Betaglukany – imunomodulační látky v prevenci a podpůrné léčbě

Souhrn

Historie užívání polysacharidů jako imunomodulátorů je relativně dlouhá. Poprvé byl takto aplikován tzv. Shearův polysacharid na začátku čtyřicátých let 20. století. Zájem na čas opadl a objevil se znovu až o 20 let později v souvislosti s průkazem účinku hrubého extraktu buněčných stěn kvasinek Saccharomyces cerevisiae na aktivaci komplementového systému. Výzkum biomodulačních vlastností betaglukanů se nejdříve zaměřil na infekční imunitu a později na imunitu protinádorovou. Po úspěšném průkazu jejich pozitivního vlivu na tuto složku imunity byly už v polovině osmdesátých let 20. století v Japonsku povoleny dva typy betaglukanů, lentinan a schizofylan, pro podpůrnou léčbu některých typů zhoubných novotvarů. Významné mezníky v objevování a definování imunomodulačních vlastností betaglukanů, jejich zdroje a mechanismus působení jsou předmětem tohoto sdělení.

Klíčová slova:
betaglukany – zdroje betaglukanů – mechanismus účinku betaglukanů – imunomodulace – aktivace komplementu – humorální imunita – celulární imunita

ÚVOD

Současný životní styl převážné části populace postmoderní společnosti přináší stále stoupající pracovní vypětí a zvýšené psychické napětí, tedy trvale rostoucí míru stresu, významného rizikového faktoru v pozadí běžící pandemie chronických chorob. Navíc současný styl života neposkytuje pro významný podíl populace dostatek času pro aktivní fyzickou i duševní relaxaci.

Převratně se změnily zejména stravovací návyky i skladba stravy. Technologicky ne zcela vhodně upravované potraviny postrádají řadu složek důležitých pro zdraví člověka, což je často kompenzováno zvýšenou spotřebou potravinových doplňků (1, 2). Důsledkem všech těchto negativ je snížení pohotovosti imunitního systému reagovat proti infekčním agens, ale na druhé straně zvýšenou nekontrolovanou reaktivitou proti vlastním tkáním projevující se jako autoimunitní onemocnění. Oslabení imunity se odráží v rozkolísanosti homeostázy vnitřního prostředí organismu, a je tak nepřímo spojeno jak s nebývalým růstem incidence alergií a autoimunity, ale také s výskytem dalších nesdělných onemocnění, dříve kategorizovaných jako chronické neinfekční choroby (3).

Na konci osmdesátých let a hlavně v průběhu devadesátých let 20. století se objevila řada studií, které prokazovaly, že příčina těchto negativních trendů skutečně spočívá v oslabení imunitních funkcí. Každý člověk vyrůstá a žije v prostředí plném potenciálně patogenních virů a bakterií. Imunitní systém teplokrevných obratlovců včetně člověka se evolučně ustavil tak, že se musí stále setkávat s antigenními stimuly, a to už od narození (4). Když jsou malé děti vychovávány v nadměrně čistotě, trpí nedostatkem antigenních podnětů a výsledkem je deficit ve zrání jejich imunitního systému. Současný životní styl je „posedlý čistotou“. Na Zemi se podle současných odhadů vyskytuje 10³⁰ baktérií, jejichž celková hmotnost činí kolem 8 miliard tun (což mnohokrát převyšuje hmotnost všech mnohobuněčných organismů, hub, rostlin i živočichů dohromady). Je zřejmé, že každý jedinec, který byl od dětství vystavován přílišné hygieně, se nemůže optimálně vypořádat s normálními mikroby „zamořeným“ světem. Expozice širokému spektru mikroorganismů v průběhu dětství snižuje náchylnost k řadě alergických onemocnění a astmatu a také snižuje riziko autoimunitních onemocnění, jako je ulcerózní kolitida nebo Crohnova choroba, včetně některých nesdělných chorob, např. diabetu 2. typu v pozdějším věku (5).

