Постбиотики в онкологии: наука или фантастика? (аннотация)
#бактериальные лизаты #метаболиты триптофана #экзополисахариды #короткоцепочечные жирные кислоты #внеклеточные везикулы #апоптоз #постбиотики #микробные метаболиты #клиническая онкология
Баланс бактериальной, грибковой и вирусной составляющих микробиоты кишечника позволяет поддерживать гомеостаз кишечника.
Существует несколько методов изменения микробиоты кишечника, таких как диета, пробиотики, пробиотики нового поколения, синбиотики, трансплантация фекальной микробиоты, различные методы лечения и постбиотики. В настоящее время точное определение постбиотиков не дано, однако некоторые его характеристики рассмотрены. Постбиотики определяются как биологически активные соединения, которые образуются в процессе ферментации. К постбиотикам относят вещества, которые образуются в результате метаболической активности микроорганизмов и оказывают благоприятное воздействие на организм хозяина как косвенно, так и напрямую.
Таким образом, концепция постбиотиков основана на том, что положительные эффекты микробиоты кишечника опосредованы секрецией множества метаболитов. Важно отметить, что постбиотики - это неживые бактериальные продукты, в их состав не входят живые микроорганизмы. Недавно было признано, что постбиотики также могут существенно влиять на микробиом кишечника и укреплять его, а также могут стать новым терапевтическим средством для онкологических больных. Поэтому в данном обзоре описана возможная роль постбиотиков в лечении онкологических больных. Основное внимание уделено экзополисахаридам, фрагментам клеточной стенки, метаболитам триптофана, ферментам, бактериальным лизатам, внеклеточным везикулам и короткоцепочечным жирным кислотам.
Экзополисахариды
Микроорганизмы продуцируют биополимеры, которые могут выделяться за пределы клеточной стенки бактерий. Эти гетерогенные группы веществ называются экзополисахаридами (ЭПС). Пробиотические молочнокислые бактерии продуцируют ЭПС, которые оказывают антипролиферативное действие на различные раковые клетки. Примечательно, что ЭПС могут модулировать развитие опухолей через множество механизмов, в том числе через стимулирование апоптоза. В 2020 г. было показано, что ЭПС, выделенные из Rhizopus nigricans (зигомицетный нитевидный грибок, широко используемый в фармацевтической промышленности), вызывают апоптоз клеток рака толстой кишки как in vitro, так и in vivo за счет активации пути AMP-активируемой протеинкиназы (AMPK).
Влияние ЭПС на апоптоз было также подтверждено в исследовании Tahmourespor et al. с использованием клеточной линии колоректального рака HT-29. Авторы сообщили, что ЭПС из Pseudomonas aeruginosa способны индуцировать апоптоз и некроз. Аналогичным образом Sun et al. исследовали влияние ЭПС на клеточную линию HT-29, но эти ЭПС были получены из других бактерий, таких как Lactobacillus plantarum-12, L. plantarum-14, L. plantarum-32 и L. plantarum-37. Было замечено, что ЭПС, продуцируемые L. plantarum-12, могут ингибировать пролиферацию вышеупомянутой линии клеток через митохондриальный путь.
В другом исследовании было показано, что ЭПС, выделенные из Lactobacillus acidophilus, могут повышать экспрессию тканевого ингибитора металлопротеиназ-3 (TIMP-3), индуцибельного фактора гипоксии-2α (HIF-2α) и гемоксигеназы-1 (HO-1) и снижать экспрессию фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) и индуцибельного фактора гипоксии-1α (HIF-1α). Кроме того, повышался уровень ингибитора активатора плазминогена-1 (PAI-1). Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что ЭПС, полученные из L. acidophilus, обладают антиоксидантным действием и подавляют экспрессию генов, участвующих в опухолевом ангиогенезе.
Примечательно, что ЭПС оказывают влияние не только на клеточные линии толстой кишки, но и на клетки гепатомы. Клетки HepG2 - это неопухолевые клетки, отличающиеся высокой скоростью пролиферации. В исследовании Yahya et al. было отмечено, что ЭПС, выделенные из морских бактерий, усиливают противоопухолевую активность указанных клеток за счет регуляции генов апоптоза и повышения экспрессии толл-подобных рецепторов (TLRs). Недавно, в 2021 году, было показано, что бактериальные ЭПС, такие как EPS-6 и EPS-RS, индуцируют апоптоз, и они могут быть перспективными агентами в лечении гепатоцеллюлярной карциномы.
