Сахарный диабет 1 типа (СД1Т) — это аутоиммунное заболевание, которое приводит к деструкции β-клеток поджелудочной железы. Результаты исследований на мышах свидетельствуют о том, что в развитие этого заболевания вовлечены взаимодействия между микробиотой кишечника и системой врожденного иммунитета и его прогрессирование может замедляться путем трансплантации фекальной микробиоты (ТФМ).

Трансплантация аутологичная по сравнению с аллогенной

В рандомизированном контролируемом исследовании пациенты с недавно диагностированным СД1Т получали через назодуоденальную трубку во временных точках 0, 2 и 4 месяца три ТФМ, полученных либо из их собственных фекалий (аутологичные ТФМ, n=10), либо из фекалий здоровых доноров (аллогенные ТФМ, n=10). В год после первой ТФМ исследователи оценивали остаточную функцию β-клеток (по высвобождению C-пептида в ответ на тестовый прием пищи), а также метаболические, иммунные изменения и изменения микробиоты, индуцированные двумя типами ТФМ.

Сохраненная функция поджелудочной железы

Вопреки ожиданиям исследователей, через один год после первой ТФМ в группе аутологичной тренсплантации функция β-клеток была сохранена. Однако в группе аллогенной трансплантации функция β-клеток ухудшилась, хотя в меньшей степени, чем у пациентов с СД1Т, не получавших лечения в первый год после установления диагноза¹. Согласно мнению исследователей, польза от ТФМ может быть более выраженной и длительной в случае высокой иммунологической совместимости между донором и реципиентом.

Desulfovibrio piger вовлечен?

Было обнаружено, что изменения микробиоты связаны с определенными метаболическими и иммунными изменениями. Наблюдалась обратная корреляция между присутствием Prevotella spp. в двенадцатиперстной кишке и остаточной функцией β-клеток. В толстом кишечнике присутствие Desulfovibrio piger стало статистически значимо более выраженным только после аутологичной ТФМ. Уровень его присутствия был обусловлен улучшением остаточной функции β-клеток и повышением уровней в плазме крови 1-арахидоноил-GPC (A-GPC), микробного метаболита, связанного с повышенной выработкой C-пептида. Кроме того, уровень присутствия D. piger отрицательно коррелировал с уровнями определенных T-клеток, вовлеченных в аутоиммунитет. В чем заключалась значимость по мнению авторов? D. piger может ингибировать аутоиммунитет путем подавления этих T-клеток посредством выработки A-GPC. На основании множества выявленных корреляций исследователи идентифицировали механистические пути, которые необходимо дополнительно изучить, чтобы прояснить влияние ТФМ на СД1Т. Они также впервые выявили терапевтический потенциал определенных видов бактерий.

^{1. Overgaard AJ, Weir JM, Jayawardana K, et al. Plasma lipid species at type 1 diabetes onset predict residual beta-cell function after 6 months. Metabolomics 2018;14:158; Lachin JM, McGee PL, Greenbaum CJ, et al. Sample size requirements for studies of treatment effects on beta-cell function in newly diagnosed type 1 diabetes. PLoS One}

Каждый месяц публикуется ощеломляющее количество статей о влиянии микробиоты кишечника на функцию головного мозга. Многие из этих исследований сфокусированы на роли дисбаланса микробиоты кишечника в возникновении или прогрессировании болезни Альцгеймера (БА). В этом исследовании были предприняты попытки идентификации способов, которыми бактерии кишечника вносят вклад в заболевание, а более конкретно — в аккумуляцию угрожающих амилоидных отложений.

Раскрытие механизмов, играющих роль во влиянии кишечника на головной мозг

В этих целях они собрали вместе около 90 индивидуумов в возрасте от 50 до 85 лет с БА и без нее, чтобы изучить, каким образом кишечник влияет на головной мозг. Проводили анализы для оценки присутствия в их крови следующего: 1. молекул, вырабатываемых бактериями микробиоты кишечника; 2. воспалительных молекул; и 3. маркеров, сигнализирующих о нарушении барьера кишечника (позволяющем соединениям достигать кровотока) и гематоэнцефалического барьерa (позволяющем соединениям проникать из крови в головной мозг). Определяли также присутствие амилоидных отложений в головном мозге. Целью было выявление ассоциаций между всеми этими параметрами для идентификации механизмов, лежащих в основе этого влияния.

