On Lactobacillus plantarum 299v, bacterial translocation and intestinal permeability.

Abstract

The gastrointestinal tract harbours a huge load of bacteria which exerts important biological functions to maintain health. In certain conditions the relation between commensal bacteria and pathogens may be set off balance, with an increase in number of pathogens and risk of bacterial translocation (BT). Disease and trauma may also render the intestinal barrier dysfunctional, inducing BT and increased permeability. Probiotic bacteria, i.e. living bacteria which, when ingested, exerts beneficial effects on the host, have been found to stabilize the intestinal mucosa and affect the intestinal microflora. The aim of this thesis was to study the effects of Lactobacillus plantarum 299v in relation to intestinal permeability and BT.



In study I L. plantarum 299v normalized E. coli-induced permeability in distal ileum of rats. This effect was achieved with a more continuous supply of L. plantarum 299v, rather than intermittent or acute pretreatment.



Study II showed that pretreatment with L. plantarum 299v prevented BT in rats rendered septic with LPS. The protective effect seemed to be dependent on the ability of L. plantarum 299v to adhere to intestinal mucosa, indicating competitive inhibition as a possible mechanism behind prevention of translocation. Moreover, treatment with prebiotics, without a probioticum, did not prevent translocation.



In study III LPS-induced intestinal barrier dysfunction on rats was found to be regulated by P-selectin-dependent leukocyte recruitment. With anti-P-selectin antibody intestinal permeability was attenuated, as well as leukocyte rolling and adhesion. This indicates anti-P-selectin treatment as a mean of ameliorating barrier dysfunction in sepsis.



Finally, in study IV, it was found that high doses of L. plantarum 299v given to patients undergoing colon surgery were not able to reduce translocation of selected enteric bacteria but seemed to have a stimulatory effect on bacterial load in the colon. Further, L. plantarum 299v could be given to patients with malignancy without risk of tumour proliferation.



Taken together, the findings herein indicates a potential of L. plantarum 299v pretreatment in reducing BT and intestinal permeability and warrants further studies in the clinical setting.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Tarmväggen har till uppgift att både absorbera vatten och näringsämnen till kroppen, och samtidigt utgöra en barriär mot alla de bakterier, gifter och skadliga ämnen som vi får i oss. Tarmväggen innehåller också kroppens största förråd av immunologisk vävnad, dvs de celler och ämnen som utgörs kroppens försvar. I mag-tarmkanalen, ffa i tjocktarmen, finns 100 biljoner (1014) bakterier. De allra flesta bakterierna är av godo och deltar i biologiska processer viktiga för vår hälsa. I vissa tillfällen rubbas dock balansen mellan goda och skadliga bakterier. Blir de skadliga tillräckligt många, och i synnerhet om slemhinnan i tarmväggen samtidigt är skadad, sker bakteriell translokation (BT), dvs bakterierna tar sig igenom tarmväggen och in i kroppen varvid de kan utgöra ett hot mot hälsan. BT kan ske i samband med allvarlig sjukdom, svåra skador, brännskador, kirurgi, cellgiftsbehandling eller andra tillstånd med nedsatt immunförsvar. Överhuvudtaget kan tarmväggen vid sådana tillstånd uppvisa ökad permeabilitet, genomsläpplighet. Probiotiska bakterier, dvs levande bakterier som vid intag utövar gynnsamma effekter, kan bidra till att stärka tarmslemhinnan, förhindra ökad permeabilitet och återställa den normala balansen av bakterier i mag-tarmkanalen.



En av många probiotiska bakterier är Lactobacillus plantarum 299v. Den finns naturligt i tarmen hos människa och vid djurförsök har man funnit att den minskar leverskada och tarminflammation, stärker tarmslemhinnans skyddande slemlager och stimulerar immunförsvaret. Även när L. plantarum 299v ges till människa har man funnit gynnsamma effekter, t ex i form av minskad BT vid levertransplantation, minskad komplikationsrisk vid bukspottkörtelinflammation och en möjlig effekt på immunförsvaret.



Målsättningarna med detta avhandlingsarbete har varit att studera L. plantarum 299v´s förmåga att minska tarmens permeabilitet, minska BT och utröna om sådana skyddande effekter beror på L. plantarum 299v´s förmåga att fästa på tarmslemhinnan. Vidare har vi studerat vita blodkroppars betydelse för ökad permeabilitet orsakad av svår inflammation. Slutligen har L. plantarum 299v prövats på patienter inför tjocktarmsoperation för att studera om BT kan motverkas och förekomsten av skadliga bakterier minskas.



