נגישות

גיליון 27 – מיקרוביוטה, מאי 09

מערכות הגנה המוגברות באמצעות חיידקים פרוביוטיים, ד"ר מיה סקסלין, פאולינה פיאטילה

ד"ר מיה סקסלין , PhD, פאולינה פיאטילה, MSc
Valio Ltd, R&D
Helsinki, Finland

מחקרים במבחנה ומחקרים קליניים מראים תוצאות מבטיחות בנוגע להשפעה של חיידקים פרוביוטיים על מערכת החיסון
תגובות החיידקים הפרוביוטיים המשפיעות על מערכת החיסון הן ייחודיות לזן, וההשפעות שלהם תלויות גם בפתוגן המסוים ובמצב החיסוני של כל אדם.
L. rhamnosus GG הוא אחד מזני החיידקים הפרוביוטיים הנחקרים ביותר, המחזק את תאי האפיתל בשכבת הרקמה הרירית ובכך משפר את פעילות המחסום של המעי. יש לו השפעה על התגובה החיסונית, והוא גם מפחית את היקף משך המחלה הזיהומית.

האוכלוסייה הכללית ניצבת לעיתים נוכח אתגרים שמציבים בפניה זיהומים במערכת העיכול ובדרכי הנשימה. רוב הזיהומים האלה חולפים בעצמם ואינם דורשים טיפול רפואי. הסיכון שבתסמיני מחלה הנגרמים על ידי זיהום, תלוי בפתוגן המעורב, אבל גם הרבה מאוד במצב ובתפקוד מערכת החיסון ומערכות ההגנה של האדם. האיזון של מערכת חיסון בריאה שיכולה לעמוד בפני זיהומים הוא חשוב, אבל גם קשה למדידה בתנאים רגילים. באופן מסורתי, ההגנה החיסונית מחולקת לשני חלקים; חיסון טבעי/מולד וחיסון נרכש/מותאם. אולם, יש הבדל בסיסי ומשמעותי מאוד בין החלקים. החיסון הנרכש הוא ייחודי; הוא מופעל על ידי אתגר שמקורו באנטיגן זר היוצר תגובה חיסונית ייחודית, ויש לו זיכרון להגיב במהירות כנגד זיהום חוזר. חיסון טבעי, כפי שמרמז השם בעצמו, מגיע כיכולת מולדת, אבל הוא פחות ייחודי. מנגנוני החיסון הטבעי, על אף שאינם מתוחכמים או יעילים מאוד, מופעלים באופן מיידי. באופן כללי, החיסון הטבעי של הגוף כולל את ההגנה המכאנית על הגוף שנעשית על ידי העור, הקרומים מפרישי הריר והריסים, ובנוסף על-ידי מגוון תכונות כימיות, כגון חומציות גבוהה בקיבה או בואגינה. אולם, יש מנגנונים מעניינים יותר מאלה, כלומר אלה שבהם תאי חיסון שונים כגון מקרופאגים, או תאים דנדריטים, מזהים מבנה של מיקרואורגניזם פתוגני בפוטנציה ומגיבים אליו בעזרת מנגנון הפגוציטוזה ובעזרת מנגנונים ציטוטוקסיים אחרים.
בניסיונות שנעשו במבחנה הראו שחיידקים פרוביוטיים, שהופכים להיות כחלק מחיידקי מערכת העיכול, מווסתים את שתי תגובות החיסון, הנרכשת והמולדת, ובניסיונות קליניים בבני אדם נמצא שהם מפחיתים את הסיכון לזיהומים. קיימות כמה סקירות יסודיות בנושא זה שניתן להמליץ עליהן בפני מי שמתעניין בהתעמקות נוספת במערכות ההגנה של מערכת החיסון (1-4).

