Odporność śluzówkowa jako pierwsza linia obrony organizmu. Znaczenie mikrobioty, sIgA i beta-defensyny 2 w kształtowaniu tej ważnej odpowiedzi immunologicznej

 

Błony śluzowe przewodu pokarmowego stanowią miejsce kontaktu naszego organizmu ze środowiskiem zewnętrznym, dlatego też są szczególnie narażone na wpływ negatywnych czynników zewnętrznych, w tym toksyn, zanieczyszczeń, mikroorganizmów, łącznie z drobnoustrojami chorobotwórczymi1. Zatem muszą istnieć struktury i mechanizmy tworzące barierę chroniącą wrażliwe środowisko wewnętrzne przed substancjami potencjalnie szkodliwymi dostarczanymi z otoczenia.

Bariera jelitowa

 Bariera przewodu pokarmowego umożliwia wchłanianie substancji odżywczych, witamin, soli oraz wody, ale jednocześnie hamuje przenikanie drobnoustrojów chorobotwórczych czy cząstek większych. Składają się na nią takie elementy, jak: kwaśne pH soku żołądkowego, enzymy proteolityczne, lizozym, laktoferyna, śluz, defensyny, sIgA oraz fizjologiczna mikrobiota jelitowa. Już w jamie ustnej rozpoczyna się zaawansowany mechanizm odpornościowy. W skład śliny wchodzą enzymy trawienne, lizozym oraz laktoferyna, które jako pierwsze mają kontakt z potencjalnymi patogenami.

Lizozym – to białko, które ma właściwości enzymu hydrolitycznego rozkładającego ścianę komórkową bakterii. Występuje we wszystkich wydzielinach, płynach ustrojowych oraz tkankach różnych narządów człowieka, m.in. w ślinie, łzach, wydzielinach śluzowo-surowiczych, mleku i osoczu krwi. Również laktoferyna jest białkiem występującym w płynach i wydzielinach śluzowych ssaków. Najważniejszą rolą laktoferyny w organizmie jest immunostymulacja, czyli regulacja odpowiedzi odpornościowej organizmu. Wykazuje ona również zdolność do wchodzenia w interakcje ze strukturami powierzchniowymi komórek bakterii, grzybów oraz wirusów.

Bardzo ważnym elementem obronnym przed patogenami z zewnątrz jest obecność kwasu solnego w żołądku. Rola kwasu solnego w przewodzie pokarmowym polega nie tylko na jego udziale w trawieniu pokarmu. Niskie pH pomaga zniszczyć większość chorobotwórczych mikroorganizmów wnikających do przewodu pokarmowego z żywnością. Coraz częściej dochodzi jednak do zaburzenia procesu ochronnego kwasu solnego, co jest spowodowane nadużywaniem leków na zgagę, których działanie wpływa na zobojętnianie kwasu solnego w żołądku i treści jelitowej.

Warstwa śluzu pokrywająca światło jelita także ma istotne znaczenie w utrzymywaniu szczelności bariery jelitowej. Jest wyściółką na śluzówce, której zadaniem jest hamowanie adhezji patogenów bezpośrednio do błony śluzowej. Ma również znaczenie w odpowiedzi immunologicznej. W śluzie dochodzi do bezpośredniego kontaktu komórek układu odpornościowego w obrębie GALT (ang. gut associated lymphoid tissue), czyli tkance limfatycznej błon śluzowych, z antygenami, takimi jak np. bakterie, składniki pokarmowe. Fizjologiczna mikrobiota jelitowa obecna w przewodzie pokarmowym i jej ciągły kontakt z GALT wywiera znaczący wpływ na kształtowanie tego typu odpowiedzi immunologicznej. Głównym zadaniem GALT jest synteza wydzielniczej immunoglobuliny A (sIgA), której produkcja jest zależna od mikrobioty jelitowej gospodarza.

