Combined effect of methotrexate and bifidobacteria metabolites on TNFα AND IFNγ production by human peripheral blood mononuclears

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Methotrexate (Mtx) is a first-line drug for the treatment of numerous rheumatic and non-rheumatic disorders, including oncological disdiseases. However, therapeutic efficacy of Mtx is limited by severe toxicity to many organs (myelo-, hepato-, nephrotoxicity, mucositis, enteritis, dysbiosis at various human biotopes, etc.). Recently, a number of studies showed that some metabolites of Bifidobacteria and Lactobacilli are able to enhance effect of chemotherapeutic drugs and limit their toxic properties. The aim of the present work was to study the possible potentiating action of Bifidobacteria cell-free supernatants and methotrexate upon secretion of pro-inflammatory TNFα and IFNγ cytokines by human peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). The immunoregulatory effects upon production of TNFα and IFNg  was evaluated in the in vitro model of cultured PBMC supplemented with Bifidobacteria metabolites, methotrexate, or their combination. Analysis of the combined effect of Bifidobacteria metabolites and Mtx on the cytokine production revealed their synergism towards the key pro-inflammatory cytokines (TNFα and IFNγ). We found an increase against the control cultures (with Mtx only), inhibition of the early pro-inflammatory cytokine TNFα production. On the contrary, we revealed an increased secretion of IFNγ which regulates the effector cells. The results obtained with these cytokines suggest the presence of a potentiating effect of Bifidobacteria metabolites upon anti-inflammatory and immunoregulatory properties of methotrexate. Thus, Bifidobacteria metabolites can be considered a promising agent which potentiates the therapeutic action of methotrexate by suppressing TNFα secretion and stimulating IFNγ by immunocompetent cells. Further studies of the combined effects of Mtx and metabolites from the intestinal microbiota upon the cytokine production by effector cells could be recommended, aiming to enhance therapeutic effect of methotrexate and limit its toxic properties using the Bifidobacteria metabolites.

About the authors

Elena V. Ivanova

Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis, Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: walerewna13@gmail.com

PhD, MD (Medicine), Associate Professor, Head, Laboratory of Infectious Symbiology

Russian Federation, 11 Pionerskaya St., Orenburg, 460000

Irina N. Chaynikova

Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis, Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: inchainicova@yandex.ru

PhD, MD (Medicine), Professor, Leading Research Associate, Laboratory of Infectious Symbiology

Russian Federation, 11 Pionerskaya St., Orenburg, 460000

Anastasia V. Bekpergenova

Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis, Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: nsavasteeva@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5020-2493

PhD, Senior Researcher, Laboratory of Infectious Symbiology, Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis

Russian Federation, 11 Pionerskaya St., Orenburg, 460000

Taisiya A. Bondarenko

Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis, Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: semenovih88@mail.ru

Research Associate, Laboratory of Infectious symbiology

Russian Federation, 11 Pionerskaya St., Orenburg, 460000

Olga E. Chelpachenko

Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis, Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: oech57@gmail.com

PhD, MD (Medicine), Professor, Leading Research Associate

Russian Federation, 11 Pionerskaya St., Orenburg, 460000

Irina A. Zdvizhkova

Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis, Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: zdvizhkova.irina@gmail.com

Research Associate, Laboratory of Infectious Symbiology

Russian Federation, 11 Pionerskaya St., Orenburg, 460000

Natalya B. Perunova

Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis, Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: perunovanb@gmail.com

PhD, MD (Medicine), Professor, Russian Academy of Sciences

Russian Federation, 11 Pionerskaya St., Orenburg, 460000

Oleg V. Bukharin

Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis, Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: ofrc@list.ru

PhD, MD (Medicine), Full Member, Russian Academy of Sciences, Scientific Director