Причастные бактериальные и воспалительные соединения

Этот поиск оказался плодотворным и позволил обнаружить много тесных взаимосвязей. Например, между амилоидными отложениями с одной стороны и воспалением и присутствием в крови соединений из микробиоты кишечника с другой стороны, или между этими соединениями и нарушениями проницаемости упомянутых выше барьеров. Поэтому дисбаланс микробиоты кишечника может запускать механизм воспаления, способный нарушать защитные барьеры организма, что приводит к проникновению соединений в головной мозг и возможному формированию амилоидных бляшек. Эта находка открывает путь к новым терапевтическим подходам, таким как введение коктейля из полезных бактерий (пробиотиков) для сохранения сбалансированности микробиоты, особенно у индивидуумов из группы риска. Однако ингредиенты этого коктеля еще предстоит идентифицировать.

Как вы вероятно знаете, пчела Майя живет в окружении своих единоутробных сестер, так как королева проводит свою жизнь, откладывая яйца для размножения роя. Однако, несмотря на их генетическое родство, она и ее сестры распознают друг друга по запаху! Более того, результаты этого исследования свидетельствуют о том, что запах пчелы (сигнал о принадлежности к рою) напрямую связан с микробиотой кишечника, общей у соплеменников.

Распознавание своих по запаху

Тело медоносной пчелы покрыто молекулами, определяющими ее запах. Это позволяет «охранникам» на входе в улей распознавать членов роя и останавливать незваных гостей, пытающихся прокрасться внутрь и похитить корм. Группой исследователей недавно показано, что обонятельные сигналы основаны на общих характеристиках микробиоты кишечника (бактерий, грибков и вирусов, колонизирующих пищеварительную систему), а не на генетическом родстве. Для пчел из той же колонии характерно наличие нескольких типов идентичных бактерий в кишечнике, что обеспечивает их общий запах. И наоборот, пчелы из другой колонии, чья микробиота основана на других бактериях, пахнут иначе.

Механизмы, лежащие в основе

Как объяснить это влияние микробиоты? Был выдвинут ряд теорий. Согласно одной из них, запах, специфичный для колонии, обусловлен запахом самой микробиоты кишечника. Однако эта гипотеза представляется маловероятной, так как она противоречит результатам предыдущих исследований, свидетельствующих о вовлеченности молекул, секретируемых клетками, расположенными под «кожей» пчелы, к которой бактерии кишечника не имеют доступа. Согласно второй теории, более вероятной, предполагается, что микробиота медоносных пчел влияет на количественные и качественные характеристики вырабатываемых молекул, определяющих запах, например, путем обеспечения их ингредиентов (или не обеспечения). Эта система распознавания по запаху весьма полезна для пчел, но также дает преимущества для бактерий их кишечника: отсекая пчел с другой микрофлорой в пищеварительном тракте, улей также ограничивает вход для других бактерий, что обеспечивает микроорганизмам в микробиоте «спокойную жизнь» без конкуренции.

Прежде чем отправиться на Марс, учтите: космические полеты – это не только удовольствия. Микрогравитация может привести к атрофии неактивных мышц и способствовать раннему развитию остеопороза; замедляется прохождение пищи через желудочно-кишечный тракт, измененный цикл смены дня и ночи вызывает нарушения сна, а изоляция влияет на психическое здоровье. Помимо того, кишечная микробиота становится несбалансированной, а микробиота кожи, носа и языка становится сходной у разных членов экипажа. Взаимосвязано ли все это? Может ли изменение микробиоты играть роль в развитии других нарушений? Данные недавнего обзора с акцентом на здоровье космонавтов свидетельствуют о том, что может.

Микробиота – центральный фактор?