 GALT – centrum odporności

 Głównym elementem układu odpornościowego jelit jest GALT (ang. gut associated lymphoid tissue), czyli tkanka limfatyczna jelit. Znajduje się tam około 70–80% komórek wytwarzających immunoglobuliny w organizmie. Jest tam tyle samo limfocytów co w śledzionie, a co piąta komórka błony śluzowej jelit jest limfocytem. GALT jest główną częścią układu odpornościowego błon śluzowych, czyli MALT (ang. mucosa associated lymphoid tissue). W GALT wyróżnia się takie struktury: kępki Peyera, grudki chłonne, limfocyty oraz błony śluzowe. Kępki Peyera stanowią miejsce indukcji odpowiedzi immunologicznej i występują jako skupiska białych ciałek krwi głównie w jelicie krętym oraz czczym dwunastnicy1. Kępki Peyera zawierają grudki limfatyczne, w których przeważają limfocyty B. W obszarach między grudkami występują przede wszystkim limfocyty T, które pokryte są zewnętrzną warstwą komórek nabłonkowych zawierających wyspecjalizowane komórki M (ang. M cells lub microfold cells). Komórki M pobierają różne antygeny ze światła jelita (np. antygeny bakteryjne) i przekazują je leżącym głębiej komórkom: makrofagom i komórkom dendrytycznym, które prezentują antygeny limfocytom T. Grudki chłonne są kolejną strukturą GALT; zostały opisane jako skupiska 100–200 limfocytów zlokalizowanych wzdłuż jelita cienkiego, choć występują również w okrężnicy. Stanowią miejsce indukcyjne dla śluzówkowej odpowiedzi immunologicznej. Swoją budową przypominają kępki Peyera, ponieważ do 70% populacji komórek stanowią w nich limfocyty B1. Ścisła współpraca limfocytów B i pomocniczych limfocytów T umożliwia przekształcenie tych pierwszych w komórki plazmatyczne – główne źródło wydzielniczych IgA. Jedną z najważniejszych struktur GALT są błony śluzowe pokryte śluzem. Odpowiadają one za kontrolę substancji transportowanych przez komórki. Jeśli błona śluzowa jest nieuszkodzona, przenikają przez nią składniki naturalnej flory bakteryjnej. Układ odpornościowy przewodu pokarmowego odgrywa istotną rolę w odporności miejscowej oraz ogólnej organizmu. Ciągły kontakt naszej prozdrowotnej mikrobioty jelitowej z układem GALT warunkuje sprawne działanie odporności.

 Mikrobiota

 Mikrobiota wpływa zarówno na komórkową, jak i humoralną odpowiedź immunologiczną błony śluzowej przewodu pokarmowego. Bez istnienia bakterii jelitowych układ odpornościowy człowieka nie funkcjonuje prawidłowo. Wpływ mikroflory jelitowej na rozwój bariery immunologicznej dokumentują badania eksperymentalne na zwierzętach pozbawionych bakterii jelitowych, tzw. „germ free”. Dowiedziono, że zwierzęta te mają dużo słabiej rozwinięty układ odpornościowy, a w związku z tym większą podatność na infekcje15. Niepatogenne bakterie jelitowe są dla układu immunologicznego „partnerem treningowym”, dzięki któremu jest w ciągłej mobilizacji do działania.

W skład mikrobioty wchodzą też bakterie z rodzajów Bifidobacterium i Lactobacillus (pałeczki kwasu mlekowego), które konkurują o miejsce i zasoby z innymi bakteriami oraz produkują kwas mlekowy zakwaszający treść jelitową. Sprawia to, że chorobotwórcze bakterie mają mniejszą możliwość przetrwania oraz wnikania do naszego organizmu. Dodatkowo część szczepów Lactobacillus wytwarza nadtlenek wodoru hamujący rozwój bakterii patogennych.

 sIgA

 Wydzielnicza immunoglobulina A (sIgA) jest dimerem połączonym ze składnikiem sekrecyjnym chroniącym ją przed peptydazami w świetle jelita. Występuje w płynach ustrojowych, m.in. w mleku kobiet karmiących, wydzielinie nosowej, ślinie, łzach, wydzielinie żołądka i jelit oraz na powierzchni błon śluzowych. Całkowita dzienna produkcja sIgA u ludzi wynosi około 5–15 g i stanowi pierwszą linię obrony podczas kontaktu z antygenami bakterii oraz wirusów. Ponadto sIgA zapobiega przyleganiu patogenów do komórek nabłonka, wnikaniu antygenów do błony śluzowej4, 5. Badania na myszach sterylnych, pozbawionych bakterii (ang. germ free) wykazały, że mają one obniżoną odporność, co było związane z  niedoborem sIgA6, 7. Badania dowodzą istotnej roli sIgA w przeciwdziałaniu infekcjom układu pokarmowego, oddechowego oraz zakażeń ucha. Wykazano również zmniejszony odsetek infekcji oraz epizodów biegunek u noworodków oraz niemowląt karmionych mlekiem matki w porównaniu do tych karmionych sztucznie13, 14. Wydzielnicza immunoglobulina sIgA jest odporna na działanie enzymów żołądkowo-jelitowych. Interpretacja badania poziomu sIgA z kału pozwala na ocenę aktywności immunologicznej GALT i MALT oraz przepuszczalności śluzówki jelita. Obniżony poziom markera odporności śluzówkowej wskazuje na choroby alergiczne i zaburzenia układu immunologicznego, natomiast podwyższony poziom sIgA wskazuje na miejscowy stan zapalny i reakcję obronną śluzówki jelita. Przy obniżonym poziomie sIgA można zastosować preparat SymbioFlor 1 mający w swoim składzie bakterię jelitową Enterococcus faecalis, która stymuluje wytwarzanie i uwalnianie sIgA z komórek plazmatycznych.

