Кишечная микрофлора воздействует на наш обмен веществ

23 июня 2018



У системы врожденного иммунитета, нашего первого рубежа защиты от бактериальных инфекций, есть вторая функция, которая также важна, как и первая, и эта функция — точная настройка нашего обмена веществ.

Кишечник фруктовой мушки имеет похожую с человеческим физиологию, только он проще устроен и имеет меньшие размеры.

Ученые говорят, что симбиотические (полезные) бактерии, обитающие в кишечнике, помогают нам в регуляции метаболизма. Новое исследование под руководством Паулы Уотник, доктора медицинских наук из отделения инфекционных заболеваний Бостонской детской больницы, проведенное на плодовых мушках и опубликованное 21 июня 2018 года в «Cell Metabolism» демонстрирует то, как именно наши «хорошие» бактерии это делают.

Пищеварительные клетки кишечника используют врожденные иммунные механизмы для борьбы с вредоносными бактериями. А вот другие клетки кишечника, энтероэндокринные, используют тот же путь (он известен как сигнальный путь IMD) для того, чтобы «хорошие» бактерии реагировали на изменение условий, а именно, подстраивали обмен веществ к диете или к различным видам патологических состояний желудочно-кишечного тракта. «Некоторые врожденные иммунные механизмы существуют не только для иммунитета», — говорит Уотник. «Врожденные иммунные системы кроме этого „слушают“ „хорошие“ бактерии и реагируют на полученную информацию изменением обмена веществ».

Метаболический синдром жировой инфильтрации печени у мух

Уотник и ее коллеги из своего предыдущего исследования знали, что бактерии, живущие в кишечнике мух, создают короткоцепочечную жирную кислоту — ацетат, которая необходима для липидного обмена и для инсулиновой сигнальной системы. Мухи лишенные бактериальной флоры кишечника (следовательно, и ацетата) накапливают жировые капли в пищеварительных клетках. В лаборатории Норберта Перримона, доктора философии в Гарвардской медицинской школе ранее были обнаружены похожие жировые капли у мух, чьи энтероэндокринные клетки не содержали тахикинина — инсулиноподобного белка, использующегося в процессе роста, липидного обмена и в инсулиновой сигнальной системе. «Когда имеется проблема с образованием глюкозы или липидов, жир в виде капель депонируется в клетках, которые не приспособлены для его хранения», — говорит Уотник. Новое исследование также было проведено на фруктовых мушках, которые легко и быстро размножаются (нужны только простейшие инкубаторы лабораторные) и имеют простой генотип, и, что самое главное, клетки их кишечника очень похожи на человеческие. Когда Уотник и ее коллеги проверяли подопытных мух на наличие мутаций в IMD-путях врожденной иммунной системы, они вновь увидели жировые капли в их кишечнике. Уотник считает, что эти жировые капли, которые образуются от потери либо кишечных бактерий, либо тахикинина, либо врожденного иммунного пути являются эквивалентом жировой дистрофии печени. Их скопление — признак того, что организм не способен на нормальный метаболизм углеводов и жиров. Уотник считает, что по существу, эти мушки имели метаболический синдром, который обычно развивается при ожирении и сахарном диабете I типа.

Определение роли иммунной системы в обмене веществ

Как связаны: кишечная бактерия, врожденная иммунная система и обмен веществ? Через серию экспериментов команда смогла точно выяснить, как именно бактерия оказывает влияние на метаболизм. Они обнаружили следующее:
• Иммунные пути стимулируют энтероэндокринные клетки, чтобы те вырабатывали тахикинин.
• В отсутствие любого из этой пары: бактерии или ее продукта ацетата, тахикинин не производится.
• Когда лишенным кишечной флоры мушкам давали ацетат, врожденные иммунные пути активировались, а обмен веществ нормализовался.
• Специфические рецепторы врожденной иммунной системы энтероэндокринных клеток — PGRP-LC, нуждаются в получение ацетатных сигналов.

«Мы знаем, что бактерии контролируют наш обмен веществ, но никто не подозревал, что они могут взаимодействовать с врожденными иммунными сигнальными путями в энтероэндокринных клетках», — говорит Уотник. «Возможно, эти пути являются системой, которая позволяет клеткам распознавать бактерии для различных целей».

Двустороннее взаимодействие

Данная работа также показывает, что активация врожденных иммунных путей в энтероэндокринных клетках является важнейшим фактором для нормального роста и развития мух. Когда Уотник и ее команда инактивировали этот путь, они получали мух с задержкой развития. При скармливании этим особям ацетата или при прямой реактивации у них данного врожденного иммунного пути, их рост возобновлялся.

Если Уотник могла бы сейчас подтвердить полученные результаты на млекопитающих, то дальнейшие исследования обрисовали бы общие черты того, что обеспечивает двустороннее взаимодействие между нашим микробиомом и нашим метаболизмом. «Хорошие» бактерии ферментируют питательные вещества нашей диеты и производят короткоцепочечные жирные кислоты наподобие ацетата, которые помогают нам оптимизировать использование и хранение нутриентов (биологически значимых элементов пищи). Патогенные, «плохие», бактерии действуют противоположным образом: они съедают жирные кислоты, препятствуя нормальному метаболизму. Дисбаланс в нашей кишечной микрофлоре связан с ожирением, а иногда приводит к недостаточности питания. Так как ацетат получается в процессе брожения, Уотник и ее коллеги предполагают, что употребление в пищу большего количества склонных к брожению углеводов может повысить уровень ацетата и обеспечить тем самым хороший метаболизм. Такая пища может помочь предотвратить дисбаланс в микрофлоре нашего кишечника, вызванный, например, длительным приемом антибиотиков.