Откриха връзка между чревните бактерии и здравето на мозъка

Все повече изследвания сочат, че милиардите микроорганизми, които живеят в червата ни, имат много повече от известните вече функции. Част от тях произвеждат витамини, други подпомагат храносмилането, трети спират растежа на някои вредни бактерии и регулират работата на имунната система. Според ново проучване на екип от медицинското училище в Сейнт Луис нашият микробиом играе ключова роля и за здравето на мозъка.

Проведеното върху мишки изследване разкрива, че до известна степен чрез произвежданите от тях късоверижни мастни киселини чревните бактерии оказват влияние върху поведението на имунните клетки в цялото тяло, включително тези, които се намират в мозъка и могат да увредят мозъчната тъкан, а оттам и да причинят невродегенеративни заболявания като болест на Алцхаймер.

Откритието е публикувано на 13 януари 2023 г. в списание „Science“ и описва нов механизъм, по който могат да се лекуват различни невродегенеративни нарушения – чрез чревния микробиом.

>>> Дисбалансът на чревната микрофлора е тясно свързан с болестта на Паркинсон

Едноседмично антибиотично лечение оказва влияние върху невродегенеративните промени в мозъка на мишки

Старши авторът Дейвид Холцман, професор по неврология, разкрива: „Давахме на мишките антибиотик в продължение само на една седмица и забелязахме постоянна промяна в техния чревен микробиом, в имунната им реакция и в неврологичното им развитие с напредването на възрастта, които се дължат на специфичния тау протеин. Установихме, че чрез лека намеса в чревната микрофлора можем да влияем и на процесите в мозъка.“

Растат доказателствата в подкрепа на теорията, че чревният микробиом при пациенти с болест на Алцхаймер е различен от този при здрави хора. Все още не е ясно обаче дали различията са резултат или причина за заболяването, или и двете едновременно, както и какъв би бил ефектът от промените в него върху развитието на болестта.

Генетични модификации

За да разберат дали микроорганизмите в червата са причина за измененията в мозъка, учените от Сейнт Луис променят микробиома на животни, предразположени към мозъчни увреждания и когнитивен упадък, които са признаци на болестта на Алцхаймер. В резултат на генната модификация мишките експресират мутирала форма на тау протеина, чието натрупване води до нарушаване функциите на невроните и до атрофия на мозъка им до достигане на 9-месечна възраст. Животните са носители и на вариант на човешкия APOE ген, основен генетичен рисков фактор за развитие на болест на Алцхаймер. Хората с едно копие на APOE4 варианта са 3 до 4 пъти по-застрашени от болестта в сравнение с онези, които притежават по-често срещания APOE3 вариант.

В проучването на Холцман и екипа му се включва експертът по чревен микробиом и съавтор Джефри Гордън, директор на семейния център по геномни науки и системна биология „Edison“, Донг Сео, експерт по неврология, и Санграм Сисодия, професор по невробиология.

Експерименти в стерилна и нестерилна среда

В случаите, когато генетично модифицираните мишки са отглеждани в стерилни условия още от раждането, те не притежават чревен микробиом и на 40-седмична възраст увреждането на мозъка им е значително по-леко, отколкото това при мишки с нормална чревна микрофлора, отгледани в нестерилна среда.

На двуседмична възраст животните са подложени на антибиотичен курс, който променя завинаги състава на бактериите в микробиома им. Оказва се, че лечението има положителен ефект и върху измененията в мозъка, като при мъжките мишки той настъпва около 40-седмична възраст и е по-забележим при носителите на варианта APOE3. Учените смятат, че опасният вариант APOE4 успява по някакъв начин да отслаби защитата на организма след приема на антибиотици. При женските мишки медикаментозното лечение не е така ефективно и дегенеративните изменения са големи.

Мъжките мишки се повлияват по-добре от промените в чревния микробиом

Холцман отбелязва: „От различни проучвания върху мозъчните тумори и развитието на мозъка знаем, че имунните клетки в мъжкия и женския мозък реагират различно на външна стимулация. Затова не е изненада, че при нанасяне на промени в чревния микробиом, ефектът върху мъжките и женските мишки е различен.“

Късоверижни мастни киселини и невродегенеративни изменения

Последвалите научни експерименти откриват връзка между три специфични късоверижни мастни киселини – вещества, които се произвеждат от определени видове чревни микроорганизми, и невродегенеративните нарушения. В организма на животните с променен от антибиотичното лечение микробиом и трите се откриват в минимални количества, а при тези, които нямат такъв, те дори липсват.

Късоверижните мастни киселини отключват невродегенеративни процеси, като активират имунните клетки в кръвта, а те от своя страна активират имунните клетки в мозъка и ги карат да му нанасят поражения. Когато мишки на средна възраст и без микробиом са захранвани с късоверижни мастни киселини, техните мозъчни имунни клетки стават по-реактивни, което означава, че и увреждането на мозъка е по-сериозно.

Според Линда Макгавърн, програмен директор на Националния институт по неврологични заболявания и инсулти, изследването на Холцман разкрива ролята на чревния микробиом за невродегенеративните нарушения*, причинени от тау протеина. Откритието може да предложи нов подход в превенцията и лечението на невродегенеративни болести чрез промяна в чревния микробиом с помощта на антибиотици, пробиотици или специализиран хранителен режим.

Холцман споделя: „За нас е важно да разберем дали невродегенеративните промени биха се забавили, ако чревният микробиом на мишки, застрашени от невродегенеративни заболявания, бъде променен непосредствено преди появата на първите признаци. Ако това се случи, можем да приложим същия метод и върху хора на средна възраст, които все още нямат оплаквания, но попадат в рисковата група.“

* Dong-oh Seo et al, ApoE isoform and microbiota-dependent progression of neurodegeneration in a mouse model of tauopathy. Science. 2023.