Ученые разобрались в том, как кишечная микробиота влияет на противораковый иммунитет печени. Раньше уже было известно, что желчные кислоты, которые вырабатываются в печени и затем поступают в пищеварительный тракт, модифицируются там микроорганизмами. После этого они могут вернуться в печень и повлиять на особый тип иммунных лимфоцитов — NKT-клеток, которые в норме предотвращают образование опухолей печени. Теперь установлено, что вредную модификацию осуществляют бактерии рода Clostridium, и выявлены молекулярные подробности этого процесса. Полученные данные могут не только быть использованы в дальнейших исследованиях терапии рака, но и показывают связь микробиоты и ее метаболитов с иммунными ответами в печени.
Рис. 1. Кишечно-печеночная циркуляция желчных кислот в организме и механизм их влияния на онкогенез в печени. Печень выделяет желчные кислоты (bile acids), которые затем поступают в кишечник, где могут быть модифицированы микробиотой. Часть кислот затем возвращается через эпителий кишечника (gut epithelium; см. Intestinal epithelium) и воротную вену (portal vein) в печень (вторичные кислоты, secondary acids). Некоторые модификации позволяют вторичным кислотам влиять на уровень хемокина CLCX16, большое количество которого подавляет активность особого вида иммунных клеток — NKТ-клеток (Natural killer T cell, NKT), противостоящих образованию опухолей в печени.
С 1980 года количество случаев рака печени и метастазов раков других органов в печень возросло в 3 раза. В развитых странах он становится одной из главных причин смерти от онкологических заболеваний. Это связано, с одной стороны, с факторами, провоцирующими рак печени (неумеренное потребление алкоголя и последующий цирроз печени, вредные продукты питания, различные химические соединения в окружающей среде, вирусы гепатитов В и С), а с другой стороны, — с уменьшением смертности от ряда других раков.
Недавно было показано, что на эффективность различных методов лечения рака, а также на онкогенез как таковой может влиять кишечная микробиота — совокупность микроорганизмов в пищеварительном тракте. На данный момент до конца не ясно, как именно микроорганизмы попадают в пищеварительный тракт и заселяют его. Сейчас преобладает мнение, что изначально младенцы рождаются «чистыми», а микробиота попадает к ним с пищей, из воздуха и другими путями и формируется за первые пару лет жизни. Однако есть исследования, показывающие, что, например, некоторые лактобактерии встречаются в плаценте во время беременности.
В состав микробиоты входит множество разнообразных микроорганизмов — как анаэробных, так и аэробных (а всего у взрослого здорового человека может быть несколько десятков триллионов микроорганизмов в кишечнике — их число обычно превосходит число собственных клеток организма). Отношения большинства из них с организмом хозяина мутуалистические, основная полезная функция микробиоты состоит в усвоении пищи. Но процессы взаимодействия между микробиотой и различными органами очень разнообразны. Так, микроорганизмы микробиоты могут стимулировать иммунную систему к выработке цитокинов, иммуноглобулинов, а продукты их метаболизма могут влиять и на центральную нервную систему.
И, как выяснилось, микробиота может стимулировать или, наоборот, подавлять противораковый иммунный ответ в печени. А это главное средство противостояния раку в организме: основную функцию по нейтрализации клеток, вышедших из-под контроля и формирующих опухоли, выполняют лимфоциты иммунной системы. В печени имеется свой специфичный набор иммунных клеток, состоящий из Т- и В-лимфоцитов, макрофагов. В отличие от общей иммунной системы, в печени очень много NKT-клеток (Natural killer T cell, NKT), составляющих до 40% от количества Т-лимфоцитов.
Продукты метаболизма микробиоты попадают в печень из пищеварительного тракта через эпителий кишечника и воротную вену, доставляющую 75% всей крови, поступающей в печень. Было показано, что они влияют на развитие гепатоцеллюлярной карциномы, но механизмы этого влияния оставались неизвестными. Гепатоцеллюлярная карцинома — наиболее частый первичный рак печени, возникающий в результате перерождения гепатоцитов, составляющих примерно 80% всей массы печени. Этот рак плохо поддается лечению. На ранних стадиях, когда опухоль меньше 5 см, ее можно удалить или осуществить пересадку печени. На более поздних стадиях лечение практически никогда не бывает успешным.
Большой коллектив ученых из научных учреждений США, Германии и Тайланда во главе с Тимом Гретеном исследовал на модельных мышах роль кишечной микробиоты в формировании иммунитета печени к гепатоцеллюлярной карциноме (ГК), а также влияние микробиоты на метастазы раков других органов, поскольку такие метастазы возникают чаще всего именно в печени. В соответствии с ранними результатами других ученых подавление микробиоты введением животным смеси антибиотиков в питьевой воде приводило к резкому угнетению ГК, вызванной у них снятием репрессии онкогена MYC доксициклином (рис. 2).
Рис. 2. Подавление бактерий пищеварительного тракта подавляет и развитие рака печени. У трансгенных мышей вызывали на 4 неделе жизни гепатоцеллюлярную карциному, после чего давали им либо чистую питьевую воду (H2O), либо воду со смесью антибиотиков (АВХ). Еще через 10 недель мышей забивали, извлекали печень и подсчитывали на ней узлы раковых опухолей — на графике хорошо видно, что у мышей, получавших простую воду, опухоли развивались гораздо сильнее. Внизу слева для примера показаны печени мышей из каждой группы.
