45
Peran bakteri probiotik terhadap Innate Immune Cell
(The role of probiotic bacteria on Innate Immune Cells)
Tuti Kusumaningsih Department of Oral Biology
Faculty of Dental Medicine, Airlangga University Surabaya - Indonesia
ABSTRACT
Background: Probiotics are defined as live microorganism, which when administered in adequate amounts confer a health benefit on the host. Some positive effects of probiotics among others as immunomodulatory and immunostimulatory. The beneficial effect of probiotics because of probiotic bacteria has many and wide influence on the host, among others, may effect intestinal luminal environment, barrier function of the epithelium and mucosa and mucosal immune system. Purpose: This article will discuss about the role of probiotic in innate immune cells. Reviews: Probiotics have many and wide beneficial effect on the host, either directly or indirectly, including improved barrier function (defense) mucosa, modulate mucosal immune system, producing the antimicrobes, improves digestion and absorption of food as well as alter the intestinal microflora both kind and number. The efficacy of probiotic effect depend on the mechanism by which they exert their activity, including the ability to strong adherence and colonization of the human gut, which in turn improves the host immune system . Conclusion: Probiotic bacteria have a very big role in inducing innate immune cells that can stimulate and modulate the mucosal immune system with decreased production of pro-inflammatory cytokines through the NFκB pathways, increasing the production of anti-inflammatory cytokines (IL-10), increases IgA defense and affect maturation of DC.
Key word : probiotic, innate immune cells, lactic acid bacteria, immunomodulation, immunostimulation
ABSTRAK
Latar belakang : Probiotik didefinisikan sebagai bakteri yang memiliki efek menguntungkan pada host. Beberapa efek positif dari probiotik antara lain sebagai imunomodulator dan imunostimulator. Sifat menguntungkan dari probiotik tersebut oleh karena bakteri probiotik mempunyai banyak dan macam pengaruh pada host antara lain dapat mempengaruhi intestinal luminal environment, fungsi pertahanan dari epitel dan mukosa dan sistem imun mukosa. Tujuan: Artikel ini akan membahas tentang peran probiotik terhadap innate immune cells. Tinjauan pustaka: Probiotik mempunyai banyak dan macam pengaruh yang menguntungkan pada host baik secara langsung maupun tidak langsung termasuk meningkatkan fungsi barrier (pertahanan) mukosa, memodulasi sistem imun mukosa, memproduksi bahan anti mikroba, meningkatkan pencernaan dan absorpsi makanan serta merubah mikroflora usus baik macam maupun jumlahnya. Efikasi dari probiotik tergantung pada aktifitas mekanisme kerjanya, termasuk kemampuan untuk melekat (adherence) dan berkolonisasi pada human gut yang nantinya akan meningkatkan sistem imun dari host. Simpulan: Bakteri probiotik mempunyai peran yang sangat besar didalam menginduksi innate immune cells sehingga dapat menstimulasi dan memodulasi sistem imun mukosa yaitu dengan penurunan produksi pro inflamatory cytokines melalui NFκB pathways, meningkatkan produksi anti inflamatory cytokines (IL-10), meningkatkan IgA defence dan mempengaruhi maturasi dari DC.
