ГМ-пробиотик синтезировал лекарство от ревматоидного артрита прямо в кишечнике
Капсула с бактерией не уступила в эффективности инъекции
Американские ученые научили Lactobacillus reuteri синтезировать блокатор калиевых каналов лимфоцитов, который способен снижать пролиферацию эффекторных T-клеток памяти и, как следствие, воспаление. Как сообщается в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, ежедневный пероральный прием ГМ-пробиотика значительно уменьшил клинические проявления ревматоидного артрита у крыс.
Биологические препараты — широкая группа лекарств, которая часто применяется для лечения онкологических и метаболических заболеваний, а также хронических воспалительных заболеваний соединительной ткани. Основной преградой для их широкого распространения остается способ введения в организм. Все они вводятся парентерально, с помощью инъекций, что значительно снижает приверженность лечению пациентов, которым такие препараты прописывают часто пожизненно, как, например, при ревматоидном артрите.
Современные методы лечения ревматоидного артрита включают стероидные и нестероидные противовоспалительные препараты, болезнь-модифицирующие антиревматические препараты и модификаторы иммунного ответа — антитела, нацеленные на цитокины и их рецепторы. Такой подход эффективен для снижения воспаления и уменьшения боли, однако он слабо связан с непосредственным патогенезом ревматоидного артрита и повышает вероятность инфекций и онкологических заболеваний. Кроме того, биологические препараты могут быть иммуногенными и стимулировать выработку нейтрализующих антител после повторного введения препарата.
У пациентов с ревматоидным артритом в соединительной ткани суставов обнаруживается большое количество эффекторных T-клеток памяти, ответственных за воспаление. В состоянии покоя эти клетки экспрессируют низкие уровни калиевого канала Kv1.3. Он регулирует потенциал плазматической мембраны и гомеостаз кальция — одного из основных активаторов Т-лимфоцитов. При активации эффекторной T-клетки памяти резко увеличичвается экспрессия Kv1.3, что ведет к повышению уровня кальция в клетке и запуску процесса воспаления.
Белковую молекулу ShK-186 считают мощным и селективным пептидным блокатором Kv1.3. Его успели протестировать на крысах, нечеловеческих приматах, здоровых добровольцах и пациентах с аутоиммунным заболеванием. В испытаниях он показал значимый терапевтический эффект и удовлетворительный профиль безопасности.
Кристин Битон (Christine Beeton) с коллегами из Медицинского колледжа Бейлора модифицировали пробиотическую бактерию Lactobacillus reuteri так, чтобы она синтезировала молекулу, схожую с ShK-186 — ShK-235. Бактерия показывала высокую экспрессию молекулы in vitro, в связи с чем ученые решили провести эксперимент in vivo.
Сначала ученые проверили, может ли молекула ShK-235 проникать из просвета кишки в кровоток здоровых крыс и крыс с моделью ревматоидного артрита. Для этого они однократно давали крысам пробиотик Lactobacillus reuteri (LrS235) в дозе 109 колониеобразующих единиц и спустя шесть часов проверяли способность их плазмы крови блокировать каналы Kv1.3. Сыворотки от крыс, которым вводили пробиотик снижали интенсивность токов Kv1.3 на 37 процентов, тогда как сыворотки от крыс, которым вводили капсулу с желатином (контроль), не влияли на токи в Kv1.3.
Затем исследователи оценили, насколько введение капсул с модифицированными Lactobacillus reuteri способно снизить реакцию гиперчувствительности замедленного типа в ухе крыс — модели хронического воспаления. Как и ожидалось, пероральный прием пробиотика и инъекция ShK-235 снизили площадь воспаления на 30 и 58 процентов соответственно. При этом прием капсул с нативным ShK-235 не влиял на воспаление.
Также ученые проверили эффективность перорального приема модифицированного пробиотика в модели тяжелого ревматоидного артрита у крыс. Им вводили один из четырех препаратов: инъекционное плацебо, инъекционный ShK-235, капсулы с модифицированными бактериями или капсулы с плацебо. Введение капсул с плацебо не повлияло на общую тяжесть заболевания. Инъекция синтетического ShK-235 снизила средний балл тяжести артрита почти на 60 процентов, а прием капсул с ГМ-бактериями снизил средний балл тяжести артрита на 84 процента по сравнению с контрольной группой.
Гистологическое исследование тканей суставов мышей, получавших плацебо, выявило сильную деградацию и эрозию хряща, образование паннуса и разрастание синовиальных тканей. У мышей, получавших инъекции ShK-235 или капсулы с ГМ-бактериями, гистологическая картина была сходна с гистологической картиной здоровых мышей. На компьютерной томографии задних конечностей наблюдались значительные эрозии костей у крыс, получавших плацебо. У крыс из экспериментальной группы кости оказались более сохранны.
Ученые не обнаружили признаков иммунных реакций на белок ShK-235, вырабатываемый ГМ-бактериями. Таким образом, как считают исследователи, такой способ доставки лекарств следует как можно скорее опробовать на людях, поскольку он может решить сразу две проблемы — повысить приверженность пациентов к лечению и обойти иммунный контроль организма.
Исследователи давно пытаются «приручить» бактерии, чтобы использовать их в качестве доставщика лекарств. Они даже научили их реагировать на окружающую температуру, чтобы экспрессия необходимых лекарственных молекул начиналась в нужной части желудочно-кишечного тракта.
