Кишечная микробиота напрямую контактирует с мозгом, показывает новое исследование из Института Пастера

Побочные продукты кишечной микробиоты циркулируют в кровотоке, регулируя физиологические процессы организма, включая иммунитет, обмен веществ и функции мозга. Ученые из Института Пастера (партнерской исследовательской организации Парижского университета Сите, Université Paris Cité) обнаружили, что гипоталамические нейроны в животной модели обнаруживают изменения бактериальной активности и соответствующим образом адаптируют аппетит и температуру тела. Эти результаты демонстрируют, что между микробиотой кишечника и мозгом происходит прямой диалог, открытие, которое может привести к новым терапевтическим подходам для борьбы с метаболическими нарушениями, такими как диабет и ожирение. Результаты опубликованы в журнале Science.

Кишечник - это самый большой резервуар бактерий в организме. Растущее количество фактических данных показывает степень взаимозависимости между организмом-хозяином и кишечной микробиотой и подчеркивает важность оси кишечник-мозг. В Институте Пастера нейробиологи из Отдела восприятия и памяти, иммунобиологи из Отдела микроокружения и иммунитета и микробиологи из Отдела биологии и генетики бактериальной клеточной стенки поделились своим опытом, чтобы исследовать, как бактерии в кишечнике непосредственно контролируют активность определенных нейронов в головном мозге.

Ученые сосредоточились на рецепторе NOD2, который экспрессируется преимущественно лейкоцитами периферической крови. Этот рецептор обнаруживает присутствие муропептидов, которые являются строительными блоками бактериальной клеточной стенки. Более того, ранее было установлено, что варианты гена, кодирующего рецептор NOD2, связаны с расстройствами пищеварения, включая болезнь Крона, а также неврологическими заболеваниями и расстройствами настроения. Однако этих данных было недостаточно, чтобы продемонстрировать прямую взаимосвязь между активностью нейронов в головном мозге и активностью бактерий в кишечнике.

Используя методы визуализации мозга, ученые первоначально обнаружили, что рецептор NOD2 у мышей экспрессируется нейронами в различных областях мозга, и в частности, в области, известной как гипоталамус. Впоследствии они обнаружили, что электрическая активность этих нейронов подавляется, когда они вступают в контакт с бактериальными муропептидами из кишечника.

«Муропептиды в кишечнике, крови и головном мозге считаются маркерами бактериальной пролиферации», - объясняет Иво Дж. Бонека, руководитель отдела биологии и генетики бактериальной клеточной стенки Института Пастера. «И наоборот, если рецептор NOD2 отсутствует, эти нейроны больше не подавляются муропептидами. Следовательно, мозг теряет контроль над потреблением пищи и температурой тела. Мыши набирают вес и более восприимчивы к развитию диабета 2 типа, особенно у пожилых самок.»

В этом исследовании ученые продемонстрировали удивительный факт, что нейроны непосредственно воспринимают бактериальные муропептиды, в то время как считалось, что эта задача в первую очередь возложена на иммунные клетки. «Удивительно обнаружить, что бактериальные фрагменты воздействуют непосредственно на такой стратегический центр мозга, как гипоталамус, который, как известно, управляет жизненно важными функциями, такими как температура тела, размножение, голод и жажда», - комментирует Пьер-Мари Льедо, руководитель отдела восприятия и памяти Института Пастера.

Таким образом, нейроны, по-видимому, обнаруживают бактериальную активность (пролиферацию и гибель) в качестве прямого показателя воздействия потребления пищи на кишечную экосистему. «Чрезмерное потребление определенной пищи может стимулировать непропорциональный рост определенных бактерий или патогенов, тем самым ставя под угрозу баланс кишечника», - отмечает Жерар Эберл, руководитель отдела микроокружения и иммунитета Института Пастера.

Влияние муропептидов на нейроны гипоталамуса и метаболизм вызывает вопросы об их потенциальной роли в других функциях мозга и может помочь понять связь между определенными заболеваниями мозга и генетическими вариантами NOD2. Это открытие открывает путь для новых междисциплинарных проектов на стыке неврологии, иммунологии и микробиологии и, в конечном счете, для новых терапевтических подходов к заболеваниям головного мозга и нарушениям обмена веществ, таким как диабет и ожирение.

Подробнее в источнике: Bacterial sensing via neuronal Nod2 regulates appetite and body temperature, Science, 15 april 2022