Lactobacillus rhamnosus GG giảm thiểu rối loạn chức năng hàng rào và tín hiệu pro-inflammatory do interferon-γ và yếu tố hoại tử u-α gây ra

Microbiology (United Kingdom) - Tập 156 Số 11 - Trang 3288-3297 - 2010
Kevin A. Donato1,2, Mélanie G. Gareau1, Yu Jing Jenny Wang1, Philip M. Sherman1,2
1Cell Biology Program, Research Institute, Hospital for Sick Children, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada
2Department of Laboratory Medicine and Pathobiology, Faculty of Medicine, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada

Tóm tắt

Biểu mô ruột tạo thành một hàng rào bảo vệ chống lại các thành phần bên trong lòng ruột và môi trường bên ngoài, được trung gian bởi các khớp chặt giữa các tế bào (TJs). Các khớp TJ có thể bị phá vỡ thông qua tín hiệu tế bào do các tác nhân gây bệnh đường ruột hoặc cytokine pro-inflammatory gây ra, góp phần vào nhiều rối loạn ruột khác nhau từ tiêu chảy nhiễm trùng cấp tính đến các bệnh viêm ruột mãn tính. Probiotics, như Lactobacillus rhamnosus GG (LGG), được báo cáo là có tác dụng có lợi đối với các tế bào biểu mô, bao gồm việc chống lại nhiễm trùng và giảm phản ứng pro-inflammatory rõ ràng, nhưng các cơ chế cơ bản của những tác dụng quan sát này cần được đặc trưng thêm. Chúng tôi giả thuyết rằng probiotics duy trì chức năng hàng rào bằng cách can thiệp vào tín hiệu cytokine pro-inflammatory. Các tế bào Caco-2bbe được cấy vào các Transwell để đạt được các lớp tế bào đơn cực có các khớp TJs giữa các tế bào. Các lớp tế bào được nhiễm khuẩn từ trên với probiotic LGG 3 h trước khi thêm IFN-γ (100 ng ml−1) vào môi trường dưới nền qua đêm. Các lớp tế bào sau đó được đặt vào môi trường cơ bản tươi mới ± TNF-α (10 ng ml−1) và các phép đo điện trở xuyên biểu mô (TER) được thực hiện trong suốt quá trình kích thích TNF-α. Để bổ sung cho các phát hiện TER, các tế bào được xử lý để nhuộm miễn dịch huỳnh quang zona occludens-1 (ZO-1). Như một cách đo lường tín hiệu hạ nguồn TNF-α, các tế bào được nhuộm miễn dịch huỳnh quang cho chuỗi p65 của NF-κB và mRNA CXCL-8 được định lượng bằng qRT-PCR. Môi trường nuôi cấy tế bào cơ bản được thu thập sau khi kích thích TNF-α qua đêm để đo các chemokine được tiết ra, bao gồm CXCL-8 (interleukin-8) và CCL-11 (eotaxin). Sau khi nhiễm khuẩn LGG, tinh chỉnh IFN-γ và kích thích TNF-α trong 24 h, các tế bào biểu mô duy trì TER và phân phối ZO-1. LGG làm giảm sự di chuyển vào nhân của p65, được thể hiện bởi cả nhuộm miễn dịch huỳnh quang và sự biểu hiện mRNA CXCL-8. Mức protein của CXCL-8 và CCL-11 giảm trong các tế bào bị thách thức cytokine mà được nhiễm khuẩn LGG. Những phát hiện này chỉ ra rằng LGG làm giảm ảnh hưởng của cytokine pro-inflammatory lên tính toàn vẹn hàng rào biểu mô và viêm, được trung gian, ít nhất một phần, thông qua việc ức chế tín hiệu NF-κB.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Ahrens, 2008, Intestinal macrophage/epithelial cell-derived CCL11/eotaxin-1 mediates eosinophil recruitment and function in pediatric ulcerative colitis, J Immunol, 181, 7390, 10.4049/jimmunol.181.10.7390

Ait-Belgnaoui, 2006, Lactobacillus farciminis treatment suppresses stress induced visceral hypersensitivity: a possible action through interaction with epithelial cell cytoskeleton contraction, Gut, 55, 1090, 10.1136/gut.2005.084194