הגנה באמצעות הרקמה הרירית
מערכות ההגנה של הרקמה הרירית הן מערכות מכריעות לבריאות בני האדם. הגוף מתעמת באופן מתמשך עם כמות גדולה של מבני אנטיגן שנכנסים דרך הקרומים הריריים: אורגניזמים פתוגניים ושאינם פתוגניים ואנטיגנים סביבתיים, כגון חלקיקי אבקה וקשקשים של בעלי חיים הנישאים באוויר בנוסף על אנטיגנים תזונתיים. מטרת ההגנה שבאמצעות הקרום הרירי היא לזהות מיקרואורגניזמים פתוגניים ולהיפטר מהם ביעילות האפשרית. מצד שני, מערכת החיסון של הקרום הרירי נמצאת במגע ישיר עם אורגניזמים נוספים הקשורים לקרומים הריריים. באופן כללי מקובל שאורגניזמים של הקרום הרירי מהווים את הגורם המרכזי בהתפתחות מערכת הגנה חיסונית בריאה ומתפקדת במעי ובגוף כולו. בהתבסס על תצפיות אלה, נחקרו האפשרויות לחיזוק או לאיזון ההגנה שבאמצעות הקרום הרירי על-ידי חיידקים פרוביוטיים.

נמצא כי כמה מהזנים הפרוביוטיים גורמים לעלייה בייצור מוצין (mucin). המוצין מכסה ומגן על תאי האפיתל של המעי (5-6), ועשוי לעזור להיפטר מנגיפים ומאנטיגנים אחרים שאינם רצויים, המצויים בחלל המעי. חיידקים פרוביוטיים עוזרים בתחרות כנגד פתוגנים אפשריים ומעכבים את גידולם על ידי הצמדת אתרי הקולטן שלהם אליהם, ייצור תרכובות נגד אורגניזמים, והגברת הייצור של נוגדנים ייחודיים כנגד פתוגנים .(7)
הרקמה הלימפואידית הקשורה למעי (GALT) מהווה חלק מהמסה הגדולה ביותר של הרקמה הלימפואידית הקיימת בגוף האנושי. נוגדנים מסוג A הייחודיים לאנטיגן (IgA) מופרשים על הקרומים הריריים. נוגדני IgA מופרשים הנמצאים במעי מהווים חלק ממערכת החיסון המקובלת של הקרומים הריריים, הכוללת את דרכי הנשימה, ואת בלוטות הרוק והחלב. בכך, למערכת החיסון המופעלת ברקמה הלימפואידית הקשורה למעי, יש השפעה גם על משטחים ריריים אחרים, והיא יוצרת חלק חשוב מהמערכת המגנה על הרקמה הרירית כנגד פתוגנים וכנגד אנטיגנים שמקורם במזון (3). מנגנון זה הוא כנראה אחד המנגנונים שבעזרתו מפחיתים חיידקים פרוביוטיים שנכנסו לגוף דרך הפה, את שכיחות זיהומי הנשימה (8-9). חיידקים פתוגניים ותרכובות רעילות הורסים את חדירות הקרום הרירי על ידי פירוק החלבונים אוטמי המרווחים (tight-junction proteins) של הקרום. דבר זה מוביל לדליפה של שכבת תאי האפיתל, ומאפשר לחיידקי חלל המעי לחצות את הקרום הרירי. במחקרים שנערכו במבחנה נראה שחיידקים פרוביוטיים ותרכובות ההפרשה שלהם מפחיתים נזקים אלו (10-11).

איור 1: חיידקים פרוביוטים יכולים להשפיע על האיזון בין ציטוקינים שהם בעד או נגד דלקת

פעולות מערכת החיסון מווסתות באמצעות ציטוקינים
ציטוקינים הם חלבונים המיוצרים על-ידי תאים הפעילים מבחינה חיסונית והמשפיעים על התנהגות תאים אחרים. ציטוקינים משחקים תפקיד חשוב בוויסות של פעילות מערכת החיסון. קשה להגדיר את הפעילויות של ציטוקין בודד אחד, אבל כבר הראו כי חיידקים פרוביוטיים מווסתים את איזון הציטוקינים המתפקדים בעד ונגד דלקת, ומתחלקים לשני סוגים Th1 ו- Th2 (תאי עזר T) על בסיס הפרשת הציטוקין שלהם: תאים מסוג Th1 מעדיפים תגובה חיסונית המתווכת על-ידי תאים (כגון פגוציטוזה, הפעלת תאי הרג טבעי) בעוד שתאי Th2 מגבירים את יצירת הנוגדנים (ראה איור 1). יש גם תאים מסוג Th3 (לוויסות) שמווסתים את האיזון בין Th1/Th2. אחת השיטות הנפוצות ביותר כדי להעריך את הפעילות החיסונית של זני חיידקים פרוביוטיים היא שימוש במערכות מבחנה כדי לחקור את פרופיל יצירת הציטוקין בעזרת תאים חד גרעיניים ותאים רבים אחרים שמקורם בדם ההיקפי (4). עובדה חשובה אחת הנובעת מהתוצאות היא שהיכולת להשרות יצירת ציטוקין באמצעות חיידקים פרוביוטיים תלויה מאוד בזן, ותלויה גם במנה.

