口腔内プロバイオティクス乳酸菌で刺激した口腔上皮様細胞における転写プロファイルの包括的解析

Comprehensive analysis of transcriptional profiles in oral epithelial-like cells stimulated with oral probiotic Lactobacillus spp.

抄録

目的:

プロバイオティクスの作用機序は、菌種間や単一菌種の菌株間で異なる可能性があり、従って、宿主細胞に複雑な影響を及ぼす可能性がある。本研究では、乳酸菌の歯肉上皮様細胞への接着能を評価した。L. rhamnosus L8020で処理したマウス歯肉上皮GE1細胞の転写プロファイルの包括的解析を行い、この菌株のin vivoプロバイオティクスの可能性を評価した。

OBJECTIVE: The mechanisms of action of probiotics can vary among species and among strains of a single species; thus, they can affect host cells in a complex manner. In the present study, Lactobacillus spp. were evaluated for their ability to adhere to gingival epithelial-like cells. Comprehensive analyses of transcriptional profiles of mouse gingival epithelial GE1 cells treated with L. rhamnosus L8020 were performed to assess the putative in vivo probiotic potential of this strain.

方法:

口腔、伝統的なブルガリアヨーグルト、および健康なヒトの糞便から分離された5種類の乳酸菌を、それぞれGE1細胞と共培養した。L. rhamnosus L8020との共培養で増殖したGE1細胞における発現差のある遺伝子（DEG）を同定するために、連続希釈プレーティングによる接着アッセイとDNAマイクロアレイ解析を行った。

METHODS: Five Lactobacillus spp., isolated from the oral cavity, traditional Bulgarian yoghurt, and the feces of a healthy human, were each co-cultured with GE1 cells. Adhesion assays with serial dilution plating and DNA microarray analysis were performed to identify differentially expressed genes (DEGs) in GE1 cells grown in co-culture with L. rhamnosus L8020.

結果:

口腔内分離株のL. rhamnosus L8020、L. casei YU3、L. paracasei YU4は、非口腔内分離株と比較して有意に高い接着性を示した。L.ラムノサスL8020との共培養により、GE1細胞では合計536遺伝子が、0時間の時点と比較して2倍以上のアップレギュレーションまたはダウンレギュレーションを示した。遺伝子オントロジー濃縮解析の結果、DEGは時間依存的に濃縮された。初期反応では、遺伝子発現が広範囲にわたって変化していた。

RESULTS: The oral isolates L. rhamnosus L8020, L. casei YU3, and L. paracasei YU4 demonstrated significantly greater adhesion compared with the non-oral isolates. In total, 536 genes in GE1 cells exhibited more than twofold upregulation or downregulation, compared with the 0 h timepoint, during co-culture with L. rhamnosus L8020. Gene ontology enrichment analysis revealed that DEGs were differentially enriched in a time-dependent manner. Early responses involved widespread changes in gene expression.

結論:

本研究により、L. rhamnosus L8020と共培養した歯肉上皮様細胞において、上皮の物理的バリアおよび免疫応答に関与する遺伝子の発現変化が明らかになった。L. rhamnosus L8020がプロバイオティクスとして機能する分子メカニズムに関するさらなる研究が、臨床使用を支持する証拠を提供する可能性がある。

CONCLUSIONS: This study reveals changes in expression of genes involved in the epithelial physical barrier and immune response in gingival epithelial-like cells co-cultured with L. rhamnosus L8020. Further investigations regarding the molecular mechanisms by which L. rhamnosus L8020 serves as a probiotic may provide evidence to support clinical use.