Кишечные бак­те­рии участ­ву­ют в регу­ля­ции нерв­ной систе­мы, обмене веществ и иммун­ных реак­ци­ях. Они про­из­во­дят ней­ро­ак­тив­ные веще­ства и пере­да­ют сиг­на­лы в голов­ной мозг через нерв­ные окон­ча­ния, гор­мо­ны и про­дук­ты обме­на. Исследования пока­зы­ва­ют, что изме­не­ния мик­ро­био­ты могут быть свя­за­ны с памя­тью, настро­е­ни­ем и воз­раст­ны­ми нару­ше­ни­я­ми когни­тив­ных функций.

Ученые Новгородского госу­дар­ствен­но­го уни­вер­си­те­та име­ни Ярослава Мудрого пред­ста­ви­ли обзор иссле­до­ва­ний вза­и­мо­дей­ствия кишеч­ной мик­ро­био­ты и голов­но­го моз­га. Авторы рас­смот­ре­ли меха­низ­мы, с помо­щью кото­рых мик­ро­ор­га­низ­мы участ­ву­ют в пере­да­че нерв­ных сигналов.

Как кишечник передает сигналы мозгу

Кишечник обла­да­ет соб­ствен­ной нерв­ной систе­мой — энте­раль­ной. Она регу­ли­ру­ет дви­же­ние пище­ва­ри­тель­но­го содер­жи­мо­го, сек­ре­цию и мест­ное кро­во­снаб­же­ние. По неко­то­рым оцен­кам, она вклю­ча­ет око­ло 250 млн нерв­ных клеток.

Поэтому энте­раль­ную нерв­ную систе­му назы­ва­ют «вто­рым моз­гом». Она спо­соб­на само­сто­я­тель­но коор­ди­ни­ро­вать мно­гие про­цес­сы пище­ва­ре­ния. Однако при этом посто­ян­но обме­ни­ва­ет­ся инфор­ма­ци­ей с цен­траль­ной нерв­ной системой.

Основной канал такой свя­зи — блуж­да­ю­щий нерв. Большая часть его воло­кон пере­да­ет чув­стви­тель­ные сиг­на­лы от внут­рен­них орга­нов к голов­но­му моз­гу. Благодаря это­му мозг полу­ча­ет инфор­ма­цию о состо­я­нии пище­ва­ри­тель­ной систе­мы и поступ­ле­нии пита­тель­ных веществ.

В 2018 году иссле­до­ва­те­ли из Университета Дьюка обна­ру­жи­ли осо­бый меха­низм такой ком­му­ни­ка­ции. Отдельные клет­ки кишеч­ни­ка фор­ми­ру­ют функ­ци­о­наль­ные кон­так­ты с чув­стви­тель­ны­ми ней­ро­на­ми блуж­да­ю­ще­го нер­ва. Эти клет­ки назы­ва­ют ней­ро­по­да­ми. Они спо­соб­ны пере­да­вать инфор­ма­цию о пита­тель­ных веще­ствах с помо­щью глутамата.

Кроме нерв­но­го, суще­ству­ет и гор­мо­наль­ный канал. Клетки кишеч­ни­ка выде­ля­ют веще­ства, регу­ли­ру­ю­щие аппе­тит, насы­ще­ние и обмен веществ. К ним отно­сят­ся гре­лин, леп­тин и глю­ка­го­но­по­доб­ный пеп­тид пер­во­го типа.

Наконец, тре­тий меха­низм свя­зан с хими­че­ски­ми сиг­на­ла­ми. Бактерии про­из­во­дят мета­бо­ли­ты, кото­рые воз­дей­ству­ют на кишеч­ные клет­ки, нерв­ные окон­ча­ния и иммун­ную систе­му. При этом не все бак­те­ри­аль­ные веще­ства спо­соб­ны про­ни­кать в голов­ной мозг. Многие из них пере­да­ют сиг­нал опосредованно.

