант, инхибитор на активността на протеин киназа С, така и потенциално да взаимодейства с ензими и транспортни протеини [10]. За някои микроелементи прекомерният прием може да бъде свързан и с нарушен имунен отговор. Например, добавките с желязо могат да увеличат заболеваемостта и смъртността на тези в ендемичните региони на маларията. Освен храненето, което има потенциал за ефективно лечение на имунни дефицити, свързани с лош прием, има голям интерес в научните изследвания дали конкретни интервенции с хранителни вещества могат допълнително да подобрят имунната функция в субклинични ситуации и по този начин да предотвратят появата на инфекции или хронични възпалителни заболявания.

3. Асоциирана с червата лимфоидна тъкан

По-голямата част от имунните клетки в човешкото тяло се намират в свързаната с червата лимфоидна тъкан (GALT), което отразява значението на тази имунна тъкан за поддържане на здравето на гостоприемника. Поглъщайки храна, ние се излагаме на почти постоянна и масивна антигенна стимулация и нашата имунна система трябва да може да осигури силен и защитен имунитет срещу инвазивни патогени, като същевременно толерира хранителни протеини и коменсални бактерии. За да постигне това, GALT съдържа разнообразие от сензорни и ефекторни имунни функции. Дендритните клетки и М клетките вземат проби от съдържанието на червата, докато плазмените В клетки в ламина проприа произвеждат IgA, осигурявайки защита срещу патогенни организми. Специализираните имунни региони, известни като пластири на Peyer, богати на имунни клетки, позволяват комуникация между имунните клетки, пребиваващи в рамките на GALT, разпространение на сигнали към по-широката системна имунна система и набиране или изтичане на имунни клетки [11].

Редица хранителни вещества и диетични интервенции демонстрират способността да подобрят мерките за здравето на червата или да намалят възпалението на червата. Доказано е, че протеиновите хидролизати засилват бариерната функция и производството на IgA при животински модели и в резултат на това може да има приложения за включване в хипоалергенни кърмачета за бебета и клинично хранене за тези със състояния като възпалително заболяване на червата [17]. Животински модели на възпаление на червата са установили, че осигуряването на пробиотични бактерии може да намали възпалението, с намаляване на провоспалителните цитокини Th1 и Th17 като IL-17 и IFN-γ и засилено производство на възпаление, разрешаващо цитокин IL-10 [18]. Пребиотиците също могат да подобрят бариерната функция, в допълнение към ролята си на субстрати за бактериален метаболизъм [19]. Сантяго-Лопес и сътр. са изследвали ефекта на ферментиралото мляко върху миши модел на възпалително заболяване на червата [18] и са показали намаляване на серумните IL-17 и IFN-γ след консумация на ферментирало мляко в сравнение с контролната група.

4. Имунна функция през целия живот

Развиващият се плод и новородените имат незряла имунна система, с лошо производство на антитела и нисък пролиферативен отговор на предизвикателство. В утробата плодът може да получи пасивна защита от майка си чрез антитела, които преминават през плацентата. Това е основата, чрез която бебетата в Обединеното кралство получават ранна защита срещу магарешка кашлица, като майките предлагат ваксинация през третия триместър, за да осигурят пасивен имунитет на своите бебета, докато достигнат възрастта на ваксинациите за бебета. Докато е незрял, феталната имунна система може да произвежда антитела, а алергените да достигат до развиващия се плод и специфични за алергена IgE могат да бъдат открити в проби от пъпна кръв [20]. Друг признак на незрялостта на имунната система в ранния живот е податливостта на новородените към инфекции и свързаната с това по-голяма тежест на заболеваемост и смъртност.

Развитието на имунната система в ранния живот ще бъде повлияно както от хранителните практики, така и от излагането на околната среда. Кърменето осигурява допълнителен пасивен имунитет на бебето, например чрез трансфер на антитела и цитокини. Компонентите на кърмата могат също да стимулират съзряването на свързаната с червата лимфоидна тъкан, като майчиното мляко е богато на бифидогенни олигозахариди и съдържа собствена уникална микробиота. Олигозахаридите от човешкото мляко (HMO) се синтезират от лактоза в млечната жлеза и специфичният HMO профил ще варира между отделните индивиди и в различен контекст и ще се променя във времето на лактацията [21]. Установено е, че тези HMO осигуряват ползи за здравето на кърмачетата, като инхибират адхезията на микроорганизмите към чревната лигавица, засилват производството на късоверижни мастни киселини от бактериите в микробиома и инхибират възпалението [22]. Други имуноактивни компоненти на майчиното мляко също е вероятно да участват в съзряването на имунната система, като проучванията установяват, че растежните фактори епидермален растежен фактор, фибробластният растежен фактор 21 и трансформиращият растежен фактор -β2 могат да променят лимфоцитните фенотипи при новородени плъхове, когато предоставени като добавки чрез орален сондаж [23].