Но не все мыши способны принимать сигналы мозгом от мастоцитов
Лейкотриен С4, его производные и фактор роста и дифференцировки 15 типа названы главными медиаторами воспаления, опосредующими избегание пищевого аллергена у мышей. Это проявление аллергии возникало даже в отсутствии типичных проявлений пищевой аллергии — например, если давать вещество под прикрытием антигистаминных препаратов. Соединения, вырабатываемые тучными клетками и эпителиоцитами после введения аллергена, опосредует связь иммунной системой и ЦНС. Исследование опубликовано в журнале Nature. Анафилактические реакции, или иммуноглобулин Е-опосредованные реакции гиперчувствительности немедленного типа, основаны на выработке антител класса Е (IgE) к аллергену. Комплекс из аллергена и IgE активирует клетки, участвующие во врожденном иммунитете — тучные клетки (мастоциты) и базофилы, выделяющие медиаторы воспаления. Их действие на уровне организма проявляется не только местным кожным зудом, бронхоспазмом, или, как при пищевой аллергии, болью в животе, но и реакциями со стороны центральной нервной системы, за которыми может скрываться нейровоспаление. При этом механизм неврологических проявлений атопических реакций остается неизученным. Фармакологи и иммунологи из США, Бразилии и Франции под руководством Руслана Меджитова (Ruslan Medzhitov) изучили связь иммунологических и отдельных поведенческих проявлений на примере модели пищевой аллергии на яичный белок (овальбумин) у мышей. Они сенсибилизировали мышей линии BALB/c к яичному белку, вводя его подкожно вместе с адъювантом, усиливающим иммунный ответ. Когда наступала сенсибилизация, животных сажали в клетку с двумя поилками: в одну из них наливали воду, а в другую — раствор яичного белка. Животные, у которых выработалась аллергия, предпочитали пить воду, в то время как мыши из контрольной несенсибилизированной группы предпочитали питательный белок. Выраженность такого поведения коррелировала с выраженностью сенсибилизации — то есть, уровнем IgE в крови и маркеров активности тучных клеток в стенке кишечника. Лечение мышей от аллергии антигистаминными препаратами не устраняло избегающего поведения в отношении аллергена. из чего авторы заключили, что связь между тучными клетками и мозгом опосредована какими-то другими соединениями. Точно так же, блокада высвобождения серотонина, субстанции P и медиатора ноцицептивной системы CGRP не изменила поведение мышей. Напротив, блокада фермента 5-липоксигеназы (фермента, необходимого для синтеза лейкотриена C4 и его производных, D4 и E4) значимо снизила выраженность поведенческих проявлений атопии. Так же повышался уровень ростового фактора GDF15, вырабатываемого эпителиальными клетками при контакте с активированными мастоцитами, по мере сенсибилизации. Действуют ли лейкотриены напрямую на мозг, или же опосредованно — не ясно, но пересечение блуждающего нерва (по нему передается афферентная информация от кишечника в ЦНС) не устранило полностью поведенческие реакции. Введение GDF15 перед экспозицией аллергена вызывало отвращение к овальбумину у сенсибилизированных животных, а блокада действия этого ростового фактора при помощи антител вызывает обратный эффект. Чтобы понять, какие структуры ЦНС отвечают за отвращение к аллергену, ученые гистологически исследовали мозг мышей, сенсибилизированных к овальбумину, спустя 90 минут после ег действия. Структуры, активируемые предъявлением аллергена — ядро одиночного пути, наружно-латеральная часть парабрахиального ядра и центральные участки миндалевидного тела — регионы, роль которых известна в избегании. Таким образом, ученые весьма подробно проследили цепочку от попадания в организм аллергена через активацию тучных клеток, вырабатывающих лейкотриены, и заставляющие эпителий вырабатывать цитокин GDF15, действующих на ЦНС. GDF15 — это ростовой фактор, вырабатываемый многими эпителиальными и мышечными клетками организма человека в ответ на повреждающие факторы, который связывают со снижением аппетита, симптомами депрессии и активацией эндокринной оси «гипоталамус-гипофиз-надпочечники». Физиологические эффекты лейкотриенов у человека пока и не изучены. Лучше всего известно, как они действуют на микроциркуляцию и проницаемость сосудистой стенки и изменение бронхиальной секреции при астме. Но известно, что синтез лейкотриенов происходит и в стволе мозга и промежуточном мозгу: постулируется, что лейкотриены опосредуют нейровоспаление. Пока неясно, касаются ли обнаруженные эффекты любой атопической реакции, или же возникают только при перорально введении аллергена. Из многосложности и разветвленности системы следует в том числе и ее изменчивость. Показательно, что попытка воспроизвести весь эксперимент на мышах другой генетической линии (C57BL/6) не увенчалась успехом: у мышей из этой линии менее выражен IgE-опосредованный иммунный ответ и менее активен подъем уровня GDF15 в ответ на предъявление аллергена. К тому же, не все аллергены стабильно вызывают отвращение у мышей. Ранее мы писали о том, что раннее столкновение организма ребенка с потенциальным пищевым аллергеном снижает вероятность развития тяжелых аллергических реакций впоследствии.