Фрагменты клеточной стенки
Клеточная стенка бактерий состоит из многих компонентов, стимулирующих иммунный ответ, например, липотейхоевой кислоты (LTA) грамположительных бактерий, пептидогликана, липополисахаридов (LPS) грамотрицательных бактерий, липопротеинов и липогликанов микобактерий. Потенциальное противоопухолевое действие этих компонентов не является новым открытием. Об этом говорилось даже в публикациях 80-х годов прошлого века. Например, в работе Usami et al. сообщалось, что LTA, выделенный из Streptococcus pyogenes, подавлял рост опухоли фибросаркомы MethA солидного и асцитного типа, тогда как другие фрагменты клеточной стенки, такие как пептидогликан, группоспецифический С-углевод или типоспецифический М-белок, не оказывали никакого влияния. Основным механизмом, с помощью которого LTA подавляет рост опухоли, была названа индукция фактора некроза опухоли.
Последние исследования дают нам более сложное представление о взаимодействии фрагментов клеточной стенки и рака, указывая на то, что в этом процессе участвует множество молекул. В исследовании Arabzadeh et al. (2016) клеточную линию рака яичников SKOV-3 обрабатывали LTA, LPS и рекомбинантным человеческим Il-6 отдельно или в комбинации с ингибитором NF-kB или ингибитором STAT3. Обработку проводили через 4, 8, 12, 24 и 48 ч. Затем авторы оценивали экспрессию Wnt5A и ROR2 на генном и белковом уровнях. Молекула Wnt5a, участвующая в воспалительных процессах, взаимодействует со своим рецептором или ко-рецептором ROR2.
Было показано, что ось Wnt5A-ROR2 играет важную роль в миграции и инвазии различных типов раковых опухолей, влияя на их ориентацию. Arabzadeh et al. доказали, что стимуляция LTA или Il-6 в течение 8 ч вызывает значительное увеличение экспрессии Wnt5A, в то время как обработка LPS, LTA и Il-6 приводит к значительному увеличению экспрессии ROR2 (через 48 ч). В присутствии ингибиторов STAT3 или NF-kB экспрессия Wnt5A снижалась. Кроме того, индукционный эффект LPS или LTA на экспрессию ROR2 и Wnt5A отсутствовал при использовании ингибитора STAT3, в то время как уровень экспрессии ROR2 и Wnt5A, индуцированный Il-6, снижался в присутствии ингибиторов STAT3 и NF-kB. Полученные результаты позволяют предположить, что медиаторы воспаления, такие как LTA, LPS или Il-6, могут модулировать прогрессию рака яичников путем изменения воспалительного ответа и экспрессии (Wnt5A-ROR2).
Зная, что блокирование экспрессии ROR2 с помощью антител приводило к снижению миграции Wnt5A-трансфицированных клеток на 80%, можно предположить, что в случае рака яичников фрагменты клеточной стенки бактерий могут обладать антиметастатическим потенциалом. В связи с ограничениями исследования, обусловленными использованием только одной клеточной линии, потенциальное применение полученных результатов в лечении рака яичников требует дальнейшего изучения - сначала с использованием большего числа клеточных линий, а затем в исследованиях на животных и в клинических условиях.
Другое исследование, проведенное Rezania et al. на раке предстательной железы, показало, что одной клеточной линии может быть недостаточно для определения влияния фрагментов клеточной стенки бактерий на рак. Анализ трех клеточных линий - LNCaP, PC3 и DU145 (с низким, умеренным и высоким метастатическим потенциалом, соответственно), обработанных LPS и LTA в различных концентрациях и в разное время, показал, что индукция иммунного ответа этими веществами сильно зависит от профиля экспрессии толл-подобных рецепторов, который различен в клеточных линиях рака простаты.