В ранна детска възраст различни фактори на околната среда ще повлияят върху развитието на имунната система; идентифицираните фактори включват собствеността на домашни любимци, употребата на антибиотици и времето за въвеждане на храни [24]. Изследвана е възможността за въвеждане на пребиотични олигозахариди по време на въвеждането на храни, като се предполага, че това би могло да предостави уникална възможност за въздействие върху развиващия се микробиом и по този начин да взаимодейства с развиващата се имунна система [19]. Тези ранни години от живота са критичен период в развитието на имунната система, особено за функцията на Т-клетките, като тимусът узрява и достига максималния си размер спрямо телесното тегло в ранна детска възраст [25].

Докато се движим през жизнения път към по-късен живот, се наблюдава спад в имунната функция сред възрастните възрастни. Както беше в ранна детска възраст, възрастните хора са по-податливи на инфекции и в резултат имат по-сериозни усложнения от по-младите хора. Тази намаляваща имунна функция е известна като имуносенесценция и отразява влошаване както на придобитата, така и на вродената имунна система [26]. Намаляването на функцията на Т-клетките с възрастта възниква от инволюцията на тимуса и намаляването на изхода на тимуса, което води до по-малко наивни Т-клетки и повече клетки с памет в циркулацията [27]. Стареенето също е свързано с повишено възпаление при липса на инфекция и е установено, че предсказва хоспитализация и смърт [28]. Редица недостатъци на микроелементи са идентифицирани като допринасящи за такъв намаляващ имунитет и така могат да предоставят възможности за целенасочени интервенции за възстановяване на имунната функция [29].

5. Хронично системно възпаление

Хроничното системно възпаление е ключова основна характеристика за редица хронични незаразни болестни състояния като сърдечно-съдови заболявания, инсулт и автоимунни заболявания като ревматоиден артрит. Това хронично възпаление е в положителна корелация със стареенето и други съпътстващи заболявания (напр. Затлъстяване, сърдечно-съдови заболявания, инсулинова резистентност). Интересното е, че в проучване при здрави възрастни е установено, че нарастващата възраст е рисков фактор за хронично системно възпаление, независимо от други рискови фактори като индекс на телесна маса, кръвно налягане и липидни профили на кръвта [30].

Интересното е, че в съпоставка с рецензията на Rogero et al. относно възпалението при затлъстяване, Далтън и колеги съобщават за проучване на системно възпаление при лица със сериозно психологично хранително разстройство, анорексия нервна [34]. Те показват, че в силно недохранено състояние има индикации за системно възпаление с повишена серумна концентрация на IL-6 в сравнение със здрави участници в контрола. IL-6 е класически възпалителен цитокин, произведен от имунни и други клетки. Дали това възпаление е резултат от въздействието на недохранването или клиничното състояние е резултат от вече съществуващо възпаление е въпрос, който предстои да се определи. Доказано е, че пациентите с клинична депресия имат повишено системно възпаление, което предполага, че възпалението може да има отношение към психичното здраве и благосъстоянието [35].

За разлика от западната диета, средиземноморската диета е богата на зеленчуци, плодове, ядки, бобови растения, риба и ‘здравословни’ хранителни мазнини. Средиземноморската диета е свързана с намален риск от хронични заболявания като сърдечно-съдови заболявания, рак и в последно време болестта на Алцхаймер [36]. Съобщава се, че редица биоактивни съединения, открити в плодовете и зеленчуците, предлагат едно обяснение за защитния ефект на диети, богати на плодове и зеленчуци (напр. Средиземноморска диета) върху намаляването на риска от развитие на незаразни заболявания, приписвани на хронично възпаление напр. сърдечно-съдови заболявания). Едно семейство молекули, за които е известно, че имат роля в регулирането на възпалението, са хранителните полифеноли [37]. Yahfoufi и сътр. обясняват механизмите, чрез които полифенолите могат да бъдат имуномодулиращи и противовъзпалителни и изследват доказателствата за ролята на диетичните полифеноли за намаляване на риска от сърдечно-съдови заболявания, някои неврологични заболявания и рак [38].