 Beta-defensyna

 Kolejnym ważnym elementem nieswoistej odporności śluzówkowej jest produkcja defensyn, również ściśle zależna od naszej prozdrowotnej mikrobioty jelitowej. Beta-defensyny HBD1-4 (human β-defensin) produkowane są głównie przez komórki nabłonkowe, ale także monocyty, makrofagi oraz komórki dendrytyczne pochodzenia makrofagowego. W związku z tym głównymi miejscami ich występowania są błony śluzowe, np. w jamie ustnej i nosowej, gruczołach ślinowych, przewodzie pokarmowym (żołądku, jelicie grubym i cienkim), gruczołach mlekowych, drogach moczowych i moczu, w skórze, oczach oraz w osoczu11. Wykazano, że β-defensyny mają działanie przeciwbakteryjnie oraz przeciwwirusowe. Mechanizm działania β-defensyn jest wielostopniowy – w pierwszej kolejności wiążą się one z błoną atakowanej komórki bakteryjnej, a następnie wnikają do niej, rozpoczynając endocytozę, oraz uruchamiają procesy prowadzące do apoptozy11. Beta-defensyna 2, podobnie jak sIgA, stanowi składową bariery nabłonkowej, dlatego zaburzenia w jej produkcji mogą mieć znaczenie w takich jednostkach chorobowych, jak: AZS, egzema, astma oraz w chorobach zapalnych jelit. Badania wykazały, że niedobory ludzkiej β-defensyny 2 i 3 wpływały na ułatwienie kolonizacji skóry chorych na AZS oraz rozwój wszelakich infekcji12. Defensyny należą do naturalnych antybiotyków chroniących skórę i błonę śluzową przewodu pokarmowego, układu moczowo-płciowego i układu oddechowego. Ze względu na ich aktywizujący i modulujący wpływ na elementy układu odpornościowego są one bardzo ważnym komponentem naturalnej odporności. Badanie poziomu beta-defensyny 2 jest nieinwazyjną metodą diagnostyczną, którą wykonuje się z kału; norma wynosi 8–60 ng/ml. Obniżony poziom tego markera odporności może wskazywać na choroby alergiczne i zaburzenia układu immunologicznego.

 Probiotyki

 Probiotyki – to żywe drobnoustroje, które podane w odpowiedniej ilości wywierają korzystny wpływ na układ pokarmowy oraz zdrowie gospodarza. W znaczny sposób stymulują i wspomagają prawidłowe działanie układu GALT. Efekt immunomodulacyjny probiotyków jest zależny od zastosowanego szczepu8. Bakterie Lactobacillus acidophilus, L. casei oraz Bifidobacterium spp. stymulują organizm do namnażania oraz aktywności limfocytów B oraz limfocytów T, a także zwiększają zawartość γ-interferonu we krwi. Probiotyki stymulują także syntezę komórek NK (natural killers) oraz wpływają na namnażanie się makrofagów2, 9. Bakterie z gatunku E. coli wywierają specyficzne działanie immunostymulujące poprzez aktywację makrofagów, komórek NK oraz produkcję cytokin. Dzieje się to dzięki obecności lipidu A, który znajduje się w lipopolisacharydowej otoczce E. coli. Uważa się, że działanie E. coli polega na zapobieganiu kolonizacji drobnoustrojów patogennych dzięki hamowaniu adhezji wirusów do nabłonka. Bakterie z rodzaju Enterococcus również spełniają funkcje immunostymulujące, wzmagają produkcję sIgA i dojrzewanie limfocytów B3, 10.