Rezania et al. доказали, что наиболее клинически совершенные клеточные линии обладают наиболее полным набором TLR. Наконец, было обнаружено, что LPS значительно индуцировали усиление пролиферации только клеток DUI45, тогда как LTA стимулировал пролиферацию всех использованных клеточных линий рака простаты. Кроме того, и LPS, и LTA повышали адгезивную способность клеточной линии PC3, снижая риск метастазирования. Однако в клетках LNCaP обработка LPS, но не LTA, приводила к соответствующему увеличению способности к инвазии.
В другом исследовании клеточной линии рака простаты LNCaP, проведенном Reader et al., изучалось действие комплекса клеточной стенки и ДНК микобактерий (MCC). Они показали, что MCC стимулирует апоптоз клеток LNCaP и синтез Il-12 и GM-CSF этими клетками рака простаты. Кроме того, в исследовании Hattar et al. в клеточных линиях немелкоклеточного рака легких (аденокарцинома A549 и плоскоклеточная карцинома H226) с использованием очищенной формы LPS Staphylococcus aureus показало пролиферативный эффект на обе использованные клеточные линии, тогда как в клетках колоректального рака HCT-116 экспрессия miR-200c-3p повышалась после обработки LPS и не оказывала антипролиферативного эффекта, но подавляла миграцию, адгезию и апоптоз.
Как было сказано выше, LPS могут не только подавлять, но и стимулировать рост опухоли. Несколько исследований клеточных линий указывают на их роль в канцерогенезе. Являясь компонентом Helicobacter pylori, они играют определенную роль в развитии рака желудка, способствуя пролиферации и миграции через механизм воспаления. Толл-подобный рецептор 4 в раковых клетках повышает как выживаемость, так и пролиферацию клеток гепатоцеллюлярной карциномы. Из приведенных исследований можно сделать вывод, что влияние фрагментов клеточных стенок на рак может варьировать в зависимости от стадии клеточной линии, инвазивности, применяемого вещества и типа рака.
В будущих исследованиях клеточных линий следует обратить внимание на большое разнообразие используемых клеточных линий с различным потенциалом инвазивности. Сделанный вывод не может рассматриваться как общее правило для всех видов рака, но влияние каждого фрагмента клеточной стенки, такого как LPS или LTA, должно быть тщательно изучено для каждого типа новообразований, в дополнение ко всем патологическим и клиническим классам или стадиям. Только тщательный анализ выживаемости и других ключевых клинических параметров может дать ответ на вопрос: выгодно ли использовать в лечении выделенные и специфические фрагменты клеточной стенки?
В дополнение к результатам, полученным на клеточных линиях, исследование колоректального рака на животных, проведенное Zhu et al., подтвердило, что LPS увеличивает выделение VEGF-C через пути TLR4-NF-κB/JNK, способствуя лимфангиогенезу, лимфатическому метастазированию и прометастатическому фенотипу.
С другой стороны, фрагменты клеточных стенок грибков также являются интересной темой для исследований. Например, дрожжевой бета-D-глюкан увеличивал высвобождение фактора некроза опухоли-альфа из мышиных макрофагов, ингибировал пероксидацию липидов, проявлял антиоксидантные, антимутагенные и антигенотоксические свойства. В работе Sadeghi et al. на клеточной линии карциномы легких Льюиса [LL/2] изучалось влияние бета-глюкана (BG) на устойчивые к лечению клетки рака легких. Было доказано, что BG в концентрациях 800 и 100 мкг/мл оказывает значимое цитотоксическое действие на клетки LL/2, измеряемое с помощью МТТ-теста. Кроме того, RT-qPCR-анализ показал, что гены Oct4 и Sox2 были снижены в клетках, обработанных BG, по сравнению с контролем. Зная, что эти гены играют роль в метастазировании, авторы предположили антиметастатический потенциал BG и необходимость дальнейших исследований, подтверждающих эти результаты.
Исследование Fortin et al. на клеточных линиях колоректального рака Hepa 1c1c7 и HT-29 подтвердило антипролиферативный эффект BG, указав также, что BG стимулирует NAD(P): хинон-редуктазу (QR). Тот факт, что QR сверхэкспрессируется во многих видах рака и играет роль в химиорезистентности, может быть ограничением для его использования в терапии. Хотя BG обладает антипролиферативными свойствами, он также может стимулировать резистентность к химиотерапевтическим препаратам через QR. Кроме того, Fortin et al. подчеркивают, что высокое количество глюкана, высокое соотношение глюкана к общему количеству сахара и низкое соотношение хитина к глюкану ассоциируются с усилением антипролиферативного и химиопрофилактического эффектов. Аналогичное влияние BG на профилактику рака толстой кишки наблюдалось у крыс, обработанных 1,2-диметилгидразином. В другом исследовании Fortin et al. сообщалось, что после введения BG активность QR увеличивалась, при этом было доказано уменьшение количества аберрантных очагов в криптах, что указывает на антипролиферативные свойства BG.
