乳酸菌の気管内投与でマウスの肺感染を防ぐ-コンセプトの証明

Lactobacilli intra-tracheal administration protects from pulmonary infection in mice - a proof of concept.

• M S Fangous
• Y Alexandre
• N Hymery
• S Gouriou
• D Arzur
• G Le Blay
• R Le Berre

抄録

抗生物質耐性菌の蔓延は大きな公衆衛生上の問題であり、抗生物質に代わる治療法が求められています。乳酸菌は、経口投与することで腸肺軸の関与を介して肺炎を予防する能力が臨床研究で示されている。合理的に乳酸菌を呼吸器に投与することで、呼吸器病原体からの予防が可能となることが開発され、マウスモデルを用いて研究されています。これにより、呼吸器系へのプロバイオティクスの直接的な効果が期待できます。我々の知る限りでは、高い罹患率と関連する主要な呼吸器病原体である肺炎（PA）を予防するためのプロバイオティクスの呼吸器内投与の効果に焦点を当てた研究はこれまで行われていませんでした。この研究では、我々は以前に自分自身でスクリーニングし、PAO1病原性因子を阻害するために特に効率的であることが知られている3つの株（K.C6.3.1E、Od.76、ES.D.88）の有益な活性を評価しました。肺胞上皮細胞株A549における細胞毒性アッセイを、PA肺炎のC57BL/6マウスモデルにおける気管内投与による2つの乳酸菌予防プロトコル（1回または2回投与）の比較によって行った。PAO1培養前に乳酸菌を投与した場合、A549細胞の生存率は23％から75％に改善され、保護効果を示した（0.001）。乳酸菌（9×10 cfu/マウス）を投与した両群では、PAO1投与群と比較してPAO1の2 logの有意な減少がPAO1投与4時間後（3×10 cfu/マウス）に観察された（<0.05）。乳酸菌の単回予防投与により、インターロイキン（IL）-6および腫瘍壊死因子-αの気管支肺胞洗浄液中の分泌量がPAO1群に比べて50％有意に減少した。IL-10の分泌については、予防的な試験デザインに関わらず、分泌量の差は認められなかった。これは、菌株の肺への直接投与がPA肺炎を予防することを強調した最初の研究である。次のステップは、ヒトへの応用に向けてこの新しいアプローチを開発する前に、そのメカニズムを解明することである。

The spreading of antibiotic resistance is a major public health issue, which requires alternative treatments to antibiotics. Lactobacilli have shown abilities to prevent pneumonia in clinical studies when given by oral route, certainly through the gut-lung axis involvement. Rationally, respiratory administration of lactobacilli has been developed and studied in murine model, to prevent from respiratory pathogens. It allows a direct effect of probiotics into the respiratory system. To our knowledge, no study has ever focused on the effect of probiotic intra-respiratory administration to prevent from (PA) pneumonia, a major respiratory pathogen associated with high morbidity rates. In this study, we evaluated the beneficial activity of three strains ( K.C6.3.1E, Od.76, ES.D.88) previously screened by ourselves and known to be particularly efficient in inhibiting PAO1 virulence factors. Cytotoxic assays in alveolar epithelial cell line A549 were performed, followed by the comparison of two lactobacilli prophylactic protocols (one or two administrations) by intra-tracheal administration in a C57BL/6 murine model of PA pneumonia. A549 cells viability was improved from 23 to 75% when lactobacilli were administered before PAO1 incubation, demonstrating a protective effect (0.001). A significant decrease of 2 log of PAO1 was observed 4 h after PAO1 instillation (3×10 cfu/mouse) in both groups receiving lactobacilli (9×10 cfu/mouse) compared to PAO1 group (<0.05). One single prophylactic administration of lactobacilli significantly decreased the secretion by 50% in bronchoalveolar lavages of interleukin (IL)-6 and tumour necrosis factor-α compared to PAO1. No difference of secretion was observed for the IL-10 secretion, whatever the prophylactic study design. This is the first study highlighting that direct lung administration of strains protect against PA pneumonia. Next step will be to decipher the mechanisms involved before developing this novel approach for human applications.