Побочные продукты микробиоты кишечника циркулируют в кровотоке, регулируя физиологические процессы хозяина, включая иммунитет, метаболизм и функции мозга.
Ученые из Института Пастера (Франция) обнаружили, что нейроны гипоталамуса в модели лабораторных животных непосредственно обнаруживают изменения в активности бактерий и соответствующим образом адаптируют аппетит и температуру тела. Эти результаты свидетельствуют о том, что между микробиотой кишечника и мозгом происходит прямой диалог. Это открытие может привести к новым терапевтическим подходам для борьбы с метаболическими нарушениями, такими как диабет и ожирение. Результаты исследования опубликованы в журнале Science 15 апреля 2022 года.
Кишечник является крупнейшим резервуаром бактерий в организме. Растущее число фактов показывает степень взаимозависимости между хозяевами и микробиотой их кишечника и подчеркивает важность оси "кишечник-мозг". В Институте Пастера нейробиологи из отдела восприятия и памяти, иммунобиологи из отдела микроокружения и иммунитета и микробиологи из отдела биологии и генетики бактериальной клеточной стенки объединили свои знания для изучения того, как бактерии в кишечнике напрямую контролируют активность определенных нейронов в мозге.
Ученые сосредоточились на рецепторе NOD2 (домен олигомеризации нуклеотидов), который находится внутри большинства иммунных клеток. Этот рецептор обнаруживает присутствие муропептидов, которые являются строительными блоками клеточной стенки бактерий. Кроме того, ранее было установлено, что варианты гена, кодирующего рецептор NOD2, связаны с нарушениями пищеварения, включая болезнь Крона, а также с неврологическими заболеваниями и расстройствами настроения. Однако этих данных было недостаточно, чтобы продемонстрировать прямую связь между активностью нейронов в мозге и бактериальной активностью в кишечнике. Это было выявлено консорциумом ученых в новом исследовании.
Используя методы визуализации мозга, ученые сначала заметили, что рецептор NOD2 у мышей экспрессируется нейронами в различных областях мозга, в частности, в гипоталамусе. Впоследствии они обнаружили, что электрическая активность этих нейронов подавляется, когда они вступают в контакт с бактериальными муропептидами из кишечника. "Муропептиды в кишечнике, крови и мозге считаются маркерами распространения бактерий, - объясняет Иво Г. Бонека, руководитель отдела биологии и генетики бактериальной клеточной стенки Института Пастера. И наоборот, если рецептор NOD2 отсутствует, эти нейроны больше не подавляются муропептидами. Следовательно, мозг теряет контроль над потреблением пищи и температурой тела. Мыши набирают вес и становятся более восприимчивыми к развитию диабета второго типа, особенно у пожилых самок.
В этом исследовании ученые продемонстрировали тот удивительный факт, что нейроны воспринимают бактериальные муропептиды напрямую, в то время как считалось, что эта задача возложена в первую очередь на иммунные клетки. "Необычно обнаружить, что фрагменты бактерий действуют непосредственно на такой стратегический центр мозга, как гипоталамус, который, как известно, управляет такими жизненно важными функциями, как температура тела, размножение, голод и жажда", - комментирует Бонека.
Таким образом, нейроны обнаруживают активность бактерий (размножение и гибель), что является прямым показателем влияния потребляемой пищи на экосистему кишечника. "Чрезмерное потребление определенной пищи может стимулировать непропорциональный рост определенных бактерий или патогенов, тем самым нарушая кишечный баланс", - отмечает Бонека.
Влияние муропептидов на нейроны гипоталамуса и метаболизм заставляет задуматься об их потенциальной роли в других функциях мозга и может помочь нам понять связь между некоторыми заболеваниями мозга и генетическими вариантами NOD2. Это исследование открывает путь для новых междисциплинарных проектов на границе между нейронауками, иммунологией и микробиологией и, в конечном счете, для новых терапевтических подходов к лечению заболеваний мозга и метаболических нарушений, таких как диабет и ожирение.
