Как кишечные бактерии взаимодействуют с мозгом

Кишечные микробы выделяют вещества, которые с кровью разносятся по всему телу, включая головной мозг. В настоящее время показано, что они напрямую регулируют активность определенных нервных клеток и, таким образом, среди прочего влияют на аппетит и температуру тела.

Кишечник является крупнейшим резервуаром бактерий в организме. На протяжении тысячелетий человек и микробы жили во взаимовыгодном симбиозе: кишечные бактерии питаются компонентами пищи, которые человек не может переварить. Люди, в свою очередь, получают пользу от некоторых продуктов разложения, образующихся в процессе.

Кишечные бактерии могут делать гораздо больше, чем просто переваривать

В последние годы становится все более очевидным, что совместная жизнь — это не только пищеварение. Фактически кишечный микробиом влияет на широкий спектр процессов в организме, таких как иммунитет, обмен веществ и функции мозга.

Ключевую роль здесь, по-видимому, играют так называемые муропептиды. Это строительные блоки пептидогликана, из которых состоит клеточная стенка большинства бактерий. Этот защитный кожух подвергается непрерывным процессам преобразования. Фрагменты отрываются. Некоторые муропептиды растворимы и выполняют сигнальные функции. Белковые частицы попадают во все тело через кровоток, а также в мозг.

Нервные клетки реагируют непосредственно на сигналы из кишечника

Ученые из Института Пастера в Париже впервые смогли показать, что некоторые нейроны реагируют непосредственно на сигналы бактериальных муропептидов. До сих пор предполагалось, что эта коммуникация в основном осуществляется через иммунные клетки.

В частности, нервные клетки гипоталамуса снабжены соответствующими местами стыковки, так называемыми рецепторами NOD2. Исследователи выяснили это, используя методы визуализации в тестах на мышах. Если рецепторы NOD2 вступают в контакт с сигнальными веществами из кишечника, они снижают свою электрическую активность. Помимо прочего, это замедляет обмен веществ и снижает аппетит.

«Муропептиды в кишечнике, крови и мозге считаются маркерами бактериальной пролиферации», — объясняет Иво Г. Бонека, глава отдела биологии и генетики бактериальной клеточной стенки.

Нейроны, по-видимому, способны регистрировать размножение и гибель кишечных бактерий с помощью муропептидов. Эти процессы, в свою очередь, показывают, как прием пищи влияет на экосистему кишечника.

Ожирение и диабет

У животных, у которых рецепторы NOD2 были выключены, эти нейроны больше не подавлялись муропептидами. В результате ее мозг потерял контроль над приемом пищи и температурой тела. Мыши набрали вес и были более склонны к развитию диабета 2 типа, особенно самки старшего возраста.

«Открытие того, что бактериальные фрагменты действуют непосредственно на такой стратегический центр мозга, как гипоталамус, является экстраординарным», — комментирует Пьер-Мари Льедо, глава отдела восприятия и памяти. Гипоталамус — это область мозга, которая контролирует жизненно важные функции, такие как температура тела, кровяное давление, размножение, чувство голода и жажды.

Неправильное питание нарушает баланс кишечника

«Чрезмерное потребление определенной пищи может стимулировать непропорциональный рост определенных бактерий или патогенов, тем самым ставя под угрозу баланс кишечника», — объясняет Жерар Эберл, глава отдела микросреды и иммунитета.

Обнаруженный прямой путь связи от кишечника к мозгу может объяснить множество других связей, обнаруженных исследованиями в последние годы.

Варианты гена, который обеспечивает схему рецептора NOD2, уже были связаны с расстройствами пищеварения, такими как болезнь Крона, а также с неврологическими расстройствами и расстройствами настроения. И исследования предоставили доказательства того, что микробиом кишечника также может влиять на настроение.

Новые результаты могут найти практическое применение в будущем. Исследователи пишут: «Это открытие прокладывает путь к новым терапевтическим подходам к лечению заболеваний головного мозга и нарушений обмена веществ, таких как диабет и ожирение».

Источники:

• Илана Габаньи и др.: Бактериальное восприятие через нейроны Nod2 регулирует аппетит и температуру тела. Наука, 15 апреля 2022 г., том 376, выпуск 6590, DOI: 10.1126/science.abj398