Кишечные бактерии вырабатывают сахар, провоцирующий повреждение клеток мозга

Фото из открытых источников

Вредный сахар, вырабатываемый кишечными бактериями, может вызывать повреждение иммунной системы, связанное с двумя тяжелыми заболеваниями головного мозга. Эти данные указывают на то, что кишечник является активным фактором развития заболеваний, а не просто сторонним наблюдателем, находящимся далеко от мозга. Результаты исследования были опубликованы в журнале Cell Reports.

В образцах пациентов уровень этого сахара коррелировал с признаками продолжающихся иммунных атак. Аарон Берберри из Университета Кейс Вестерн Резерв (CWRU) связал бактериальный сахар с повреждением иммунной системы головного мозга. Эта взаимосвязь сохранялась при обоих заболеваниях, что указывает на общий процесс, а не на отдельные, не связанные между собой изменения.

В исследовании рассматривается, как сигналы из кишечника могут способствовать повреждению, и почему отдельные признаки оказались менее надежными. Оно дает более четкое представление о том, почему одни родственники могут заболеть, а другие — нет.

В некоторых семьях встречается мутация C9ORF72, которая является одной из основных наследственных причин бокового амиотрофического склероза (БАС) и лобно-височной деменции (ЛВД).

Когда нормальная функция гена по очистке ослабевает, иммунные клетки, по-видимому, становятся менее способны удалять бактериальный сахар. Кишечные микробы тогда показались более опасными, поскольку обычный иммунный сигнал мог перерасти в чрезмерную воспалительную реакцию.

Эта цепочка может объяснить, почему один носитель вируса остается здоровым, в то время как другой приближается к параличу или серьезным изменениям в поведении и речи. Проблемы начались, когда иммунные клетки столкнулись с гликогеном, запасённым сахаром, вырабатываемым некоторыми кишечными бактериями. Эти клетки выделяли цитокины — химические сигналы, которые служат иммунной сигнализацией и могут распространять воспаление далеко за пределы кишечника.

Берберри заявил, что некоторые вредные кишечные бактерии вырабатывают формы гликогена, которые запускают иммунный ответ и повреждают мозг. После того как тревога распространилась, исследователи проследили путь вируса в ткани мозга и следы повреждений.

Не все запасённые сахара представляли опасность, поскольку наиболее вредные их формы были упакованы в более плотную и сложную структуру. Вероятно, такая компактная структура затрудняла расщепление материала клетками, что позволяло воспалительному сигналу сохраняться.

Выжило несколько видов бактерий, но один выделялся тем, что мог поселиться в организмах мышей, не содержащих микробов, и нанести больший вред. В результате, модифицируемый бактериальный продукт оказался более легкой мишенью для воздействия, чем ген, заложенный с рождения.

Боковой амиотрофический склероз разрушает двигательные нейроны, поэтому люди постепенно теряют способность говорить, двигаться, глотать и дышать. Эти клетки передают сигналы от головного и спинного мозга к мышцам, поэтому болезнь постепенно лишает организм контроля.

Лобно-височная деменция повреждает участки мозга, отвечающие за поведение, суждение и речь, и эти изменения часто проявляются на ранних стадиях. Поскольку эти заболевания могут встречаться у одного и того же человека, фактор, затрагивающий оба заболевания, будет иметь необычайно большое значение.

Один из видов кишечных бактерий оказался особенно вредным, когда исследователи ввели его мышам, у которых отсутствовала привычная микрофлора кишечника. У животных с дефицитом гена C9ORF72 он способствовал разрушению гематоэнцефалического барьера, защитного слоя вокруг мозга, и позволял иммунной системе проникать внутрь.

Гораздо более серьезные повреждения проявились, когда этот микроб присоединился к более крупной кишечной популяции, что позволяет предположить, что именно окружающая среда определяла степень его разрушительного воздействия. Этот результат соответствует тому, что происходит в кишечнике, где бактерии редко действуют в одиночку.

Облегчение пришло, когда команда начала ежедневно давать мышам альфа-амилазу — пищеварительный фермент, помогающий расщеплять длинные цепочки сахаров, — перорально. Расщепление бактериального гликогена улучшило выживаемость, даже после того, как уже развилось связанное с заболеванием воспаление.

Эти результаты заставили бактериальный гликоген выглядеть как средство лечения, которое, возможно, когда-нибудь будет испытано на людях. Тем не менее, лечение не устранило все проблемы у мышей, поэтому любые терапевтические перспективы остаются под вопросом.

Внутри головного мозга у животных, подвергшихся лечению, наблюдалось снижение активности микроглии — иммунных клеток, которые отслеживают повреждения в тканях мозга. Уровень воспалительных молекул снизился, и одновременно уменьшилась проницаемость гематоэнцефалического барьера.

Эта закономерность имела значение, поскольку активированные микроглиальные клетки могли повредить расположенные рядом нейроны, если сигналы тревоги оставались высокими слишком долго.

За короткий период тестирования двигательные функции практически не улучшились, поэтому изменения в головном мозге могут произойти до того, как улучшатся видимые симптомы. Образцы человеческого кала указывали в том же направлении, что делает результаты, полученные на мышах, значимыми.

В ходе исследования, проведенного среди 35 человек, вредный гликоген был обнаружен в 20 образцах, в том числе у 11 из 17 человек со спорадической формой БАС. Этот маркер также был обнаружен у восьми из девяти пациентов, обследованных в течение первых 18 месяцев заболевания. Такое совпадение по времени указывало на то, что он может помочь выявить заболевание на ранней стадии, хотя эта первая выборка на людях была еще небольшой.

В ходе исследования была установлена взаимосвязь между химическими процессами в кишечнике, сбоями в работе иммунной системы, генетическими факторами риска и травмами головного мозга, которые образовали единую цепочку. Для более масштабных исследований на людях еще необходимо установить, кто является носителем этих сахаров, когда они появляются и может ли их расщепление действительно замедлить развитие болезни.