במקרה של חשיפה לרמות גבוהות של מבני אורגניזמים הקשורים בפתוגן לאחר זיהום, חיידקים פרוביוטיים יכולים לתמוך בתגובת חיסון מתאימה על-ידי הגברת תגובות TH1. תגובת TH1 קשורה בשחרור של ציטוקינים שהם בעד דלקת, וכתוצאה מכך מוגברת הפעילות הפגוציטית והפעלת תאי ההרג הטבעי. במקרה של חשיפה למנות קטנות של מבני אורגניזמים הקשורים בפתוגן, החיידקים הפרוביוטיים מדכאים את תגובת תאי TH2 על-ידי העלאת ההפרשה של ציטוקינים נוגדי דלקת המווסתים על-ידי Tr1/TH3. דיכוי זה מוגבר על-ידי חיידקים פרוביוטיים המווסתים את המרצת תאי TH1, שפועלים כנגד התגובות של תאי TH2 על-ידי שחרור אינטרפרון גמא (4).

LGG – Lactobacillus rhamnosus GG
מאחר וכמעט כל ההשפעות של החיידקים הפרוביוטיים הן ייחודיות לזן מסוים, לא נכון לדון אודות ההשפעות החיסוניות ברמה הכללית. לכן, הבה ונסתכל יותר מקרוב על Lactobacillus rhamnosus GG (LGG®),, אחד מזני החיידקים הפרוביוטיים הנחקרים ביותר. זן זה משרה יצירת ציטוקינים בעד ונגד דלקת בתאים חד גרעיניים אנושיים (12). הוא הגדיל בעיקר את ביטוי הציטוקינים מסוג Th1, בעוד שהייצור של ציטוקינים מסוג Th2 נשאר ברמה נמוכה יחסית (13). L. rhamnosus GG הפעיל גם גורמי שעתוק המווסתים את ביטוי הגנים של הציטוקינים (14). זאת ועוד, הוא הגדיל את ביטוי התגובה של תא מסוג Th1 על-ידי השראה של גנים לכימוקינים בתאי אפיתל של מכרסמים ובמקרופאגים אנושיים (15-16), אבל בתאים דנדריטים הייתה השראה מעטה בלבד של הציטוקין (17) מצד שני, נמצא ש- L. rhamnosus הגדיל את ההדדיות בין תאים דנדריטים ותאי T (18). אף על פי שמרכיבי דופן התא הם המבנים החשובים להשראת התגובה החיסונית, גם הדנ"א של L. rhamnosus GG בלבד השרה פרוליפרציה של לימפוציטים וייצור ציטוקינים (19). על בסיס המחקרים התאיים נראה כי L. rhamnosus GG יכול להשרות בעיקר תגובות בעד דלקת ותגובות מסוג Th1, שעשויות להיות חשובות בתגובה לזיהומים. בכל אופן, אצל מתנדבים בריאים הוא הפחית את סמני הדלקת חלבון מגיב C של הנסיוב ו- TNF-a, שהוא ציטוקין בעד דלקת (20).

