Czy witamina D3 i 5-ASA modulują ekspresję genów w E. coli?
W niniejszym badaniu oceniono wpływ witaminy D3 i kwasu 5-aminosalicylowego (5-ASA) na ekspresję genów wirulencji w Escherichia coli wytwarzających kolibaktynę, wyizolowanych od pacjentów z rakiem jelita grubego (CRC), zapalną chorobą jelit (IBD) oraz od osób zdrowych. Badanie miało charakter eksperymentalny i skupiało się na analizie ekspresji genów wirulencji w warunkach laboratoryjnych przy zastosowaniu sub-MIC (poniżej minimalnego stężenia hamującego) badanych związków.
Do badania włączono 9 szczepów E. coli wytwarzających kolibaktynę, które wyizolowano z próbek kału pacjentów z CRC (n=4), IBD (n=2) oraz zdrowych osób (n=3). Wszystkie szczepy zostały wcześniej scharakteryzowane pod kątem obecności genów wirulencji, w tym genu kolibaktyny (clbN), oraz przypisane do odpowiednich grup filogenetycznych. Badane szczepy hodowano w pożywce TSB z dodatkiem lub bez dodatku 5-ASA i witaminy D3 w sub-MIC (1,5 mg/ml), a następnie analizowano ekspresję wybranych genów wirulencji: clbN (kodujący kolibaktynę), chuA (receptor błony zewnętrznej dla hemu/hemoglobiny), ompC (białko błony zewnętrznej) oraz yfgL (lipoproteina związana z inwazyjnością.
Analiza fazy logarytmicznej wzrostu wykazała, że wszystkie badane izolaty osiągały środkową fazę logarytmiczną przy OD600 równym 0,8. Ten punkt wykorzystano do wszystkich eksperymentów związanych z ekspresją genów. W badaniach MIC wykazano, że żaden z badanych izolatów nie był hamowany przez 5-ASA ani witaminę D3 w stosowanych zakresach stężeń. MIC dla 5-ASA i witaminy D3 określono jako >4,5 mg/ml i >5 mg/ml, odpowiednio, co sugeruje brak bezpośredniego działania bakteriobójczego tych związków wobec badanych szczepów E. coli.
- Witamina D3 znacząco obniża ekspresję genów wirulencji w E. coli, szczególnie genu clbN odpowiedzialnego za produkcję kolibaktyny
- Najsilniejszy efekt witaminy D3 zaobserwowano w szczepach pochodzących od pacjentów z rakiem jelita grubego (3-20 krotne obniżenie ekspresji)
- Ani witamina D3, ani 5-ASA nie hamują bezpośrednio wzrostu bakterii, co jest korzystne dla zachowania równowagi mikrobioty
- 5-ASA, wbrew oczekiwaniom, nie wykazał istotnego wpływu na obniżenie ekspresji genów wirulencji
Czy witamina D3 wykazuje działanie protekcyjne względem kolibaktyny?
Wyniki analizy ekspresji genów wykazały, że witamina D3 znacząco obniżała ekspresję większości badanych genów wirulencji. Obniżenie ekspresji było statystycznie istotne dla genów clbN (p=0,01) i ompC (p=0,02). Szczególnie interesujące było znaczące obniżenie ekspresji genu clbN w szczepach E. coli pochodzących od pacjentów z CRC (p=0,06, CI=94%), gdzie obserwowano 3-20-krotne obniżenie ekspresji tego genu w trzech izolatach poddanych działaniu witaminy D3. Natomiast w przypadku 5-ASA nie zaobserwowano istotnego statystycznie obniżenia ekspresji większości badanych genów. Co ciekawe, gen clbN ulegał podwyższonej ekspresji we wszystkich izolatach z grupy CRC poddanych działaniu 5-ASA, co było wynikiem nieoczekiwanym w porównaniu z wcześniejszymi doniesieniami.
- Odkryto nowy mechanizm działania witaminy D3 w profilaktyce raka jelita grubego – poprzez modulację ekspresji genów bakteryjnych
- Niedobór witaminy D3 jest istotnym czynnikiem ryzyka rozwoju raka jelita grubego
- Utrzymanie odpowiedniego poziomu witaminy D3 może pomagać w regulacji mikroflory jelitowej
- Potencjalne zastosowanie witaminy D3 w terapiach kombinowanych w leczeniu chorób zapalnych jelit i raka jelita grubego
Jak zapalenie i dysbioza wpływają na leczenie IBD i CRC?
Interakcja między stanem zapalnym a dysbiozą jelitową w rozwoju lub progresji chorób jelita jest niepodważalna, choć nie jest dokładnie określone, która z tych zmian jest przyczyną, a która skutkiem. Niektóre badania wskazują na mikrobiotę jako czynnik wyzwalający zapalenie, podczas gdy inne sugerują, że zapalenie jest przyczyną dysbiozy mikrobiologicznej. Pewnym jest, że zmniejszenie stanu zapalnego może być skuteczną opcją terapeutyczną. Stosowanie 5-ASA jako modulatora przeciwzapalnego w podstawowym leczeniu pacjentów z IBD sięga ponad 60 lat. Jest również zalecany w zapobieganiu rozwojowi CRC u pacjentów z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego.