Подавление микробиоты не влияло на формирование первичных опухолей после инъекции мышам под кожу раковых клеток других органов, но количество метастазов в печени сильно сокращалось. При этом не наблюдалось никакого замедления метастазирования в легкие. Следовательно, влияние микробиоты на метастазирование специфично для печени.
Чтобы понять, как возникает противоопухолевый эффект подавления микробиоты, авторы проанализировали его влияние на набор иммунных клеток в печени. Они обнаружили заметное увеличение количества NKT-клеток, при этом количество других иммунных клеток существенно не изменялось. Это наблюдалось и на здоровых мышах независимо от их возраста и пола (рис. 3). Накопление NKT-клеток оказалось специфичным для печени (например, в селезенке набор иммунных клеток не менялся).
Рис. 3. Подавление кишечной микробиоты стимулирует формирование натуральных киллеров Т (NKT) в печени. Мышам, которых поили водой или водой с антибиотиками (АВХ), трансплантировали под кожу раковые клетки EL4 и через 2,5 недели определяли в их печени содержание иммунных лимфоцитов разных типов.
Ранее было показано, что для накопления и выживания NKT-клеток в печени важен рецептор хемокина типа 6 CXCR6. И действительно, все NKT-клетки печени подопытных мышей экспрессировали CXCR6. Также NKT-клетки печени оказались активными продуцентами интерферона γ — более активными, чем другие лимфоциты.
Естественное предположение, что именно с NKT-клетки борются с опухолями и метастазами в печени, подтвердилось в экспериментах in vivo на мышах: в нокаутных по CXCR6 мышах (у которых сильно снижалась активность NKT-клеток в печени) метастазирование не зависело от подавления микробиоты.
Единственным лигандом рецептора CXCR6 является хемокин CXCL16, поэтому ученые проследили связь экспрессии этих двух белков. Оказалось, что в печени (точнее — в эндотелии синусов, но не в гепатоцитах) мышей, принимавших антибиотики, уровень экспрессии мРНК Cxcl16 оказался повышенным, что сопровождалось увеличением количества NKT-клеток.
Далее нужно было установить связь микробиоты с экспрессией печеночных CXCL16 и CXCR6. Хорошо известно, что бактерии-симбионты в пищеварительном тракте регулируют состав желчных кислот, которые синтезируются в печени. Через желчный пузырь они попадают в кишечник, где участвуют в усвоении жиров. Желчные кислоты совершают своеобразный круговорот: часть из них из кишечника попадает в венозную кровь и возвращается в печень (рис. 1). Различают так называемые первичные кислоты, синтезируемые в печени, и вторичные — прошедшие через кишечник (возможно, не один раз) и модифицированные там ферментами микробиоты. И тех, и других довольно много. В деталях неизвестно, какие из разнообразных микроорганизмов микробиоты производят какие модификации желчных кислот и какие из модифицированных желчных кислот «полезные», какие «вредные». У мышей первичной желчной кислотой является, например, β-мурихолевая кислота (β-МСА), а вторичной — ω-мурихолевая кислота (ω-МСА).
На связи желчных кислот с экспрессией CXCL16 и сосредоточились ученые. Они выяснили, что колестирамин (лекарственное средство, понижающее уровень желчных кислот) увеличивал в печени мышей уровень NKT-клеток и что параллельно усиливалась экспрессия мРНК Cxcl16. Это позволило предположить, что желчные кислоты влияют на накопление NKT-клеток путем регуляции экспрессии CXCL16.
Проверили это так. Во-первых, подавление микробиоты антибиотиками ожидаемо приводило к увеличению доли первичных и уменьшению доли вторичных желчных кислот. Во-вторых, в культурах клеток эндотелия синусов печени in vitro при обработке ω-МСА экспрессия мРНК Cxcl16 подавлялась, а под действием β-МСА — усиливалась. В-третьих, при добавлении в пищу мышей вторичных кислот накопление NKT-клеток подавлялось, а первичные кислоты в пище его стимулировали. И, соответственно, вторичные кислоты стимулировали формирование раковых опухолей, а первичные его подавляли.
Следующий вопрос, который разрешили авторы, касался идентификации бактерий микробиоты, ответственных за «вредоносную» модификацию желчных кислот. Авторы оценили влияние на продукцию NKT-клеток антибиотиков разных спектров действия. Добавление в пищу мышей ванкомицина или цефоперазона (cefoperazone), подавляющих грамположительные бактерии, уменьшало содержание вторичных кислот (и повышало уровень NKT-клеток) в печени, а неомицин проявлял лишь слабый эффект. Ранее уже было показано, что наиболее важные реакции превращения первичных кислот во вторичные связаны в основном с ограниченным набором бактерий микробиоты, в который входят клостридии. Действительно, ванкомицин сильно подавляет рост клостридий, а неомицин влияет на них слабо. А вот после того, как микробиота мышей была подавлена и пищеварительный тракт был вновь заселен C. scindens, NKT-клетки хуже накапливались в печени и в ней активизировался рост раковых опухолей.
Таким образом, ученые более-менее полностью разобрались, как бактерии пищеварительного тракта, способные превращать первичные желчные кислоты во вторичные, могут влиять рост раковых опухолей печени.
Результаты, полученные на мышах, были проверены и подтвердились на тканях печени человека. Также известно, что кроме противоопухолевого действия NKT-клетки являются важным регулятором аутоиммунных ответов. Поэтому полученные результаты позволяют полагать, что микробиота и желчные кислоты могут стать потенциальной мишенью для лечения и аутоиммунных заболеваний печени.
Источник: ЭЛЕМЕНТЫ БОЛЬШОЙ НАУКИ