יצירה מוגברת של נוגדנים
הדיווח של "הכוח המבצעי" של "המכון הבינלאומי למדעי החיים (ILSI) באירופה תזונה וחיסון באדם" דרג סמנים של תפקוד חיסוני על פי תועלתם. הסמנים המתאימים ביותר זוהו כ- 1) ייצור של נוגדן ייחודי לחיסון מהנסיוב ו- 2) תגובת רגישות יתר מהסוג המעוכב לאחר יישום מקומי של אנטיגן, למדידת תפקודים חיסוניים מערכתיים בגוף החי. בסמני החיסון של הרקמה הרירית, ובמיוחד לצורך תיאור התפקוד החיסוני הקשור במעי, הדרוגים הגבוהים ביותר ניתנו ל- IgA מופרש הייחודי לחיסון ולIgA – מופרש שאינו ייחודי בנוגדנים שמקורם ברוק ובצואה (21). מחקרים הראו כי L. rhamnosus GG מגדיל את מספר התאים המפרישים נוגדנים בשלב חריף של זיהום בנגיף הרוטה, ואת מספר התאים המפרישים נוגדנים ייחודיים של נגיף הרוטה מסוג IgA בזמן החלמה (22-24). הוא גם הגביר את יצירת הנוגדנים הייחודיים לחיסון ואת מספר התאים יוצרי הנוגדנים הייחודיים לחיסון, אצל מבוגרים וגם אצל פעוטות (25-26). זו היא הוכחה ישירה לכך שחיידקים פרוביוטיים מגבירים באמת את התגובה החיסונית בגוף האנושי. מה שהיה מעניין הוא שאחד מהחיסונים שנחקרו הוכן עם נגיף פוליו מוחלש, גורם שההשפעה העיקרית שלו אינה על מערכת העיכול.

"המבחן האמיתי של היעילות"
דיווח "הכוח המבצעי" של המכון הבינלאומי למדעי החיים גם הסיק: "המבחן האמיתי ליעילות מזון או מרכיב מזון שנטען שהוא משפר את התפקוד החיסוני הוא השינוי בהיקף פרקי הזמן של הזיהום או בחומרתו או במשך נוכחות התסמינים של הזיהום, מכיוון שתוצאה כזאת היא בעלת משמעות קלינית גדולה ביותר. כאשר לא ניתן לאשר זאת, מדידת השינוי בהיבט אחד או יותר של התפקוד החיסוני עשוי לספק מידע על המנגנון האפשרי של ההתערבות התזונתית" (21).

שלשול חריף
קיימים כמה ניתוחי-על העוסקים בטיפול בשלשול חריף בילדים, והתוצאות משכנעות שחיידקים פרוביוטיים קיצרו את משך השלשול בסביבת בית-החולים (27-28). יש גם ניתוח-על אחד ייחודי לזן של חיידקים פרוביוטיים L. rhamnosus GG, שהתוצאות שלו הראו שזן זה היה קשור בהפחתה משמעותית במשך השלשול (1.1- ימים) במיוחד באטיולוגיה של נגיף הרוטה (2.1- ימים), בסיכון לשלשול מתמשך יותר מ- 7 ימים (סיכון יחסי 0.25( ובמשך האשפוז (0.58- ימים) (29). L. rhamnosus GG גם הפחית את הסיכון לזיהומי מעיים כפי שהוצג בשני מחקרים בילדים, שם הסיכון לשלשול חריף הופחת, במיוחד זה שנגרם על-ידי נגיף הרוטה בסביבה רפואית בפולין (30) ואצל ילדים החיים באופן חופשי בפרו, שם גם אותר פחות אדנו וירוס בקבוצת ה- L. rhamnosus GG, בהשוואה לאינבו (31). L. rhamnosus GG גם הפחית את תקריות השלשול החריף אצל מבוגרים כפי שהוצג בשני מחקרים שנעשו על תיירים; אחד מפינלנד לשני יעדים בטורקיה (32), והשני מארצות הברית למדינות שונות (33). במחקר השלישי במבוגרים השתתפו מתנדבים באימון פעיל למרתון המתקיים בסוף עונת הקיץ (34). המחקרים שעסקו בשלשול של המטיילים יכולים להיחשב כהתערבות קצרת מועד, המצביעה על הפחתה רלוונטית או מתונה בסיכון לשלשול. הצריכה של מוצר ה- L. rhamnosus GG על-ידי האתלטים באימון לא הפחיתה את היקף השלשול במהלך תקופת האימון, אבל הפחיתה באופן משמעותי את משך השלשול החריף במהלך תקופת המעקב שלאחר הריצה (34).