Kata kunci : probiotik,innate immune cells, bakteri asam laktat, imunomodulator, imunostimulator
Korespondensi (correspondence): Tuti Kusumaningsih, Depertemen Biologi Oral, Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Airlangga. Jl. Mayjen. Prof. Dr. Moestopo No. 47 60132, Indonesia. Email: tutikusumaningsih@yahoo.com
46
PENDAHULUAN
Definisi probiotik menurut WHO (World Health Organization) adalah mikroorganisme hidup yang bila diberikan dalam jumlah yang cukup akan memberikan manfaat pada kesehatan host. International Life Science Institute (ILSI) mendefinisikan probiotik sebagai makanan yang berisi mikroorganisme hidup, bila dikonsumsi dalam jumlah yang cukup dapat memberikan manfaat bagi kesehatan.1,2,3
Ketertarikan terhadap fungsi kesehatan probiotik ini berawal dari abad ke 20, ketika ilmuwan Rusiaperaih Nobel, Ellie Metchnikoff, pada tahun 1908 mengkaitkan antara kesehatan dan umur panjang orang Bulgaria dengan kebiasaan mengkonsumsi susu fermentasi yang berisi mikroorganisme penghasil bakteri asam laktat.4
Selama sepuluh tahun terakhir ini penelitian mengenai probiotik meningkat dengan pesat yang mana hampir semua penelitian tersebut bertujuan mencari strain-strain baru bakteri asam laktat yang berpotensi sebagai probiotik. Spesies yang pertamakali diperkenalkan sebagai bakteri probiotik adalah Lactobacillus acidophilus
dan Bifidobacterium bifidum.5 Permukaan
dinding sel probiotik mempunyai makro molekul yang merupakan faktor penentu dalam berinteaksi dengan host. Makro molekul tersebut merupakan key probiotic ligands yang dapat berinteraksi dengan reseptor dari host dan kemudian akan menginduksi jalur sinyaling sehingga akan menghasilkan efek dan manfaat dari probiotik.6 Bakteri probiotik mampu
memodulasi respon imun dari host dengan cara berinteraksi dengan sel imun dan sel epitel intestine. Banyak penelitian mengenai peran bakteri probiotik khususnya bakteri asam laktat (BAL) didalam menjaga kesehatan atau mencegah terjadinya penyakit
,7,8 Salah satu dari sifat yang menguntungkan
pada pemberian probiotik adalah memperbaiki status imun dari host. Tujuan dari studi literature ini adalah membahas peran probiotik terhadap innate immune cells.
MEKANISME KERJA PROBIOTIK
Microbial ecology dari usus sangat penting, oleh karena gut microenvironment berpengaruh
terhadap nutrisi, feed conversion dan terjadinya penyakit pada host.9 Seseorang yang
mengalami stress, sakit atau sedang menjalani terapi dengan antibiotika, maka akan terjadi perubahan baik macam maupun jumlah dari flora usus, kondisi ini yang menyebabkan terjadinya diare dan hilangnya nafsu makan.10,11
Bakteri probiotik mempunyai banyak dan macam pengaruh yang menguntungkan pada kesehatan host baik secara langsung maupun tidak langsung termasuk: meningkatkan fungsi
barrier (pertahanan) mukosa, perbaikan mikroflora normal, mencegah penyakit infeksi ,mencegah alergi makanan, mereduksi kolesterol dalam darah,12 aktifitas anti
kariogenik,13 memodulasi sistem imun mukosa,
memproduksi bahan antimikroba, meningkatkan pencernaan dan absorpsi makanan serta merubah mikroflora usus.14
Efikasi dari probiotik tergantung pada aktifitas mekanisme kerjanya termasuk kemampuan untuk melekat (adherence) dan berkolonisasi pada human gut yang nantinya akan meningkatkan sistem imun dari host.15. Adanya
perlekatan bakteri probiotik terhadap sel akan menimbulkan bermacam aktifitas biologis terutama pelepasan sitokin dan kemokin, selanjutnya akan menstimulasi aktifitas mukosa dan imunitas sistemik dari host.16 Mekanisme
kerja probiotik juga sangat tergantung pada macam sel yang terlibat baik didalam innate
maupun adaptive immune responses.17
EFEK BAKTERI PROBIOTIK PADA SEL EPITEL
47
bakteri probiotik dapat menolak pengaruhbakteri patogen. Bagaimanapun , bakteri probiotik E.coli Nissle 1917 menginduksi sekresi IL-8 yang ada di cell line epitel usus didalam a dose-dependent manner, menyarankan bahwa kemampuan untuk mencegah sekresi IL-8 merupakan sifat yang tidak dimiliki oleh semua bakteri probiotik.18,19
