Изменение микробиоты при нейродегенеративных заболеваниях
РЕЗЮМЕ
Согласно имеющимся данным из доклинических и клинических исследований:
Согласно имеющимся данным из доклинических и клинических исследований:
- Нормальное формирование кишечной микробиоты является необходимым условием физиологического формирования нервной системы.
- Дисбиоз микробиоты приводит к развитию патологического воспаление, а нарушение метаболизма микроорганизмов трансформирует регуляцию работы локальной и центральной нервной систем.
- У пациентов с нейродегенеративными заболеваниями обнаруживают нарушения кишечной микробиоты, в том числе задолго до появления первых симптомов заболевания.
- Ведущая роль микробиоты в нейродегенеративных заболеваниях реализуется за счет изменения воспалительного ответа, проницаемости кишечной стенки и активации синтеза и депонирования амилоидных белков
ВВЕДЕНИЕ(1)
Гармоничное развитие микробиоты человека является одним из необходимых условий нормального формирования нервной системы.
Микроорганизмы колонизируют все органы, контактирующие с окружающей средой, хотя наибольшую биомассу регистрируют в ЖКТ[1].
Учитывая большое число микробных клеток у человека, которое приблизительно сопоставимо с числом клеток организма-хозяина, микробиота обладает большим метаболическим и регуляторным потенциалом.
У пациентов с такими нейродегенеративными заболеваниями, как болезни Альцгеймера и Паркинсона обнаруживают отклонение нормального баланса кишечной микробиоты.
Padhi et al. (2022) рассмотрели механизмы влияния микробиома ЖКТ человека на нервную систему и его роль в развитии нейродегенеративных заболеваний.
[1] - Желудочно-кишечный тракт
Микроорганизмы колонизируют все органы, контактирующие с окружающей средой, хотя наибольшую биомассу регистрируют в ЖКТ[1].
Учитывая большое число микробных клеток у человека, которое приблизительно сопоставимо с числом клеток организма-хозяина, микробиота обладает большим метаболическим и регуляторным потенциалом.
У пациентов с такими нейродегенеративными заболеваниями, как болезни Альцгеймера и Паркинсона обнаруживают отклонение нормального баланса кишечной микробиоты.
Padhi et al. (2022) рассмотрели механизмы влияния микробиома ЖКТ человека на нервную систему и его роль в развитии нейродегенеративных заболеваний.
[1] - Желудочно-кишечный тракт
ВЛИЯНИЕ МИКРОБИОТЫ НА НЕРВНУЮ СИСТЕМУ(1)
Схема, представленная на Рисунке 1, отражает основные пути взаимодействия микробиоты кишечника с нервной системой человека, которые могут иметь существенное значение в развитии нейродегенеративных заболеваний.
Рисунок 1 Влияние микробиоты на нейродегенерацию
Примечания: цАМФ – циклический аденозинмонофосфат; pCREB – белок, связывающий элемент ответа цАМФ (cAMP response-element binding protein); PI3K – фосфоинозитол-3-киназа; NFκB – ядерный фактор «каппа-би» (nuclear factor κB); TLR – Toll-подобный рецептор; LPS – липополисахарид (lipopolysaccharide).
Примечания: цАМФ – циклический аденозинмонофосфат; pCREB – белок, связывающий элемент ответа цАМФ (cAMP response-element binding protein); PI3K – фосфоинозитол-3-киназа; NFκB – ядерный фактор «каппа-би» (nuclear factor κB); TLR – Toll-подобный рецептор; LPS – липополисахарид (lipopolysaccharide).
Профиль микробиоты
В ряде метагеномных исследований установили, что для человека характерна картина кишечной микробиоты, которая соответствует одному из возможных укрупненных типов по преобладанию микроорганизмов:
Преобладающие микроорганизмы каждого энтеротипа обладают собственными уникальными метаболическими свойствами.
Так, бактероиды преимущественно ферментируют белки и углеводы, получая энергетические субстраты из пищи, богатой белками и углеводами.
Помимо собственных особенностей метаболизма, бактерии кишечной микробиоты способны модулировать метаболические процессы организма-хозяина.
