ИНТЕРНИСТ

Национальное Интернет Общество
специалистов по внутренним болезням

ПУБЛИКАЦИИ

Изменения кишечной микрофлоры и функционирование головного мозга: есть ли связь?

Обзор подготовила Каленская Е.А.
22 Января 2014

Всемогущая микробиота

Последние несколько лет в науке и медицине проходят в активном изучении свойств кишечной микрофлоры (кишечного микробиома) человека и других живых существ, родственных ему. На сегодняшний день установлена связь между нарушением состава микробиома и возникновением функциональных расстройств желудочно-кишечного тракта, таких как синдром раздраженной кишки(6). Значительную роль могут играть изменения состава кишечной микрофлоры и при воспалительных заболеваниях кишечника вследствие нарушения местного иммунного ответа в кишке(7). Связь изменения микробиома с повышением риска развития ожирения, инсулинорезистенстности, рака толстой кишки также доказана в исследованиях(4,5). Исходя из представленных данных, мы можем заключить, что поддержание состава микробиома, при котором кишечник функционирует нормально, и не наблюдается нарушения иммунного ответа, крайне важно для здоровья человека. Дисфункция кишечной микрофлоры приводит к продукции провоспалительных медиаторов, и воспалительные изменения наблюдаются не только в кишечнике, но и в организме системно, что повышает риск канцерогенеза.

Влияние кишечной микрофлоры на поведение людей

Однако наука пошла дальше в изучении дистанционного влияния микробиома на органы, и самые последние исследования посвящены взаимосвязи кишечных бактерий и функционированию нервной системы. В начале 2013 г. доктором Э.Майером из Лос-Анджелеса было высказано предположение о влиянии желудочно-кишечного тракта человека на формирование мозга во время роста организма через кишечную микрофлору. Влияние это сказывается на настроении, поведенческих реакциях и ощущениях взрослых людей. «Эти явления открывают совершенно новый взгляд на функционирование головного мозга и, возможно, его заболеваний»,- подчеркивает Майер(3). Для подтверждения своих предположений он начал исследование, в котором с помощью МРТ сканировал мозг волонтеров для изучения его функционирования, затем сравнивая структуру и активность их мозга с типами бактерий, обнаруженных в кале при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР). В настоящее время получены данные уже от 60 волонтеров, что позволило сделать некоторые выводы. В частности, Майер указывает на то, что связь между областями мозга различается у людей в зависимости от того, какой тип кишечных бактерий у них преобладает. Следовательно, можно предположить, что специфическое сочетание бактерий может отвечать за воздействие на те или иные нейронные схемы и связи в головном мозге, а возможно и на более низких уровнях нервной системы. Данные эти на сегодня не доказаны, исследования продолжаются.

Изменение микробиома меняет поведение мышей

Однако Майер не одинок в своих предположениях. Большинство ученых, интересующихся этой проблемой, проводят исследования на мышах. В 2011 г P. Bercik et al.(8) взяли для исследования мышей, выращенных в специальных помещениях в отсутствие воздействия определенных инфекционных агентов (Specific pathogen–free - SPF) и мышей, выращенных в абсолютно стреильных условиях. Животным в питьевую воду добавлялись неабсорбирующиеся антимикробные препараты (неомицин, бацитрацин и пимарицин) в течение 7 дней. Далее мышам, выросшим в стерильных условиях, вводилась микрофлора от группы SPF–мышей, и изучалось их поведение с помощью определенных тестов для животных.

Состав кишечной микрофлоры был изучен секвенированием. После умерщвления животных образцы кишки были взяты для гистологического исследования, определения уровня миелопероксидазы, цитокинов. Также измерялось количество серотонина, норадреналина, допамина и специфического продуцирующегося мозгом нейротрофического фактора (brain-derived neurotropic factor - BDNF). Назначение антибиотиков SPF-мышам привело к временному изменению состава микробиома, усилению исследовательского поведения у животных, а также повышению экспрессии BDNF в гиппокампе. Эти изменения наблюдались вне зависимости от провоспалительной активности организма, уровней желудочно-кишечных нейротрансмиттеров и влияния симпатической нервной системы. Введение антибиотиков внутриперитонеально или назначение из перорально стерильным мышам к таким изменениям не приводило. Но, пожалуй, самое удивительное, это данные относительно введения микрофлоры от SPF–мышей к стерильным. У животных, подвергшихся колонизации чужой кишечной микрофлорой, увеличилось исследовательское поведение, уровни BDNF в гиппокампе. Полученные результаты подтверждали предположение о биохимических взаимосвязях кишечника и головного мозга, вне зависимости от вегетативной нервной системы. Следовательно, нарушение состава кишечной микрофлоры может быть ответственно за изменение психологического состояния и поведение человека(8).