Efek yang lain dari bakteri probiotik pada sel epitel adalah kemampuan dari bakteri komensal untuk berikatan melalui Pattern Recognition molecul atau Toll-like Receptor (TLR); misalnya TLR-2 dan TLR-4, yang mungkin ada pada sel epitel. Misalnya interaksi yang menginduksi produk dari sitokin protektif yang meningkatkan regenerasi sel epitel dan menghambat apoptosis sel epitel. L.casei mencegah perkembangan acute dextran sodium sulfat (DSS) yang menginduksi kolitis didalam TLR-4 mutant (lps-/lps-) mice dengan cara menghambat aktivitas myeloperoxidase dan 12p40, dan meningkatkan TGF-beta dan IL-10m RNA. Pengaruh ini menyarankan bahwa mekanisme kerja L.casei tergantung pada besarnya status TLR-4. Jalur signaling sel epitel yang dilalui oleh organisme komensal atau organisme probiotik berbeda dengan jalur yg dilalui oleh organisme patogen.20
EFEK BAKTERI PROBIOTIK PADA SEL DENDRITIK
Sel dendritik (Dendritic Cells=DC) adalah Antigen Presenting cells yang penting di dalam fase pengenalan awal terhadap bakteri dan respon terbentuknya sel T. Di dalam usus DC mempunyai fungsi yang spesifik, kontribusi terhadap induksi oral tolerance dengan cara memacu regulasi sel T dan sel B dalam menghasilkan IgA melalui produksi cytokine seperti IL-10 dan TGFβ. Di dalam intestinal DC berinteraksi langsung dengan bakteri yang ada di lumen dengan cara DC masuk kedalam lumen usus dan secara tidak langsung melawan bakteri via M-cell. Posisi sel DC sangat penting terhadap interseksi antara innate dan adaptive immunity dengan kemampuannya untuk mengenal dan merespon komponen bakteri untuk initiate primary immune response, dan secara langsung merespon sel T dan sel B. Perlu digaris bawahi dan ini adalah penting bahwa functional effect dari bakteri probiotik berbeda-beda terhadap DC.21,22,23
Pengaruh bakteri probiotik yang berbeda terhadap DC telah dipelajari didalam sistem percobaan (whole blood DC, freshly isolated lamina propiria DC, monocyte- derived DC, dan bone marrow derived DC) dan didalam spesies yang berbeda (human and mouse). Pada manusia kombinasi probiotik VSL # 3 poten menginduksi IL-10 dengan percobaan invitro baik dengan DC dari darah maupun DC dari lamina propria. Hasil ini dapat diekstrapolasi didalam suasana in vivo.Pasien dengan UC (Ulcerative colitis)yang diterapi dengan VSL # 3 meningkatkan 10 dan menurunkn IL-12p40 yang dihasilkan oleh kolon, efek ini tidak tampak pada pasien yang diterapi dengan plasebo. Pada pasien dengan pouchitis yang diterapi dengan probiotik kombinasi VSL # 3 poten meningkatkan level IL-10 pada mukosanya dan menurunkan level TNF-α, IL -1. dapat menginduksi sintesa nitric oxide dan matrix metalloproteinase. Disarankan bahwa penemuan in vitro ini sesuai dengan in vivo, walaupun sumber seluler dari IL-10 belum diketahui. Disepakati bahwa pada observasi ini VSL # 3 merupakan inducer yang poten untuk IL-10 pada DC. Penelitian yang dilakukan oleh Drakes at al 200424 menunjukkan bahwa murine bone marrow yang berasal dari DC yang diinkubasi dengan VSL # 3 meningkatkan IL-10 yang dideteksi dengan ELISA. Strains individu didalam VSL # 3 menunjukkan adanya perbedaan effek immunomodulator pada DC, sebagian besar ditandai adanya efek antiinflamasi yang dihasilkan oleh strain bifidobacteria (B.longum, B.infanttis dan B.breve), yang meregulasi IL-10 yang dihasilkan oleh DC. Efek antiinflamatory dari strain bifidobacteria digambarkan pada penelitian lain. Young et al menunjukkan bahwa B.longum, B.bifidum dan B.pseudocatenulatu, menginduksi level IL-10 pada level yang tinggi tetapi pada B.infans tidak.25
EFEK PROBIOTIK PADA MONOSIT DAN MAKROFAG
-48
binding didalam primary human macrophages.B.bifidum, B.breve dan B.infantis merangsang IL-10 lebih kuat dibandingkan IL-12 dan TNFα dari murine macrophage -like cell line dibandingkan B.adolescentis,26 walaupun
merupakan satu strain dari Genus yang berbeda. DNA yang berasal dari campuran probiotik VSL # 3 mengaktifkan NF-Κb dan menginduksi IL-6 dan IL-12 dalam level yang rendah dengan cara membandingkan makrofag yang berasal dari bone marrow dengan immunostimulatory oligonucleotides. 27
EFEK BAKTERI PROBIOTIK PADA LIMFOSIT
Bakteri probiotik mungkin berpengaruh langsung atau tidak langsung tetapi melalui perubahan stimulasi induksi dengan adanya perubahan didalam antigen-presenting DC atau makrofag. Efek ini ditunjukkan melalui macam limfosit yang berbeda.