Baldassarre, 2010, Lactobacillus GG improves recovery in infants with blood in the stools and presumptive allergic colitis compared with extensively hydrolyzed formula alone, J Pediatr, 156, 397, 10.1016/j.jpeds.2009.09.012

Basuroy, 2006, MAPK interacts with occludin and mediates EGF-induced prevention of tight junction disruption by hydrogen peroxide, Biochem J, 393, 69, 10.1042/BJ20050959

Blanchard, 2009, Chemotactic factors associated with eosinophilic gastrointestinal diseases, Immunol Allergy Clin North Am, 29, 141, 10.1016/j.iac.2008.10.002

Bruewer, 2003, Proinflammatory cytokines disrupt epithelial barrier function by apoptosis-independent mechanisms, J Immunol, 171, 6164, 10.4049/jimmunol.171.11.6164

Chen, 2001, Increased serum levels of eotaxin in patients with inflammatory bowel disease, Scand J Gastroenterol, 36, 515, 10.1080/003655201750153377

Choi, 2008, Effect of Lactobacillus GG and conditioned media on IL-1 β-induced IL-8 production in Caco-2 cells, Scand J Gastroenterol, 43, 938, 10.1080/00365520801965373

Donato, 2008, Escherichia albertii and Hafnia alvei are candidate enteric pathogens with divergent effects on intercellular tight junctions, Microb Pathog, 45, 377, 10.1016/j.micpath.2008.09.004

Ewaschuk, 2008, Secreted bioactive factors from Bifidobacterium infantis enhance epithelial cell barrier function, Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 295, G1025, 10.1152/ajpgi.90227.2008

Fish, 1999, Synergistic effects of interferon γ and tumour necrosis factor α on T84 cell function, Gut, 45, 191, 10.1136/gut.45.2.191

Johnson-Henry, 2005, Amelioration of the effects of Citrobacter rodentium infection in mice by pretreatment with probiotics, J Infect Dis, 191, 2106, 10.1086/430318

Johnson-Henry, 2007, Surface-layer protein extracts from Lactobacillus helveticus inhibit enterohaemorrhagic Escherichia coli O157 : H7 adhesion to epithelial cells, Cell Microbiol, 9, 356, 10.1111/j.1462-5822.2006.00791.x

Johnson-Henry, 2008, Lactobacillus rhamnosus strain GG prevents enterohemorrhagic Escherichia coli O157 : H7-induced changes in epithelial barrier function, Infect Immun, 76, 1340, 10.1128/IAI.00778-07

Karrasch, 2007, Gnotobiotic IL-10−/−; NF- κBEGFP mice reveal the critical role of TLR/NF- κB signaling in commensal bacteria-induced colitis, J Immunol, 178, 6522, 10.4049/jimmunol.178.10.6522

Ko, 2007, Lactobacillus plantarum inhibits epithelial barrier dysfunction and interleukin-8 secretion induced by tumor necrosis factor- α, World J Gastroenterol, 13, 1962, 10.3748/wjg.v13.i13.1962

Lamine, 2004, Nitric oxide released by Lactobacillus farciminis improves TNBS-induced colitis in rats, Scand J Gastroenterol, 39, 37, 10.1080/00365520310007152

Lopez, 2008, Live and ultraviolet-inactivated Lactobacillus rhamnosus GG decrease flagellin-induced interleukin-8 production in Caco-2 cells, J Nutr, 138, 2264, 10.3945/jn.108.093658

Ma, 2004, TNF- α-induced increase in intestinal epithelial tight junction permeability requires NF- κB activation, Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 286, G367, 10.1152/ajpgi.00173.2003

Marano, 1998, Tumor necrosis factor- α increases sodium and chloride conductance across the tight junction of CACO-2 BBE, a human intestinal epithelial cell line, J Membr Biol, 161, 263, 10.1007/s002329900333

McGuckin, 2009, Intestinal barrier dysfunction in inflammatory bowel diseases, Inflamm Bowel Dis, 15, 100, 10.1002/ibd.20539

Nenci, 2007, Epithelial NEMO links innate immunity to chronic intestinal inflammation, Nature, 446, 557, 10.1038/nature05698

Neurath, 1996, Local administration of antisense phosphorothioate oligonucleotides to the p65 subunit of NF- κB abrogates established experimental colitis in mice, Nat Med, 2, 998, 10.1038/nm0996-998