זיהומים בדרכי הנשימה
לאחרונה נחקרו חיידקים פרוביוטיים גם לגבי הפחתת הסיכון או הפחתת משך הזמן של זיהומים בדרכי הנשימה. בתחילת שנה זאת פורסם ניתוח-העל הראשון (35). זני לקטובצילוס וביפידובקטריום שונים ושילובים שלהם נכללו ב- 14 ניסיונות אקראיים מבוקרים. לא נמצאו הבדלים בנוגע להיקף או לחומרת התסמינים של זיהומי דרכי הנשימה ברוב הניסויים. בשלושה מתוך 9 מחקרים שסיפקו את הנתונים הרלוונטיים, המהלך הרפואי של זיהומי דרכי הנשימה היה קצר יותר אצל נוטלי החיידקים הפרוביוטיים, בעוד שלא נמצאו הבדלים בששת המחקרים הנותרים. המסקנה הייתה שייתכן שלחיידקים הפרוביוטיים הייתה השפעה חיובית על חומרת התסמינים של הזיהום בדרכי הנשימה ועל משכם, אבל לא נראה שהם הפחיתו את היקף הזיהומים בדרכי הנשימה. בנוגע ל- L. rhamnosus GG, ילדים שקיבלו חלב המועשר בזן זה במהלך הארוחות שלהם במעון היום למשך 7 חודשים, סבלו מ- 17% פחות זיהומים בדרכי הנשימה שאובחנו על-ידי רופא, ומ- 21% פחות זיהומים של האוזן התיכונה, בהשוואה לקבוצת החלב הרגיל. במעון היום היו 165 פחות היעדרויות בעקבות מחלה כלשהי בקבוצה שקבלה חיידקים פרוביוטיים, והם נזקקו ל- 19% פחות טיפולים אנטיביוטיים לעומת הילדים בקבוצת הביקורת (8). מחקר נוסף שנערך על שני זני L. rhamnosus נוספים ועל תערובת של 12 זני חיידקים הראה שלכולם הייתה השפעה מועילה, אבל משתנה (36). היקף מחלות הנשימה הזיהומיות הופחת באופן משמעותי בקבוצת L. casei rhamnosus, בהשוואה לקבוצת הביקורת, במהלך תקופות ההתערבות של 3 חודשים ושל 7 חודשים (17% ו- 18% בהתאמה). ההיקף של כל הזיהומים החיידקיים הופחת גם הוא על-ידי L. casei rhamnosus וגם על-ידי L. rhamnosus שהם זני "תא T- 1" אבל לא בשילוב רב-זני.

לסיכום
מחקרים במבחנה ומחקרים קליניים מראים תוצאות מבטיחות בנוגע להשפעה של חיידקים פרוביוטיים על מערכת החיסון. מנגנוני הפחתת הסיכון של מחלות זיהומיות מתווכים דרך מנגנונים רבים אבל חיזוק החיסון הטבעי והחיסון הנרכש הוא אחד המנגנונים החשובים.
בכל אופן, תגובות החיידקים הפרוביוטיים המשפיעות על מערכת החיסון הן ייחודיות לזן. בנוסף, ההשפעות של החיידקים הפרוביוטיים תלויות בפתוגן המסוים ובמצב החיסוני של כל אדם.
L. rhamnosus GG הוא אחד מזני החיידקים הפרוביוטיים הנחקרים ביותר, המחזק את תאי האפיתל בשכבת הרקמה הרירית ובכך משפר את פעילות המחסום של המעי. יש לו השפעה על התגובה החיסונית, והוא גם מפחית את היקף משך המחלה הזיהומית ומקל על חומרתה.