Ось ЖКТ-головной мозг
Учитывая большую биомассу в ЖКТ, данная система органов находится в непрерывном состоянии воспаления. Микробиота вступает во взаимодействие с макрофагами, T-клетками, натуральными киллерами, которые в свою очередь передают сигналы нервной системе ЖКТ.
Показано, что нормальное формирование микробиоты необходимо для физиологического развития ряда структур головного мозга, включая гиппокамп.
Регуляция физиологии кишечника
Основным регулятором метаболизма ЖКТ является кишечная нервная система, которая через внутренние и внешние нейронные цепи оказывает влияние на проницаемость слизистой оболочки, локальный кровоток и перистальтику.
При этом колонизация кишечника микроорганизмами оказывает прямое влияние на формирование и плотность нейронов в кишечной нервной системе. В доклинических исследованиях дисбиоз кишечника оказывал негативное влияние на нервную систему ЖКТ.
При этом помимо прямого взаимодействия с бактериальными клетками клетки нервной системы ЖКТ способны обнаруживать химический состав среды, включая детекцию КЦЖК[1], желчные кислоты и нейропептиды, изменяя кишечный метаболизм через ветви блуждающего нерва, идущие к центральной нервной системе.
[1] - Короткоцепочечные жирные кислоты
В ряде метагеномных исследований установили, что для человека характерна картина кишечной микробиоты, которая соответствует одному из возможных укрупненных типов по преобладанию микроорганизмов:
- Энтеротип 1 – преобладание Bacteroides
- Энтеротип 2 – преобладание Prevotella;
- Энтеротип 3 – преобладание Ruminococcus.
Преобладающие микроорганизмы каждого энтеротипа обладают собственными уникальными метаболическими свойствами.
Так, бактероиды преимущественно ферментируют белки и углеводы, получая энергетические субстраты из пищи, богатой белками и углеводами.
Помимо собственных особенностей метаболизма, бактерии кишечной микробиоты способны модулировать метаболические процессы организма-хозяина.
Ось ЖКТ-головной мозг
Учитывая большую биомассу в ЖКТ, данная система органов находится в непрерывном состоянии воспаления. Микробиота вступает во взаимодействие с макрофагами, T-клетками, натуральными киллерами, которые в свою очередь передают сигналы нервной системе ЖКТ.
Показано, что нормальное формирование микробиоты необходимо для физиологического развития ряда структур головного мозга, включая гиппокамп.
Регуляция физиологии кишечника
Основным регулятором метаболизма ЖКТ является кишечная нервная система, которая через внутренние и внешние нейронные цепи оказывает влияние на проницаемость слизистой оболочки, локальный кровоток и перистальтику.
При этом колонизация кишечника микроорганизмами оказывает прямое влияние на формирование и плотность нейронов в кишечной нервной системе. В доклинических исследованиях дисбиоз кишечника оказывал негативное влияние на нервную систему ЖКТ.
При этом помимо прямого взаимодействия с бактериальными клетками клетки нервной системы ЖКТ способны обнаруживать химический состав среды, включая детекцию КЦЖК[1], желчные кислоты и нейропептиды, изменяя кишечный метаболизм через ветви блуждающего нерва, идущие к центральной нервной системе.
[1] - Короткоцепочечные жирные кислоты
РОЛЬ МИКРОБИОЫ В НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ(1)
Болезнь Паркинсона
Нарушения со стороны ЖКТ, наряду с расстройствами сна, депрессией и апатией, являются первыми изменениями при болезни Паркинсона, которые предшествуют классическим моторным признакам патологии.
В ряде метагеномных исследований получили данные о том, что дисбиоз может оказывать негативное влияние на риск болезни Паркинсона и скорость прогрессирования.
У пациентов с болезнью Паркинсона отмечают подавление роста Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, Faecalibacterium.
Akkermansia spp. участвуют в деградации муцина и нарушают проницаемость кишечной стенки, при этом усиление роста данной группы микроорганизмов отмечают на ранних стадиях болезни Паркинсона. Нарушение кишечной проницаемости также ассоциировано с избыточным ростом условно-патогенных микроорганизмов.
Болезнь Альцгеймера
Как и при болезни Паркинсона, дисфункция микробиоты может оказывать влияние на патофизиологию болезни Альцгеймера.