Хотя результаты исследований, описывающих иммуномодулирующие фрагменты клеточной стенки, не до конца ясны и противоречивы, в некоторых работах предпринимались попытки изучить потенциальное клиническое применение этих молекул с общими многообещающими результатами. В работе Xie et al. изучалась комбинация LTA, выделенного из Bifidobacterium, с 5-фторурацилом (5-FU) на мышах с инокулированными клетками гепатомы-22, и было показано, что LTA усиливает ингибирование роста опухоли, пролиферации Т-лимфоцитов и продукции IFN-гамма клетками селезенки по сравнению только с 5-FU. Вначале в группе клеток селезенки опухоленосителей наблюдалось высокое соотношение CD4(+), CD25(+) и регуляторных Т-клеток [CD4(+)CD25(+)T(reg)] во всех клетках селезенки, а также повышенные уровни экспрессии белков и мРНК TIM-3 и Foxp3. После обработки LTA в комбинации с 5-FU соотношение CD4+CD25+Treg уменьшилось, а уровни экспрессии белков и мРНК Foxp3 и TIM-3 снизились.
Хотя 5-FU сам по себе оказывает аналогичное действие, LTA значительно усиливает эти свойства. Кроме того, LTA отдельно или в комбинации с 5-FU повышал активность NK-клеток и цитотоксических лимфоцитов в селезенке. Учитывая, что Treg играют роль в резистентности к иммунотерапии и обладают иммуносупрессивными свойствами при раке, снижение их уровня представляется перспективным результатом. В исследовании Tanaka и Sakaguchi (2017) повышение клеточно-опосредованного иммунитета, напоминающее усиление активации NK и цитотоксических лимфоцитов, также может стимулировать противоопухолевый иммунный ответ и должно быть изучено в дальнейшем. Исследование Giuo et al. подтвердило эти результаты и добавило, что комбинация LTA и 5-FU может также смягчать побочные эффекты химиотерапии.
В другом исследовании Cui et al. сообщается об эффективности комбинации агомира miR-27b-3p и LTA при лечении рака желудка. Reader et al. показали, что обе молекулы оказывают синергическое действие при лечении рака желудка. Кроме того, было доказано, что miR-27b-3p нацелен на сосудистый эндотелиальный фактор роста С, ингибируя также путь AKT в клетках рака желудка AGS и N87. Также было обнаружено, что LTA ингибирует пролиферацию, модулируя путь NF-κB. Кроме того, авторы подтвердили (на созданной ксенотрансплантационной модели рака желудка), что как агомир miR-27b-3p в отдельности, так и обработка LTA подавляли развитие опухоли, причем наиболее значительный эффект наблюдался при использовании их комбинации.
С другой стороны, Chakraborty et al. исследовали влияние LPS, LTA и их комбинации на эффективность капсаицина при раке полости рта. Было обнаружено, что присутствие бактериальных антигенов препятствует действию капсаицина и снижает его эффективность с точки зрения ингибирования клеточной пролиферации и метаболизма (тест MT Glo) и увеличения клеточной гибели (тест исключения трипанового синего и экспрессия каспазы 3/7). Такое разное воздействие фрагментов клеточной стенки на клеточные линии рака желудка и ротовой полости еще раз указывает на необходимость проведения специальных исследований для каждого типа рака в отдельности.
И, наконец, в упомянутом исследовании Caisová et al. на мышиной модели меланомы применялась терапевтическая смесь, состоящая из агониста TLR ресикимода, поли (I:C) и LTA. Полученные результаты представляются многообещающими, поскольку данная комбинация приводила к эрадикации прогрессирующей меланомы на поздней стадии у 83% мышей, обладала значительным антиметастатическим потенциалом и достоверно снижала риск рецидива опухоли, что указывает на роль врожденного и адаптивного иммунитета в этом процессе. В работе также исследовалась мышиная модель инвазивной опухоли поджелудочной железы Panc02. Однако для получения 80%-ного ответа на лечение потребовалось дополнительное применение анти-CD40. Комбинация только базовой терапевтической смеси приводила к менее эффективному и статистически не значимому ответу, влияя на рост опухоли, продление выживаемости и подавление метастазов.