Известно, что микробиота вырабатывает короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК (sidenote: КЦЖК короткоцепочечные жирные кислоты ) ) – малые молекулы, влияющие на аппетит и ощущение сытости. Вследствие изменений, вызванных жизнью в космосе, и приема космонавтами не содержащей клетчатки пищи кишечная микрофлора может начать вырабатывать соединения, подавляющие аппетит. Кроме того, изменение кишечной микробиоты может привести к уменьшению всасывания витаминов и минералов и способствовать ухудшению состояния скелетно-мышечной системы. Жизнь в космосе также приводит к постепенному снижению психомоторной и нейрокогнитивной функций, что тоже может быть обусловлено состоянием кишечной микробиоты, влияющей на настроение, стресс, познание, поведение и др. Даже ослабление иммунитета у космонавтов можно отчасти объяснить изменениями в микробиоте.

Как же помочь микробиоте?

Таким образом, космические полеты приводят к значительному изменению микробиоты космонавтов, в частности микробиоты кишечника. Это может приводить к изменениям состояния костей и мышц, обмена веществ, работы иммунной системы и даже нервов. Следует ли космонавтам поддерживать свою микробиоту путем применения пребиотиков или полезных бактерий – пробиотиков? Вопрос заслуживает внимания, и будущие клинические исследования, возможно, дадут ответ.

Чтобы избежать печально известного эффекта отката после диеты, зачастую требуется строго контролировать свой рацион. Но есть ли другое решение? Как оказалось, помочь может перенос себе своей же кишечной микробиоты, приобретенной во время диеты. Способ определенно кажется неприятным, поскольку подразумевает проглатывание микробиоты, присутствующей в кале, в виде капсул. Тем не менее у него есть перспективы.

Двухэтапная «программа похудения»

Начнем с начала. Пациентам с ожирением была назначена программа упражнений и одна из следующих трех диет: диета согласно классическим рекомендациям, средиземноморская диета с добавлением небольшого количества орехов (богатых полифенолами) или «зеленая» средиземноморская диета (меньше мяса, больше рыбы, много овощных продуктов с высоким содержанием полифенолов, таких как вольфия шаровидная (Mankai) и зеленый чай). Спустя шесть месяцев 90 участников похудели в среднем на 8,3 кг. Далее исследователи приготовили капсулы, содержащие микробиоту кала участников. Следующие восемь месяцев 44 пациента принимали капсулы, содержащие их собственную фекальную микробиоту, тогда как оставшиеся 46 пациентов принимали плацебо.

Контролируемый эффект отката

Результаты? Пациенты, которые соблюдали «зеленую» средиземноморскую диету, а затем принимали капсулы со своей микробиотой, за восемь месяцев после диеты набрали лишь 1,6 кг, в то время как пациенты, следовавшие той же диете, но получавшие плацебо, набрали 3,6 кг. У пациентов в первой группе также сохранились окружность талии и уровень инсулина (гормона, контролирующего уровень сахара в крови), при других двух диетах данный эффект не наблюдался.

Влияние «зеленой» средиземноморской диеты на микробиоту

В конечном итоге «зеленая» средиземноморская диета оказывала наибольший эффект на микробиоту кишечника и функции организма. Данная диета может глубоко изменить микробиоту кишечника и ограничить эффект отдачи, если после диеты регулярно принимать микробиоту, присутствовавшую в кишечнике по ее окончании. Причиной такого действия могут быть определенные бактерии, а также изменения в транспорте сахаров.

Очевидно, что данный эксперимент нельзя проводить дома!

Ухудшение памяти, трудности с ориентацией в пространстве, тревожные расстройства, прочие проблемы – старение часто сопровождается психологическими и когнитивными нарушениями. В то же время кишечная микробиота играет ключевую рольв развитии отделов головного мозга, отвечающих за обучение и память, в частности в развитии гиппокампа. Данный факт побудил некоторых ученых предположить, что посредством связи «кишечник – головной мозг» старение микробиоты приводит к снижению когнитивной функции.

Молодые мыши... ведущие себя, как старые

Чтобы проверить эту гипотезу, группа исследователей проанализировала кишечную микробиоту взрослых мышей, которым были трансплантированы бактерии пищеварительного тракта мышей того же либо более старшего возраста. После трансплантации фекальной микробиоты (ТФМ) состав бактерий оказался по сути одинаковым, за исключением четырех родов, содержание которых было значительно ниже у мышей, получивших микробиоту более старших особей. В гиппокампе этих мышей отмечалось изменение экспрессии многих белков, участвующих в важных функциях мозга, таких как обучение и познание.