6. Хранене в клиничните условия

В клинични условия острото възпаление може да бъде внезапен, тежък и непреодолим процес. Ако не се контролира, това тежко системно възпаление води до сепсис, завършващ с полиорганна недостатъчност и смърт. Сепсисът е основна глобална причина за смъртта на около 6 милиона души годишно и се оценява като причина за 30% от неонаталните смъртни случаи [39]. В този специален брой на хранителните вещества се обсъжда ролята на цинка в сепсиса [40]. Известно е, че цинкът е важен микроелемент за имунната система. Той има ролята на кофактор с каталитична и структурна роля в много протеини [41]. Дори лекият дефицит на цинк е свързан с широко разпространени дефекти както на адаптивния, така и на вродения имунен отговор [42]. По време на сепсис, хомеостазата на цинка се променя дълбоко с преминаването на цинк от серума в черния дроб. Алкер и Хаазе разглеждат този феномен и последиците за терапевтичните възможности за подобряване на резултатите при пациенти, страдащи от сепсис [40].

Селенът е микроелемент, който подобно на цинка има критична функционална, структурна и ензимна роля в редица протеини. Лошият статус на селен е свързан с по-висок риск от редица хронични заболявания, включително рак и сърдечно-съдови заболявания [43]. В допълнение към критичните роли в много неимунни тъкани в тялото, селенът е важен за оптималната имунна функция. Ейвъри и Хофман обясняват ролята на селена в имунобиологията и механизмите, чрез които селенопротеините регулират имунитета. Прегледани са доказателствата за значението на селеновия статус при инфекциозни заболявания, включително инфекция с вируса на човешка имунна недостатъчност [44].

Глутаминът е несъществена аминокиселина, която осигурява важен енергиен източник за много видове клетки, включително тези, участващи в имунния отговор. Той също така служи като предшественик за синтеза на нуклеотиди, особено подходящ за бързо делящи се клетки като имунните клетки по време на имунен отговор. По време на инфекцията скоростта на консумация на глутамин от имунните клетки е еквивалентна или по-голяма от тази за глюкозата. Глутаминът има роли във функциите на редица имунни клетки, включително неутрофили, макрофаги и лимфоцити [45]. При катаболни състояния (напр. Инфекция, възпаление, травма) глутаминът се освобождава в кръвообращението, съществен процес, контролиран от метаболитни органи като черен дроб, черва и скелетни мускули. Въпреки тази адаптация се наблюдава значително изчерпване на глутамина в плазмата и тъканите при критично заболяване, което дава основание за използването на добавки в клиничното хранене на критично болни пациенти. Как се поддържа холеостазата на глутамин и кога и как да се използва глутаминът в клиничната обстановка е изследвано в преглед от Cruzat et al. [45].

Витамин D рецепторът (VDR) е ядрен рецептор, който може пряко да повлияе на генната експресия [46]. Наличието на VDR в повечето имунни клетки веднага предполага важна роля на този микроелемент в дейностите на имунните клетки [47]. Освен това, активиращият витамин D ензим 1-α-хидроксилаза (CYP27B1), който води до активния метаболит 1 α, 25-дихидроксивитамин D3 (1,25 (OH) 2D3), се експресира в много видове имунни клетки. Лигирането на VDR с 1,25 (OH) 2D3 може да предизвика производството на антимикробни протеини и да повлияе на производството на цитокини от имунните клетки [47,48]. Sassi, Tamone и d’Amelio са прегледали доказателствата за ролята на хранителния витамин D във вродената и адаптивна имунна система [16].

7. Заключения

В този специален брой на хранителните вещества събраните трудове предоставят широка гама от рецензии и изследвания, посочващи ключовото влияние на хранителните вещества и храненето върху имунните реакции в здравето и болестите и в целия жизнен цикъл. Хранителните вещества могат да въздействат пряко или косвено върху имунните клетки, причинявайки промени в тяхната функция или могат да оказват ефект чрез промени в чревния микробиом. По-доброто разбиране на ролята на хранителните вещества в имунната функция ще улесни използването на специално предназначено хранене за подобряване на човешкото здраве.

Благодарности

Тази статия не е получила конкретна безвъзмездна помощ от която и да е агенция за финансиране, търговски или нестопански сектори.