Хранителна имунология

Тази статия е част от изследователската тема

Хранителен имунометаболизъм Вижте всички 7 статии

Редактиран от
Дейвид Домбрович

Институт за национално изкуство и институт за научни изследвания (INSERM), Франция

Прегледан от
Душка Цешич-Дринкович

Медицински факултет, Университет в Загреб, Хърватия

Мари Бодиние

U1268 Biopolymères, Interactions, Assemblages (BIA), Франция

Принадлежностите на редактора и рецензенти са най-новите, предоставени в техните профили за проучване на Loop и може да не отразяват тяхното положение по време на прегледа.

диетата

  • Изтеглете статия
    • Изтеглете PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Допълнителни
      Материал
  • Цитат за износ
    • EndNote
    • Референтен мениджър
    • Прост ТЕКСТ файл
    • BibTex
СПОДЕЛИ НА

Преглед на СТАТИЯ

  • 1 Проучване за бебета Barwon, Медицинско училище, Университет Deakin, Geelong, VIC, Австралия
  • 2 Отдел за изследване на детското здраве, Barwon Health, Geelong, VIC, Австралия
  • 3 Респираторни заболявания, тема за инфекция и имунитет, Детски изследователски институт „Мърдок“, Парквил, Виктория, Австралия
  • 4 Отделение по респираторна медицина и медицина на съня, Кралска детска болница, Парквил, VIC, Австралия
  • 5 Катедра по педиатрия, Университет в Мелбърн, Парквил, VIC, Австралия
  • 6 Изследователски център за детско здраве, Университетът в Куинсланд, Бризбейн, QLD, Австралия

Въведение

Човешкият микробиом и неговият гостоприемник образуват сложна симбиоза, а чревният микробиом е основният интерфейс за тази връзка, приютявайки най-разнообразния набор от микроорганизми, открити в човешкото тяло (1). Това разнообразие е драстично променено от диетата и съвременната среда (2). Промените в човешкия микробиом може да допринесат за нарастването на незаразните болести в развитите общества, включително детски респираторни заболявания като астма. Тези състояния представляват голяма тежест за здравето и имат ефекти през целия живот, като детската астма и лошият ранен белодробен растеж са свързани с респираторни заболявания в зряла възраст (3).

Има все повече доказателства, че майчината диета и чревните бактерии влияят върху имунната функция на потомството и здравето на дихателните пътища (4). Установени са редица механизми, които обясняват трансплацентарните ефекти на майчините бактерии върху развиващата се имунна система на плода. Те включват бактериална експозиция на фетоплацентарната единица; свързан с имуноглобулин трансплацентарен транспорт на чревни бактериални компоненти; цитокиново сигнализиране, произвеждащо фетоматернно имунно подравняване; и имунно програмиране чрез метаболити, произведени от чревни бактерии. Ролята на чревните бактерии и техните метаболити в развитието на имунната толерантност на плода и последващата астма на потомството е от особен интерес.

Бактериите на майчините черва се влияят от диетата на майката, особено от приема на някои фибри и въглехидрати, които са били обобщени като микробиота достъпни въглехидрати (MAC). Късоверижните мастни киселини (SCFA) са основният метаболит, произведен от чревните бактерии от MAC. Има убедителни доказателства от модели на мишки, свързващи вариации в приема на майки с MAC, чревни бактерии и производството на SCFA при развитието на астма на потомството. Тези открития тепърва ще бъдат потвърдени в проучвания при хора. Целите на този преглед са да се оценят настоящите доказателства относно влиянието на MAC на диетата на майката и излагането на бактерии на червата по време на бременността върху развиващата се имунна система на плода и последваща астма на потомството и да се обсъдят съображенията за бъдещи изследвания в тази нововъзникваща област.

Част 1

Доказателства, че излагането на бактерии на майката по време на бременност е свързано с астма на потомството

Има доказателства, че „фермерският ефект“ (12) не се ограничава до детството, а действа върху развиващата се имунна система на плода по време на бременност. Селскостопанска среда е свързана с увеличен брой и ефективност на регулаторните Т лимфоцити (Tregs) (15), както и с променен цитокинов профил в кръвта от пъпна връв (16). И накрая, проучването PASTURE демонстрира, че излагането на майката на селскостопанска среда е свързано с намалена астма на потомството, въпреки че този ефект се засилва от ранната експозиция в фермата (17). „Ефектът във фермата“ дава сериозни доказателства, че излагането на бактерии по време на бременност влияе върху имунната система на плода и последващия риск от астма на потомството.

