Immunological Effects of Probiotic Bacteria in Prevention and Treatment of Allergic Diseases in Children

Epidemiological and experimental studies suggest that changes in gut microbial balance are associated with increases in the prevalence of allergic diseases. Probiotics are proposed to provide beneficial immunoregulatory signals which aid in oral tolerance achievement and alleviation of symptoms of allergic diseases. The present study evaluates both the immunological mechanisms of probiotics in infants with allergic diseases and their preventive aspect among infants prone to allergy. Furthermore, the purpose of the study was to characterise the immunological features of cord blood mononuclear cells (CBMCs) in infants at high genetic risk for allergy. GATA-3 expression (p = 0.03), interleukin (IL) -2(p = 0.026), and IL-5 (p = 0.013) secretion of stimulated CBMCs were higher in IgE-sensitized infants at age 2 than in non-allergic, non-sensitized infants. Lactobacillus GG (LGG) treatment increased secretion of IFN-γ by PBMCs in vitro in infants with cow s milk allergy (CMA) (p = 0.006) and in infants with IgE-associated eczema (p = 0.017), when compared to levels in the placebo group. A probiotic mixture, increased secretion of IL-4 by PBMCs in vitro in infants with CMA (p = 0.028), when compared with placebo-group levels. The LGG treatment induced higher plasma C-reactive protein (CRP) (p = 0.021) and IL-6 (p = 0.036) levels in infants with IgE-associated eczema than in the placebo group. The probiotic mixture induced higher plasma IL-10 levels in infants with eczema (p = 0.016). In the prevention study of allergic dis-eases, the infants receiving the probiotic mixture had higher plasma levels of CRP (p = 0.008), total IgA (p = 0.016), total IgE (p = 0.047), and IL-10 (p = 0.002) than did infants in the placebo group. Increased CRP level at age 6 months was associated with a decreased risk for eczema at age 2 not only in the infants who received probiotics but also in the placebo group (p = 0.034). In conclusion, the priming of the GATA-3 and IL-5 pathway can occur in utero, and a primary feature of T-cells predisposing to IgE-sensitization seems to directly favour Th2 deviation. LGG treatment induced increased plasma levels of CRP and IL-6 in infants with IgE-associated eczema, suggesting an activation of innate immu-nity. The probiotic mixture, when given to allergy-prone infants, induced inflammation, detected as increased plasma CRP levels, which at age 6 months was associated with decreased risk for eczema at age 2.The probiotic-induced response in allergy prone infants was characterized by their higher plasma IL-10, total IgE, and CRP levels, without induction of an allergen-specific IgE response. In this respect, the probiotics in infancy appear to induce protective immune profiles that are characteristic for chronic low-grade inflammation, a response resembling that of helminth-like infections.

Epidemiologisten ja kokeellisten tutkimusten perusteella allergioiden esiintyvyyden lisääntyminen liittyy suoliston mikrobitasapainon muutoksiin. Probioottiset bakteerivalmisteet ovat siten kiinnostava mahdollisuus allergioiden hoidossa ja ennaltaehkäisyssä. Tutkimuksessa selvitettiin probioottien immunologisia vaikutusmekanismeja lasten allergioiden hoidossa ja ennaltaehkäisyssä korkean allergiariskin lapsilla. Lisäksi tutkittiin napaveren solujen immunologisia ominaisuuksia ja niiden ennustearvoa allergisten sairauksien suhteen. Stimuloitujen napaveren mononukleaaristen solujen GATA-3-geenin ilmeneminen sekä interleukiini (IL) -2- ja IL-5 -tasot olivat korkeampia kahden vuoden iässä IgE-välitteisesti herkistyneillä lapsilla, kuin niillä, joilla herkistymistä ei havaittu. Lactobacillus GG (LGG)-hoito lisäsi maitoallergisten ja IgE-assosioitua ekseemaa sairastavien lasten IFN-γ tasoja perifeerisestä verestä eristettyjen mononukleaaristen solujen viljelmissä lumeryhmään verrattaessa. Probioottista yhdistelmävalmistetta saaneilla maitoallergisilla lapsilla sen sijaan todettiin soluviljelmissä korkeampia IL-4 tasoja lumeryhmään verrattaessa. LGG-hoitoa saaneilla IgE-assosioitua ekseemaa sairastavilla lapsilla plasman C-reaktiivisen proteiinin (CRP), ja IL-6:n tasot olivat korkeammat ja probioottista yhdistelmävalmistetta saaneilla ekseemaa sairastavilla lapsilla IL-10-tasot olivat korkeammat kuin lumeryhmässä. Allergioiden preventiotutkimuksessa probioottista yhdistemävalmistetta saaneilla lapsilla mitattiin korkeampia plasman CRP-, kokonais-IgA-, kokonais-IgE-, ja IL-10-tasoja lumeryhmään verrattaessa. Kohonnut CRP-taso kuuden kuukauden iässä liittyi alentuneeseen ekseemariskiin kahden vuoden iässä. Johtopäätöksinä todetaan, että GATA-3 ja IL-5 -suuntautunut immuunivaste voi saada alkunsa jo ennen syntymää. Napaveren T-solujen tasapainon suuntautuminen T-auttajasolu (Th)-2 suuntaan näyttäisi liittyvän IgE-herkistymiseen varhaislapsuudessa. LGG-hoito näyttäisi aktivoivan luontaista immuniteettia. Eri bakteerilajit vaikuttavat elimistön immuunivasteeseen eri tavoin. Probioottiset bakteerit saivat aikaan erilaisen immuunivasteen eri tautimuotoja sairastavilla lapsilla viitaten siihen, että yksilön oma immuunijärjestelmä muokkaa probioottien vaikutuksia. Probioottinen yhdistelmävalmiste sai aikaan matala-asteisen tulehdusreaktion korkean allergiariskin lapsilla. Tämä liittyi alentuneeseen ekseemariskiin kahden vuoden iässä. Probioottiset bakteerit näyttäisivät siten tuottavan hyödyllisiä elimistön immunologista tasapainoa tukevia signaaleja matala-asteisen tulehdusreaktion kautta.