Мыши с ухудшением памяти

Далее у мышей провели два теста: в первом оценивали их способность к запоминанию пути по лабиринту, во втором – к узнаванию предмета. Мыши с микробиотой более старших особей прошли оба теста хуже, чем мыши в другой группе. Другие аспекты старения, такие как изменение локомоторной активности и тревожность, при переносе фекальной микробиоты более старших мышей, напротив, не проявлялись.

Восстановив микробиоту, можно замедлить снижение когнитивной функции?

Таким образом, снижение когнитивной функции после трансплантации фекальной микробиоты более старших доноров напоминает физиологическое ухудшение функций организма, наблюдаемое во время старения, и это свидетельствует о том, что важную роль в старении играет связь «кишечник – головной мозг». По словам авторов, результаты исследования свидетельствуют в пользу терапевтических подходов, направленных на улучшение когнитивной функции и качества жизни у пожилых людей путем восстановления их микробиоты.

У алкоголиков обнаруживаются изменения социального поведения (интроверсия, социальная тревожность), которые могут способствовать рецидиву болезни. Злоупотребление алкоголем может привести к развитию дисбиоза микробиоты кишечника, что, в свою очередь, является модулятором социального поведения у грызунов. Отсюда происходит теория, согласно которой микробиота кишечника может быть вовлечена в проблемы общительности, связанные с алкоголизмом. Чтобы проверить эту гипотезу, группа исследователей трансплантировала (трансплантация фекальной микробиоты) мышам микробиоту пациентов-алкоголиков, страдающих дисбиозом (уменьшенное количество бактерий, уменьшенное содержание Faecalibacterium prausnitzii и увеличенное содержание Lachnospiraceae), повышенной проницаемостью кишечника и психологическими расстройствами (беспокойство, импульсивное влечение к алкоголю, нарушение коммуникабельности и др.).

Изменения микробиоты было достаточно для изменения поведения

Каковы же результаты? Мыши, получившие трансплантат фекальной микробиоты, продемонстрировали пониженный интерес к социальным взаимодействиям и более депрессивное поведение, а также более высокий уровень кортикостерона, отражающий более высокий уровень стресса. В коре лобной доли и полосатом теле наблюдались нарушения миелинизации и нейротрансмиссии, а также воспаление.

β-гидроксибутират — метаболический медиатор?

β-гидроксибутират (БГБ) — кетоновое тело, образующееся в печени, которое служит источником энергии для нейронов, может участвовать в отмеченных поведенческих и мозговых расстройствах. Сниженный у мышей после трансплантации фекальной микробиоты, он является одним из метаболитов, отличающих их от контрольных животных. Исследования на моделях у других животных и у человека подтверждают вовлеченность БГБ. У мышей повышение уровня БГБ в плазме крови при кетогенной диете улучшало социальные навыки и миелинизацию, а также уменьшало выраженность воспалительного процесса в головном мозге. Низкие уровни БГБ в плазме крови у алкоголиков были сопряжены с более высоким уровнем социальной тревожности, депрессии и тяги к алкоголю, а также с более низким уровнем целостности белого вещества (одним из определяющих факторов которой является миелинизация).

Вовлечен этанол микробного происхождения?

Каким же образом микробиота влияет на уровень БГБ в плазме крови? Микробиота пациентов с алкоголизмом продуцирует этанол даже при длительном воздержании от употребления алкоголя; это наблюдение подтверждено на мышах, которым была проведена трансплантация фекальной микробиоты. Авторы полагают, что этот спирт может ингибировать фермент Hmgcs2 и фактор транскрипции PPARα, которые участвуют в синтезе БГБ. Действительно, экспрессия этих двух молекул ниже у мышей, которым была проведена трансплантация фекальной микробиоты. Восстановление микробиоты или метаболизма кетоновых тел являются одним из клинических путей, которые могут возникать в результате этого исследования: посредством благоприятной модуляции оси кишечник-головной мозг это может помочь ограничить возникновение рецидивов.