MOŽNOSTI IMUNOMODULACE

Přirozenou antigenní stimulaci jsme se naučili nahrazovat vakcinací, o které antivakcinátoři diskutují, kdy je vhodná a kdy zcela zbytečná nebo dokonce poškozující. Existují však ještě další možnosti jak podpořit odolnost proti infekčním chorobám. Už na konci 19. století byly pro stimulaci imunitního systému využity polyvalentní extrakty patogenních mikrobů (směsi imunogenních skladebných složek bakteriálních buněk), které byly aplikovány za účelem zvýšit antiinfekční imunitu (6) nebo využít některých přírodních látek z hub, rostlin, či dokonce živočichů.

Imunomodulace se obecně definuje jako změna imunitního systému vyvolaná látkami, které aktivují nebo potlačují imunitu. Imunomodulátory in sensu lato jsou řazeny mezi tzv. modifikátory biologických reakcí (biological response modifiers, BRM). Jsou terapeuticky využívány k nastavení imunitních funkcí na žádoucí úroveň, od její podpory (imunopotenciace, imunostimulace, imunorestaurace) až po její potlačení (imunotolerance, imunosuprese) např. při transplantacích a autoimunitních onemocněních (7–10).

V medicínské praxi se pod pojmem imunomodulace obvykle rozumí cílená aplikace těch látek, které modifikují reaktivitu imunitního systému v pozitivním směru, tj. s cílem stimulovat jakýmkoliv způsobem narušené dílčí imunitní mechanismy tak, aby byla opět obnovena rovnováha vnitřního prostředí organismu, tedy v obecném slova smyslu zdraví. Látky, které se za tímto účelem používají, pocházejí z různých zdrojů. Proto jsou chemicky odlišné a často velmi komplexní. Mohou to být bakteriální deriváty (DNA vakcíny, autovakcíny jako známé komerční přípravky např. Biostim, Broncho-Vaxom, Imudon, Irs 19, Luivac, Ribomunyl, Stava, Stava-Nasal, Stafal aj.), látky živočišného původu a jejich směsi obsahující složky krve, hormony a jiné faktory (thymosiny, transfer faktor), syntetické imunomodulátory (Isoprinosin, Decarin) anebo rozličné rostlinné složky (pektiny, glukany, arabinoglukany). Jejich účinky spočívají hlavně v aktivaci makrofágů, které hrají klíčovou úlohu při rozpoznávání antigenů (11–13). Imunostimulační charakter mají rovněž další látky, které jsou skladebnou součástí potravy jako nukleotidy, flavonoidy, vitaminy a také minerální látky a stopové prvky.

Člověk se od nepaměti snažil využít přírodních látek z hub a rostlin pro předcházení i léčbu nemocí. Není pochyb, že tuto znalost měli už pravěcí lidé, protože starověké národy ji dokonce písemně zaznamenaly. U mumie „ledového muže“ Ötziho objevené v Alpách, jejíž stáří se datuje na nejméně 5000 let, byl nalezen váček se sušenými houbami. Nejstarší psané dokumenty zmiňující léčivé účinky hub jsou indické a jsou rovněž staré 5000 let. Egypťané před 3000 lety pokládali houby za posvátnou potravu prodlužující život. V čínské Knize písní Š’-ťing z 11. století př. n. l. se pojednává o léčení houbou pórnatkou kokosovou (Wolfiporia extensa, syn. W. (Poria) cocos). U nás tato houba neroste, běžná je na Dálném východě, ve východní Austrálii, Severní Americe a také v Africe. V Číně se nazývá fu-ling, v Koreji bok-ryung a v Japonsku bukuryo (14). Využití hub v boji proti nádorovým onemocněním bylo dávno známé také indiánským medicinmanům i africkým šamanům (15, 16).

Biomedicínský výzkum se začal zajímat, o jaké látky vlastně jde a zda by se daly šetrně izolovat tak, aby mohly být využity pro prevenci a léčbu nemocí. Traduje se, že výše zmíněná legenda o opicích byla podnětem pro japonské výzkumníky, aby začali studovat, které látky v šiitake mají ony „zázračné účinky“. Intenzivní výzkum začal v šedesátých a sedmdesátých letech 20. století. Ukázalo se, že tyto látky jsou makromolekulární polysacharidy tvořené propojením mnoha molekul glukózy. Později dostaly označení glukany (17, 18).

