Immunomodulatory effects of probiotic bacteria in healthy adults

Abstract

Probiooteilla kantakohtaisia vaikutuksia ihmisen immuunijärjestelmään terveillä aikuisilla

Probiooteilla on kantakohtaisia tulehduksen välittäjäaineita vähentäviä vaikutuksia ja probioottien yhdistelmien vaikutukset eroavat yksittäisten kantojen vaikutuksista selviää TtM Riina Kekkosen tuoreesta väitöstutkimuksesta.

TtM Riina Kekkonen on selvittänyt väitöskirjassaan eri probioottikantojen vaikutuksia immuunivasteeseen valkosolumallissa sekä terveillä aikuisilla lumekontrolloiduissa kliinisissä tutkimuksissa. Aikaisemmin probioottien vaikutuksia on tutkittu lähinnä allergian ja erilaisten vatsavaivojen ehkäisyssä ja hoidossa. Probiootteja sisältäviä tuotteita käyttävät kuluttajat ovat kuitenkin useimmiten terveitä aikuisia, ja probioottien vaikutus terveiden aikuisten immuunijärjestelmään on ollut puutteellisesti selvitettyä.

Valkosolumallissa probioottikantojen havaittiin poikkeavan toisistaan niiden kyvyssä aktivoida immuunivasteen välittäjäaineiden, sytokiinien, tuotantoa. Anti-inflammatorisia, eli tulehdusta lievittäviä vaikutuksia nähtiin lähinnä Bifidobacterium ja Propionibacterium sukuihin kuuluvilla kannoilla. Streptococcus ja Leuconostoc sukuihin kuuluvat kannat puolestaan aktivoivat Th1 tyyppistä, soluvälitteistä immuunivastetta. Eri probioottien kombinaatiot eivät saaneet aikaan voimakkaampaa aktivaatiota yksittäisiin kantoihin verrattuna, joka viittaa probioottien keskinäiseen kilpailuun niiden ollessa kontaktissa ihmisen solujen kanssa.

Probioottikantojen valinta kliinisiin tutkimuksiin tehtiin niiden anti-inflammatoristen ominaisuuksien perusteella. Parhaita anti-inflammatorisia kantoja olivat B. lactis ssp. animalis Bb12 ja P. freudenreichii ssp. shermanii JS, joiden lisäksi tutkimuksiin valittiin myös L. rhamnosus GG (LGG) hyvin tutkittuna referenssikantana. Solutöiden tulokset eivät olleet täysin verrannollisia kliinisen työn tuloksiin, koska LGG näytti omaavan parhaat anti-inflammatoriset ominaisuudet kliinisissä tutkimuksissa vaikka solutyössä sen aikaansaamat vasteet olivat melko vaimeita. Kolmen viikon kliinisessä tutkimuksessa terveillä aikuisilla LGG alensi mm. tulehdusta kuvaavan C-reaktiivisen proteiinin ja inflammatoristen sytokiinien määrää. Pidemmässä kolmen kuukauden pituisessa kliinisessä tutkimuksessa LGG:llä ei ollut vaikutusta terveiden aikuisten infektiosairastavuuteen, mutta LGG lyhensi vatsavaivojen kestoa.

Probioottien vaikutukset immuunijärjestelmään näyttävät olevan kantakohtaisia ja erityisesti Lactobacillus rhamnosus GG:llä havaittiin anti-inflammatorisia vaikutuksia. Valkosolumallia ei tulisi käyttää ainoana probioottikantojen skriinausmenetelmänä niiden immunologisia vaikutuksia selvitettäessä, koska solutöiden tulokset eivät olleet täysin verrannollisia kliinisten tutkimusten tuloksiin. Sen sijaan veren perifeeristen lymfosyyttien eristäminen ja niiden aktivoitumisen selvittäminen lyhytaikaisessa kliinisessä tutkimuksessa voisi toimia suhteellisen helppona skiinausmenetelmänä.

Probiotics have strain-specific effects on immune system in healthy adults

Probiotics are strain-specifically able to modulate the release and actions of inflammatory mediators in healthy adults. Immunomodulatory effects of probiotic multispecies should be studied as the effects differ from single strains.

MSc Riina Kekkonen investigated the immunomodulatory effects of probiotics in a primary cell culture model using human peripheral blood mononuclear cells (PBMC) as well as in healthy adults in randomized, double-blind, placebo-controlled clinical intervention studies in her thesis. Previously, probiotics have been mostly examined in the prevention and treatment of different gastrointestinal diseases and allergies. Probiotic products, however, are usually consumed by the general, healthy population but not much is known on their immunomodulatory effects in healthy adults.

Probiotic strains from six different genera showed clear differences in their ability to induce cytokine responses in PBMC in vitro. Strains belonging to the Streptococcus and Leuconostoc genera were the most potent inducers of Th1-type cytokines, whereas strains from the Bifidobacterium and Propionibacterium genera induced anti-inflammatory IL-10 production. No combinations of probiotics resulted in enhanced cytokine production compared with individual strains, suggesting that different bacteria compete with each other during host cell-probiotic interactions.

The selection of strains for the clinical trials was made based on their anti-inflammatory potential. The strains possessing the best anti-inflammatory potential, namely B. lactis ssp. animalis Bb12 (Bb12) and P. freudenreichii ssp. shermanii JS (PJS), along with L. rhamnosus GG (LGG) as a well-documented reference probiotic, were thus selected for further clinical studies in healthy adults. The results of the in vitro setting did not entirely reflect the in vivo results as the best anti-inflammatory strain was LGG, which induced only moderate IL-10 production in vitro compared with Bb12 and PJS strains. In the three-week clinical setting in healthy adults, LGG seemed to demonstrate the best anti-inflammatory potential reflected as a small decrease in inflammatory mediators, such as sensitive CRP and inflammatory cytokines like TNF-alfa as well as in the modulation of global serum lipidomics profiles. In the three-month intervention LGG had no effect on the incidence or duration of respiratory infections in healthy adults but it was able to reduce the duration of gastrointestinal symptoms.

Probiotics have strain-specific effects on immune system in healthy adults and especially L. rhamnosus GG seemed to posses anti-inflammatory potential. The in vitro screening of cytokine responses in a primary cell culture using human PBMC should not be used as the only indicator of immunomodulatory properties of probiotics, as the in vitro model did not reflect the effects in vivo. Instead, the ex vivo production of cytokines in PBMC after probiotic intervention could offer a relatively easy and quick model for screening of immunomodulatory effects of probiotics. The mechanisms of specific host-probiotic interactions in the gut resulting in systemic and clinical effects warrants further investigations.