У пациентов с болезнью Альцгеймера наблюдают разнонаправленные отклонения состава микробиоты с изменением количественного и качественного представительства Lachnospiraceae, Clostridiaceae, Ruminococcaceae, Eubacterium, Bacteroides, Bifidobacterium, Enterobacteriaceae, Alistipes и Akkermansia.
Некоторые представители эшерихий и шигелл in vitro способны вызывать воспалительный ответ и аккумуляцию β-амилоида. In vivo у мышей, склонных к болезни Альцгеймера, стерильность с рождения была ассоциирована с уменьшением депозитов амилоида в головном мозге.
В условиях дисбиоза даже нормальные представители микрофлоры, например бактероиды, способны индуцировать патогенные механизмы воспалительного ответа.
Некоторые бактероиды, например Bacteroides fragilis, способны при помощи металлопротеиназ непосредственно индуцировать образование амилоидных фибрилл.
Нарушения со стороны ЖКТ, наряду с расстройствами сна, депрессией и апатией, являются первыми изменениями при болезни Паркинсона, которые предшествуют классическим моторным признакам патологии.
В ряде метагеномных исследований получили данные о том, что дисбиоз может оказывать негативное влияние на риск болезни Паркинсона и скорость прогрессирования.
У пациентов с болезнью Паркинсона отмечают подавление роста Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, Faecalibacterium.
Akkermansia spp. участвуют в деградации муцина и нарушают проницаемость кишечной стенки, при этом усиление роста данной группы микроорганизмов отмечают на ранних стадиях болезни Паркинсона. Нарушение кишечной проницаемости также ассоциировано с избыточным ростом условно-патогенных микроорганизмов.
Болезнь Альцгеймера
Как и при болезни Паркинсона, дисфункция микробиоты может оказывать влияние на патофизиологию болезни Альцгеймера.
У пациентов с болезнью Альцгеймера наблюдают разнонаправленные отклонения состава микробиоты с изменением количественного и качественного представительства Lachnospiraceae, Clostridiaceae, Ruminococcaceae, Eubacterium, Bacteroides, Bifidobacterium, Enterobacteriaceae, Alistipes и Akkermansia.
Некоторые представители эшерихий и шигелл in vitro способны вызывать воспалительный ответ и аккумуляцию β-амилоида. In vivo у мышей, склонных к болезни Альцгеймера, стерильность с рождения была ассоциирована с уменьшением депозитов амилоида в головном мозге.
В условиях дисбиоза даже нормальные представители микрофлоры, например бактероиды, способны индуцировать патогенные механизмы воспалительного ответа.
Некоторые бактероиды, например Bacteroides fragilis, способны при помощи металлопротеиназ непосредственно индуцировать образование амилоидных фибрилл.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, взаимодействие кишечного микробиома с нервной и иммунной системами в значительной степени определяет развитие нервной системы, в том числе центральной.
В ситуации дисбиоза нарушение метаболизма кишечной микробиоты и аберрантные воспалительные процессы способны оказывать влияние на ряд звеньев патогенеза нейродегенеративных заболеваний.
В ситуации дисбиоза нарушение метаболизма кишечной микробиоты и аберрантные воспалительные процессы способны оказывать влияние на ряд звеньев патогенеза нейродегенеративных заболеваний.
Использованные источники:
1. Padhi P, Worth C, Zenitsky G, Jin H, Sambamurti K, Anantharam V, et al. Mechanistic Insights Into Gut Microbiome Dysbiosis-Mediated Neuroimmune Dysregulation and Protein Misfolding and Clearance in the Pathogenesis of Chronic Neurodegenerative Disorders. Front Neurosci. 2022 Feb 25;16:836605.
1. Padhi P, Worth C, Zenitsky G, Jin H, Sambamurti K, Anantharam V, et al. Mechanistic Insights Into Gut Microbiome Dysbiosis-Mediated Neuroimmune Dysregulation and Protein Misfolding and Clearance in the Pathogenesis of Chronic Neurodegenerative Disorders. Front Neurosci. 2022 Feb 25;16:836605.
Дата публикации: 13.07.2023