Peterson, 1992, Characterization of the enterocyte-like brush border cytoskeleton of the C2BBe clones of the human intestinal cell line, Caco-2, J Cell Sci, 102, 581, 10.1242/jcs.102.3.581

Petrof, 2009, Bacteria-free solution derived from Lactobacillus plantarum inhibits multiple NF- κB pathways and inhibits proteasome function, Inflamm Bowel Dis, 15, 1537, 10.1002/ibd.20930

Qin, 2009, L. plantarum prevents enteroinvasive Escherichia coli-induced tight junction proteins changes in intestinal epithelial cells, BMC Microbiol, 9, 63, 10.1186/1471-2180-9-63

Resta-Lenert, 2006, Probiotics and commensals reverse TNF- α- and IFN- γ-induced dysfunction in human intestinal epithelial cells, Gastroenterology, 130, 731, 10.1053/j.gastro.2005.12.015

Round, 2009, The gut microbiota shapes intestinal immune responses during health and disease, Nat Rev Immunol, 9, 313, 10.1038/nri2515

Seth, 2008, Probiotics ameliorate the hydrogen peroxide-induced epithelial barrier disruption by a PKC- and MAP kinase-dependent mechanism, Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 294, G1060, 10.1152/ajpgi.00202.2007

Spehlmann, 2009, Nuclear factor- κB in intestinal protection and destruction, Curr Opin Gastroenterol, 25, 92, 10.1097/MOG.0b013e328324f857

Stadnyk, 2002, Intestinal epithelial cells as a source of inflammatory cytokines and chemokines, Can J Gastroenterol, 16, 241, 10.1155/2002/941087

Tanabe, 2008, Bifidobacterium infantis suppresses proinflammatory interleukin-17 production in murine splenocytes and dextran sodium sulfate-induced intestinal inflammation, Int J Mol Med, 22, 181

Tao, 2006, Soluble factors from Lactobacillus GG activate MAPKs and induce cytoprotective heat shock proteins in intestinal epithelial cells, Am J Physiol Cell Physiol, 290, C1018, 10.1152/ajpcell.00131.2005

Utech, 2005, Mechanism of IFN- γ-induced endocytosis of tight junction proteins: myosin II-dependent vacuolarization of the apical plasma membrane, Mol Biol Cell, 16, 5040, 10.1091/mbc.e05-03-0193

Vanderpool, 2008, Mechanisms of probiotic action: Implications for therapeutic applications in inflammatory bowel diseases, Inflamm Bowel Dis, 14, 1585, 10.1002/ibd.20525

Van Itallie, 2006, Claudins and epithelial paracellular transport, Annu Rev Physiol, 68, 403, 10.1146/annurev.physiol.68.040104.131404

Wang, 2005, Interferon- γ and tumor necrosis factor- α synergize to induce intestinal epithelial barrier dysfunction by up-regulating myosin light chain kinase expression, Am J Pathol, 166, 409, 10.1016/S0002-9440(10)62264-X

Wang, 2006, IFN- γ-induced TNFR2 expression is required for TNF-dependent intestinal epithelial barrier dysfunction, Gastroenterology, 131, 1153, 10.1053/j.gastro.2006.08.022

Yan, 2002, Probiotic bacterium prevents cytokine-induced apoptosis in intestinal epithelial cells, J Biol Chem, 277, 50959, 10.1074/jbc.M207050200

Yan, 2010, Probiotics: progress toward novel therapies for intestinal diseases, Curr Opin Gastroenterol, 26, 95, 10.1097/MOG.0b013e328335239a

Yan, 2007, Soluble proteins produced by probiotic bacteria regulate intestinal epithelial cell survival and growth, Gastroenterology, 132, 562, 10.1053/j.gastro.2006.11.022

Zareie, 2005, Novel effects of the prototype translocating Escherichia coli, strain C25 on intestinal epithelial structure and barrier function, Cell Microbiol, 7, 1782, 10.1111/j.1462-5822.2005.00595.x

Zhang, 2005, Alive and dead Lactobacillus rhamnosus GG decrease tumor necrosis factor- α-induced interleukin-8 production in Caco-2 cells, J Nutr, 135, 1752, 10.1093/jn/135.7.1752