Изменения микробиома кожи связаны с развитием атопического дерматита (АД) и степенью его тяжести. Также может быть вовлечена микробиота полости носа: Staphylococcus aureus обнаруживается в носу пациентов с АД в пять раз чаще. Ноздри могут быть важным источником самоконтаминации и распространения бактерий из носовой полости на кожу или наоборот. Поэтому исследование было сосредоточено на изучении взаимосвязи между микробиомами кожи и носовой полости у детей с АД, в зависимости от тяжести заболевания.

Носовая полость и кожа: два связанных микробиома?

Используя секвенирование 16S-рРНК, исследователи впервые обнаружили отдельные микробные сообщества в носовой полости (89 образцов) и на поврежденной коже (57 образцов) детей с АД: тогда как в микробиоме носа преобладали актинобактерии (виды Corynebacterium), протеобактерии (в основном Moraxella) и фирмикуты (виды Staphylococcus, Streptococcus и Dolosigranulum), в поражениях кожи преобладали стафилококки и, в меньшей степени, виды, принадлежащие к родам Pelomonas, Streptococcus и Janthinobacterium. Тем не менее, были обнаружены корреляции между видами бактерий в носовой полости и на коже, хотя задействованные механизмы до конца не изучены (перекрестная передача между двумя нишами?).

Микробиомы связаны со степенью тяжести заболевания

Что наиболее важно, было обнаружено, что состав микробиомов носовой полости и кожи, особенно микробиома кожи, связан с со степенью тяжести АД у детей. Эта связь сохранялась даже после внесения поправки на влияющие факторы, такие как возраст, применение антибиотиков и место взятия кожной пробы. Данная связь между микробиомами и тяжестью АД в основном обусловлена наличием стафилококков в обеих нишах, а также других видов бактерий, например, Moraxella в носовой полости.

Различие между присутствием бактерий и бактериальной нагрузкой

Исследование также продемонстрировало, что S. aureus присутствовал в поражениях кожи у одного из двух пациентов, чаще в тяжелых формах (sidenote: Тенденция, тем не менее, не достигает уровня статистической значимости ) , однако его нагрузка (определяемая посредством количественной ПЦР) не была связана с тяжестью АД. И наоборот, хотя наличие S. epidermidis на коже не коррелировало со степенью тяжести заболевания в 80% образцов, нагрузка данным микроорганизмом была значительно выше в случаях тяжелого АД. Несмотря на то, что эта связь не имеет причинно-следственного характера, полученные результаты свидетельствуют о том, что две микробные ниши играют роль в обострении воспаления, вызванного заболеванием. Отсюда проистекает важность изучения в будущих исследованиях не только роли видов микробов при АД и их взаимоотношений с хозяином и другими видами, но и взаимодействия между различными микробными сообществами внутри организма.

Значительная совокупность доказательств поддерживает гипотезу о наличии связи между дисбиозом кишечника и аутизмом. Например, многие пациенты с РАС страдают от дисбаланса кишечной микрофлоры, такого как дефицит Bifidobacterium longum и избыток видов Clostridium и Candida albicans, которые, как полагают, связаны с воспалением кишечника и повышенной проницаемостью барьера между кишечником и кровью. Кроме того, у детей с РАС чаще встречаются сопутствующие заболевания желудочно-кишечного тракта и дефицит пищеварительных ферментов. Несмотря на это, вовлеченные механизмы и вклад микробиоты кишечника в развитие РАС остаются плохо изученными.

Новая парная стратегия

Однако теперь, возможно, сделан решительный шаг вперед. В исследовании, опубликованном в издании Science Advances, группа исследователей сравнила микробиоту кишечника 39 детей с РАС с микробиотой 40 нейротипичных детей того же возраста и пола. Этот первый анализ выявил различия по 18 видам бактерий между этими двумя группами, но не смог объяснить точную роль микробиоты кишечника в развитии заболевания. Для контроля межсубъектной вариабельности микробиоты исследователи разработали стратегию, состоящую в подборе каждому пациенту с РАС пары в виде контрольного участника на основе метаболического профиля их микробиоты. Таким образом, была сформирована новая когорта из 65 пар, с метагеномным анализом, проведенным для выявления метаболических путей, которые различались между двумя группами.