 Podsumowanie

 Błony śluzowe stanowią barierę oddzielającą środowisko wewnętrzne organizmu od świata zewnętrznego. Będąc najważniejszymi wrotami, są wyposażone w skuteczne mechanizmy obronne gwarantujące utrzymanie równowagi w organizmie. Dzięki lokalnie działającemu układowi odpornościowemu (GALT) zapewniona jest zarówno ochrona błon śluzowych, jak i ochrona ogólna przed wnikającymi patogenami. Jednak kiedy bariera jelitowa jest zaburzona, do organizmu mogą zacząć wnikać patogeny, a wtedy komórki wchodzące w skład GALT rozpoznają drobnoustroje chorobotwórcze, a układ immunologiczny otrzymuje sygnał do działania. W tym momencie rozpoczyna się działanie pierwszej linii obrony śluzówkowej: sIgA oraz beta-defensyny 2. Niedobór prawidłowej mikrobioty ściśle związanej z odpornością śluzówkową będzie się wiązał z niedostateczną ochroną błon śluzowych, czego skutkiem mogą być nawracające infekcje czy większa predyspozycja do wystąpienia alergii. W wypadku obniżonych parametrów odporności śluzówkowej należy zastosować celowaną probiotykoterapię oraz dietę bogatą w błonnik, bo prawidłowa mikrobiota jelitowa oznacza odporne śluzówki w całym organizmie.

• Przypisy

1. Działo J., Niedźwiedzka-Rystwej P., Mękal A., Deptuła W., Charakterystyka tkanki limfatycznej błon śluzowych przewodu pokarmowego i układu oddechowego, "Alergia. Astma. Immunologia" 15, 2010, 4.

2. Tokarz-Deptuła B., Śliwa-Dominiak J., Adamiak M., Bąk K., Deptuła W., Bakterie komensalne a odporność układu pokarmowego, oddechowego i moczowo-płciowego, "Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej" 70, 2016.

3. Górska S., Jarząb A., Gamian A., Bakterie probiotyczne w przewodzie pokarmowym człowieka jako czynnik stymulujący układ odpornościowy, "Postępy Hig Med Dośw" 63, 2009, 653–667.

4. Rusch K., Peters U., Jelito grube-centrum układu immunologicznego, "Medycyna Biologiczna" 2, 2003, 54–58.

5. Gałęcka M., Bartnicka A., Szewc M., Mazela J., Kształtowanie się mikrobioty jelitowej u niemowląt warunkiem zachowania zdrowia, "Stand Med Pediatr" 13, 2016, 359–367.

6. Round L., Mazmanian K., The gut microbiota shapes intestinal immune responses during health and disease, "Nat Rev Immunol" 9, 2009, 313–323.

7. Hapfelmeier S., Lawson A., Slack E. i wsp., Reversible microbial colonization of germ-free mice reveals the dynamics of IgA immune responses, "Science" 328, 2010, 1705–1709.

8. Maciorowska E., Ryszczuk E., Rola probiotyków i prebiotyków w procesie immunomodulacji w przewodzie pokarmowym, "Zakażenia" 1, 2012, 33–39.

9. Mojka K., Probiotyki, prebiotyki, synbiotyki – charakterystyka i funkcje, "Probl Hig Epidemiol" 95(3), 2014, 541–549.

10. Gałęcka M., KyberKomapkt – znaczenie nowoczesnej diagnostyki mikrobiologicznej w diagnostyce przewodu pokarmowego, "Zakażenia" 13(6), 2013, 84.

11. Niedźwiedzka-Rystwej P., Deptuła W., Defensyny – ważny wrodzony element układu odpornościowego u ssaków; Defensins: An important innate element of the immune system in mammals, "Postepy Hig Med Dosw" 62, 2008, 524–529.

12. McGirt Y., Beck A., Innate immune defects in atopic dermatitis, "J Allergy Clin Immunol" 118, 2006, 202.

13. Uruakpa O., Ismond H., Akobundu T., Colostrum and its benefits: a review, "Nutr Res" 22, 2002, 755–767.

14. França L., Bitencourt V., Fujimori M. et al., Human colostral phagocytes eliminate enterotoxigenic Escherichia coli opsonized by colostrums supernant, "J Microbiol Immunol" 44, 2011, 1–7.

15. Hoeppli R., Wu D., Cook L., The environment of regulatory T cell biology: cytokines, metabolites and the microbiome, "Front Immunol" 6, 2015, 61.

16. https://www.wspolczesnadietetyka.pl/