Limfosit B
Bakteri probiotik mungkin mempunyai efek yang menguntungkan dan memodulasi respon immun melawan antigen yang mempunyai potensi berbahaya melalui limfosit B dan produksi antibodi. Sebagai contoh L.rhamnosus GG yang diberikan pada anak dengan gastroenteritis akut meningkatkan respon imun non spesifik humoral, yaitu ditandai dengan meningkatnya sekresi Ig G , Ig A dan Ig M dari circulating lymphocytes. B.bifidum meningkatkan antibodi respon terhadap ovalbumin, dan yogurt yng berisi L.acidophilus, L.bulgaricus, S.thermophilus, B.bifidum dan B.infans merangsang respon Ig A terhadap toksin kolera didalam mice. Efek bakteri probiotik pada limfosit B dan produksi antibodi dievaluasi dalam vaccination trials. Imunogenisitas dari vaksin rota virus meningkat pada anak-anak yang diberi L.casei GG dibandingkan dengan anak yang diberi plasebo.28
Natural Killer (NK) Cells
Probiotik juga meregulasi aktivitas dari Natural Killer (NK) Cells. L.rhamnosus HN001 dan B.lactis 109 secara signifikan dapat meningkatkan potensi sitotoksik dari NK cells, dan terjadi penurunan setelah konsumsi probiotik tersebut dihentikan, walaupun tetap diatas baseline 29 Pemberian probiotik L.casei
subsp yang dikombinasikan dengan pemberian dektrans juga meningkatkan efisiensi aktivitas NK cells. Keadaan ini mungkin terkait dengan
sel epitel intestinal yang memproduksi IL-15 yang merupakan sitokin yang penting untuk NK cells 30 Pemberian L.casei Shirota secara
signifikan juga dapat meningkatkan aktivitas NK cells didalam spleen mononuclear cells dari BALB/c mice , dan pemberian simbiotik secara oral volunteers yang sehat menginduksi aktivitas NK cells dan meningkatkan produksi IL-12 pada human peripheral blood mononuclear cells. dan aktivitas ini berkaitan dengan produksi IL-12 yang juga merupakan sitokin yang penting untuk aktivitas NK cells.
31
T Cells
Banyak penelitian yang mengindikasikan bahwa probiotik dapat menginduksi produksi IL-10, yaitu sitokin yang dihasilkan oleh banyak sel termasuk Th2 cells, DC cells, monosit, sel B, keratinosit dan regulatory T cells. IL-10 mempunyai efek anti-inflamasi dan terutama berperan menghambat respon Th-1.32
KESIMPULAN
Berbagai macam mekanisme yang mungkin terlibat sebagai akibat pemberian probiotik, tidak saja berpengaruh secara lokal tetapi juga secara sistemik. Mekanisme dan pengaruh yang terjadi juga sesuai dengan strain bakteri yang digunakan apakah strain tunggal atau strain kombinasi, oleh karena fungsi dan efikasi (kemampuan) yang dimiliki oleh bakteri probiotik pada percobaan baik in vivo maupun in vitro bersifat strain spesifik (efikasi dari satu strain probiotik tidak dapat di generalisasikan terhadap probiotik dengan strain yg lain). 33,34
Salah satu sifat menguntungkan yang dimiliki oleh probiotik adalah meningkatkan status imun dari host yaitu dengan cara menginduksi sel-sel yang terlibat didalam innate immunity. Mekanisme imunomodulasi oleh bakteri probiotik adalah sebagai berikut 35:
1. Interaksi antara bakteri probiotik dengan sel epitel atau M cells atau sel dendrit menghasilkan internalisasi bakteri atau komponennya.
