Как питание может менять нашу иммунную систему
Высказывания о влиянии пищи на иммунитет можно встретить повсюду. Сейчас ученые исследуют, как именно питание воздействует на иммунную систему.
Восстановите свою иммунную систему с помощью прерывистого голодания! Помогайте своим «хорошим» бактериям процветать с помощью растительной диеты! Перестаньте пить утренний кофе: грибной чай может укрепить вашу противораковую защиту! Подобные утверждения, связывающие здоровье, питание и иммунитет, бомбардируют покупателей в супермаркетах и попадают в новости.
Помимо заголовков и этикеток продуктов, научные основы многих таких заявлений часто базируются на ограниченных доказательствах. Отчасти это объясняется тем, что проведение тщательных исследований, направленных на отслеживание того, что люди едят, и влияния диеты, представляет собой огромную проблему. Кроме того, результаты исследований, проведенных на животных и клетках, не совсем однозначны и иногда преувеличиваются в коммерческих целях, что подпитывает скептическое отношение к науке о питании.
Однако за последние пять с лишним лет исследователи разработали инновационные подходы к иммунологии питания, которые помогают устранить этот пробел в доверии. Если раньше ученые-диетологи традиционно исследовали долгосрочное воздействие, например, нечетко сформулированных средиземноморской или западной диет, то сегодня они получили доступ к методам, которые позволяют им оценить краткосрочное воздействие - как полезное, так и вредное - более узких групп продуктов и конкретных компонентов рациона, а также изучить молекулярные механизмы, лежащие в основе влияния продуктов на иммунитет. Эта область начинает привлекать внимание и финансирование. В апреле этого года New England Journal of Medicine выпустил серию обзорных статей о питании, иммунитете и заболеваниях, а в январе Министерство здравоохранения и социальных служб США провело первый в истории саммит «Еда - это медицина», на котором изучались связи между продовольственной безопасностью, питанием и хроническими заболеваниями.
Некоторые исследователи утверждают, что современный рацион питания, особенно в западном мире, исказил наши иммунные реакции таким образом, что подорвал иммунную сопротивляемость. Другие, более оптимистичные, утверждают, что диета может помочь в лечении целого ряда проблем со здоровьем, таких как рак и хронические иммунные расстройства, например волчанка.
Пока все только начинается, но многие ученые в этой области полны надежд. «Мы узнаем все больше о том, как можно модулировать иммунную систему с помощью отдельных компонентов или комбинаций пищевых компонентов», - говорит иммунолог Франческо Сиракуза из Университетского медицинского центра в Гамбурге (Германия). По его словам, «расцвет области персонализированного питания за последние пять-шесть лет очень интересен».
Врачи со времен Гиппократа изучали связь между питанием и здоровьем. В 1912 году польский биохимик Казимир Функ предположил, что недостаток основных питательных веществ, которые он назвал «витаминами», вызывает такие заболевания, как цинга и рахит; более поздние исследования витаминов подтвердили их роль в иммунитете. В последнее десятилетие более доступные методы «омики», позволяющие каталогизировать и анализировать совокупность биомолекул, таких как гены и белки в клетках или тканях, помогли исследователям выяснить механизмы, с помощью которых различные диеты и пищевые компоненты влияют на иммунную систему, а значит, и на здоровье.
Многие лаборатории заинтересованы в использовании иммунной системы для лечения одной из самых актуальных проблем современного здравоохранения - ожирения. Стивен Ван Дайкен, иммунолог из Медицинской школы Вашингтонского университета, изучал иммунную реакцию, которая обычно запускается в ответ на аллергены и паразитов, чтобы понять, может ли она помочь регулировать обмен веществ. Ранее он и другие исследователи наблюдали, как тип пищевых волокон под названием хитин, который в изобилии содержится в грибах, ракообразных и съедобных насекомых, активирует этот иммунный ответ, известный как иммунитет второго типа. Ван Дайкен и его коллеги задались вопросом, как диета с высоким содержанием хитина может повлиять на метаболизм.
Они провели эксперименты на мышах, которых кормили диетой, содержащей хитин, и заметили, что их желудки растягивались гораздо сильнее, чем у мышей, питавшихся обычной пищей. Растяжение активировало иммунитет второго типа, который, в свою очередь, запустил фермент, переваривающий хитин. Но предотвращение работы этого фермента дало заметные преимущества: мыши, генетически модифицированные таким образом, что они не могли вырабатывать этот фермент, набирали меньше веса, имели меньше жира в организме и лучшую чувствительность к инсулину, чем обычные мыши, когда их кормили хитином. Хитин также вызывал повышение уровня глюкагоноподобного пептида-1 (GLP-1) - гормона, который имитирует препарат для похудения Оземпик (семаглутид) и другие подобные лекарства, помогающие подавлять аппетит.
Съедобные насекомые, такие как эти, продающиеся в Бангкоке, содержат большое количество хитина, которое может быть использовано для лечения ожирения. Фото: Enzo Tomasiello
Настройка взаимосвязи между хитином, иммунитетом и здоровьем - например, путем снижения уровня фермента, расщепляющего хитин, - может стать основой для разработки таких методов лечения, как препараты, подавляющие аппетит. «Предыдущие исследования показали, что хитин может активировать аналогичные иммунные реакции человека, - говорит Ван Дайкен. По его словам, настройка этих иммунных реакций с помощью хитина и фермента может «стать терапевтической мишенью для лечения метаболических заболеваний, таких как ожирение». Ван Дайкен является автором патентных заявок, связанных с использованием хитина и фермента в терапии респираторных и метаболических заболеваний.
На этом связи между ожирением, иммунитетом и здоровьем не заканчиваются. Псориаз, аутоиммунное заболевание, при котором клетки кожи скапливаются в сухих, чешуйчатых образованиях, в два-три раза чаще встречается у людей с ожирением, чем у тех, у кого его нет. А снижение веса, как было показано, улучшает симптомы псориаза. Иммунолог Чаоран Ли из Медицинской школы Университета Эмори заинтересовался тем, как ожирение нарушает иммунную систему кожи. Предыдущие исследования показали, что диеты с высоким содержанием жиров провоцируют развитие псориаза за счет повышенной активации иммунных клеток, вызывающих воспаление. Используя секвенирование РНК, Ли и его сотрудники провели инвентаризацию иммунных клеток кожи у худых мышей и обнаружили популяцию Т-клеток, которые обычно сдерживают воспаление, вызывающее псориаз. Но когда они искали те же клетки у мышей с ожирением, которых кормили диетой с высоким содержанием жиров, то обнаружили гораздо более низкий их уровень - наряду с повышенным псориатическим воспалением. Проанализировав данные исследований клеток, взятых у людей с псориазом, Ли также обнаружил нарушения в работе тех же клеток, что и у мышей. Хотя Ли сосредоточен на изучении основных механизмов, он надеется, что его работа поможет усовершенствовать методы лечения этого заболевания.
Если переедание и ожирение вредят здоровью множеством способов, то может ли отказ от еды иметь обратный эффект? И может ли иммунная система играть здесь ключевую роль? Появляются доказательства того, что голодание снижает риск развития широкого спектра заболеваний, включая гипертонию, атеросклероз, диабет и астму, в некоторых случаях благодаря иммунной системе. Например, было показано, что голодание снижает количество циркулирующих моноцитов - клеток, которые защищают организм от чужеродных захватчиков, но могут быть отличительной чертой некоторых аутоиммунных заболеваний.
Некоторые исследователи считают, что могут использовать эти данные для лечения людей с подобными заболеваниями без необходимости меньше есть. Например, Ченг Чжан, нейробиолог из Университета науки и техники Китая, исследовал группу нейронов в стволе мозга, которая помогает регулировать иммунную систему, и попытался выяснить, могут ли манипуляции с ними вызвать желаемый эффект. В работе, опубликованной в январе этого года, Чжан и его группа продемонстрировали, что эти нейроны активируются у мышей в ответ на голодание и заставляют Т-клетки покидать кровь, селезенку и лимфатические узлы и переходить в свой центральный резервуар - костный мозг. Чжан также использовал мышиную модель аутоиммунного заболевания - рассеянного склероза, чтобы показать, что постоянная активация этих нейронов значительно облегчает паралич, предотвращает связанную с болезнью потерю веса и повышает выживаемость. По утверждению Чжана, подобные находки могут позволить людям воспользоваться преимуществами голодания, не испытывая при этом голода. «Эти нейроны можно активировать с помощью электростимуляции, малых молекул или других действий», - утверждает он.
Хотя за последнее десятилетие количество доказательств в пользу голодания как метода лечения возросло, в некоторых случаях сокращение калорий может иметь пагубные последствия. Например, оно может притупить иммунные реакции. В исследовании, опубликованном в прошлом году, Филип Свирски, иммунолог из Медицинской школы Икан в Нью-Йорке, и его коллеги зафиксировали снижение на 90% количества моноцитов, циркулирующих в крови голодающих мышей, и увеличение количества этих клеток в костном мозге, где они вырабатываются.
Когда мышей кормили после 24-часового голодания, моноциты снова поступали в кровь в необычайно большом количестве, вызывая моноцитоз - состояние, обычно связанное с инфекционными и аутоиммунными заболеваниями. Кроме того, эти моноциты после голодания жили дольше, чем обычно, и имели более низкий, чем обычно, порог для запуска воспаления. Когда исследователи заразили голодавших мышей Pseudomonas aeruginosa, распространенной причиной бактериальной пневмонии, животные погибли раньше и в большем количестве, чем контрольные особи, не принимавшие пищу. Свирски считает, что организм сохраняет запасы моноцитов в качестве защитного резерва, пока запасы энергии невелики. Однако при длительном голодании затраты могут перевесить пользу.
Необходима дальнейшая работа, чтобы понять последствия исследования на людях, но Свирски полагает, что оно может предостеречь от чрезмерного или длительного голодания. «Существует множество доказательств того, что голодание может быть полезным, но иногда нужно найти баланс и не доводить организм до крайностей». Свирски сам склонен пропускать обед, «но я бы не хотел голодать чрезмерно», - говорит он.
Голодание перераспределяет иммунные клетки в течение нескольких часов. Другие изменения в рационе могут вызвать столь же быстрые и кратковременные изменения в иммунитете. Изучение этих изменений полезно для исследователей, отчасти потому, что помогает им избежать мешающих факторов, которые могут подорвать исследования долгосрочных изменений рациона, отмечает Сиракуза. Он изучал влияние «праздничных застолий» - склонности к чрезмерному употреблению энергетически насыщенных продуктов с высоким содержанием жиров.
Сиракуза и его коллеги кормили мышей «праздничной» диетой с низким содержанием клетчатки и высоким содержанием жиров в течение трех дней, а затем в течение трех дней - обычной диетой, после чего повторяли цикл. Переход на высокожировую диету подавлял иммунитет и делал мышей более восприимчивыми к бактериальным инфекциям. Уменьшилось количество и нарушилась функция определенных Т-клеток, которые помогают организму обнаруживать и запоминать патогены; дальнейшие тесты показали, что отсутствие клетчатки нарушает микробиом кишечника, который обычно поддерживает эти Т-клетки. «Я был удивлен тем, что изменение рациона всего на три дня оказалось достаточным для того, чтобы увидеть столь значительные последствия для адаптивных клеток иммунной системы», - добавляет Сиракуза.
Когда Сиракуза попросил шесть человек-добровольцев перейти с диеты с высоким содержанием клетчатки на диету с низким содержанием клетчатки, он увидел аналогичное воздействие на их Т-клетки. Эффект, как и в случае с любым праздничным застольем, был преходящим, но Сиракуза считает, что изучение этих ранних иммунных событий, связанных с изменением рациона питания, может помочь разобраться в причинах хронических иммунных заболеваний. Однако он подчеркивает, что не стал бы давать диетические рекомендации на основе этого небольшого эксперимента. Кроме того, эксперименты на мышах могут дать лишь некоторые предположения о том, что происходит в организме человека.
Подтвердить эти сведения на людях может быть непросто. Точный контроль за тем, что едят участники исследования в течение длительных периодов времени, является сложной задачей, равно как и заставить их точно запоминать и записывать свой рацион каждый день. «Один из вариантов - попросить людей есть только ту пищу, которую вы им предоставите», - говорит интегративный физиолог Кевин Холл из Национального института диабета и болезней органов пищеварения и почек США. «Однако мы знаем, что, когда вы так поступите, они в среднем употребят еще 400 калорий пищи, не входящей в рацион». Поэтому Холл и его коллеги сделали еще один шаг вперед. За последнее десятилетие они провели ряд испытаний, в ходе которых добровольцы согласились находиться в палате исследовательского госпиталя Национального института здоровья США, где их рацион строго контролировался, а реакция измерялась.
Хотя основные интересы Холла связаны с влиянием различных диет на метаболизм и состав тела - например, его группа изучала влияние ультрапереработанных продуктов на набор веса, - для исследования 2024 года он работал с иммунологом Ясмин Белкайд, работавшей в то время в Национальном институте аллергии и инфекционных заболеваний США, чтобы изучить изменения в иммунной системе, вызванные различными режимами питания.
Холл и Белкайд, которая сейчас является президентом Института Пастера в Париже, отобрали 20 взрослых людей для четырехнедельной госпитализации и распределили их по группам: первые две недели они должны были соблюдать кетогенную диету (основанную на продуктах животного происхождения и с низким содержанием углеводов) или веганскую диету с низким содержанием жиров, а затем последние две недели - альтернативную диету. Анализы крови показали, что переход на ту или иную диету сопровождался явными изменениями как в количестве различных иммунных клеток, так и в том, какие гены в них активировались.
Во время соблюдения кетогенной диеты у участников повысился уровень и активность Т- и В-клеток, составляющих часть адаптивной иммунной системы, которая осуществляет «точный» ответ, распознавая конкретных врагов. У тех, кто придерживался веганской диеты, наблюдалось усиление врожденных иммунных реакций, которые являются более быстрыми и менее специфичными, чем адаптивные реакции. Белкайд была рада увидеть такие очевидные результаты и с воодушевлением отмечает их клинический потенциал, но на данном этапе отказывается давать диетические рекомендации на их основе. Тем не менее, несмотря на разницу в возрасте, генетике и массе тела, по ее словам, «было удивительно видеть, насколько сходными были эффекты иммунной системы» всего за две недели. «Следующим шагом будет проверка диетических вмешательств для лечения конкретных заболеваний в клинических испытаниях, которые будут такими же строгими, как те, что мы проводим для лекарственных препаратов», - говорит она.
Группа Холла рассматривает возможность включения в исследование людей с волчанкой, чтобы сравнить эффект различных диет. Другие специалисты провели предварительные исследования по использованию кетогенной диеты в качестве дополнительной терапии при псориазе и диабете 1 типа. Также значительно увеличилось количество исследований, посвященных использованию диеты и питания для усиления эффекта терапии, направленной на борьбу с раком с помощью иммунной системы. Одно из исследований, опубликованное в 2021 году, показало, что более высокое потребление пищевых волокон связано с улучшением выживаемости у людей, получающих иммунотерапию против меланомы, и что у мышей с меланомами, которых кормили диетой с низким содержанием пищевых волокон, вблизи опухоли было меньше клеток-киллеров Т, атакующих раковые клетки.
Белкайд признает, что предстоит еще много работы по изучению влияния конкретных диет на иммунную систему людей с различными заболеваниями. Однако она и Сиракуза входят в число растущей группы иммунологов, которые с оптимизмом смотрят на то, что открытые ими и другими учеными знания - это первые шаги на пути к созданию персонализированных диет для лечения различных заболеваний. «Я могу представить себе мир, в котором в ближайшие 10 лет у нас будет доступ к строгим диетическим рекомендациям, которые можно будет применять в различных клинических ситуациях», - говорит она.
«Я думаю, что хорошо продуманное питание обладает огромным клиническим потенциалом».