Istnieją dowody, że korzystne efekty terapeutyczne 5-ASA wykraczają poza jego właściwości przeciwzapalne. W niektórych badaniach raportowano zdolność 5-ASA do zmiany profilu bakterii kałowych u pacjentów z zespołem jelita drażliwego. Na przykład, Xu i wsp. wykazali, że leczenie 5-ASA skutecznie zmieniało różnorodność bakteryjną, skład i interakcje w próbkach śluzówki pacjentów z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego. Pokazali, że 5-ASA zmniejszał liczebność Escherichia-Shigella i zwiększał liczebność rodzajów bakterii z typu Firmicutes w zapalnie zmienionej śluzówce pacjentów z UC. Efekt ten osiągany jest poprzez promowanie korzystnych producentów krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA) w jelicie, które dostarczają ponad 60% energii potrzebnej dla komórek nabłonkowych i immunologicznych jelit.
Czy witamina D3 pełni wielofunkcyjną rolę w ochronie przed CRC?
Niedobór witaminy D3 jest istotnym czynnikiem ryzyka rozwoju raka jelita grubego, choć nie jest jedyną przyczyną. W 2019 roku Zhou i wsp. udowodnili, że niedobór witaminy D3 jest ściśle związany z rozwojem CRC, a utrzymanie odpowiednich poziomów tej witaminy w surowicy może pomóc w zapobieganiu i poprawie CRC poprzez regulację mikroflory jelitowej. Biorąc pod uwagę rolę przypisywaną witaminie D w regulacji mikrobioty jelitowej oraz modulacji odpowiedzi immunologicznej, wiele badań skupiło się na związku między witaminą D3 a mikrobiotą lub infekcjami bakteryjnymi. Jedną z głównych funkcji witaminy D proponowanych w leczeniu chorób jelita jest stymulacja produkcji peptydów przeciwbakteryjnych.
W przeciwieństwie do wcześniej raportowanej aktywności bakteriobójczej witaminy D3, w naszym badaniu nie zaobserwowano takiego działania. Chociaż może to być uznane za korzystne dla utrzymania równowagi mikrobioty, zastosowanie różnych stężeń mogłoby przynieść lepsze wyniki, co stanowi jedno z ograniczeń tego badania.
Wyniki badania wskazują na potencjalną rolę witaminy D3 w modulowaniu ekspresji genów wirulencji w szczepach E. coli wytwarzających kolibaktynę, co może mieć znaczenie w profilaktyce i leczeniu CRC. Obniżenie ekspresji genu clbN, kodującego kolibaktynę – czynnik genotoksyczny związany z rozwojem raka jelita grubego – sugeruje, że witamina D3 może wykazywać działanie protekcyjne poprzez mechanizmy niezależne od jej znanego działania przeciwzapalnego. Brak działania hamującego wzrost bakterii przez witaminę D3 i 5-ASA może być korzystny dla utrzymania równowagi mikrobioty jelitowej.
Badanie to ujawnia nowe aspekty działania witaminy D3 jako wielofunkcyjnego związku i podkreśla jej znaczenie w leczeniu CRC, zwłaszcza w przypadkach związanych z obecnością E. coli wytwarzających kolibaktynę. Dalsze badania z użyciem innych analogów lub pochodnych witaminy D3 oraz ich zastosowanie w terapiach kombinowanych mogą przynieść jeszcze lepsze efekty terapeutyczne i stanowić obiecującą strategię w leczeniu chorób zapalnych jelit i raka jelita grubego.
Podsumowanie
Badanie analizowało wpływ witaminy D3 i kwasu 5-aminosalicylowego (5-ASA) na ekspresję genów wirulencji w szczepach Escherichia coli wytwarzających kolibaktynę, pochodzących od pacjentów z rakiem jelita grubego (CRC), zapalną chorobą jelit (IBD) oraz od osób zdrowych. Wyniki wykazały, że witamina D3 znacząco obniżała ekspresję genów wirulencji, szczególnie genu clbN odpowiedzialnego za produkcję kolibaktyny, zwłaszcza w szczepach pochodzących od pacjentów z CRC. 5-ASA nie wykazał istotnego wpływu na ekspresję większości badanych genów. Żaden z badanych związków nie hamował bezpośrednio wzrostu bakterii, co może być korzystne dla zachowania równowagi mikrobioty jelitowej. Badanie ujawniło nowy mechanizm działania witaminy D3 w kontekście profilaktyki i leczenia CRC, niezależny od jej znanych właściwości przeciwzapalnych.
