Роль микробиоты в связи «кишечник – головной мозг»

Actu PRO : Rôle du microbiote dans la communication intestin cerveau

В статье описана двунаправленная связь между кишечником и головным мозгом: бактерии или их метаболиты взаимодействуют с мозгом посредством подходящих к кишечнику отделов симпатической нервной системы, а мозг, в свою очередь, влияет на физиологические функции кишечника.

 

Связи между кишечником и головным мозгом контролируют состояние тканей кишечника и его микробиологическое и пищевое содержимое путем регуляции физиологических функций кишечника, таких как всасывание питательных веществ и моторика, а также пищевого поведения. Вследствие этого можно предположить о существовании нервных цепей, которые способны выявлять кишечные бактерии и передавать информацию о них в отделы центральной нервной системы, отвечающие за регуляцию физиологических функций кишечника. В связи с этим было проведено данное исследование, целью которого являлось изучение влияния микробиоты на нейроны, связанные с кишечником, путем использования моделей гнотобиотических мышей1 в комбинации с транскриптомикой2, методами отслеживания нервных цепей (антероградная трассировка3, трансляционное профилирование4) и функциональными манипуляциями (хемогеномика5).

Картирование симпатической иннервации кишечника

Авторы определили, какие нейроны участвуют в симпатической иннервации кишечника (система eEAN6) в каждом его отделе (тощая кишка, подвздошная кишка и т. д.), и разделили эти нейроны на две группы:

- афферентные нейроны (от кишечника к нервной системе), посылающие информацию в спинальный ганглий (DRG) и нодозный ганглий (NG, нижний ганглий блуждающего нерва);

- эфферентные нейроны (от нервной системы к кишечнику), возбуждающие нейроны симпатических чревных и верхнего брыжеечного ганглиев (CG-SMG). Последние помимо кишечника передают информацию в другие органы (селезенка, поджелудочная железа, печень), и их роль может быть намного шире (иммунитет, метаболизм), чем просто снижение моторики кишечника.

Благодаря данной работе стало возможным определение потока информации, движущегося к кишечнику и от него через систему eEAN.

Микробиота модулирует активность связи «кишечник – головной мозг»

Наконец, у безмикробных мышей авторы отметили повышенную активность нейронов NG и CG-SMG (но не DRG), связанных с кишечником, что указывает на то, что данные eEAN-нейроны активируются отсутствием бактерий. Напротив, у гнотобиотических мышей, колонизированных микроорганизмами, которые продуцируют короткоцепочечные жирные кислоты, а также у безмикробных мышей, принимавших КЦЖК с питьевой водой, нейроны CG-SMG не были активны, что свидетельствует о том, что КЦЖК подавляют деятельность эфферентных eEAN-нейронов. Таким образом, система eEAN представляет собой сенсорную систему, которая способна обнаруживать бактерии и их метаболиты и нейроны которой активируются при дисбиозе кишечника. По словам авторов, открытие связи, посредством которой микробиота и/или ее метаболиты модулируют активность системы eEAN, может послужить основой для разработки новых терапевтических методов управления моторикой кишечника, висцеральной болью, заболеваниями кишечного иммунитета и обмена веществ при условии, что имеющие место сигналы, связанные с бактериями, будут лучше изучены.

 

1 Мыши, имеющие только определенные, заранее известные штаммы бактерий (либо других микроорганизмов)

2 Измерение экспрессии генов путем определения количества всех транскриптов, содержащихся в клетке в данное время и в данных условиях

3 Метод для определения пути аксональных отростков от их источника до точки их окончания

4 Выявление, количественное определение и мониторинг соединений, продуцируемых микробиотой

5 Трансгенные методики, которые позволяют модифицировать ответ популяции нейронов на определенное химическое соединение

6 eEAN = внешние нейроны, связанные с кишечником

 

Источники :

Muller, P.A., Schneeberger, M., Matheis, F. et al. Microbiota modulate sympathetic neurons via a gut–brain circuit. Nature 583, 441–446 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2474-7