Ученые обнаружили, что состояние микрофлоры кишечника влияет на здоровье мозга

WashUMed
12 января 2023 г. · 4 минуты чтения
Многочисленные исследования дают основания полагать, что десятки триллионов микробов, населяющих наш кишечник, выполняют гораздо больше функций, чем мы могли представить.
Бактерия
Кишечные микробы синтезируют витамины, участвуют в переваривании пищи, предотвращают размножение вредных бактерий, поддерживают иммунную систему, и это далеко не все.

Результаты последних исследований показали, что кишечный микробиом играет ключевую роль в функционировании нашего мозга. По словам ученых из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, в ходе исследования проведенного на мышах, выяснилось, что кишечные бактерии влияют на поведение иммунных клеток во всем организме, в том числе в головном мозге. Это, в свою очередь, открывает возможность изменения микробиома кишечника как способа предотвращения или лечения нейродегенерации.

«Молодые мыши принимали антибиотики всего неделю, но этого было достаточно, чтобы изменилась их микрофлора, их иммунные реакции и степень нейродегенерации, связанная с белком тау, которому свойственно накапливаться с возрастом», — поделился старший автор исследования Дэвид М. Хольцман.

Доктор медицины Барбара Бертон и заслуженный профессор неврологии Рубен М. Моррис III убеждены, что манипулирование кишечным микробиомом может эффективно влиять на мозг без прямого воздействия на него.

Микробиом кишечника у тех кто страдает болезнью Альцгеймера может отличаться от микрофлоры здоровых людей. Но, пока неясно, являются ли эти различия причиной или результатом болезни или и тем, и другим, и какое влияние изменение микрофлоры может оказать на течение болезни.

Чтобы определить, может ли кишечный микробиом играть причинную роль, ученые изменили кишечный микробиом мышей, предрасположенных к развитию когнитивной дегенерации, подобной болезни Альцгеймера. Мышей подвергли генетической мутации для экспрессии модифицированной формы человеческого тау-белка, который, накапливаясь, вызывал повреждение нейронов и атрофию мозга к 9-месячному возрасту. Ученые также встроили в геном мышей человеческий ген аполипопротеин (APOE), повышающий риск развития болезни Альцгеймера. Считается, что у людей с одной копией варианта АРОЕ4 вероятность развития заболевания в три-четыре раза выше, чем у людей с более распространенным вариантом АРОЕ3 .

Наряду с Хольцманом в исследовательскую группу входили эксперт по кишечному микробиому и соавтор Джеффри И. Гордон, доктор медицинских наук, заслуженный профессор университета доктора Роберта Дж. Глейзера и директор Семейного центра Эдисона по геномным наукам и системной биологии; первый автор Донг-О Сео, доктор философии, преподаватель неврологии; и соавтор Санграм С. Сисодиа, доктор философии, профессор нейробиологии Чикагского университета.

Художественная иллюстрация взаимосвязи между кишечной микрофлорой и дегенеративными заболеваниями мозга

Когда такие генетически модифицированные мыши с рождения жили в стерильных условиях, сохраняя микрофлору кишечника неизменной, то в возрасте 40 недель их мозг демонстрировал гораздо меньше повреждений, чем мозг мышей с живущих в обычных условиях.

В случае когда мыши с рождения росли в обычных нестерильных условиях, у них развивался нормальный микробиом. Однако, 2-х недельные мыши, прошедшие курс антибиотиков приобретали постоянный измененный состав бактерий в своей микрофлоре. При этом у самцов наблюдалось снижение когнитивных дисфункций головного мозга, проявляющихся в возрасте 40 недель. По словам ученых, защитные эффекты изменений микробиома были более выражены у самцов, несущих вариант APOE3, чем у мышей с вариантом APOE4 высокого риска, возможно, потому, что пагубные эффекты APOE4 отменяли часть защиты. Лечение антибиотиками не оказало существенного влияния на нейродегенерацию у самок.

«Ни для кого не секрет, что иммунные клетки в мужском и женском мозге совершенно по-разному реагируют на раздражители. Неудивительно, что когда мы манипулировали микробиомом, мы увидели различия в реакциях у самок и самцов. Хотя трудно сказать, что именно это означает для мужчин и женщин, страдающих болезнью Альцгеймера», — поделился Хольцман.

«Поэтому дальнейшие эксперименты связали три короткоцепочечные жирные кислоты (соединения, вырабатываемые определенными типами кишечных бактерий в качестве продуктов их метаболизма) с нейродегенерацией. Все три из этих короткоцепочечных жирных кислот были дефицитными у мышей с измененным антибиотиками микробиомом кишечника и не обнаруживались у мышей выращенных в стерильных условиях.

Эти три короткоцепочечные жирные кислоты, по-видимому, вызывают нейродегенерацию, активируя иммунные клетки в кровотоке, которые, в свою очередь, активируют иммунные клетки в мозге, повреждая ткани головного мозга. Когда мышам среднего возраста с измененным лечением антибиотиками микробиомом давали три короткоцепочечные жирные кислоты, их иммунные клетки головного мозга становились более реактивными, и их мозг демонстрировал больше признаков дегенеративных расстройств, связанных с тау-белком.

«Это исследование может рассказать о том, как микробиом влияет на тау-опосредованную нейродегенерацию, и предложить методы лечения, посредством изменения микрофлоры, которая в свою очередь, может оказывать свое влияние на возникновение и прогрессирование нейродегенеративных расстройств», — считает Линда МакГаверн, доктор философии, директор программы в Национальном институте. неврологических расстройств и инсульта (NINDS).

Полученные данные предлагают новый подход к профилактике и лечению нейродегенеративных заболеваний путем изменения микробиома кишечника с помощью антибиотиков, пробиотиков, специализированных диет или других средств.

«Что будет если вы возьмете мышей, генетически предрасположенных к развитию нейродегенеративного заболевания, и воздействуете на микробиом, непосредственно, перед тем, как у них начнут проявляться признаки болезни? Сможете ли вы замедлить или предотвратить нейродегенерацию?» — спросил Хольцман.

«Это было бы эквивалентно лечению человека приближающегося к старости, который все еще когнитивно нормален, но уже на подступе к развитию нарушений. Если бы мы могли начать лечение на генетически сенсибилизированных взрослых животных до наступления нейродегенерации, и увидели бы обнадеживающие результаты, тогда мы могли бы проверить это на людях», — заключил он.

Ссылки на исследования:

  1. Изоформа аполипопротеина E и зависящее от микробиоты прогрессирование нейродегенерации у мышей с Таупатией, Science (2023). DOI: 10.1126/science.add1236

Читайте также: