Влияние микробиоты кишечника на развитие нейродегенеративных болезней
Микробиота кишечника стала областью исследований влияния микроорганизмов на здоровье человека. Как показывает накопленная информация, желудочно–кишечный тракт и центральная нервная система взаимодействуют через ось микробиота - кишечник - мозг. Кроме того, недавние доклинические и клинические исследования показали, что микробиота кишечника играет роль во взаимодействии кишечника и мозга, в то время как дисбаланс состава микробиоты кишечника связан с развитием неврологических болезней.
Вы можете изучить материал статьи в видеоформате!
Этот обзор направлен на то, чтобы осветить взаимосвязь между микробиотой кишечника и нейродегенеративными болезнями и внести вклад в понимание функции микробиоты кишечника в разрушении нервной ткани. Кроме того, также обсуждается текущее применение и будущие перспективы терапии, связанной с микробиотой, включая трансплантацию фекальной микробиоты (ТФМ), что проливает новый свет на исследования нейродегенерации.
Посмотрите видеоматериал статьи с моими практическими примерами!
Исследования показывают, что кишечная микрофлора влияет на широкий спектр человеческих патологий, включая воспалительные болезни кишечника (ВЗК); синдром раздраженного кишечника (СРК); аллергические, неврологические, а также метаболические болезни и психиатрические расстройства. Последние исследования показали механизм, с помощью которого микробиота кишечника влияет на мозг. Кроме того, взаимосвязь между микробиотой кишечника и центральной нервной системой становится все более очевидной.
Стареющий кишечник
Старение у людей, связано со значительными изменениями в составе микробиоты кишечника.
Когда состав микробиома кишечника выходит из равновесия, в мозг посылаются сигналы, которые проявляются в виде воспаления, повышенного окислительного стресса, нарушения энергетического обмена и усиления клеточной гибели. Это приводит к патологическим процессам и развитию неврологических болезней.
Вещества, выделяемые кишечной микробиотой, такие как короткоцепочечные жирные кислоты, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), серотонин, кинуренины, норадреналин, гистамин и регулируют ряд физиологических процессов в головном мозге
Потеря микробного разнообразия - признак стареющего кишечника. Кроме того, поразительное изменение состава микробиоты наблюдалось в желудочно-кишечном тракте пожилых пациентов, страдающих нейродегенерацией. Исследователи выдвинули гипотезу, что изменение микробиоты кишечника человека - причина нейродегенеративных болезней.
Потеря микробного разнообразия - признак стареющего кишечника. Кроме того, поразительное изменение состава микробиоты наблюдалось в желудочно-кишечном тракте пожилых пациентов, страдающих нейродегенерацией. Исследователи выдвинули гипотезу, что изменение микробиоты кишечника человека - причина нейродегенеративных болезней.
Функции микробиома кишечника
Выработка защитной слизи
Барьер эпителия кишечника главный защитный механизм, который оберегает организм от патогенов окружающей среды. Содержимое барьера состоит из самих клеток кишечника и слоя слизи с антимикробной активностью. Как только барьер повреждается, бактерии и другие патогенные микроорганизмы проникают в подслизистый слой и вызвают воспаление. Микробиота здорового кишечника, помогает сохранять целостность барьера кишечного эпителия за счет увеличения выработки кишечной слизи.
Профилактика желудочно-кишечной инфекции
Местная микробиота в кишечном тракте - первая линия защиты против вторжения внешних патогенов. Полезные виды микроорганизмов участвуют в профилактике кишечной инфекции с помощью таких механизмов, как изменение значения рН кишечника, выделение антибактериальных веществ, прямая конкуренция за участки прикрепления и питание на поверхности кишечной стенки. Диарея, связанная с антибиотиками, возникает, когда лечение антибиотиками нарушает естественный баланс между видами кишечной микробиоты и приводит к размножению вредных типов бактерий (например, Clostridium difficile). Введение пробиотиков снижает частоту диареи, связанной с применением антибиотиков, на 60%. Пробиотик, в котором содержится Lactobacillus GG сокращает течение инфекционной диареи у младенцев и детей. Оба результата свидетельствуют о том, что кишечная микробиота участвует в защите против кишечной инфекции.
Иммуномодулирующие Эффекты
Микробиота кишечника управляет течением болезней, воздействуя на иммунные реакции хозяина. Между микробиотой кишечника и поверхностью слизистой оболочки кишечника происходят сложные взаимодействия, которые усиливают клеточную иммунную реакцию хозяина и проявляются активацией иммунных клеток (т. е. макрофагов и специфичных к антигену цитотоксических Т-лимфоцитов) и высвобождением цитокинов. Бактерии Lactobacillus salivarius и Bifidobacterium breve сохраняют стабильность иммуннитета. Другие виды пробиотических кишечных бактерий, такие как Lactobacillus plantarum, Bifidobacterium infantisи Lactobacillus rhamnosus, предотвращают и смягчают аллергические и аутоиммунных болезни (например, синдром раздраженного кишечника и воспалительные болезни кишечника).
Производство витаминов и питательных веществ для клеток кишечника
Микробиота кишечника обогащает хозяина путем синтеза витаминов и биологически активных веществ (например, короткоцепочечных жирных кислот, SCFAs). Предыдущие эксперименты на животных привели к такому выводу, основанному на факте, что ряд типов витаминов, обнаруженных в кишечнике здоровых мышей, не обнаружен у мышей со стерильным кишечником. Исследование показало, что эти витамины синтезируются специфическими типами бактерий в кишечнике, включая пропионибактерии, фузобактерии, бактероиды и эубактерии. С другой стороны, употребление йогурта, содержащего Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus delbrueckiiили Lactobacillus acidophilus, снизило частоту непереносимости лактозы, предположительно с помощью фермента лактазы внутри самих бактерий. Основная метаболическая функция микробиоты толстой кишки - ферментация неперевариваемых углеводов, конечным продуктом которых являются короткоцепочечные жирные кислоты. Эти вещества необходимы для питания клеток кишечника человека.
Барьер эпителия кишечника главный защитный механизм, который оберегает организм от патогенов окружающей среды. Содержимое барьера состоит из самих клеток кишечника и слоя слизи с антимикробной активностью. Как только барьер повреждается, бактерии и другие патогенные микроорганизмы проникают в подслизистый слой и вызвают воспаление. Микробиота здорового кишечника, помогает сохранять целостность барьера кишечного эпителия за счет увеличения выработки кишечной слизи.
Профилактика желудочно-кишечной инфекции
Местная микробиота в кишечном тракте - первая линия защиты против вторжения внешних патогенов. Полезные виды микроорганизмов участвуют в профилактике кишечной инфекции с помощью таких механизмов, как изменение значения рН кишечника, выделение антибактериальных веществ, прямая конкуренция за участки прикрепления и питание на поверхности кишечной стенки. Диарея, связанная с антибиотиками, возникает, когда лечение антибиотиками нарушает естественный баланс между видами кишечной микробиоты и приводит к размножению вредных типов бактерий (например, Clostridium difficile). Введение пробиотиков снижает частоту диареи, связанной с применением антибиотиков, на 60%. Пробиотик, в котором содержится Lactobacillus GG сокращает течение инфекционной диареи у младенцев и детей. Оба результата свидетельствуют о том, что кишечная микробиота участвует в защите против кишечной инфекции.
Иммуномодулирующие Эффекты
Микробиота кишечника управляет течением болезней, воздействуя на иммунные реакции хозяина. Между микробиотой кишечника и поверхностью слизистой оболочки кишечника происходят сложные взаимодействия, которые усиливают клеточную иммунную реакцию хозяина и проявляются активацией иммунных клеток (т. е. макрофагов и специфичных к антигену цитотоксических Т-лимфоцитов) и высвобождением цитокинов. Бактерии Lactobacillus salivarius и Bifidobacterium breve сохраняют стабильность иммуннитета. Другие виды пробиотических кишечных бактерий, такие как Lactobacillus plantarum, Bifidobacterium infantisи Lactobacillus rhamnosus, предотвращают и смягчают аллергические и аутоиммунных болезни (например, синдром раздраженного кишечника и воспалительные болезни кишечника).
Производство витаминов и питательных веществ для клеток кишечника
Микробиота кишечника обогащает хозяина путем синтеза витаминов и биологически активных веществ (например, короткоцепочечных жирных кислот, SCFAs). Предыдущие эксперименты на животных привели к такому выводу, основанному на факте, что ряд типов витаминов, обнаруженных в кишечнике здоровых мышей, не обнаружен у мышей со стерильным кишечником. Исследование показало, что эти витамины синтезируются специфическими типами бактерий в кишечнике, включая пропионибактерии, фузобактерии, бактероиды и эубактерии. С другой стороны, употребление йогурта, содержащего Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus delbrueckiiили Lactobacillus acidophilus, снизило частоту непереносимости лактозы, предположительно с помощью фермента лактазы внутри самих бактерий. Основная метаболическая функция микробиоты толстой кишки - ферментация неперевариваемых углеводов, конечным продуктом которых являются короткоцепочечные жирные кислоты. Эти вещества необходимы для питания клеток кишечника человека.
Микробиота кишечника и нейродегенеративные болезни
Нейродегенеративные болезни характеризуются прогрессирующей потерей нервных клеток, что приводит в конечном итоге к нарушению моторных и когнитивных функций. Распространенность нейродегенеративных болезней стремительно растет. Хотя генетическая восприимчивость главный фактор риска нейродегенеративных болезней, факторы окружающей среды на протяжении жизни также влияют на возникновение, развитие и возможную тяжесть таких нарушений.
Микробиота кишечника выделяет в организм человека продукты жизнедеятельности.
Обнаружено, что масляная кислота, пропионовая кислота и другие короткоцепочечные жирные кислоты влияют на активацию микроглии и астроцитов и уменьшают воспаление и накопление бета - амилоида в тканях головного мозга.
Кроме того, кишечные бактерии вырабатывают липополисахариды (ЛПС) и амилоидные белки. Эти вещества могут напрямую попадать в мозг через кишечный и гематоэнцефалический барьеры. Также бактерии способны запускать ряд воспалительных реакций и повышать проницаемость этих барьеров. Кроме того, микробный амилоидный белок, продуцируемый микробиотой кишечника запускает иммунный ответ и стимулирует выработку амилоидного белка в нейронах головного мозга. Повышение уровня амилоидного белка в головном мозге приводит к болезни Альцгеймера.
Обнаружено, что масляная кислота, пропионовая кислота и другие короткоцепочечные жирные кислоты влияют на активацию микроглии и астроцитов и уменьшают воспаление и накопление бета - амилоида в тканях головного мозга.
Кроме того, кишечные бактерии вырабатывают липополисахариды (ЛПС) и амилоидные белки. Эти вещества могут напрямую попадать в мозг через кишечный и гематоэнцефалический барьеры. Также бактерии способны запускать ряд воспалительных реакций и повышать проницаемость этих барьеров. Кроме того, микробный амилоидный белок, продуцируемый микробиотой кишечника запускает иммунный ответ и стимулирует выработку амилоидного белка в нейронах головного мозга. Повышение уровня амилоидного белка в головном мозге приводит к болезни Альцгеймера.
Болезнь Альцгеймера (БА) распространенное нейродегенеративное заболевание, которое характеризуется уменьшением количества нейронов и связей между ними, а также постепенным снижением интеллекта. Считалось, что факторы окружающей среды и генетика причина развития болезни Альцгеймера. Однако недавние исследования показывают, что изменение состава микробиоты кишечника также связано с началом и развитием БА. Исследователи изучили состав микробиоты кишечника у пациентов с БА и обнаружили снижение количества и разнообразия микробиоты в кишечнике пациента по сравнению со здоровым контролем. В другом исследовании на людях у пациентов с когнитивными нарушениями и отложениями бета-амилоида было обнаружено повышенное содержание эшерихий и шигелл в кишечном тракте, также наблюдалось снижение содержания Eubacterium rectale и Bacteroides fragilis, а также увеличение маркеров воспаления в кровотоке.
Кроме того, согласно недавнему сравнительному исследованию, у пациентов с БА наблюдалось снижение микробного разнообразия по сравнению как со здоровыми контрольными группами, так и с пациентами с легкими нарушениями интеллекта. Кроме того, обнаружена связь между оценкой клинической тяжести у пациентов с БА и количеством видов кишечных бактерий с измененным составом. Это свидетельствует о связи изменения микробиоты кишечника и тяжестью болезни Альцгеймера.
Кроме того, согласно недавнему сравнительному исследованию, у пациентов с БА наблюдалось снижение микробного разнообразия по сравнению как со здоровыми контрольными группами, так и с пациентами с легкими нарушениями интеллекта. Кроме того, обнаружена связь между оценкой клинической тяжести у пациентов с БА и количеством видов кишечных бактерий с измененным составом. Это свидетельствует о связи изменения микробиоты кишечника и тяжестью болезни Альцгеймера.
Болезнь Паркинсона (БП) еще один пример кишечной нейродегенерации. Результаты исследования микробиоты кишечника выявили дисбактериоз у пациентов с БП. В исследовании, включавшем 72 пациента с БП и эквивалентное количество здоровых людей в группе контроля, результаты показали, что количество бактерий Prevotellaceae у пациентов с БП было снижено на 77,6%.
Примечательно, что Prevotellaceae отвечает за выработку муцина, который образует барьер вдоль клеток кишечника для защиты от проникновения патогенных микроорганизмов. Обилие бактерий, продуцирующих бутират (вещество с противовоспалительным эффектом), оказалось сниженным у пациентов с БП по сравнению с сопоставимыми по возрасту здоровыми контрольными группами. Накапливающиеся факты связывают БП с накоплением патогенного альфа - синуклеина в желудочно-кишечном тракте, что указывает на причину развития болезни Паркинсона.
Примечательно, что Prevotellaceae отвечает за выработку муцина, который образует барьер вдоль клеток кишечника для защиты от проникновения патогенных микроорганизмов. Обилие бактерий, продуцирующих бутират (вещество с противовоспалительным эффектом), оказалось сниженным у пациентов с БП по сравнению с сопоставимыми по возрасту здоровыми контрольными группами. Накапливающиеся факты связывают БП с накоплением патогенного альфа - синуклеина в желудочно-кишечном тракте, что указывает на причину развития болезни Паркинсона.
Трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ) Этот метод разрабатывался как способ лечения рецидивирующей инфекции Clostridium difficile. Благодаря двунаправленному сигнальному взаимодействию оси микробиота - кишечник - мозг, ТФМ также рассматривается как инструмент лечения нейродегенеративных болезней. Исследование показало, что мыши, которым пересажены фекалии пациентов с болезнью Альцгеймера, имели сниженные когнитивные функции и меньшее количество метаболитов, необходимых для работы мозга (например, ГАМК, таурин и валин).
Вывод:
Микробиота кишечника участвует в развитии нейродегенеративных болезней. Вещества, вырабатываемые кишечными микроорганизмами, как химические посредники, осуществляют взаимодействие между микробиотой и хозяином.
При помощи фекальной трансплантации (ТФМ) можно восстановить нормальное содержание кишечных микроорганизмов у стареющего человека. Это позволит предотвратить разрушение нервной ткани и послужит профилактикой болезни Альцгеймера и Паркинсона. А так же ТФМ может применяться как способ лечения уже имеющихся нейродегенеративных болезней.
Заявка на бесплатную консультацию
Заполните пожалуйста эту небольшую форму, чтобы я смог с вами связаться.