49
4. Il-6 merupakan clonal expansion dari IgAlimfosit B. Juga ada keterkaitan meningkatnya produksi anbodi seperti IgM , IgG dan menurunnya sekresi IgE
5. Sel Th1 menghasilkan pro-inflamatory cytokines seperti IFN-γ, TNF-α dan IL-2 yang menstimulasi pagositosis dan distruksi microbial pathogens dan menginduksi makrofag, NK Cells dan cytotoxic T-lymphocytes untuk membunuh virus dan sel tumor.
Bakteri probiotik berfungsi sebagai inducer innate immunity sehingga dapat menstimulasi dan memodulasi sistem imun mukosa yaitu dengan penurunan produksi pro inflamatory cytokines melalui NFκB pathways, meningkatkan produksi anti inflamatory cytokines ( IL-10 ), meningkatkan IgA defence dan mempengaruhi maturasi dari DC.36
DAFTAR PUSTAKA
1. Bhushan J ,Chachra. Probiotics - Their Role in Prevention of Dental Caries. Journal Oral
Health Comm Dent.2010 ; 4 (3) : 78 – 82.
2. Haukioja A. Probiotics and Oral Health. European Journal of Dentistry. 2010; vol4 : 348 – 355.
3. Nuraida L. The Latest Up Date on Probiotics, Food Review Indonesia . 2009 ; 1 – 4. 4. Twetman S & Stecksen-Blicks C. Probiotics
and oral health effects in children, Inter J of Paediatric Dentistry . 2008 ; 18 : 3 – 10. 5. Oyetayo V.O and Oyetayo F.L. Potential of
probiotics as biotherapeutic agents targeting the innate immune system.African Journal of Biotechnology. 2005; vol.4(2) : 123 – 127. 6. Lebeer S, Vanderleyden J and De
Keersmaecker SCJ..Host interactions of probiotic bacterial surface molecules : comparison with commensals and pathogens. Nature Review Microbiology.2010 ; 8 : 171 - 184
7. O’hara AM and Shanahan. Mechanisms of action of probiotics in intestinal diseases. The Scientific World Journal. 2007;7 : 31 – 46. 8. Galdeano CM, Perdigon G.The Probiotic
Bacterium Lactobacillus casei Induces Activation of the Gut Mucosal Immune System through Innate Immunity. Clin Vaccine Immunol.2006 ; 13 : 219 - 226 9. Guarner F , Malagelada JR. Gut flora in health
and disease. Lancet 2003; 361 : 512 – 519. 10. Cremonini F, Di Caro S, Nista EC, Bartolozzi
F, Capelli G, Gsbarrini G. Meta analysis: the
effect of probiotic administration on antibiotic associated diarrhea. Alimentary Pharmacol Ther. 2002; 16: 1461.
11. Harish K, Varghese T.Probiotics in human-Evidence based review.Calicut Med J.2006; 4: e3.
12. Roos NM and Katan NB. Effect of probiotic bacteria on diarrhea, lipid metabolis and carcinogenesis : a review of papaers
published between 1988 and
1998.Am.J.Clin.Nutr. 2000; 71: 405 – 411
13. Ishikawa H, Akedo T, Otasi T, Suzuki T, Nakamura I et al. Randomized trial of dietary fiber and Lactobacillus casei administration
for prevention of colorectal tumors.
Int.J.Cancer.2005 ; 116 : 762 - 767
14. Jean F, Vassilia T, Lionel B. Probiotics: what are they? What are their effect on gut
physiology?.Best Prac & Res Clin
Gastroenterol. 2003; 17 :711 – 724.
15. Sarah L, Jos Vanderleyden S, De Keersmaecker CJ. Gene and molecules of Lactobacilli Supporting probiotic action microbial. Mol Biol Rev. 2008; 72(4) ; 728. 16. Delcenserie V, Martel D, Lamoureux M,
Amiot J, Boutin Y, Roy D.
Immunomodulatory Effect of Probiotics in the Intestinal Tract. Curr Issues Mol Biol. 2005; 10: 37 – 54.