Обобщение на доказателствата в този раздел се намира в таблица 1.

Таблица 1. Доказателства, че излагането на бактерии при майката по време на бременност е свързано с имунно програмиране и астма на потомството.

Част 2

Положителни механизми за бактериално влияние на майчините черва върху имунното програмиране и астмата на потомството (Фигура 1)

Фигура 1. Механизми, чрез които майчините бактерии могат да повлияят имунното развитие на плода.

Фетоплацентарен микробиом

Бактериални компоненти, свързани с майчиния имуноглобулин G (IgG)

Фетоплацентарно имунно подравняване

Сигнализирането за трансплацентарен цитокин насърчава имунното подреждане между майката и плода. Santner-Nanan et al. изследва серума от родители и тяхното потомство, като сравнява процента на периферните Tregs в термина при диадите майка-дете с този при диадите баща-дете (72). Установена е висока корелация между диадите майка-дете, но не и диадите баща-дете. Идентифицирана е и висока корелация за нивата на интерлевкин (IL) -10, както и повишено регулиране на IL-10 рецептор алфа в диадите майка-дете, което предполага, че механизмът за Treg подравняване е трансплацентарна сигнализация от IL-10. Цитокиновата сигнализация изглежда е друг важен механизъм, влияещ върху развиващата се имунна система на плода.

Бактериални метаболити в червата на майката

Трансплацентарното действие на чревните бактериални метаболити влияе върху много функции на гостоприемника, включително имунното развитие на плода. Чревните бактерии произвеждат множество метаболити, които са критични медиатори на функцията на гостоприемника, като влияят на процеси като имунна модулация, възпаление, епигенетични промени и производство на енергия (73, 74). SCFAs, получени от MAC, са ключова група метаболити, участващи в имунната модулация и са привлекли голямо внимание на изследванията. Трите най-често срещани SCFA, произведени в червата, са ацетат, пропионат и бутират (75), от които по-голямата част са бутират. SCFA се произвеждат в изобилие като страничен продукт от бактериалната ферментация на въглехидрати и са ключов енергиен източник за човешкия гостоприемник, осигурявайки приблизително 10% от общата енергийна потребност (76). По-нататъшното обсъждане на SCFA при фетално имунно развитие и последваща астма на потомството е подробно описано в Част 3 на този преглед.

Обобщение на доказателствата в този раздел се намира в таблица 2.

Таблица 2. Путативни механизми за бактериално влияние на майчините черва върху имунното програмиране и астмата на потомството.

Част 3

Доказателства, че диетата на майката и бактериалните метаболити по време на бременност повлияват астмата на потомството

Диетата влияе върху състава на фекалните бактерии

SCFAs, произведени от чревни бактерии на майката, влияят върху имунното развитие на плода и астмата на потомството

Кратковерижните мастни киселини, произведени от чревни бактерии на майката, косвено влияят върху Т лимфоцитите, за да произведат толерогенна имунна среда в потомството. SCFA свързват три G-протеино-свързани рецептори [наричани също рецептори на свободни мастни киселини (FFARs)], GPR41/FFAR3, GPR43/FFAR2 и GPR109a (ниацинов рецептор), от които само GPR43 е специфичен за левкоцитите. SCFA въздействат на неутрофилите и еозинофилите чрез свързване на GPR43 (90) и чрез директно инхибиране на хистонова деацетилаза (HDAC), което води до апоптоза (91). Показано е, че бутиратът и пропионатът отделно регулират функцията на дендритните клетки по този механизъм, намалявайки стимулацията на Т-лимфоцитите (92, 93) и е установено, че същият път действа при възпалителни реакции на дебелото черво (94). Бутиратът също така стимулира ниациновия рецептор GPR109a с мишки с дефицит на GPR109a, проявяващи намалени Т-лимфоцити, продуциращи IL-10 (95).