Метаболиты триптофана
Аминокислоты, содержащиеся в организме человека, играют важнейшую роль не только в питании, но и в сохранении здоровья и гомеостаза. Одной из 20 аминокислот, встречающихся в организме человека в естественном виде, является триптофан, который косвенно отвечает за рост организма, поддержание эмоционального баланса, стимулирование иммунной системы, регулирование режима сна и многое другое. Поскольку триптофан (TRP) является экзогенной аминокислотой, его необходимо получать с ежедневным рационом. Тыквенные и подсолнечные семечки, кунжут, семена чиа, бананы, шоколад, яйца, сыр, говядина и соевые продукты содержат большое количество этого химического вещества, которое быстро всасывается из пищеварительного тракта после приема.
После всасывания из пищеварительной системы TRP проходит множество различных метаболических путей и превращается в различные химические соединения, которые играют важнейшую роль в поддержании гомеостаза. Три важнейших пути метаболизма TRP - это кинурениновый, серотониновый и индольный пути. Понимание того, как контролируется триптофан-кинурениновый путь в различных тканях, многочисленных биологических функций его метаболитов, стало междисциплинарной темой. Известно, что кинурениновый путь жестко регулируется в иммунной системе, где в ответ на воспаление или инфекцию он вызывает иммуносупрессию. Активация KP приводит к образованию целого ряда физиологически активных метаболитов, таких как кинуренин (KYN), кинуреновая кислота (KYNA) и хинолиновая кислота (QUIN).
QUIN - один из продуктов кинуренинового пути и предшественник никотинамид-аденин-динуклеотида (NAD+), который является важным метаболитом в катаболизме TRP. Согласно исследованию Moffett et al., в ответ на воспаление и инфекцию уровень QUIN повышается, что может приводить к повышению или восполнению клеточного уровня NAD+. Хотя генерация NAD+ в клетках иммунной системы в период состояния здоровья и заболевания в основном неизвестна, считается, что потребность в NAD+ в определенных типах клеток возрастает при воспалении, травме и инфекции и что это необходимо для правильного ответа иммунных клеток, который является жизненно важным для осуществления эффективных антиканцерогенных процессов.
Еще один важный метаболит TRP - кинуреновая кислота (KYNA) - обладает ингибирующим действием на пролиферацию различных линий раковых клеток, таких как рак толстой кишки, рак почек и клетки глиобластомы. В исследовании Walczak et al. ученые пришли к выводу, что KYNA оказывает ингибирующее действие на активацию сигнальных путей PI3K/Akt и MAPK в клетках аденокарциномы толстой кишки HT-29. Кроме того, индоламин-2,3-диоксигеназа (IDO) и ее метаболит, образующийся из TRP, - кинуренин (KYN) - признаны наиболее иммуносупрессивными медиаторами с доказанной эффективностью в развитии рака, поскольку они могут стимулировать апоптоз в клетках с повышенным уровнем активности каспазы-3 и каспазы-9 и, стимулируя de novo производство NAD+, защищать от оксидативного стресса, который может быть онкогенным.
TRP может превращаться в серотонин (5-гидрокситриптамин, 5-HT) в результате отдельного метаболического процесса, известного как серотониновый путь, под действием фермента триптофангидроксилазы (TPH). По данным нескольких научных исследований, серотонин, широко известный своим воздействием на организм человека как нейромедиатор и медиатор моторики желудочно-кишечного тракта, может также оказывать существенное влияние на канцерогенез.
Исследователи предполагают, что воздействие серотонина на раковые клетки может различаться в зависимости от его концентрации в этих клетках. С одной стороны, большое количество серотонина оказывает стимулирующее действие на рост агрессивных раковых клеток за счет взаимодействия с рецепторами 5-HT1 и 5-HT2, а с другой стороны, серотонин в малых дозах уменьшает кровоток, что препятствует росту опухоли.