Нарушение микробной детоксикации кишечника

Среди 96 метаболических путей, связанных с РАС, пять, которые участвуют в детоксикации кишечника, характеризовались значительной дефицитностью по сравнению с таковыми у контрольных участников, как и 8 ферментов, участвующих в расщеплении токсинов, содержащихся в инсектицидах и пищевых добавках. Авторы полагают, что эти нарушения детоксикации у детей с РАС могут способствовать дисфункции митохондрий, способной влиять на все ткани, включая ткань головного мозга. Основываясь на этих данных, исследователи построили диагностическую модель, способную отличить детей с РАС от контрольных лиц с точностью 88%.

Повышенная проницаемость кишечника

Это открытие может объяснить, почему дети с РАС настолько уязвимы для токсинов окружающей среды, и предполагает, что нарушенный процесс детоксикации кишечника у пациентов с РАС может быть вовлечен в развитие заболевания. Однако причины недостаточности микробной детоксикации остаются неясными. Одна из гипотез указывает на дисбиоз кишечника, который, вызывая повышенную проницаемость кишечника, позволяет токсинам окружающей среды попадать в кровоток. Помимо прочего, эти токсины могут вызывать изменения митохондрий в головном мозге. По мнению авторов, в случае подтверждения эта гипотеза может проложить путь к новым стратегиям лечения, направленным на восстановление возможностей микробной детоксикации у пациентов с РАС.

Акцент на дисбиозе кишечника в онкологических исследованиях был сделан после того, как во все большем количестве исследований было установлено, что микробиота кишечника может играть роль в развитии резистентности к некоторым противоопухолевым средствам или потенцировании их эффективности. Например, недавно была установлена связь между Fusobacterium nucleatum (Fn) — анаэробной бактерией, присутствующей в полости рта, где она может вызывать развитие пародонтита, — и канцерогенезом и прогрессированием колоректального рака (КРР).

Влияние на цитотоксичность

Исследования, проведенные на линиях клеток колоректального рака, продемонстрировали, что Fn значительно усиливает экспрессию BIRC3, — белка, ингибирующего апоптоз (sidenote: апоптоз Физиологический запрограммированный процесс гибели клеток ) . Последнее является одним из предполагаемых механизмов действия флуороурацила (5-Fu), стандартного средства адъювантной химиотерапии при КРР: следовательно, Fn и 5-Fu будут обладать конкурирующим действием в процессе разрушения опухоли. Дополнительные анализы in vitro и in vivo подтвердили, что Fn напрямую уменьшает цитотоксичность, а следовательно, и эффективность 5-Fu.

Повышенный риск развития рецидива

Какой механизм в этом задействован? Стимуляция рецепторов, присутствующих на поверхности иммунных клеток (толл-подобных рецепторов 4, или TLR4), бактериями через компоненты мембранной стенки. Эта стимуляция активирует сигнальный путь, который, в свою очередь, вызывает экспрессию BIRC3 в опухолевых клетках. Эти результаты были подтверждены анализом биоптатов 94 пациентов с поздней стадией КРР, получавших 5‑Fu: содержание Fn увеличилось в 22,3% образцов, как и экспрессия BIRC3 и TLR4. Более высокие уровни этих двух показателей также были обнаружены у пациентов, у которых возник рецидив заболевания. Исследователи считают, что Fn и BIRC3 могут служить терапевтическими мишенями для уменьшения резистентности к химиотерапии на поздней стадии КРР.

Другие виды злокачественных опухолей в зоне внимания

Предыдущее исследование продемонстрировало терапевтический потенциал метронидазола в уменьшении роста опухоли в моделях КРР у мышей, однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить, что данное антибактериальное средство подходит для блокирования химиорезистентности к 5-Fu, прежде чем рассматривать возможность его использования в клинической практике. Это также может быть применимо к другим типам злокачественных опухолей, поскольку BIRC3 связан с химиорезистентностью к 5-Fu при раке поджелудочной железы и к доксорубицину при раке молочной железы.