1. למערכת החיסון המופעלת ברקמה הלימפואידית הקשורה למעי, יש השפעה גם על משטחים ריריים אחרים, והיא יוצרת חלק חשוב מהמערכת המגנה על הרקמה הרירית כנגד פתוגנים וכנגד אנטיגנים שמקורם במזון. מנגנון זה הוא כנראה אחד המנגנונים שבעזרתו מפחיתים חיידקים פרוביוטיים שנכנסו לגוף דרך הפה, את שכיחות זיהומי הנשימה
2. תוצאות של ניתוח-על ייחודי לזן של חיידקים פרוביוטיים L. rhamnosus GG, הראו שזן זה היה קשור בהפחתה משמעותית במשך השלשול בילדים, במיוחד באטיולוגיה של נגיף הרוטה, בסיכון לשלשול מתמשך יותר מ- 7 ימים ובמשך האשפוז

References:
1. Liévin-Le MV, Servin AL. Clin Microbiol Rev. 2006; 19:315-37.
2. Saavedra JM. Nutr Clin Pract. 2007;22:351-65.
3. Singh V, Singh K, et al. FEMS Immunol Med Microbiol. 2009;55:6-12.
4. Winkler P, Ghadimi D, et al. J Nutr. 2007;137(3 Suppl 2):756S-72S.
5. Mack DR, Michail S, et al. Am J Physiol. 1999;276(4 Pt 1):G941-50.
6. Mack DR, McDonald TL, et al. Pediatr Res. 2003;53:137-42.
7. Servin AL. FEMS Microbiol Rev. 2004;28:405-40.
8. Hatakka K, Savilahti E, et al. BMJ 2001; 322(7298):1327.
9. de Vrese M, Rautenberg P, et al. Eur J Nutr. 2005;44:406-13.
10. Johnson-Henry KC, et al. Infect Immun 2008;76:1340-8.
11. Seth A, Yan F, et al. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2008;294:G1060-9.
12. Miettinen M, Vuopio-Varkila J, et al. Infection Immun 1996;64:5403-04.
13. Miettinen M, Matikainen S, et al. Infect Immun 1998;66:6058-62.
14. Miettinen M, Lehtonen A, et al. J Immunol 2000;164:3733-40.
15. Lan JG, Cruickshank SM, et al. World J Gastroenterol 2005;11:3375-84.
16. Veckman V, Miettinen M, et al. J Leukoc Biol 2003;74:395-402.
17. Veckman V, Miettinen M, et al. J Leukoc Biol 2004;75:764-71.
18. Braat H, van den Brande J, et al. Am J Clin Nutr 2004;80:1618-25.
19. Iliev ID, Kitazawa H, et al. Cell Microbiol 2005;7:403-14.
20. Kekkonen RA, Lummela N, et al. World J Gastroenterol 2008;14:2029-36).
21. Albers R, Antoine JM, et al. Br J Nutr. 2005;94:452-81.
22. Kaila M., Isolauri E, et al. Arch. Dis. Child. 1995;72:51-53.
23. Kaila M., Isolauri E, et al. Pediatr. Res. 1992;32:141-1.
24. Majamaa H, Isolauri E, et al. J. Pediatr. Gastroent. Nutr. 1995;20:333-8.
25. Isolauri E, Joensuu J, et al. Vaccine 1995;13: 310-12.
26. De Vrese M, Rautenberg P, et al. Eur. J. Nutr. 2004;44:406-13.
27. Huang JS, Bousvaros A, et al. Dig Dis Sci. 2002;47:2625-34.
28. Sazawal S, Hiremath G, et al. Lancet Infect Di. 2006;6:374–82.
29. Szajewska H, Skórka A, et al. Aliment Pharmacol Ther. 2007;25:871-81.
30. Szajewska H, Kotowska M, et al. J Pediatr. 2001;138:361-5.
31. Oberhelman RA, Gilman RH, et al. J Pediatr. 1999;134:15-20.
32. Oksanen PJ, Salminen S, et al. Ann Med. 1990;22:53-6.
33. Hilton E, Kolakowski P, et al.. J Travel Med. 1997;4:41-3.
34. Kekkonen RA, Vasankari TJ, et al. Int J Sport Nutr Exerc Metab. 2007;17:352-63.
35. Vouloumanou EK, Makris GC, et al. Int J Antimicrob Agents. 2009 Jan 27. [Epub ahed of print]
36. Lin JS, Chiu YH, et al. Vaccine 2009;27:1073-9.