Могут ли микробы кишечника регулировать аппетит и температуру тела?

Поскольку микробов в нашем организме больше, чем клеток, неудивительно, что бактерии и другие невидимые "гости" влияют на наш метаболизм, иммунную систему и даже на наше поведение. Теперь исследователи, изучавшие мышей, выяснили, как бактерии в кишечнике млекопитающих могут посылать сигналы в мозг, чтобы регулировать аппетит и температуру тела животного, и это происходит по тому же молекулярному пути, который иммунная система использует для обнаружения бактериальных патогенов.

"Это довольно важное открытие", - говорит Антуан Адамантидис, нейробиолог из Бернского университета, который не принимал участия в работе. "Наша жизнь зависит от потребления пищи, и это еще одна [вещь], на которую могут [повлиять] бактерии".

За последние 20 лет исследователи обнаружили связи между кишечником человека и остальным организмом. Они связали определенные кишечные микробы с такими заболеваниями, как депрессия, рассеянный склероз и нарушения иммунной системы; они также зафиксировали связи нервной системы между кишечником и мозгом. Однако исследователям пока не удалось понять, как именно микробы кишечника - или молекулы, которые они производят, - влияют на мозг.

Когда определенные кишечные бактерии проникают в остальной организм, наша иммунная система обнаруживает их, воспринимая фрагменты их клеточных стенок, известные как муропептиды. Наши молекулярные детекторы этих муропептидов, белки под названием Nod2, покрывают поверхности клеток, участвующих в первой линии обороны организма. Илана Габаньи, нейроиммунолог из Института Пастера, хотела узнать, существуют ли эти молекулярные детекторы также в нервных клетках мозга.

Габаньи и его коллеги начали с генетически модифицированных мышей: Одни были сконструированы таким образом, что у них отсутствовал Nod2, а другие - так, чтобы производить флуоресцентную метку, которая отмечала место, где был сделан молекулярный детектор. Первые доказательства того, что муропептиды влияют на аппетит, были получены от мышей без Nod2. По сравнению с обычными мышами, эти грызуны с возрастом набирали лишний вес. По словам Габаньи, это говорит о том, что муропептиды могут обеспечивать "полный" сигнал в мозг, который отсутствует у мышей без Nod2. Поскольку пища может стимулировать микробы в кишечнике, прием пищи, вероятно, провоцирует выделение муропептидов, добавляет она.

Затем она и ее коллеги скормили другим мышам немного радиоактивных муропептидов. Через четыре часа они проверили, куда перемещались муропептиды в организме грызунов. Отслеживая радиоактивность, они обнаружили, что муропептиды попали в мозг. Вместе эти эксперименты показали, что Nod2 действительно вырабатывается в мозге мыши, и что муропептиды могут попасть туда в течение нескольких часов после попадания в кишечник, сообщают Габаньи и ее коллеги сегодня в журнале Science.

"Я понятия не имела, что эти [фрагменты] попадают в мозг", - говорит Кристин Макдональд, молекулярный биолог, изучающий бактериальные сенсоры организма в Кливлендской клинике.

Эксперименты также показали, что радиоактивные муропептиды накапливаются в мозге самок мышей в большей степени, чем в мозге самцов, и оказывают более сильное воздействие на самок, говорит Габаньи. Пожилые самки мышей, лишенные Nod2 в мозге, съедали за один прием пищи больше, чем мыши, не подвергшиеся генетической модификации. Они также поддерживали более высокую температуру тела и тратили меньше времени на строительство гнезд, чтобы согреться - это указывает на то, что Nod2 может играть и другие физиологические роли.

Нарушение этого пути связи между кишечником и мозгом имело и другие отрицательные стороны: Самки мышей без нормального содержания Nod2 склонны к развитию диабета и живут не так долго, как обычные мыши. У мышей, которым давали антибиотики для уничтожения кишечных бактерий, наблюдались аналогичные проблемы; исследователи считают, что это связано с тем, что муропептиды не попадали в мозг, чтобы помочь регулировать аппетит и температуру тела. 

По словам Ливии Хеке Мораис, нейробиолога из Калифорнийского технологического института, новые эксперименты выявили прямой механизм, с помощью которого бактерии могут управлять мозгом. До сих пор демонстрации таких прямых связей "отсутствовали", - добавляет Маргарет Макфолл-Нгай, биолог по вопросам развития из Научного института Карнеги.

Неясно, что было первым: роль Nod2 в мозге или его иммунная функция. "Та же самая молекула, которая предупреждает нашу иммунную систему о том, что что-то не так, может использоваться нашей нервной системой как сигнал для регулирования ключевых процессов выживания", таких как прием пищи и контроль температуры, говорит Хуан Эскобар, эволюционный биолог, изучающий микробы кишечника в Исследовательском центре питания, здоровья и благополучия Видариума, который не принимал участия в работе.

Основываясь на результатах, полученных на старых мышах-самках, Габаньи и ее коллеги предполагают, что муропептидная система контроля приобретает все большее значение, поскольку с возрастом гормональная регуляция аппетита и температуры тела снижается. Подобные гормональные изменения у женщин, вступающих в менопаузу, связаны с увеличением веса и приливами жара, поэтому исследователи задаются вопросом, может ли система муропептид-Nod2 стать негормональной мишенью для лечения этих проблем. Если эта система существует и у людей, то "потенциал [для лечения] очень велик", - говорит Мораис. 

Другие ученые подчеркивают, что результаты исследования были получены на мышах и поэтому требуют дальнейшего изучения. Но Макфолл-Нгаи отмечает, что у кальмаров Nod2 также воспринимает фрагменты клеточной стенки бактерий и помогает контролировать развитие животного. Поэтому она убеждена, что эта система коммуникации является древней и, вероятно, встречается у всех позвоночных.