För tre av dessa studier användes råttor och möss. I de studier där L. plantarum 299v användes, tillfördes bakterien bl a genom tillsats i djurens dricksvatten. I en studie deltog 72 patienter som skulle genomgå tjocktarmsoperation. De blev lottade till att dricka antingen L. plantarum 299v eller placebo.



Olika metoder har användes för dessa studier, te ex Ussing kammare (tarmpermeabilitet), bakterieodling (förekomst BT till lever och lymfkörtlar samt mängd bakterier på tarmslemhinnan), PCR (leta efter bakteriegener i lymfkörtlar), flödescytometri (cellers ljusspridning beroende på om L. plantarum 299v är fästa vid dem) och intravital mikroskopi (registrering av vita blodkroppars rörelse i blodkärlen på sövda möss).



Vi fann att en vanligt förekommande tarmbakterie, E. coli, ökar tarmens permeabilitet, men en veckas förbehandling med L. plantarum 299v motverkar denna ökning. L. plantarum 299v själv orsakade ingen ökad permeabilitet. Vid svår inflammation orsakad av ämnen från skadiga bakterier motverkar L. plantarum 299v BT. Denna effekt bedöms vara beroende av L. plantarum 299v´s förmåga att fästa vid tarmceller. Den ökade tarmpermeabilitet som orsakas av svår inflammation är beroende av att vita blodkroppar aktiveras och vandrar ut genom blodkärlens väggar, något som kan motverkas med en antikropp mot aktiverande ämnen i blodkroppar och kärlvägg. När L. plantarum 299v ges till patienter före och efter tjocktarmsoperation ser man ingen påverkan på BT, men L. plantarum 299v förefaller stimulera tarmens bakterieflora.



Fynden från dessa studier pekar på L. plantarum 299v´s förmåga att påverka tarmens slemhinna och minska riskerna för BT vid svår sjukdom och inflammation. Några säkra skyddande effekter i samband med tjocktarmsoperation gick inte att påvisa, men studien visade att L. plantarum 299v kan tillföras patienter i hög dos utan biverkan. I framtiden bör fortsatta studier utföras för att utvärdera möjligheten att motverka ökad tarmpermeabilitet genom att minska aktiveringen av vita blodkroppar. Dessutom bör studier med patienter göras med högre dos och längre tids behandling för att se om L. plantarum 299v kan motverka BT och komplikationer i samband med kirurgi på tjocktarmen.

• author: Mangell, Peter
• supervisor: BENGT JEPPSSON
• opponent: Associate professor Söderholm, Johan, Dept or Surgery, University of Linköping
• organization: Surgery (research group)
• publishing date: 2007
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Surgery
• keywords: bacterial translocation, permeability, intestinal microflora, Kirurgi, orthopaedics, P-selectin, ortopedi, traumatologi, leukocyte recruitment, Lactobacillus plantarum 299v, traumatology, Surgery, colon resection
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2007:17
• pages: 104 pages
• defense location: Lecture hall, Dept of Surgery, Malmö University Hospital, entrance 42
• defense date: 2007-02-08 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 91-85559-85-7
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: P Mangell, P Nejdfors, M Wang, S Ahrné, B Weström, H Thorlacius and B Jeppsson. 2002. Lactobacillus plantarum 299v Inhibits Escherichia coli-Induced Intestinal Permeability. Dig Dis Sci, vol 47 pp 511-16.; P Mangell, P Lennernäs, M Wang, C Olsson, S Ahrné, G Molin, H Thorlacius and B Jeppsson. 2006. Adhesive Capability of Lactobacillus plantarum 299v is Important for Preventing Bacterial Translocation in Endotoxaemic Rats. APMIS, vol 114 pp 611-8.; P Mangell, A Mihaescu, Y Wang, R Schramm, B Jeppsson and H Thorlacius. 2006. Critical Role of P-selectin-dependent Leukocyte Recruitment in Endotoxin-induced Intestinal Barrier Dysfunction in Mice. Infl Res, (accepted); P Mangell, H Thorlacius, I Syk, S Ahrné, G Molin, C Olsson and B Jeppsson. . L. plantarum 299v to Patients Undergoing Colon Resection – A Randomised Placebo-controlled Study. (manuscript)
• id: d55311a0-f3f9-4662-be9b-fa2647d0d03d (old id 547947)
• date added to LUP: 2016-04-01 17:10:14
• date last changed: 2019-05-21 22:17:15