Регулаторните Т лимфоцити произвеждат толерогенен имунен профил и насърчават Th1 фенотип, защитен срещу развитието на астма (96). Традиционно адаптивната имунна система се описва като Th1 или Th2 доминираща, с астма, свързана с фенотипа Th2. Фенотипът Th2 е свързан с повишено производство на IgE, еозинофилия и производство на цитокини IL-4, IL-5, IL-9 и IL-13 (97). Тези цитокини активират алергичен възпалителен отговор на срещнати аероалергени и инфекции, които предизвикват симптомите на астма (98). Ранните проучвания идентифицират намалена популация от серумни Tregs при пациенти с астма (99, 100). Миши модели на алергично възпаление на дихателните пътища показват, че въведените Tregs инхибират развитието на болестта и потискат установената болест (101). Ключов механизъм за Treg-медиирана имунна модулация и изкривяване на Th1 е транскрипционният фактор forkhead box p3 (Foxp3). В присъствието на алергенна стимулация, Treg клетките, експресиращи големи количества Foxp3, произвеждат IL-10 и трансформиращ растежен фактор бета, потискайки активността на дендритните клетки и други Т-клетки и впоследствие намалявайки алергичните реакции (102).

Кратковерижните мастни киселини влияят пряко върху популацията и функцията на Treg. Ацетатът и пропионатът насърчават производството на Treg в дебелото черво със свързано с това увеличение на експресията на Foxp3 и IL-10 в тези клетки (103). Този ефект се медиира чрез инхибиране на HDAC, което води до повишено ацетилиране на Foxp3 и свързано с това повишена стабилност и експресия на клетъчните повърхности. Този механизъм е идентифициран в други проучвания, при които мишки, хранени с бутират и пропионат, увеличават броя на екстратимните (104) и дебелото черво Tregs (105). SCFA имат както косвени, така и директни ефекти върху Т-лимфоцитите, насърчаващи толерогенен имунен профил, с повишена популация и активност на Treg (106).

Други диетични фактори при майката по време на бременност са свързани с имуномодулиращи ефекти и астма на потомството

Излагането на майката на повишен витамин D по време на бременност може да повлияе развитието на имунната система на белите дробове и белите дробове и да намали хриповете на потомството. Рецепторите за витамин D се намират в много имунни клетки (109), а ранните проучвания показват, че витамин D е способен да насърчава специфични популации Treg (110), както и множество други ефекти върху вродените имунни пътища (111). Ефектът на майчиния витамин D върху развитието на имунната система на плода е по-малко ясен с последните проучвания, които показват, че високият серумен витамин D при майките, свързан с намалените експресиращи Foxp3 Tregs в пъпна кръв (112) Всяка асоциация, открита с астма на потомството, се усложнява от ефекта на витамин D върху развитието на белия дроб на плода, с нисък витамин D, свързан с намалени обеми на белите дробове при модели на мишки (113). Данните от кохортните проучвания при раждането показват, че високият прием на витамин D при майката е свързан с намалено хриптене на потомството (114–117). Последните добре проектирани, двойно-слепи, рандомизирани контролни проучвания не успяха да намерят подобна връзка за добавките с витамин D, въпреки че контролната група и в двата случая получаваше препоръчителната дневна доза витамин D през цялото време (118, 119). Излагането на витамин D на майката, било чрез диета или добавки, влияе върху развитието на имунната система и развитието на белите дробове на плода и риска от хрипове на потомството.

Приемът на витамин Е от диетата на майката влияе върху развитието на имунната система и развитието на белите дробове на плода и риска от хрипове на потомството. Установено е, че витамин Е има ефект върху много имунни пътища, намалявайки възпалението (111). Витамин Е има толерогенни ефекти върху Т-лимфоцитите, намалявайки стимулацията им от интерферон-гама (120) и насърчавайки тяхното оцеляване (121). Devereux et al. установи, че високият прием на витамин Е по време на бременност при майката е свързан с намален пролиферативен отговор на Th клетки в мононуклеарни клетки от пъпна кръв (122). Приемът на витамин Е по време на бременност е свързан с намалено хриптене при деца в редица проучвания (123–126). Витамин Е също има ефекти върху белодробната функция, като има връзка между увеличения прием на витамин Е при майката и по-високия обем на принудително издишване на потомството за 1 s (FEV1) на 5 години (124). Излагането на майката на намален хранителен витамин Е по време на бременност увеличава пролиферацията на мононуклеарни клетки на приплодната кръв и е свързано с намалено хриптене на потомството и подобрена белодробна функция.

Обобщение на доказателствата в този раздел се намира в таблица 3.

Таблица 3. Диетични фактори на майката по време на бременност, свързани с имунна модулация и астма на потомството.