Ученые подтвердили корреляцию между дисбалансом микробиоты кишечника и развитием амилоидных бляшек в головном мозге человека. Оказалось, что продуцируемые некоторыми кишечными бактериями белки могут изменять взаимодействие нервной и иммунной систем и тем самым способствовать развитию заболевания.
Ранее ученые уже доказали, что микробиота кишечника у пациентов с болезнью Альцгеймера отличается от людей без нейродегенерации. Состав их микробиоты был менее разнообразным, где одни бактерии были в дефиците, а другие, наоборот, преобладали. Затем ученые выяснили, что воспаление, обнаруженное по крови, также связано с наличием определенных бактерий в кишечнике.
Кишечные бактерии могут влиять на функцию мозга разными путями. Например, они могут оказывать влияние на регуляцию иммунной системы. Так, расположенные на мембране бактерий липополисахариды были ранее обнаружены учеными в амилодных бляшках и вокруг сосудов головного мозга. Другой путь — выработка определенных метаболитов бактериями кишечника, которые обладают нейропротекторными и противовоспалительными свойствами.
Нейродегенерация возникает в результате производства кишечными бактериями белков, которые изменяют взаимодействие нервной и иммунной систем. Белки попадают в кровь и в головной мозг, там они меняют работу нейронов, провоцируя возникновение амилоидных бляшек.
Исследования
Исследования, проведенные на лабораторных животных, подтверждаются клиническими данными, полученными при изучении микробиома кишечника пожилых людей. В исследовании принимали участие 89 пациентов в возрасте 65–85 лет с болезнью Альцгеймера и другими подобными расстройствами. Была показана связь амилоидоза головного мозга с таксонами провоспалительных кишечных бактерий и периферическими маркерами воспаления у людей пожилого возраста, страдающих когнитивными расстройствами. Результаты этого исследования показали, что у пациентов с деменцией и амилоидозом повышенный уровень провоспалительных цитокинов в крови (IL-6, CXCL2, NLRP3 и IL-1β) сопровождался снижением содержания E. rectale и повышенным содержанием Escherichia / Shigella в образцах стула. Также была продемонстрирована положительная корреляция между провоспалительными цитокинами и количеством провоспалительных кишечных бактерий, принадлежащих к таксону Escherichia / Shigella в образцах стула, в то время как отрицательная корреляция была обнаружена между провоспалительными цитокинами и количеством противовоспалительных кишечных бактерий. бактерии, принадлежащие к таксону E. rectal.
Изучение состава кишечного микробиома у пациентов в Исследовательском центре болезни Альцгеймера (Висконсинский исследовательский центр болезни Альцгеймера, США) выявило значительные различия в составе кишечного микробиома у пациентов с БА и здоровых людей на уровне типа и вида (Vogt et al., 2017). Эти исследования продемонстрировали уменьшение количества бактерий в типах Firmicutes и Actinobacteria (в частности, бактерий рода Bifidobacterium) и увеличение количества бактерий, принадлежащих к типам Bacteroidetes и Proteobacteria, в кишечном микробиоме пациентов с БА. В целом, количественные различия были обнаружены между 13 родами бактерий у пациентов с БА и здоровых участников исследования. Кроме того, была показана дифференциальная корреляция между уровнями отдельных родов бактерий в кишечнике и цереброспинальными (спинномозговыми – ред.) маркерами БА, такими как Aβ42/Aβ40, p-tau (тау-белок), а также соотношением Аβ/p-tau (Vogt et al., 2017). Исследования, проведенные в Чунцинском медицинском университете (Китай), также выявили значительные различия в составе бактерий, присутствующих в кишечнике пациентов с БА, в таких таксономических группах, как Bacteroides, Actinobacteria, Ruminococcus, Lachnospiraceae и Selenomonadales (Zhuang et al., 2018). Однако качественные изменения микробиома кишечника у китайских пациентов несколько отличались от таковых в США. Чжуан и др. показано снижение количества бактерий, принадлежащих к типу Bacteroidetes, в то время как количество бактерий в типе Firmicutes оставалось неизменным по сравнению со здоровыми контрольными группами. Эти различия могут быть связаны с рядом факторов, включая сопутствующие заболевания, этническую принадлежность, образ жизни и диетические предпочтения (Tasnim et al., 2017).
Независимо от таксонов бактерий, функциональный состав микробиоты кишечника также может иметь значение (Lozupone et al., 2012). В связи с этим Liu et al. провели функциональный анализ микробиома у пациентов с БА, пациентов с амнестическими легкими когнитивными нарушениями (aMCI) и здоровых контролей (HC) на основе функционального пути Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG) (Liu et al., 2019a). Они идентифицировали 5 измененных функциональных ортологов у пациентов с БА, используя пути KEGG 3 уровня. Например, при БА было больше ортологов, связанных с бактериальной системой секреции (мембранный транспорт) и биосинтезом липополисахаридов (биосинтез и метаболизм гликанов), по сравнению с субъектами HC или aMCI. Напротив, ортологи, связанные с биосинтезом N-гликанов и фенилаланина, тирозина и триптофана, а также метаболизмом гистидина в метаболизме аминокислот, были снижены у пациентов с БА, но увеличены у пациентов с aMCI по сравнению с HC.
Результаты этих исследований свидетельствуют о том, что изменения в таксономическом и функциональном составе кишечной флоры способны оказывать влияние на функции головного мозга. Опубликованные данные также свидетельствуют о влиянии кишечного микробиома на развитие амилоидной патологии и указывают на возможную роль кишечного микробиома как одного из факторов патогенеза БА. В свою очередь, микробиом кишечника-это динамическая модифицируемая система, очень чувствительная к образу жизни и старению.
Теперь ученые намереваются установить конкретных микробов, которые отвечают за выработку белков, провоцирующих дегенерацию нейронов. В будущем, как предполагается, это может привести к появлению новых способов лечения болезни Альцгеймера.
