Все больше доказательств свидетельствует о том, что десятки триллионов микробов, которые обычно живут в нашем кишечнике - так называемый микробиом кишечника - оказывают далеко идущее влияние на функционирование нашего организма. Члены этого микробного сообщества производят витамины, помогают нам переваривать пищу, предотвращают рост вредных бактерий и регулируют иммунную систему. Теперь новое исследование предполагает, что микробиом кишечника также играет ключевую роль в здоровье нашего мозга, сообщают исследователи из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе.

Исследование, проведенное на мышах, показало, что кишечные бактерии - в основном путем производства таких соединений, как короткоцепочечные жирные кислоты - влияют на поведение иммунных клеток во всем организме, включая клетки мозга, которые могут повреждать ткани мозга и усугублять нейродегенерацию при таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера. Результаты исследования, опубликованные 13 января в журнале Science, открывают возможность изменения микробиома кишечника как способа профилактики или лечения нейродегенерации.

"Мы давали молодым мышам антибиотики всего неделю, и увидели необратимые изменения в их микробиоме кишечника, их иммунных реакциях и в том, насколько нейродегенерация, связанная с белком тау, проявлялась у них с возрастом", - сказал старший автор исследования Дэвид М. Хольцман, доктор медицины, заслуженный профессор неврологии Барбары Бертон и Рубена М. Моррисса III. "Захватывающим является то, что манипуляции с микробиомом кишечника могут быть способом воздействия на мозг без введения чего-либо непосредственно в мозг".

Накапливаются доказательства того, что микробиом кишечника у людей с болезнью Альцгеймера может отличаться от микробиома здоровых людей. Однако неясно, являются ли эти различия причиной или следствием болезни, или и тем, и другим, и какое влияние изменение микробиома может оказать на течение болезни.

Чтобы определить, может ли микробиом кишечника играть причинную роль, исследователи изменили микробиом кишечника мышей, предрасположенных к развитию повреждений мозга и когнитивных нарушений, подобных болезни Альцгеймера. Мыши были генетически модифицированы для экспрессии мутантной формы человеческого мозгового белка тау, который накапливается и вызывает повреждение нейронов и атрофию мозга к 9-месячному возрасту. Они также несли вариант человеческого гена APOE, который является основным генетическим фактором риска развития болезни Альцгеймера. У людей с одной копией варианта APOE4 вероятность развития болезни в три-четыре раза выше, чем у людей с более распространенным вариантом APOE3.

Наряду с Хольцманом в исследовательскую группу входили эксперт по микробиому кишечника и соавтор Джеффри И. Гордон, доктор медицины, заслуженный профессор университета, директор Центра геномных наук и системной биологии семьи Эдисон; первый автор Донг-Ох Сео, доктор философии, преподаватель неврологии; и соавтор Санграм С. Сисодиа, доктор философии, профессор нейробиологии Чикагского университета.

Когда таких генетически модифицированных мышей выращивали в стерильных условиях с рождения, они не приобретали микробиом кишечника, и их мозг в возрасте 40 недель демонстрировал гораздо меньше повреждений, чем мозг мышей с нормальным микробиомом.

Когда таких мышей выращивали в нормальных, нестерильных условиях, у них развивались нормальные микробиомы. Однако курс антибиотиков в возрасте 2 недель навсегда изменил состав бактерий в их микробиоме. У самцов мышей он также снижал степень повреждения мозга, которое проявлялось в возрасте 40 недель. Защитный эффект от изменения микробиома был более выражен у мышей-самцов с вариантом APOE3, чем у мышей с рискованным вариантом APOE4, возможно, потому, что пагубное влияние APOE4 отменяло часть защиты, говорят исследователи. Лечение антибиотиками не оказало существенного влияния на нейродегенерацию у самок мышей.

"Мы уже знаем из исследований опухолей мозга, нормального развития мозга и смежных тем, что иммунные клетки в мозге самцов и самок по-разному реагируют на раздражители", - сказал Хольцман. "Поэтому нет ничего удивительного в том, что когда мы манипулировали микробиомом, мы увидели половые различия в реакции, хотя трудно сказать, что именно это означает для мужчин и женщин, живущих с болезнью Альцгеймера и связанными с ней расстройствами".

Дальнейшие эксперименты связали три конкретные короткоцепочечные жирные кислоты - соединения, производимые определенными видами кишечных бактерий в качестве продуктов их метаболизма, - с нейродегенерацией. Все три жирные кислоты были в дефиците у мышей с микробиомом кишечника, измененным в результате лечения антибиотиками, и не обнаруживались у мышей без микробиома кишечника.

Оказалось, что эти короткоцепочечные жирные кислоты вызывают нейродегенерацию, активируя иммунные клетки в кровотоке, которые, в свою очередь, каким-то образом активируют иммунные клетки в мозге, повреждая мозговую ткань. Когда мышей среднего возраста без микробиома кормили тремя короткоцепочечными жирными кислотами, их иммунные клетки мозга становились более реактивными, а их мозг демонстрировал больше признаков повреждения, связанного с тау.

"Это исследование может дать важное представление о том, как микробиом влияет на тау-опосредованную нейродегенерацию, и предполагает, что терапия, изменяющая микробы кишечника, может повлиять на возникновение или прогрессирование нейродегенеративных заболеваний", - сказала Линда МакГаверн, доктор философии, директор программы Национального института неврологических расстройств и инсульта (NINDS), который предоставил часть финансирования для исследования.

Полученные результаты позволяют предложить новый подход к профилактике и лечению нейродегенеративных заболеваний путем изменения микробиома кишечника с помощью антибиотиков, пробиотиков, специальных диет или других средств.

"Я хочу знать, если взять мышей, генетически предрасположенных к развитию нейродегенеративных заболеваний, и манипулировать микробиомом непосредственно перед тем, как животные начнут проявлять признаки повреждения, можно ли замедлить или предотвратить нейродегенерацию?" - спрашивает Хольцман. спросил Хольцман. "Это было бы эквивалентно началу лечения человека в позднем среднем возрасте, который все еще когнитивно нормален, но находится на грани развития нарушений. Если бы мы могли начать лечение на таких генетически сенсибилизированных моделях взрослых животных до того, как нейродегенерация станет очевидной, и показать, что оно работает, мы могли бы проверить это на людях".