Как бактерии в кишечнике могут влиять на мозг человека, вызывая тревогу и депрессию

Кишечная революция

В журнале Microbiome недавно была опубликована статья о корреляции изменений в микрофлоре кишечника с синдромом хронической усталости. Другие работы продемонстрировали зависимость симптомов болезни Паркинсона от видового состава бактерий, обитающих в желудочно-кишечном тракте.

На первый взгляд, такая связь кажется противоречащей здравому смыслу. Как могут микроорганизмы в кишечнике влиять на мозг? На самом деле ученые только начинают постигать природу этого влияния, но уже давно не сомневаются, что микрофлора играет важную роль в обеспечении благополучия всего организма, в том числе центральной нервной системы. Стоит каким-либо образом изменить состав бактерий — и человек окажется подвержен различным заболеваниям.

На каждое живое существо непрерывно воздействует внешняя среда. В наш организм через желудочно-кишечный тракт попадают различные вещества, в том числе ксенобиотики, к которым относятся пестициды, бытовые химикаты и лекарственные препараты. Бактерии, живущие внутри нас, выполняют защитную функцию, разрушая эти соединения. Однако ксенобиотики могут воздействовать на микроорганизмы, изменяя их состав и делая нас более уязвимыми к внешним факторам. Более того, из-за них могут начать размножаться вредные бактерии, которые выделяют вещества, способствующие неврологическим расстройствам.

В прошлом году исследователи из Калтека (Калифорнийского технологического института) провели интересный эксперимент на мышах: вывели генетически модифицированных грызунов, которые страдали от симптомов, похожих на болезнь Паркинсона. Оказалось, что если мыши росли в стерильных условиях, их состояние в итоге было не таким тяжелым, как у тех, что содержались в обычных клетках. Однако когда им вводили бактерии, выделенные из кишечника людей с болезнью Паркинсона, здоровье животных резко ухудшилось.

Мозговая бомба

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, американские ученые рисуют еще более пугающую картину. Оказывается, бактерии способны поместить в мозг человека «бомбу замедленного действия». Речь идет о возникновении церебральных кавернозных мальформаций (ЦКМ) — дефектов капиллярных сосудов, которые могут быть причиной разнообразных симптомов: головные боли, судороги, паралич, потеря зрения или слуха. Иногда они приводят к кровоизлияниям и смерти. Если опасную мальформацию нельзя удалить хирургически, единственное, что могут сделать врачи, — обеспечить паллиативный уход за больным. Эффективной терапии этого состояния пока не существует.

Однако если знать причину возникновения мальформаций, можно предупредить их развитие. Предыдущие исследования показали, что склонность к ним может передаваться по наследству. В этом случае главным фактором являются мутации в генах, способствующих росту стенок кровеносных сосудов. При этом, несмотря на наличие одинаковых мутаций, у разных людей ЦКМ проявляются по-разному, что указывает на наличие еще одного фактора.

В своих экспериментах биологи из Пенсильванского университета тоже использовали генетически модифицированных мышей, но на этот раз — склонных к развитию сосудистых дефектов в мозге. Ученые позволили им скрещиваться между собой и наблюдали за состоянием нескольких поколений. В конечном итоге были обнаружены резистентные индивиды, у которых не было ни следа мальформаций, хотя мутации не исчезали. Исследователи заметили, что если в кишечнике у таких животных присутствовали патогенные бактерии Bacteroides fragilis, вызывающие нагноения, то мальформации вновь проявлялись. Чтобы проверить, действительно ли микроорганизмы стали причиной ЦКМ, биологи ввели бактерии в брюшную полость 16 резистентных мышей. В результате у девяти животных развились воспаление селезенки и сосудистые дефекты.

Когда иммунная система атакует Bacteroides fragilis, погибшие бактерии выделяют вещество, называемое липополисахаридом. Оно провоцирует чрезмерное усиление воспалительных реакций и может привести к полиорганной недостаточности. Ученые ввели липополисахарид, выделенный из микроорганизмов, в организм генетически модифицированных и обычных мышей. У животных с мутациями вещество вызывало появление сосудистых повреждение в мозге.

Чтобы попасть в мозг, соединение должно пройти гемато-энцефалический барьер — физиологический барьер между кровеносной системой и центральной нервной системой. Он предохраняет мозг от попадания в него микроорганизмов и токсинов. Исследователи считают, что липополисахарид оказывает влияние на нервную систему, активируя рецепторы TLR4, расположенные в кровеносных сосудах. TLR4, в свою очередь, способствуют ненормальному росту клеток, что приводит к образованию мальформаций.

Внутренняя власть

Кишечные бактерии могут влиять и на психическое состояние. В 2000 году наводнение в канадском городе Уокертон привело к заражение питьевой воды микроорганизмами. Более двух тысяч человек пострадали от острых желудочно-кишечных инфекций, у многих развился синдром раздраженного кишечника (СРК). Для людей с СРК характерно тревожное и депрессивное состояние.

Конечно, хроническое заболевание само по себе может вызвать депрессию, однако ученые выяснили, что определенные психические состояния могут передаваться со штаммами микроорганизмов. Эксперименты на мышах, в ходе которых специалисты пересаживали кишечную микрофлору от одного животного другому, показали, что таким образом можно «трансплантировать» более смелое или трусливое поведение.

Множество доказательств связи мозга и кишечных бактерий получено с использованием животной модели, однако нельзя отрицать, что эта зависимость имеется и у человека. Ученые считают, что исследование микрофлоры и ее влияния на нервную систему поможет в лечении неврологических заболеваний и даже психических расстройств.