Исследования на животных были продолжены, S.M. Collins et al.(9) показали, что те же изменения в биохимии мозга наблюдаются при фекальном транспорте у мышей, изменяется и их поведение в зависимости от донора. При внесении с фекальным транспортом микрофлоры от группы мышей, которые проявляют в экспериментах более спокойное поведение при стрессовых ситуациях, изначально отобранные тревожные реципиенты также начинают проявлять больше смелости и меньше беспокойства в выполнении заданий. Учитывая тот факт, что метод трансплантации микробиоты с помощью фекального транспорта применим в настоящее время и к людям при рефрактерной инфекции Clostridium difficile, в некоторых случаях при воспалительных заболеваниях кишечника и даже сахарном диабете, необходим тщательный отбор доноров для трансплантации, с отсутствием у них психологических заболеваний.

Кишечная микрофлора может влиять на психику и когнитивные функции

Последнее из исследований, опубликованное в начале декабря 2013 г., сообщает о взаимосвязи нарушений кишечной микрофлоры с наличием синдрома задержки психологического развития вплоть до аутизма. Для эксперимента отобраны мыши, у матерей которых выявлены изменения микробиома, увеличение проницаемости кишечной стенки и нарушение иммунной активации. Потомки таких матерей, страдающие задержкой развития, что определялось при помощью наблюдения за особями и проведением экспериментов на когнитивные функции, получали орально пробиотик, содержащий Bacteroides fragilis. В результате наблюдалась нормализация проницаемости кишечного барьера, микробиома, улучшение коммуникативных, стереотипических, сенсомоторных навыков поведения, отмечалась большая устойчивость к стрессам (1,3).

Исследования на тему взаимосвязи функционирования мозга и изменения микробиома переходят постепенно к изучению этих данных на человеке. Dinan TG et al. (10)в своем исследовании предположил взаимосвязь изменений кишечной микрофлоры с наличием депрессии, так как этот психологический недуг часто наблюдается у больных с заболеваниями кишечника. В заключении он признает, что данных для объективной оценки этой взаимосвязи недостаточно, требуются дополнительные исследования.

Таким образом, обнаружение тесной взаимосвязи между изменениями микробиома и поведением животных, что, скорее всего, в недалеком будущем будет доказано в исследованиях на людях, приводит нас к новому понимаю метаболических процессов в организме, в которых не последнюю роль играет кишечная микрофлора, следовательно, возможны новые терапевтические пути воздействия на лечение как кишечных заболеваний, так и психических недугов.

Illustration by Benjamin Arthur for NPR

Источник:

  1. Microbiota Modulate Behavioral and Physiological Abnormalities Associated with Neurodevelopmental Disorders. Cell, 05 December 2013
  2. Sara Reardon. Bacterium can reverse autism-like behaviour in mice. Nature News. December 2013
  3. R. Stein et al. Gut Bacteria Might Guide The Workings Of Our Minds. November 18, 2013
  4. Bultman SJ. Emerging roles of the microbiome in cancer.Carcinogenesis. 2013 Dec 3.
  5. Duseja A, Chawla YK. Obesity and NAFLD: The Role of Bacteria and Microbiota.Clin Liver Dis. 2014 Feb;18(1):59-71
  6. Bonfrate L, Tack J, Microbiota in health and irritable bowel syndrome: current knowledge, perspectives and therapeutic options. Scand J Gastroenterol. 2013 Sep;48(9):995-1009.
  7. Shim JO.Gut Microbiota in Inflammatory Bowel Disease.Pediatr Gastroenterol Hepatol Nutr. 2013 Mar;16(1):17-21
  8. P. Bercik et al. The Intestinal Microbiota Affect Central Levels of Brain-Derived Neurotropic Factor and Behavior in Mice. Gastroenterology, Volume 141, Issue 2 , Pages 599-609.e3, August 2011
  9. S.M. Collins et al. The adoptive transfer of behavioral phenotype via the intestinal microbiota: experimental evidence and clinical implications. Current Opinion in Microbiology Volume 16, Issue 3, June 2013, Pages 240–245
  10. Dinan TG, Cryan JF. Melancholic microbes: a link between gut microbiota and depression? Neurogastroenterol Motil. 2013 Sep;25(9):713-9.