Согласно исследованию, проведенному Sonier et al., серотонин стимулирует развитие злокачественных клеток молочной железы отчасти через 5-HT2A-рецепторы. Для оценки экспрессии подтипа серотонинергических рецепторов 5-HT(2A) в клетках MCF-7 использовались RT-PCR, вестерн-блоттинг и иммунофлуоресцентный анализ. Исследователи пришли к выводу, что серотонин и селективный агонист рецептора 5-HT2A усиливают пролиферацию клеток в зависимости от концентрации в клеточной линии рака молочной железы человека MCF-7.
В другом интересном исследовании, проведенном Pai et al., было обращено внимание на то, что в процессе прогрессии опухоли увеличивается экспрессия фермента, отвечающего за превращение TRP в серотонин, что позволяет предположить, что повышение уровня серотонина способствует прогрессии опухоли. Что касается индольного пути, то неабсорбированный Trp в кишечнике впоследствии преобразуется микробиотой в индол и индольные соединения, такие как индол-3-пируват, индол-3-ацетамид, индол-3-ацетальдегид, индол-3-уксусная кислота, индол-3-молочная кислота и индол-3-пропионовая кислота. Эти индольные соединения способны связываться с ариловыми углеводородными рецепторами (AhR), что приводит не только к улучшению гомеостаза кишечника, но и к улучшению барьерной функции и состояния плотных спаек. Все это доказывает значительное влияние на здоровье хозяина, обусловленное метаболизмом Trp бактериями.
За исключением индоксилсульфата, который является уремическим токсином и участвует в хронических заболеваниях почек и сосудов, было показано, что основная масса индолов и производных индола защищает от колоректального рака. Также доказано, что индольные соединения могут оказывать как провоспалительное, так и противовоспалительное действие, поскольку могут выступать в качестве лигандов AhR. Противовоспалительный эффект обеспечивается тем, что индолам удается подавлять экспрессию провоспалительных сигналов, таких как IL-8 и NF- kB, и одновременно повышать экспрессию противовоспалительных цитокинов, таких как IL-10. Несмотря на то что индольные соединения в целом положительно влияют на поддержание гомеостаза, в исследованиях показано, что на поздних стадиях рака продукция IL-22, стимулируемая указанными соединениями, может способствовать прогрессии опухоли (Hernandez et al., 2018; Busbee et al., 2020).
Внеклеточные везикулы
Микробиота кишечника может продуцировать так называемые бислойные внеклеточные везикулы (EVs). EVs представляют собой мембранные липидные бислои, окруженные цитозольными соединениями, микробными клетками, белками, нуклеиновыми кислотами и провоспалительными токсинами (например, полисахаридами). В зависимости от бактерии EV, выделяемые грамотрицательными бактериями, различаются по размеру и структуре мембраны - везикулы, продуцируемые грамотрицательными бактериями, называются везикулами наружной мембраны (OMVs), которые обычно крупнее (20-200 нм в диаметре) и сложнее по структуре мембраны.
Lactobacillus spp. являются примером бактерий, образующих MVs со свойствами, имеющими отношение к опухолевому процессу. На животных моделях колоректального рака у ряда видов было зафиксировано противораковое действие Lactobacillus - L. casei, L. rhamnosus GG и L. acidophilus - вероятно, через формирование внеклеточных везикул. Один из возможных механизмов может быть связан с передачей информации - ДНК, LPS и белков, содержащихся в MVs.
Было показано, что присутствие MVs может улучшать ответ на появление опухолевых клеток, регулируя процессы клеточной дифференцировки и апоптоза. По-видимому, внеклеточные везикулы, продуцируемые грамположительными бактериями, такими как L. rhamnosus GG (LrGG-MV), могут обладать потенциальной противораковой активностью. Это предварительно подтверждено результатами наблюдений на клеточных моделях колоректального рака, где MV проявили антипролиферативный эффект (через возможную модуляцию экспрессии генов карциноэмбрионального антигена (CEA). В другой клеточной модели - опухоли рака печени (Hep G2) мембранные везикулы ингибировали пролиферацию клеток через bax/bcl-2.
