Могут ли кишечные микробы регулировать аппетит и температуру тела?

Мышь в норе

Способны ли кишечные бактерии влиять на контроль температуры тела и стимулировать физическую активность? Да, могут, по крайней мере, у мышей. Поскольку микробов в нашем организме больше, чем клеток, неудивительно, что бактерии и другие невидимые «гости» влияют на наш метаболизм, иммунную систему и даже на наше поведение. Ученые выяснили, как бактерии в кишечнике млекопитающих, в нашем случае лабораторных мышей,  могут связываться с мозгом, чтобы регулировать аппетит и температуру тела животного, и это включает тот же молекулярный путь, который иммунная система использует для обнаружения бактериальных патогенов.

«Это довольно важное открытие», — говорит Антуан Адамантидис, нейробиолог из Бернского университета, не участвовавший в работе. «Наша жизнь зависит от приема пищи, и это еще одна вещь, на которую могут влиять бактерии».

За последние 20 лет исследователи обнаружили связи между кишечником человека и остальными частями тела. Они связывают определенные кишечные микробы, а вернее последствия их деятельности, с такими состояниями, как депрессия, рассеянный склероз и нарушения в работе иммунной системы. Были также зафиксированы связи нервной системы между кишечником и мозгом. Но исследователям было трудно понять, как именно кишечные микробы или молекулы, которые они производят, влияют на мозг.

Когда определенные кишечные бактерии проникают в остальную часть тела, наша иммунная система определяет их, ощущая фрагменты их клеточных стенок, известные как муропептиды. Наши молекулярные детекторы этих муропептидов, белков Nod2, покрывают поверхности клеток, участвующих в первой линии защиты организма. Илана Габаньи, нейроиммунолог из Института Пастера, хотела узнать, существуют ли эти молекулярные детекторы в нервных клетках мозга.

Габани и её коллеги начали с генетически модифицированных мышей: некоторые из них были созданы без Nod2, а другие были «сконструированы» так, чтобы производить флуоресцентную метку, которая помечала место, где был произведен молекулярный детектор. Первые доказательства того, что муропептиды влияют на аппетит, были получены на мышах без Nod2. По сравнению с обычными мышами, эти грызуны с возрастом набирали лишний вес. Это предполагает, говорит Габани, что фрагменты бактериальной клеточной стенки могут обеспечивать «полный» сигнал в мозг, который отсутствует у мышей без Nod2. Поскольку пища может стимулировать микробы в кишечнике, её прием, вероятно, вызывает высвобождение муропептидов.

Затем Илана и ее коллеги кормили других мышей слегка радиоактивными муропептидами. Четыре часа спустя они проверили, перемещение фрагментов бактериальных клеточных стенок в телах грызунов. Отслеживая радиоактивность, обнаружили, что муропептиды попали в мозг. В совокупности эксперименты показывают, что Nod2 действительно вырабатывается в мозгу мыши , и что муропептиды могут попасть туда в течение нескольких часов после достижения кишечника.

«Я понятия не имела, что эти фрагменты попадают в мозг», — говорит Кристин Макдональд, молекулярный биолог, изучающий бактериальные сенсоры тела в Кливлендской клинике.

Эксперименты также показали, что радиоактивные муропептиды накапливаются в мозгу самок мышей больше, чем в мозге самцов, и оказывают более сильное воздействие на самок, говорит Габаньи. Пожилые самки мышей, у которых в мозгу отсутствует Nod2, съедали за один прием пищи больше, чем мыши, которые не были генетически модифицированы. Они также поддерживали более высокую температуру тела и, как правило, тратили меньше времени на строительство гнезд, чтобы согреться, что указывает на то, что Nod2 может выполнять иные физиологические функции.

Были и другие недостатки нарушения этого пути связи между кишечником и мозгом: самки мышей без нормального набора Nod2 имели тенденцию к развитию диабета и не жили так долго, как обычные мыши. У мышей, которым давали антибиотики для уничтожения кишечных бактерий, были аналогичные проблемы. Исследователи считают, что это связано с тем, что муропептиды никогда не попадали в мозг, чтобы регулировать аппетит и температуру тела.

Вместе новые эксперименты определяют прямой механизм, с помощью которого бактерии могут контролировать мозг, говорит Ливия Хекке Морайс, нейробиолог из Калифорнийского технологического института. До сих пор демонстраций таких прямых связей «отсутствовало», добавляет Маргарет Макфолл-Нгай, специалист по биологии развития из Института науки Карнеги.

Неясно, есть ли у цитозольного белка Nod2 роль в мозге или у него на первом месте иммунная функция. «Та же самая молекула, которая предупреждает нашу иммунную систему о том, что что-то не так, может использоваться нашей нервной системой в качестве сигнала для регулирования ключевых процессов выживания», таких как прием пищи и контроль температуры, — говорит Хуан Эскобар, биолог-эволюционист, изучающий кишечные микробы.

Основываясь на результатах, полученных на более старых самках мышей, Габани и ее коллеги предполагают, что система контроля муропептидов приобретает все большее значение, поскольку гормональная регуляция аппетита и температуры тела с возрастом снижается. Подобные гормональные изменения у женщин, вступающих в менопаузу, связаны с увеличением веса, что заставляет исследователей задаться вопросом, может ли система муропептид-Nod2 обеспечить негормональную мишень для лечения этих проблем. Если эта система существует и у людей, «есть большой потенциал для решения многих проблем», — говорит Мораис.

Другие ученые подчеркивали, что результаты были получены на мышах и, следовательно, требуют дальнейшего изучения. Но Макфолл-Нгаи отмечает, что у кальмара Nod2 также ощущает фрагменты бактериальной клеточной стенки и помогает контролировать развитие животного. Поэтому она убеждена, что эта коммуникационная система является эволюционной и, вероятно, есть у всех позвоночных.

Элизабет Пенниси

Лиз — старший корреспондент, освещающий многие аспекты биологии журнала Science .

Читайте также: