Коммуникации кишечного микробиома: ось кишечник-органы
Накапливаются доказательства, подтверждающие связь между микробиомом кишечника человека и функцией органов за пределами кишечника.
Исследователи ввели термин "ось" для описания двунаправленных или многонаправленных связей, через которые одна часть тела биохимически взаимодействует с другой частью тела. Были определены конкретные оси между кишечником и другими системами органов, не относящимися к желудочно-кишечному тракту. Оси могут проходить вдоль нервных путей, через воротную вену или непосредственно через эпителиальный барьер кишечника в кровоток.
Микробиом кишечника выполняет множество функций, включая защиту барьерной целостности кишечника, производство витаминов, таких как B12 и K, и регулирование иммунной системы. Микробиом кишечника метаболизирует доступные субстраты и выделяет различные метаболиты, такие как короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) и нейроактивные соединения, которые становятся биохимическими сигналами, проходящими по различным осям и модулирующими функции в удаленных тканях. Эта врожденная система коммуникации демонстрирует влияние микробиома кишечника на физиологию человека.
Связь между кишечником и мозгом осуществляется по афферентным спинальным и эфферентным блуждающим нервным путям, а также посредством нейроиммунных и нейроэндокринных сигналов. Нейротрансмиттерные рецепторы на кишечных микроорганизмах обеспечивают эффективную связь между мозгом и кишечником. Неврологически активные соединения, вырабатываемые микробиомом кишечника, влияют на работу мозга, регулируя производство, метаболизм и передачу нейротрансмиттеров.
Микробы в кишечнике метаболизируют аминокислоту триптофан в серотонин и другие метаболиты, регулируя уровень серотонина в мозге. Выброс кортизола во время реакции на страх и стресс замедляет мигрирующие моторные комплексы, которые контролируют перистальтику желудочно-кишечного тракта и выработку химуса в желудке и тонком кишечнике. Нарушение микробного состава в кишечнике является одним из возможных результатов. Более того, исследования показывают, что у пациентов с тревожностью повышен уровень провоспалительных цитокинов и снижен уровень противовоспалительного микробиома, продуцирующего КЦЖК.
Кожа и желудочно-кишечный тракт имеют следующие общие черты, которые составляют основу их оси:
- Колонизированы микробиотой.
- Богаты иммунными клетками, нервной и кровеносной сетью.
- Крупные органы с общей площадью поверхности в среднем >20 м².
- Выстланы эпителиальными клетками, которые образуют защитный барьер от внешней среды.
Сообщается, что связь между кишечником и кожей осуществляется по нескольким каналам, включая иммунную и эндокринную системы. Например, аллергия на зерновые проявляется в виде желудочно-кишечных реакций (спазмы в желудке, диарея), иммунных реакций (насморк, чихание, зуд) и кожных реакций (сыпь, крапивница). Исследования показали, что воздействие арахисового белка из комнатной пыли через поврежденную кожу может вызвать аллергию на арахис у пациентов с атопическим дерматитом. По имеющимся данным, около 10% пациентов с синдромом раздраженного кишечника страдают псориазом. Более того, участники исследования, подвергавшие кожу воздействию ультрафиолетового света узконаправленного спектра, продемонстрировали повышенный уровень витамина D в сыворотке крови и большее разнообразие микробиома кишечника по сравнению с теми, кто принимал только добавки с витамином D. Эти примеры иллюстрируют двунаправленную связь между кишечником и кожей через иммунную и эндокринную системы.
В дополнение к серотонину кишечные микроорганизмы метаболизируют триптофан в органическое соединение индол. Было показано, что индол регулирует краткосрочную и долгосрочную секрецию глюкагоноподобного пептида 1 (GLP-1) - гормона, выделяемого в кишечнике для регулирования уровня глюкозы и инсулина в крови в ответ на прием пищи. GLP-1 стимулирует выработку инсулина поджелудочной железой и снижает выработку глюкозы и клиренс инсулина печенью. В результате микробной ферментации пищевых волокон образуются КЦЖК, которые, как известно, также стимулируют секрецию GLP-1.
Нарушение состава микробиома кишечника известно как дисбиоз. Следствием дисбиоза является изменение количества метаболитов, производимых микробиомом, что может быть связано с развитием различных заболеваний, таких как воспалительные заболевания кишечника, болезни почек и печеночная энцефалопатия. Хотя для полного понимания механизмов, объясняющих дисбиоз и заболевания, требуются дополнительные исследования, воспаление низкого уровня является общей характеристикой состояний, связанных с дисбиозом кишечника.
Члены микробиоты кишечника синтезируют липополисахариды (ЛПС), которые также являются частью клеточной стенки грамотрицательных бактерий. Дисбиоз часто характеризуется изменением соотношения числа представителей родов Firmicutes и Bacteroidetes, связанным с уменьшением количества КЦЖК, увеличением ЛПС и воспалением. В дисбиотическом состоянии повышение уровня ЛПС нарушает целостность кишечного барьера и запускает различные каскады иммунного ответа в зависимости от их источника. Этот воспалительный ответ еще больше нарушает целостность кишечного барьера, позволяя микробам кишечника и ЛПС транслоцироваться непосредственно в кровоток или через портальную циркуляцию.
Повышенная концентрация ЛПС в кишечнике и в кровообращении связана с цитокинин-индуцированным воспалением и даже инсулинорезистентностью. ЛПС связываются с Toll-подобными рецепторами (TLR), рецепторным участком, экспрессируемым на большинстве клеток. Связывание ЛПС с TLR активирует цитокинин-индуцированное воспаление, наблюдаемое при тревоге и депрессии, ожирении, диабете 2 типа и болезни Паркинсона.
Мишень рапамицина (mTOR) - это протеинкиназный фермент, участвующий в различных метаболических процессах. mTOR связывается с другими белками, образуя комплексы, участвующие в определенных метаболических процессах. Чрезмерная активация метаболического пути mTOR в результате повышенного микробного производства имидазол-пропионата, метаболита гистидина, вовлечена в преддиабет и диабет 2 типа. Активация mTOR также увеличивает пролиферацию клеток сальных желез, выработку кожного сала и производство кератиноцитов, что ассоциируется с акне.
Дисбиоз со снижением выработки КЦЖК, в частности бутирата, и высоким уровнем цитокинов наблюдается у детей и подростков с расстройствами аутистического спектра. Изменяется метаболизм аминокислот триптофана и глутамата. Это изменение снижает выработку серотонина и гамма-аминомасляной кислоты, двух важных ингибирующих нейротрансмиттеров, также ассоциированных с эпилепсией и шизофренией.
Состояние вашего здоровья может зависеть от состояния вашего кишечника. Общее состояние здоровья человека частично объясняется разнообразием и составом кишечных микроорганизмов и их генов. Ось кишечник-органы - это двунаправленная или многонаправленная, многоканальная система связи, которая позволяет кишечнику и внекишечным органам взаимодействовать друг с другом и является фундаментальной для понимания того, как микробиом кишечника влияет на здоровье человека.
Все больше исследований связывают дисбиоз с острыми и хроническими заболеваниями. При дисбиозе провоспалительная микробиота производит метаболиты, которые достигают внекишечных органов через отдельные оси кишечник-органы, создавая основу для развития заболевания.
Главный вывод из научных данных о микробиоме кишечника, оси кишечник-органы и дисбиозе заключается в том, что здоровье можно ухудшить, улучшить и даже восстановить в зависимости от состава микробиоты и противовоспалительного или провоспалительного характера ее метаболитов. Именно эти метаболиты являются биохимическими сигналами, влияющими на физиологию и, таким образом, на здоровье и болезнь через ось "кишечник-орган".