Какие нейромедиаторы производят бактерии

Особый инте­рес пред­став­ля­ет спо­соб­ность отдель­ных мик­ро­ор­га­низ­мов син­те­зи­ро­вать ней­ро­ак­тив­ные веще­ства. Они участ­ву­ют в пере­да­че сиг­на­лов меж­ду нерв­ны­ми клет­ка­ми и регу­ли­ру­ют рабо­ту нерв­ной системы.

Один из таких веществ — гамма-аминомасляная кис­ло­та (ГАМК). Это основ­ной тор­моз­ный ней­ро­ме­ди­а­тор цен­траль­ной нерв­ной систе­мы. Он сни­жа­ет воз­бу­ди­мость нерв­ных кле­ток и помо­га­ет под­дер­жи­вать рав­но­ве­сие меж­ду воз­буж­де­ни­ем и торможением.

Кроме того, экс­пе­ри­мен­ты на живот­ных пока­за­ли, что отдель­ные бак­те­рии могут вли­ять на пове­де­ние, свя­зан­ное с тре­вож­но­стью. Ученые так­же выяви­ли изме­не­ния актив­но­сти рецеп­то­ров ГАМК. Тем не менее пока недо­ста­точ­но дан­ных, что­бы утвер­ждать, что уве­ли­че­ние коли­че­ства таких мик­ро­ор­га­низ­мов обес­пе­чи­ва­ет лечеб­ный эффект у человека.

Еще один важ­ный участ­ник этой систе­мы — серо­то­нин. Около 90–95% серо­то­ни­на орга­низ­ма обра­зу­ет­ся в пери­фе­ри­че­ских тка­нях, пре­иму­ще­ствен­но в кишеч­ни­ке. Однако основ­ную роль в его про­из­вод­стве игра­ют клет­ки само­го орга­низ­ма, а не бак­те­рии. При этом мик­ро­би­о­та вли­я­ет на обмен трип­то­фа­на — ами­но­кис­ло­ты, необ­хо­ди­мой для син­те­за серо­то­ни­на. Бактерии могут направ­лять ее в раз­ные мета­бо­ли­че­ские пути. В част­но­сти, они участ­ву­ют в обра­зо­ва­нии индоль­ных соединений.

Как кишечные бактерии влияют на работу мозга

Таким обра­зом, мик­роб­ное сооб­ще­ство регу­ли­ру­ет ряд про­цес­сов, свя­зан­ных с серо­то­ни­но­вой систе­мой. Однако кишеч­ный серо­то­нин не про­ни­ка­ет сво­бод­но через гема­то­эн­це­фа­ли­че­ский барьер. Поэтому его коли­че­ство нель­зя напря­мую свя­зы­вать с уров­нем серо­то­ни­на в мозге.

Дофамин и норад­ре­на­лин так­же свя­за­ны с актив­но­стью кишеч­ной мик­ро­био­ты. Эти веще­ства участ­ву­ют в регу­ля­ции моти­ва­ции, вни­ма­ния и реак­ции на стресс. Способность про­из­во­дить или пре­об­ра­зо­вы­вать их обна­ру­же­на у отдель­ных пред­ста­ви­те­лей родов Bacillus и Escherichia.

При этом нали­чие такой актив­но­сти не озна­ча­ет, что бак­те­рии напря­мую управ­ля­ют настро­е­ни­ем чело­ве­ка. Большинство опи­сан­ных меха­низ­мов реа­ли­зу­ет­ся через кишеч­ные струк­ту­ры, обмен веществ и про­ме­жу­точ­ные сиг­наль­ные процессы.

Микробиота

И воз­раст­ные изме­не­ния памяти

Отдельное направ­ле­ние иссле­до­ва­ний — связь кишеч­ной мик­ро­био­ты с воз­раст­ны­ми изме­не­ни­я­ми голов­но­го мозга.

С воз­рас­том состав мик­роб­но­го сооб­ще­ства меня­ет­ся. На него вли­я­ют пита­ние, лекар­ства, хро­ни­че­ские забо­ле­ва­ния, физи­че­ская актив­ность и состо­я­ние иммун­ной систе­мы. В резуль­та­те может изме­нять­ся и спо­соб­ность бак­те­рий про­из­во­дить био­ло­ги­че­ски актив­ные вещества.

