Nature: кишечная микробиота может способствовать потере памяти

У ученых есть множество идей о том, почему старение ухудшает память. В качестве причин назывались снижение кровотока в головном мозге, уменьшение объема мозга и нарушение работы систем восстановления нервной ткани. Теперь же новые исследования на мышах указывают на еще одного возможного виновника: микробы в кишечнике.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые показали, как бактерия, особенно распространенная среди старых животных, может вызывать потерю памяти. Как выяснила команда исследователей, этот микроб вырабатывает соединения, которые нарушают передачу сигналов по нейронам, соединяющим кишечник с мозгом, подавляя активность в областях мозга, связанных с обучением и памятью.

«Это настоящий шедевр», — говорит Хайцзян Цай, нейробиолог из Университета Аризоны, изучающий связь между кишечником и мозгом и не принимавший участия в этой работе. «Они определили весь путь от старения и бактерий… до когнитивных функций — это действительно впечатляет». Однако он и другие подчеркивают, что еще предстоит выяснить, существует ли подобный механизм у людей, и если да, то насколько он важен по сравнению с другими факторами, вызывающими снижение когнитивных функций.

В последние десятилетия значительно активизировались исследования так называемой оси «кишечник-мозг». Многочисленные исследования выявили различия в составе микробиома между здоровыми людьми и людьми с когнитивными расстройствами, такими как болезнь Альцгеймера. Однако подобные исследования не могут установить причинно-следственную связь, и в литературе много противоречивых результатов.

Некоторые исследовательские группы использовали эксперименты на животных для изучения связи между микробами и памятью. В новом исследовании ученые из Стэнфордского университета Кристоф Тайсс и Мааян Леви экспериментировали с микробиомом молодых мышей — либо составляя их вместе со взрослыми животными, либо кормя их экскрементами этих животных — а затем проводили им тесты на память. Например, один из таких тестов оценивает животных выше, если они проводят больше времени, изучая новые объекты, чем те, которые они видели раньше.

Молодые мыши, которым вводили микробиом старых мышей, показывали худшие результаты в тестах на память, чем мыши, не получавшие лечения, а введение антибиотиков, по-видимому, восстанавливало эти показатели, что позволяет предположить, что за это отвечали микробы старых мышей. Согласно исследованию, старые мыши, получавшие антибиотики, также были менее забывчивы.

Среди множества видов кишечных бактерий, численность которых увеличивалась у мышей с возрастом, исследователей особенно заинтересовал один вид, называемый Parabacteroides goldsteinii. Кормление животных, у которых была уничтожена нормальная микробиота, только P. goldsteinii приводило к снижению памяти по сравнению с контрольной группой; кормление животных без микробиоты одним из нескольких других видов бактерий не вызывало такого эффекта.

В ходе дальнейших экспериментов Тайсс и его коллеги выяснили, как P. goldsteinii может вызывать проблемы с памятью: бактерия выделяет молекулы, известные как среднецепочечные жирные кислоты. У мышей, получавших эти молекулы, наблюдалось снижение активности блуждающего нерва — пучка нейронов, передающих в мозг ощущения, такие как чувство наполненности желудка. У этих животных также отмечалось снижение активности в гиппокампе — области мозга, связанной с обучением и памятью.

Жирные кислоты активируют рецептор GPR84, обнаруженный на клетках, способствующих воспалению. Команда исследователей предположила, что именно это воспаление повреждает блуждающий нерв. Действительно, использование лекарств или других методов для блокирования рецепторов GPR84 или уменьшения количества воспалительных клеток, по-видимому, защищало молодых мышей от когнитивных эффектов микробиома старых мышей. Соединения, непосредственно стимулирующие блуждающий нерв, — включая глюкагоноподобный пептид-1 (GLP-1) (который связывается с теми же рецепторами, что и широко распространенные препараты для похудения, такие как Wegovy) и капсаицин, молекулу, придающую остроту перцу чили, — улучшали память у старых животных.

«Это невероятно большой объем работы», — говорит клеточный биолог из Оксфордского университета Дэвид Гривз, добавляя, что несколько тем статьи, включая связь между воспалением и возрастными изменениями, согласуются с существующими исследованиями.

Шон Гиббонс, исследователь микробиома из Института системной биологии, добавляет, что его группа выявила связь между здоровым старением и снижением количества микробов, связанных с Parabacteroides, хотя в более широкой литературе данные по Parabacteroides противоречивы . По словам Гиббонса, трудно судить о значимости P. goldsteinii или этого нового механизма по сравнению с другими изменениями, связанными со старением. «Вероятно, одновременно действуют еще 60 различных механизмов».

Цай говорит, что хотел бы увидеть больше данных о том, как именно блуждающий нерв активирует гиппокамп у мышей. Особенно удивительным для него является результат, свидетельствующий о том, что стимуляторы нервной системы, такие как капсаицин, восстанавливают когнитивные функции. «Значит ли это, что пожилые люди, если они будут есть больше острой пищи или принимать… агонисты GLP-1, могут улучшить когнитивные функции?» Цай сомневается, и исследования влияния этих соединений на снижение когнитивных функций дали противоречивые результаты.

Тайсс, который также руководит лабораторией в Институте Arc, подчеркивает, что пока рано говорить о применимости методов, использованных в этом исследовании, к людям. Несколько групп изучают влияние электрической стимуляции блуждающего нерва на когнитивные функции, но эта методика, по его словам, «по сути, является грубым методом, при котором электрическая стимуляция затрагивает весь нервный пучок». Для специфического контроля над функциями мозга «нам действительно нужно что-то, что позволит нам манипулировать активностью отдельных нейронов».

Тайсс предполагает, что другие бактерии и молекулы кишечника могут аналогичным образом влиять на мозг, и задается вопросом, какие еще функции мозга могут быть затронуты. Его команда сейчас изучает P. goldsteinii у людей, чтобы выяснить, связана ли ее численность с когнитивными функциями в пожилом возрасте. «Некоторые люди доживают до 100 лет и сохраняют исключительную остроту ума, в то время как другие начинают забывать вещи в 50-60 лет», — говорит Тайсс. Возможно, различные сигналы, поступающие из кишечника, могут помочь объяснить некоторые из этих различий.