Як бактерії, що живуть у кишечнику, впливають на клітини мозку і нашу поведінку

Ймовірно, деякі неврологічні захворювання і поведінкові розлади можна лікувати, впливаючи на кишкову мікробіоту.

На поведінку тварин (і людини в тому числі) впливають сенсорні і молекулярні дані, одержувані з навколишнього середовища. З сенсорними більш-менш зрозуміло: зорові рецептори фіксують видиме світло, рецептори шкіри - дотик і температуру, слухова система - акустичні сигнали. А що з даними молекулярними? Молекули летючих речовин ми сприймаємо нюхливими хеморецепторами епітелію носової порожнини. Але найголовніше місце впливу молекул навколишнього середовища на нас, ссавців, - шлунково-кишковий тракт (ЖКТ). А найважливіша в цьому плані його частина - кишечник, де харчові компоненти хімічно трансформуються мікробіотою, після чого отримані метаболіти поширюються по всьому організму, включаючи мозок, і впливають на різні аспекти нашого життя, в тому числі на поведінку і на стан психіки.

Дослідження останнього десятиліття послідовно пов'язують склад кишкової мікробіоти з розладами аутистичного спектру (РАС), тривожністю, шизофренією, нейродегенеративними захворюваннями. Причому досліди на мишах показали, що, маніпулюючи мікробною спільнотою кишечника, на неврологічні і нейродегенеративні стани можна впливати, або послаблюючи, або посилюючи їх симптоми. Але як саме і чому це працює? Механізми даного взаємозв'язку довгий час залишалися непроясненими.

Намагаючись розібратися з причинами проблем з ЖКТ, які часто трапляються у людей, які страждають на РАС, медики досліджували їхні фекалії та кров і звернули увагу на те, що певних хімічних сполук у зразках, отриманих у цих пацієнтів, в рази більше, ніж у людей з контрольних груп. Однією з таких речовин виявився 4-етилфенілсульфат (4EPS), продукт життєдіяльності деяких бактерій. У зразках, узятих у 231 дитини з РАС, його виявилося, в середньому, в сім разів більше, ніж у нейротипічних дітей. Примітно, що пізніше - в дослідженні на мишах - вчені виявили підвищені рівні цієї ж речовини і у мишей з атиповим нейророзвитком.

Подібні відомості спонукали дослідників з Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech), з лабораторії професора Саркіса Мазманяна (Sarkis K. Mazmanian), перевірити, для початку на мишах, взаємозв'язок між присутністю в кишковій мікробіоті організмів, що виробляють 4EPS, і поведінкою, а також спробувати з'ясувати механізм цієї взаємодії. Публікація про дослідження вийшла нещодавно в журналі Nature.

Оскільки за поведінку основну відповідальність несе головний мозок, спочатку вчені створили біоінженерні бактерії, здатні бути частиною кишкового мікробіома мишей і при цьому виробляють багато 4-етилфенілсульфата, а потім вивчили вплив цього метаболіту на культури мозку ex vivo. Ці досліди виявили, що 4EPS змінює функцію олігодендроцитів, особливих клітин центральної нервової системи, головне завдання яких - допомагати аксонам нейронів, створюючи навколо них мієлінову оболонку. Вироблюваний бактеріями 4-етилфенілсульфат, як виявилося, перешкоджає взаємодії олігодендроцитів з нейронами.

Потім експериментатори підсадили модифіковані бактерії в кишкову мікробіоту мишей і стали за останніми спостерігати. Як і очікувалося, миші, колонізовані організмами, що продукують 4-етилфенілсульфат, виявляли аномально тривожну поведінку. Але коли мишам стали давати препарати, що сприяють диференціюванню олігодендроцитів зі стовбурових клітин, поведінкові ефекти підвищеного рівня 4EPS вдалося подолати.

Подальше дослідження показало, що у тварин з модифікованими мікроорганізмами в кишковій біоті, які виробляли аномально високі рівні 4-етилфенілсульфату, знижена мієлінізація нейрональних аксонів, а 4EPS виявляється в різних тканинах, у тому числі безпосередньо в головному мозку.

Це важливий результат: він показав, що молекула, яка порушує функцію клітин мозку і впливає на складну поведінку, мабуть, має бактеріально-кишкове походження, а також дозволив провести невелике клінічне дослідження - вже на людях. Вчені з того ж Калтеха, з тієї ж лабораторії, випробували на тридцяти підлітках з РАС пероральний адсорбент (AB-2004), дія якого обмежена шлунково-кишковим трактом і який адсорбує здебільшого невеликі фенольні молекули, в тому числі той самий мікробний метаболіт 4EPS, підвищений вміст якого в фекаліях і крові нещодавно пов'язали з поведінковими розладами. У результаті лікування у підлітків спостерігалося поліпшення деяких спостережуваних поведінкових параметрів, при цьому найкращі результати стосувалися пов'язаних з РАС тривоги і дратівливості. Також протягом восьми тижнів після лікування в учасників дослідження не спостерігалося характерних для їх розладів проблем з ЖКТ.

Для підтвердження, закріплення і розвитку отриманих результатів, звичайно, потрібні ще дослідження, однак шлях до розуміння механізму і лікування (або, як мінімум, полегшення симптомів) ряду поведінкових розладів, мабуть, стає більш очевидним.