17. Hart, AL, Kamm M.A, Stagg dan Knight S.C, . Mechanism of Action of Probiotics : Recent Advances.Inflamm Bowel Dis.2009; 15, 2 ; 300-310
50
production by HT29/19A cells. Am JGastroenterol. 2002 ; 97; 1182-1186. 19. Otte JM, Podolsky DK. Functional
modulation of enterocytes by Gram-negative microorganism. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol.2004 ; 286 ; G 613- G 626
20. Maldonado GC, Lemme-Dumit JM,
Thieblemont N, Carmuega E, Well R and Perdigon G.Stimulation of Innate Immune Cells Induced by Probiotics : Participation of Toll-Like Receptors. J Clin Cell Immunol. 2015; 6; 1 – 9.
21. Christensen HR, Frokiaer H and Pestka
JJ.Lactobacilli differencially modulate
expression of cytokines and maturation surface markers in murine dendritic cells. Journal of Immunology.2002; vol.168,no.1: 171 -178
22. Zeuthen LH, Christensen and Frokiaer H. “Lactic acid bacteria inducing a weak interleukin-12 and tumor necrosis factor alpha response in human dendritic cells inhibit strongly stimulating lactic acid bacteria but act synergistically with gram negative bacteria”. Clinical and Vaccine
Immunologi.2006;vol.13, no.3 : 365 – 375
23. Fink LN, Zeuthen LH, Christensen HR, Morandi B, Frokaier H ad erlazzo G.” Distinct gut-derived lactic acid bacteria elicit divergent dendritic cell-mediated NK cell
responses”. International
Immunology.2007;vol.19,no.12 : 1319 -1327 24. Drakes M, Blanchard T, Czinn S. Bacterial probiotic modulation of dendritic cells. Inffect Immun.2004 ;72; 3299-3309
25. Young SL, Simon MA,Baird MA, et al.Bifidobacterial species differentially affect exspression of cells surface markers and cytokines of dendritic cells harvested from cord blood. Clin Diagn Lab Immunol.2004; 11; 686 – 690
26. He F, Morita H, Ouwehand AC, et al.
Stimulation of the secretion of
proinflamatory cytokine by Bifidobacterium strain. Microbiol Immunol.2002;46; 781 -785 27. Rachmilewitz D, Katakura K, Karmeli F, et al. Toll-like reeptor 9 signaling mediates the antiinflamatory effect of probiotic in murine experimental colitis. Gastroenterology. 2004; 126 ; 520-528
28. Liu Y and Rhoads JM. Communication between B-cells and microbiota for the Maintenance of Intestinal Homeostasis. Antibodies.2013;2 : 535 - 553
29. Gill HS, Rutherfurd KJ and Cross ML. Diateri probiotic supplementation enhances natural killer cellactivity in the elderly : an
investigation of age-related immunological changes. J Clin Immunol. 2001; 21 : 264 271 30. Ogawa T, Asai Y, Tamai R, Makimura Y, Sukamoto H et al. Natural killer cell activities
of symbiotic Lactobacillus casei in
conjunction with dextran. Clin Exp Immunol. 2006 ; 143 : 103 109
31. Takeda K, Suzuki T, Shimada SI, Shida K, Nano M and Okumura K.Interleukin -12 is involved in the enhancement of human natural killer cell activity by Lactobacillus casei Shirota. Clin Exp Immunol. 2006; 146 : 109 – 115
32. Moore KW, de Waal Malefyt R, Coffman RL and O”Garra A. Interleukin-10 and the interleukin-10 receptor. Annu Rev Immunol. 2001; 19 : 683 - 765
33. Jacobcen CN, Rosenfeldt NV, Hayford AE, Moller PL, Tvede M, et al. Screening of probiotic activities of fourty-seven strains ofLactobacillus spp, by in vitro techniques and evaluation of the colonization ability of five selected strains in humans. Appl Environ
Microbiol.1999;65 : 4949 – 4956
34. Lebeer S, Vanderleyden J and De Keersmaecker SCJ. Host interactions of probiotic bacterial surface molecules : comparison with commensals and pathogens. Nature Review Microbiology.2010 ; 8 : 171 - 184
35. Galdeano CM, LeBlanc AM, Viderola G, Bonet MEB, Perigon D. Proposed Model: Mechanism of immunomodulation induced
by probiotic bacteria. Clin Vaccine
Immunol.2007 ;14 :485 – 492
36. Rizzelo V, Bonaccorsi I, Dongarra ML, Fink LN and Ferlazzo G.Role of Natural Killer
and Dendritic Cell Crosstalk in
