Кишечные микробы могут перепрограммировать жировую ткань для сжигания энергии

Фото из открытых источников

Исследователи обнаружили, что диета с очень низким содержанием белка в сочетании с правильной микрофлорой кишечника может превратить обычный жир в форму, способствующую сжиганию калорий у мышей. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.

Это открытие переосмысливает представление о жировых отложениях как о чем-то, что кишечник может помочь перепрограммировать, и указывает на возможность применения методов лечения, разработанных для воспроизведения этого эффекта.

В жировой ткани паховой области у мышей, подвергшихся воздействию холода, многие ранее неактивные клетки начали вырабатывать белки, связанные с перегревом, которые обычно наблюдаются после воздействия холода.

После этих изменений Кеня Хонда из City of Hope и Keio University показал, что диета оказалась неэффективной у мышей, выращенных без кишечной микробиоты.

Отталкиваясь от этой подсказки, Хонда выяснил, что причиной отсутствия эффекта были бактерии, которые преобразовывали дефицит питательных веществ в химические сигналы, передаваемые по всему организму.

С самого начала это ясно давало понять: еда имеет значение, но только тогда, когда есть подходящие микробы, способные её интерпретировать.

Один из микробных сигналов изменил состав желчных кислот — веществ, участвующих в пищеварении и одновременно выступающих в качестве сигналов, — и подтолкнул незрелые жировые клетки к состоянию сжигания жира.

Другой сигнал побудил печень к высвобождению FGF21, гормона, который помогает контролировать использование топлива во время метаболического стресса.

«Мы обнаружили, что некоторые кишечные бактерии могут определять, чем питается организм хозяина, и преобразовывать эту информацию в сигналы, которые заставляют жировые клетки сжигать энергию», — сказал Хонда.

Блокировка любого из этих маршрутов остановила изменения, показав, что ни один из сигналов не мог самостоятельно выполнить всю работу.

После тестирования множества комбинаций команда обнаружила четыре штамма, полученных от человека, которые были необходимы для достижения наиболее сильного эффекта.

Среди 25 здоровых добровольцев примерно у 40% была обнаружена активная бежевая жировая ткань — форма жира, которая сжигает энергию.

Трансплантаты от лучших доноров передали этот эффект мышам, в то время как микробы от более слабых доноров вызвали незначительные видимые изменения у тех же животных.

Удаление любого из четырех штаммов нарушало реакцию, что показало, что эффект зависел от очень небольшой микробной группы.

Недостаток белка не оставался в кишечнике, поскольку бактериальный аммиак перемещался через воротную вену — сосуд, соединяющий кишечник и печень.

Там аммиак подталкивал клетки печени к выработке большего количества FGF21, несмотря на то, что одновременно происходили и другие изменения в составе желчных кислот.

Когда исследователи удалили из бактерий фермент, вырабатывающий аммиак, реакция печени ослабла, и программа по превращению жира в бурый жир остановилась.

Органоиды печени человека, небольшие выращенные в лаборатории фрагменты ткани печени, реагировали аналогичным образом, что позволяет предположить, что механизм передачи сигнала может иметь значение не только для мышей.

У мышей новая бежевая жировая ткань появилась в течение двух недель и продолжала накапливаться еще несколько недель. При той же диете в жировой ткани активировались те же гены, отвечающие за выработку тепла, что и после воздействия холода.

При возвращении к обычному рациону питания большая часть способности сжигать калории исчезла, что показало обратимость изменений.

Возраст, пол и расположение жировых отложений по-прежнему имели значение, поэтому реакция была сильной, но не распространялась равномерно повсюду.

Сигналы желчных кислот и сигналы печени снова встречались в жировой ткани, где они способствовали формированию более плотных симпатических нервов — волокон, управляющих расходованием калорий.

Без этих сигналов нервная сеть истончалась, и реакция побурения в целом выглядела гораздо слабее.

Когда мышам вводили препарат, непосредственно активирующий этот нервный путь, утраченная способность к бурому окрашиванию в значительной степени восстанавливалась.

Это спасение показало, что микробы не заменяли собственные нейронные связи организма, а изменяли интенсивность его работы.

Мыши, получавшие низкобелковую диету, набирали меньше веса, накапливали меньше жира и лучше усваивали глюкозу, чем контрольные мыши.

С добавлением ключевых микроорганизмов уровень холестерина, триглицеридов и маркера повреждения печени снизился еще больше.

Объем мышечной ткани и масса тела в основном оставались неизменными, что опровергало предположение о том, что основной причиной является простое недоедание.

Эти результаты делают биологические аспекты достойными изучения, но они не доказывают, что исключительно бежевый жир является причиной всех положительных эффектов.

В этих экспериментах рацион питания обеспечивал лишь 7% калорий за счет белка, что примерно на 60% меньше, чем в контрольном рационе.

Предыдущие попытки улучшить метаболизм с помощью пробиотиков — живых микроорганизмов, продаваемых в качестве пищевых добавок, — в основном разочаровали людей.

«Жировая ткань не является чем-то неизменным; она удивительно хорошо адаптируется», — сказал Хонда, объясняя, почему эту ткань можно восстановить и во взрослом возрасте.

Такая осторожность необходима, поскольку в реальной жизни организм, рацион питания и микробиом — все микробное сообщество кишечника — значительно различаются.

Вместо того чтобы рассматривать низкобелковую диету как панацею, исследователи указали на лекарства, имитирующие сигналы, передаваемые микроорганизмами.

Эти мишени расположены в сигнальном пути, соединяющем кишечные бактерии, гормоны печени, незрелые жировые клетки и рост нервных волокон.

Поскольку ожирение повышает вероятность развития диабета, сердечно-сосудистых заболеваний и многих видов рака, более эффективные метаболические методы могли бы иметь огромное значение.

Эта перспектива пока находится на ранней стадии, но исследование превращает неясный вопрос о питании в четко определенный набор целей.

В данном случае кишечные бактерии не просто сопровождали реакцию организма на пищу; они помогали определить, останется ли накопленная энергия заблокированной или будет сожжена.

Демонстрируя, как это решение распространялось по кишечнику, печени, жировой ткани и нервам, работа указывает на возможность применения проверенных методов лечения, а не на догадки относительно диеты.