Влияние Lactobacillus acidophilus на пролиферацию и апоптоз клеток рака толстой кишки (аннотация)Влияние Lactobacillus acidophilus на пролиферацию и апоптоз клеток рака толстой кишки
Рак толстой кишки является четвертой ведущей причиной смерти от рака во всем мире, ежегодно в мире диагностируется более одного миллиона случаев, и это многофакторное заболевание, включающее генетические, экологические факторы риска и факторы образа жизни.
Этиология рака толстой кишки многообразна, включая диету с высоким содержанием жиров, ожирение, употребление алкоголя, хроническое воспаление желудочно-кишечного тракта и хронические запоры. Помимо диеты, пробиотики являются наиболее распространенными веществами, используемыми для поддержания здорового микробного сообщества. Микробиота кишечника приобретает все большее значение для здоровья и болезни, и все больше исследований посвящено регулированию кишечного микробиома и его взаимодействию с хозяином. 5-фторурацил (5-ФУ) и оксалиплатин являются наиболее эффективными препаратами для лечения рака толстой кишки. Однако они являются дорогостоящими и имеют ряд побочных эффектов. Наиболее распространенные побочные эффекты включают разрушение здоровых клеток и вызывание резистентности у раковых клеток. Кроме того, существуют такие побочные эффекты, как диарея и неспособность эффективно усваивать питательные вещества.
Несколько клинических исследований предоставляют убедительные доказательства в пользу пробиотиков как стратегии дополнительного лечения рака толстой кишки. Рандомизированное исследование, проведенное на 398 испытуемых, среди которых были как мужчины, так и женщины, показало, что при приеме Lactobacillus casei снижается частота появления опухолей с умеренной и высокой степенью атипии. Это позволило предположить профилактическое значение пробиотиков при колоректальном раке (Ishikawa et al., 2005). Когда испытуемые принимали комбинацию пробиотика и омега-3 жирных кислот, общее качество жизни улучшалось, а побочные эффекты химиотерапии уменьшились (Golkhalkhali et al., 2018). Хотя результаты клинических испытаний весьма обнадеживающие, количество исследований, связанных с этой областью, все еще невелико. Для создания более полных и конкретных доказательств в поддержку теории необходимо провести рандомизированное клиническое исследование с большим размером выборки, надлежащим процессом рандомизации, надлежащим анализом и проверкой.
Пробиотики определяются как "активные микроорганизмы, которые приносят пользу хозяину, когда достигают определенного количества". Доля мирового рынка пробиотиков в 2020 году составила 46,55 млрд долларов США. Lactobacillus - это группа микроорганизмов пищевого класса, которые обычно считаются безопасными в продуктах питания. Пробиотики были рекомендованы для лечения воспалений, инфекционных и неопластических заболеваний. Было установлено, что пробиотики обладают противораковым действием, способствуя образованию противораковых соединений, укрепляя иммунную систему, улучшая кишечный барьер, подавляя пролиферацию раковых клеток и вызывая апоптоз раковых клеток (Heydari et al., 2019).
Между тем, потенциальными механизмами действия пробиотиков могут быть изменение микроэкосистемы кишечника, снижение рН кишечника и изменение метаболизма опухоли [например, производство короткоцепочечных жирных кислот (SCFA), конъюгированных жирных кислот] (Chen et al., 2012). Было доказано, что симбиотическая комбинация Bifidobacterium lactis и резистентного крахмала в крысиных моделях защищает от развития рака и коррелирует с увеличением производства SCFA (Le Leu et al., 2010). Lactobacillus обладают различными пробиотическими функциями, включая холестериноснижающую активность, антиоксидантную активность, противораковую активность, иммуномодулирующую активность и ингибирование активности патогенных бактерий. Их пробиотические свойства объясняются устойчивостью к желчи и способностью встраиваться в микробиоту кишечника, что позволяет им подавлять патогенные бактерии и способствовать здоровью хозяина. Также Lactobacillus противостоят раку толстой кишки в различных формах, таких как живые и аттенуированные штаммы, компоненты штаммов и метаболиты живых штаммов. Апоптоз клеток рака толстой кишки обусловлен активацией цистеин-аспаргиновой протеазы живыми молочнокислыми бактериями (LABs), которая подавляет пролиферацию клеток рака толстой кишки, таких как Caco-2 (Thirabunyanon et al., 2009).
В нашем предыдущем исследовании было установлено, что Lactobacillus acidophilus KLDS1.0901 обладает сильной устойчивостью к желчным кислотам и желчным солям, антимикробными свойствами и высокой активностью клеточной адгезии (Du et al., 2016). Некоторые экспериментальные исследования продемонстрировали эффективность пробиотиков в профилактике и лечении рака. Shida и Nomoto обнаружили, что L. casei Shirota проявляет противораковую активность за счет иммуномодулирующего воздействия макрофагов, естественных клеток-киллеров и Т-клеток на раковые клетки (Shida и Nomoto, 2013). Baldwin и др. (2010) обнаружили, что живые L. acidophilus и L. casei могут увеличивать способность 5-ФУ вызывать апоптоз, что позволяет предположить, что эти пробиотики могут обладать активностью, вызывающей апоптоз в раковых клетках.
Предполагается также, что пробиотики могут эффективно снижать уровень канцерогенных химических веществ, вызванных окислительным повреждением ДНК in vitro и in vivo (Zhang et al., 2013). Экспериментальные исследования показали, что пероральный прием определенных пробиотиков и их метаболитов снижал риск накопления реактивных видов кислорода (ROS), а также разрушал супероксидные анионы и перекись водорода (Tsai et al., 2010). Кроме того, в апоптотических клетках изменяется мембранный потенциал митохондрий. Исследования показали, что апоптоз может регулироваться путем регулирования трансмембранного потенциала митохондрий (Hofmann et al., 2009).
Целью данного исследования являлось изучение цитотоксического эффекта L. acidophilus KLDS1.0901 и его механизма в культурах раковых клеток HT-29 и Caco-2. Сообщалось, что L. acidophilus KLDS1.0901 обладает пробиотической активностью (антиоксидантными свойствами) и адгезией, а также ингибирует пролиферацию клеток HT-29. В то же время, способность L. acidophilus KLDS1.0901 переносить желудочно-кишечный сок может достигать более 80% (Yue et al., 2020). Однако нет никаких сведений о цитотоксичности L. acidophilus KLDS1.0901.
Мы определили влияние L. acidophilus KLDS1.0901 на связанные с апоптозом сигнальные пути в клетках HT-29, что создает теоретическую основу для разработки функциональных лактобактерий с эффектом предотвращения рака толстой кишки. Наши эксперименты in vitro заложили основу для изучения ингибирующего действия Lactobacillus на рак толстой кишки in vivo.
Результаты показали, что L. acidophilus KLDS1.0901 подавлял пролиферацию клеток HT-29 и Caco-2 дозозависимым образом и достигал максимума через 48 ч. С увеличением времени и реактивных форм кислорода в клетках HT-29, скорость апоптоза клеток HT-29 увеличивалась. Кроме того, L. acidophilus KLDS1.0901 снижал митохондриальный мембранный потенциал клеток HT-29. Эти результаты позволяют предположить, что L. acidophilus KLDS1.0901 имеет потенциал для использования в разработке нового типа функциональных продуктов питания для адъювантного лечения рака толстой кишки.