Russian Federation, 11 Pionerskaya St., Orenburg, 460000

References

  1. Alexander J.L., Wilson I.D., Teare J., Marchesi J.R., Nicholson J.K., Kinross J.M. Gut microbiota modulation of chemotherapy efficacy and toxicity. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol., 2017, Vol. 14, no. 6, pp. 356-365.
  2. An J., Ha E.M. Combination therapy of Lactobacillus plantarum supernatant and 5-fluouracil increases chemosensitivity in colorectal cancer cells. J. Microbiol Biotechnol., 2016, Vol. 26, no. 8, pp. 1490-14503.
  3. Bedoui Y., Guillot X., Sélambarom J., Guiraud P., Giry C., Jaffar-Bandjee M.C., Ralandison S., Gasque P. Methotrexate an old drug with new tricks. Int. J. Mol. Sci., 2019, Vol. 20, no. 20, 5023. doi: 10.3390/ijms20205023.
  4. Cronstein B.N., Aune T.M. Methotrexate and its mechanisms of action in inflammatory arthritis. Nat. Rev. Rheumatol., 2020, Vol. 16, no. 3, pp. 145-154.
  5. Faghfoori Z., Faghfoori M.H., Saber A., Izadi A., Yari Khosroushahi A. Anticancer effects of bifidobacteria on colon cancer cell lines. Cancer Cell. Int., 2021, Vol. 21, no. 1, 258. doi: 10.1186/s12935-021-01971-3.
  6. Husted A.S., Trauelsen M., Rudenko O., Hjorth S.A., Schwartz T.W. GPCR-mediated signaling of metabolites. Cell Metab., 2017, Vol. 25, no. 4, pp. 777-796.
  7. Koh A., de Vadder F., Kovatcheva-Datchary P., Bäckhed F. From dietary fiber to host physiology: short-chain fatty acids as key bacterial metabolites. Cell, 2016, Vol. 165, no. 6, pp. 1332-1345.
  8. Nowak A., Paliwoda A., Błasiak J. Anti-proliferative, pro-apoptotic and anti-oxidative activity of Lactobacillus and Bifidobacterium strains: A review of mechanisms and therapeutic perspectives. Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 2019, Vol. 59, no. 21, pp. 3456-3467.
  9. Oliveira Silva E., Cruz de Carvalho T., Parshikov I.A., Alves dos Santos R., Silva Emery F., Jacometti Cardoso Furtado N.A. Cytotoxicity of lapachol metabolites produced by probiotics. Lett. Appl. Microbiol., 2014, Vol. 59, no. 1, pp. 108-114.
  10. Renuka R., Nayak M.A., Ishani D., Kye Stapleton-Gray, Bipin R., Patterson A.D., Ubeda C., Scher J.U., Turnbaugh P.J. Methotrexate impacts conserved pathways in diverse human gut bacteria leading to decreased host immune activation. Cell Host Microbe, 2021, Vol. 29, no. 3, pp. 362-377.e11.
  11. Said S.S., Ibrahim W.N. Cancer resistance to immunotherapy: comprehensive insights with future perspectives. Pharmaceutics, 2023, Vol. 15, no. 4, 1143. doi: 10.3390/pharmaceutics15041143.
  12. Scher J.U., Nayak R.R., Ubeda C., Turnbaugh P.J., Abramson S.B. Pharmacomicrobiomics in inflammatory arthritis: gut microbiome as modulator of therapeutic response. Nat. Rev. Rheumatol., 2020, Vol. 16, no. 5, pp. 282-292.
  13. Wei H., Chen L., Lian G., Yang J., Li F., Zou Y., Lu F., Yin Y. Antitumor mechanisms of bifidobacteria. Oncol. Lett., 2018, Vol. 16, no. 1, pp. 3-8.
  14. Yan H., Su R., Xue H., Gao C., Li X., Wang C. Pharmacomicrobiology of methotrexate in rheumatoid arthritis: gut microbiome as predictor of therapeutic response. Front. Immunol., 2021, Vol. 12, 789334. doi: 10.3389/fimmu.2021.789334.
  15. Zhou B., Dong C., Zhao B., Lin K., Tian Y., Zhang R., Zhu L., Xu H., Yang L. Bacteroides fragilis participates in the therapeutic effect of methotrexate on arthritis through metabolite regulation. Front. Microbiol., 2022, Vol. 13, 1015130. doi: 10.3389/fmicb.2022.1015130.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Ivanova E.V., Chaynikova I.N., Bekpergenova A.V., Bondarenko T.A., Chelpachenko O.E., Zdvizhkova I.A., Perunova N.B., Bukharin O.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».