Короткоцепочечные жирные кислоты
Противораковым действием обладают и наиболее известные постбиотики - короткоцепочечные жирные кислоты (SCFAs). Примечательно, что пул SCFAs (измеряемый в образцах стула) изменяется у пациентов с колоректальным раком, что было недавно показано (Kazmierczak-Siedlecka et al., 2023). В данное исследование были включены 15 больных колоректальным раком в предоперационном периоде. Пропорция между SCFA (которая должна составлять 3:1:1 для ацетата, пропионата и бутирата, соответственно) была изменена (особенно наблюдалась низкая концентрация бутирата).
По-видимому, SCFA, особенно масляная кислота, могут быть вовлечены в противораковый эффект путем изменения клеточного ответа на метаболический и окислительный стресс. Наиболее изученная масляная кислота может оказывать антипролиферативное, антимутагенное и противовоспалительное действие через регуляцию ядерного фактора эритроидного 2-родственного фактора (Nrf-2) и Kelch-подобного ECH-ассоциированного белка 1 (Keap1), а также активацию 5′ AMP-активируемой протеинкиназы (AMPK).
"Бутиратный парадокс", наблюдаемый в раковых клетках кишечника, связан с другим транспортом, использующим масляную кислоту. В неопухолевых эпителиальных клетках кишечника масляная кислота транспортируется через транспондеры, расположенные на апикальной стороне колоноцитов - монокарбоксилатный транспортер 1 (MCT1), натрий-связанный монокарбоксилатный транспортер 1 (SMCT1), белок устойчивости к раку молочной железы (BCRP) и обмен SCFA/HCO3.
К сожалению, транспорт бутирата через SMCT1, MCT1 или BCRP во многих видах рака значительно снижен, и единственным способом является обеспечение бутирата в обмен на HCO3. В результате опухолевой трансформации происходят соответствующие метаболические изменения и клетки переключаются на метаболизм глюкозы (в пересчете на лактат). В этих условиях другие энергетические метаболиты глюкозы (в том числе бутират) не используются для производства энергии (через бета-окисление), и масляная кислота накапливается в цитоплазме, а затем мигрирует в ядро, где действует как ингибитор деацетилаз гистонов (HDACs). В результате гистоны "разрыхляются" путем ацетилирования, что открывает доступ факторам транскрипции к ДНК, что приводит к экспрессии различных белков, индуцирует окислительный стресс и, в конечном итоге, апоптоз.
Противораковый эффект бутирата может быть связан с его антиоксидантной ролью. Его добавление к культурам колоноцитов человека и клеток рака толстой кишки (HT29 и HT29 19A) снижало разрушительное действие свободных радикалов. Интересно, что бутират выступал в качестве активатора индукции некоторых антиоксидантных ферментов (каталазы и металлотионеина) и вызывал повышение уровня глутатион-S-трансферазы в клетках аденокарциномы толстой кишки и других типов раковых клеток.
Исследования in vitro показали, что бутират:
- стимулирует аутофагию за счет повышения активности каскада киназ [B1/AMP-активируемая протеинкиназа (LKB1/AMPK)] в колоректальной карциноме;
- смягчает инвазию опухоли за счет активности и уровня металлопротеиназ, таких как MMP-2 и MMP-9;
- активирует хемотаксис и программируемую гибель клеток.
Очень интересным постбиотиком представляется трибутирин - триацилглицерин, содержащий три молекулы бутирата, который проявляет химиопрофилактические свойства на миллимолярном уровне. В отличие от бутирата, трибутирин имеет более длительный период полураспада, однако индуцирует апоптоз и модулирует ацетилирование гистонов, подобно бутирату. Существуют научные исследования, которые свидетельствуют о негативной роли SCFA в процессе опухолеобразования. В исследовании Matsushita et al. (2021) показано, что у простатоспецифических Pten-нокаутных мышей добавка SCFA способствовала росту опухоли за счет повышения уровня IGF1 и активации локальной MAPK- и PI3K-сигнализации в опухоль-трансформированной простате.