Эти дан­ные ука­зы­ва­ют на воз­мож­ное уча­стие мик­ро­био­ты в воз­раст­ных изме­не­ни­ях нерв­ной систе­мы. Однако важ­но учи­ты­вать огра­ни­че­ние: экс­пе­ри­мен­ты про­во­ди­лись на живот­ных. Поэтому их резуль­та­ты нель­зя напря­мую пере­но­сить на человека.

Кроме того, пере­сад­ка кишеч­ной мик­ро­био­ты пока не явля­ет­ся дока­зан­ным спо­со­бом про­фи­лак­ти­ки сни­же­ния памя­ти или лече­ния нев­ро­ло­ги­че­ских заболеваний.

Значение для медицины

Исследования оси «микробиота-кишечник-мозг» объ­еди­ня­ют несколь­ко меди­цин­ских направ­ле­ний. Среди них — гастро­эн­те­ро­ло­гия, нев­ро­ло­гия, имму­но­ло­гия и фармакология.

Одно из пер­спек­тив­ных направ­ле­ний — раз­ра­бот­ка про­био­ти­че­ских пре­па­ра­тов с опре­де­лен­ны­ми свой­ства­ми. Ученые изу­ча­ют мик­ро­ор­га­низ­мы, спо­соб­ные про­из­во­дить ГАМК, вли­ять на обмен трип­то­фа­на или сти­му­ли­ро­вать обра­зо­ва­ние корот­ко­це­по­чеч­ных жир­ных кислот.

Такие сред­ства ино­гда назы­ва­ют пси­хо­био­ти­ка­ми. Под этим тер­ми­ном пони­ма­ют мик­ро­ор­га­низ­мы или свя­зан­ные с ними сред­ства, кото­рые потен­ци­аль­но спо­соб­ны вли­ять на пси­хи­че­ские и нев­ро­ло­ги­че­ские функции.

Однако пси­хо­био­ти­ки нель­зя счи­тать уни­вер­саль­ным спо­со­бом лече­ния тре­вож­ных рас­стройств, депрес­сии или нару­ше­ний памя­ти. Эффект зави­сит от кон­крет­но­го штам­ма, дози­ров­ки и про­дол­жи­тель­но­сти при­ме­не­ния. Также име­ют зна­че­ние исход­ный состав мик­ро­био­ты и состо­я­ние пациента.

Другое пер­спек­тив­ное направ­ле­ние — изу­че­ние мета­бо­ли­тов бак­те­рий. Например, корот­ко­це­по­чеч­ные жир­ные кис­ло­ты, вклю­чая аце­тат, про­пи­о­нат и бути­рат, участ­ву­ют в под­дер­жа­нии кишеч­но­го барье­ра и регу­ля­ции иммун­ных реакций.

Кроме того, уче­ные изу­ча­ют их воз­мож­ное вли­я­ние на нерв­ную систе­му. Это поз­во­ля­ет луч­ше понять вза­и­мо­связь пище­ва­ре­ния, обме­на веществ и когни­тив­ных функций.

Перспективы исследований

Современные дан­ные пока­зы­ва­ют, что кишеч­ная мик­ро­би­о­та участ­ву­ет в пере­да­че нерв­ных сиг­на­лов, регу­ля­ции имму­ни­те­та и обмене био­ло­ги­че­ски актив­ных веществ. Однако ее вли­я­ние нель­зя сво­дить к пря­мо­му управ­ле­нию моз­гом. Большинство меха­низ­мов реа­ли­зу­ет­ся через слож­ную систе­му нерв­ных, гор­мо­наль­ных и хими­че­ских взаимодействий.

По мне­нию авто­ров обзо­ра НовГУ, даль­ней­шее изу­че­ние этих про­цес­сов помо­жет уточ­нить физио­ло­ги­че­ские меха­низ­мы раз­лич­ных забо­ле­ва­ний. Таким обра­зом, изу­че­ние оси «микробиота-кишечник-мозг» рас­ши­ря­ет пред­став­ле­ния о вза­и­мо­свя­зи пище­ва­ре­ния, обме­на веществ и нерв­ной регуляции.

Tags:
, ,

Похожие посты