IMUNOREGULAČNÍ ÚČINKY BETAGLUKANŮ

Betaglukany jsou polysacharidy, homopolymery β-glukózy. V přírodě se vyskytují v nejrůznějších konfiguracích. Jejich molekuly jsou tvořeny 1,3-D-glukózovou kostrou s glykosidickými můstky v pozicích β(1→3) a β(1→6), na které jsou navázány různě dlouhé postranní řetězce 1,6-D-glukózy. Protože ve většině případů jde o řetězec větvený v polohách 1 a 3, užívá se termín β-1,3-D-glukan (obr. 1).

β-1,4-glukany (větvené i lineární) prakticky imunitu nestimulují, větší účinky mají β-1,6-glukany a největší β-1,3-glukany s 1,6 větvením. Imunomodulační účinnost betaglukanů se zvyšuje s jejich četnějším větvením a s vzrůstající molekulovou hmotností. Udává se, že nejúčinnější jsou betaglukany s molekulovou hmotností kolem 5000–10 000 kD (19, 20).

Pro úplnost je třeba se zmínit, že vedle betaglukanů existují také alfaglukany, u kterých jsou molekuly glukózy propojeny α-vazbou, které mají rovněž imunomodulační vlastnosti. Jako příklady alfaglukanů lze uvést dextran (α-1,6-glukan),škrob (α-1,4- a α-1,6-glukan) nebo glykogen (α-1,4- a α-1,6-glukan) (21, 22).

ZDROJE BETAGLUKANŮ

Počet molekulárních variant betaglukanů je téměř tak velký jako počet zdrojů, z nichž jsou izolovány. Betaglukany jsou strukturální komponenty buněčných stěn bakterií, sinic, řas, kvasinek a hub, dokonce se v hojné míře nacházejí i v zrnech obilí. Primární zdroje betaglukanů pro imunomodulační studie i pro léčebné aplikace jsou víceméně tradiční, jen částečně dané jejich větší dostupností. V Evropě a USA jsou to zymozan z kvasnic využívaných v pekařství a pivovarnictví, ve Francii glukany z mořských řas, v Kanadě a Brazílii glukany z obilovin, v Japonsku, Číně a v Rusku jsou to nejrůznější druhy hub (šiitake, maitake, reiši) (18, 23).

PRINCIP ÚČINKU

Od devadesátých let se výzkum soustřeďuje na otázku, jak betaglukany působí. Ukázalo se, že stimulují imunitní systém principiálně stejným mechanismem jako jiné imunomodulační látky. Jako stavební složky potenciálních patogenních organismů, jak bakterií a kvasinek, tak hub, představují podobně jako lipopolysacharidy (endotoxiny) vysoce evolučně konzervované struktury, které se označují jako „molekulární struktury vlastní patogenům“ (pathogen associated molecular patterns, PAMP). Mnohobuněční živočichové se je za stamiliony let evoluce naučili rozpoznávat jako „ne vlastní“, tedy „cizí“ potenciálně ohrožující jejich integritu, a jakmile by pronikly do jejich vnitřního prostředí, okamžitě se snaží je likvidovat svými obrannými mechanismy. Znamená to tedy, že schopnost rozpoznávat betaglukany jako cizorodé látky je fylogeneticky zakódována u všech mnohobuněčných živočichů od bezobratlých až po člověka (24–26).

PAMP jsou u obratlovců specificky rozpoznávány receptory na povrchu efektorových buněk přirozené imunity, které zahrnují makrofágy, monocyty, dendritické buňky, leukocyty a NK-buňky, které se nazývají souhrnným termínem receptory rozpoznávající struktury (pattern recognition receptors, PRR). Jako příklady receptorů, které rozpoznávají betaglukany, lze jmenovat Toll-2, dektin-1, makrofágový αMβ₂-integrin označovaný také jako Mac-1 neboli receptor pro třetí složku komplementu (CR3) (CD11b/CD18) (27).