В другом исследовании (Xie et al., 2021) крысы получали 150 мМ ацетата, пропионата или бутирата в питьевой воде в течение 4 недель. После этого регистрировали экспрессию белков кишечного барьера, таких как P-гликопротеин (P-gp) и белок резистентности рака молочной железы (BCRP). Оба белка являются ключевыми эффлюксными транспортерами с АТФ-связывающей кассетой (ABC), участвующими в построении кишечного барьера. Было замечено, что экспрессия кишечного P-gp у крыс снижена, а экспрессия кишечного BCRP повышена, особенно в группе с масляной кислотой (за ней следуют пропионат и ацетат).
Ферментация клетчатки в SCFA является одним из факторов снижения заболеваемости раком толстой кишки. Эффект, по-видимому, заключается в изменении pH кала и ускорении времени прохождения по кишечнику. Подобное явление было подтверждено в исследовании на добровольцах, употреблявших пшеничные отруби, где было отмечено увеличение содержания бутирата в кале и ускорение кишечного транзита.
Интересные результаты были получены при наблюдении за 29 добровольцами (с ожирением или избыточной массой тела), страдающими раком толстой кишки. В течение 28 дней добровольцы принимали дополнительную порцию термостабилизированных рисовых отрубей (30 г/сут) и масличных бобов (35 г/сут). Авторы исследования предположили, что продукты их ферментации микробиотой кишечника могут влиять на здоровье кишечника.
Необходимо изучить диетические вмешательства с использованием этих продуктов для модуляции риска рака толстой кишки. Исследования показали, что употребление рисовых отрубей приводило к увеличению содержания SCFAs (пропионата и ацетата) в стуле уже через 14 дней после приема клетчатки. Ubachs et al. (2021) показали, как отличается содержание SCFAs в стуле 107 пациентов с онкологической кахексией (при раке поджелудочной железы, раке легких и раке молочной железы, а также раке яичников у человека) по сравнению со здоровыми контрольными группами. Среди пациентов с кахексией концентрация всех SCFA в кале была ниже, чем в контроле (особенно ацетата). Авторы заключают, что полученные ими результаты должны открыть дорогу для дальнейших исследований роли метаболитов микробиоты кишечника в раковой кахексии и ее потенциального использования в качестве терапевтической мишени.
Заключение
Мы пришли к выводу, что обсуждаемые метаболиты, секретируемые микроорганизмами, могут оказывать как прямое, так и косвенное положительное влияние на микробиоту кишечника, поддерживая гомеостаз. Постбиотики, в зависимости от их структуры и происхождения, способствуют различным биологическим и химическим процессам в организме человека, изменяя прогрессию раковых клеток. Исследования показывают, что экзополисахариды, выделенные из определенных бактерий, не только оказывают антипролиферативное действие на раковые клетки, но и влияют на механизмы, индуцирующие апоптоз клеток и даже способствующие торможению ангиогенеза опухоли.
Во-вторых, фрагменты клеточной стенки бактерий хорошо известны тем, что вызывают ответную реакцию иммунной системы. По данным различных исследований, эти компоненты, будучи выделенными и использованными определенным образом, могут вмешиваться в такие важные для канцерогенеза процессы, как пролиферация раковых клеток, изменение способности этих клеток проникать в другие ткани и стимулировать фактор некроза опухоли.
Различные группы химических соединений, имеющие большое значение, являются метаболитами TRP. Было доказано, что продукты кинуренинового, серотонинового и индольного путей оказывают большое влияние на подавление прогрессирования рака, поскольку способствуют формированию правильного иммунного ответа и оказывают косвенное антипролиферативное действие на различные линии раковых клеток, уменьшая приток крови к опухоли или модулируя специфические сигнальные пути.
Еще одним постбиотиком, на который было обращено внимание, являются везикулы внеклеточной мембраны, которые могут регулировать дифференцировку и апоптоз клеток, способствуя подавлению развития рака. Противораковое воздействие было также зафиксировано в исследованиях, посвященных наиболее узнаваемым постбиотикам - SCFAs. Эти соединения оказывают влияние на реакцию клеток на метаболический и окислительный стресс и могут проявлять влияние на антимутагенные, противовоспалительные и антипролиферативные процессы, поскольку они жизненно важны для поддержания гомеостаза.
Учитывая все вышесказанное, мы считаем, что изменения, вызванные постбиотиками, могут вызывать положительные эффекты в процессе противоопухолевой терапии у онкологических больных и поэтому могут рассматриваться как новый метод поддерживающей терапии.