Podle současných výzkumů se zdá, že právě tento receptor je nejdůležitější jak pro rozpoznání betaglukanů, tak pro zahájení obranné reakce proti nim. Právě v tom spočívá podstata imunostimulačního účinku betaglukanů. Po vazbě molekuly betaglukanu na CR3 receptor dochází ke stimulaci složek nespecifické imunity, přednostně k aktivaci makrofágů. Zvyšuje se nejen jejich fagocytární aktivita, ale také jejich produkce regulačních cytokinů (IL-1, IL-2, IL-6 aj.) a interferonů (TNF-α, IFN-γ). Aktivace fagocytózy má význam nejen pro eliminaci virů, bakterií i protozoálních parazitů, ale také pro odstraňování neorganických cizorodých, kontaminujících či potenciálně toxických látek z organismu. Na druhé straně zvýšení produkce cytokinů, které regulují diferenciaci imunokompetentních buněk, znamená potenciaci jak cytotoxické, tak protilátkové složky imunity. To je příčinou zvýšení celkové pohotovosti a efektivity protinádorové a antiinfekční imunity (28).

Vedle přímého efektu betaglukanů na imunitní systém bylo zjištěno, že působí také antioxidačně jako „zhášeči“ volných radikálů, které spouštějí onkogenezi. Volné radikály v organismu vznikají i v důsledku nevhodné skladby výživy, např. nadměrného příjmu potravin obsahujících vyšší množství konzervačních látek. Betaglukany lze proto ve formě potravinových doplňků využít jako vhodné ochranné látky, protože korigují tvorbu nutričních volných radikálů, a aplikovat je jako podpůrné přípravky při léčbě kardiovaskulárních chorob (snižují hladinu cholesterolu), diabetu 2. typu (snižují hladinu krevního cukru) a při léčbě zánětlivých střevních onemocnění (ulcerózní kolitidy, Crohnovy choroby aj.), protože jako nespecifická vláknina upravují skladbu střevního mikrobiomu a podporují regeneraci střevního epitelu, a tím i sorpčních funkcí střeva. Jejich imunomodulační působení na GALT (gut associated lymphoid tissue), lymfoidní tkáň střeva, což je největší imunitní orgán člověka, je systémové. To vysvětluje, že betaglukany podávané per os mají generalizovaný imunostimulační účinek.

V posledních letech se též ukázalo, že betaglukany rovněž zasahují do regulačních homeostatických pochodů. Ve stadiu výzkumů je jejich aplikace při fyzické, psychické či ekologické či postinfekční zátěži nebo při léčbě chronického únavového syndromu. Už od osmdesátých let 20. století je znám jejich podpůrný vliv na krvetvorbu, takže se podávají pro oslabení vedlejších účinků radiačního poškození, chemoterapie a intoxikace těžkými kovy (29).

Betaglukany se běžně aplikují pro podporu imunity převážně jako potravinové doplňky. Jsou však také součástí některých kosmetických přípravků (zejména těch pro udržování optimální vlhkosti pokožky a protizánětlivý účinek).

Imunomodulační účinky betaglukanů jsou využívány také ve veterinární medicíně ke zvýšení antiparazitární imunity, např. v chovech prasat (30), k podpoře antiinfekční imunity a snížení mortality v akvakulturách ryb (krmivo pro více než 80 % všech komerčně chovaných lososů obsahuje betaglukany) nebo krevet (31).

ZÁVĚR

Betaglukany mají nesporně kladné imunomodulační účinky. Doposud nebyly pozorovány toxické a ani jiné vedlejší účinky při jejich podávání per os. Americkým úřadem pro léky a potraviny (Food and Drug Administration, FDA) jsou kategorizovány jako „obecně bezpečné látky“ (generally recognized as safe, GRAS). Je však třeba vzít v úvahu, že ne vše o mechanismech jejich působení v organismu víme, zejména neznáme jejich interakce s jinými léky (např. při současném podávání antibiotik nebo chemoterapeutik).

Probíhající klinické zkoušky dávají naději, že v průběhu několika příštích let budou podobně jako v Japonsku povoleny jako podpůrné léčivo také v dalších státech.

Studie byla podpořena grantem č. RVO 61388971 a výzkumným záměrem PRVOUK-P28/1LF/6.

Střet zájmů: žádný.

ADRESA PRO KORESPONDENCI:

prof. MUDr. Vladimír Bencko, DrSc.

Ústav hygieny a epidemiologie 1. LF UK

Studničkova 7,

128 00 Praha 2

e-mail: vladimir.bencko@lf1.cuni.cz