Ученые изучают роль оси “кишечник-мозг”

Кишечник влияет на ваше настроение, сон и даже мотивацию к занятиям спортом. Есть убедительные доказательства того, что он является отправной точкой для развития болезни Паркинсона и может быть причиной длительных когнитивных эффектов COVID-19. И он находится примерно на 60 сантиментов ниже вашего мозга.

Кишечник играет очевидную роль в нашем здоровье, переваривая то, что мы едим, и извлекая питательные вещества. Но ученые все больше осознают, что наша пищеварительная система влияет на наше общее самочувствие гораздо шире. Одним из удивительных аспектов широкого влияния кишечника на здоровье является его прямое влияние на мозг и взаимодействие с ним. Этот канал известен как ось “кишечник-мозг”.

Благодаря прямым сигналам от блуждающего нерва, который соединяет мозг и кишечник, а также молекулам, выделяемым в кровоток нашими кишечными микробами и иммунными клетками, которые перемещаются из кишечника в другие части тела, наш мозг и пищеварительный тракт находятся в постоянном взаимодействии. И когда это взаимодействие выходит из строя, это может привести к болезням и расстройствам.

Внутреннее чутье

“Связь между кишечником и мозгом является ключевой частью того, как мозг формирует картину остального тела. Этот феномен известен как интероцепция”, – объясняет доктор Кристоф Тайсс, доцент кафедры патологии Медицинской школы Стэнфордского университета. В нейробиологии существует история исследований экстероцепции – того, как мы воспринимаем внешний мир. У нас есть хорошее представление о пяти органах чувств, которые мы используем для восприятия окружающего мира, и о том, как эти сигналы передаются из внешнего мира (фотоны света, звуковые волны, молекулы аромата) в мозг в виде электрической информации.

Но когда речь заходит о наших внутренних органах, наука остается в гораздо большем неведении. Мы не знаем, сколько органов чувств задействовано в интероцепции.

Ученые до сих пор не имеют четкого представления об анатомии сенсорных нейронов в организме, о том, какие нервы соединяются с какими тканями. И исследователи только начинают открывать некоторые молекулы, задействованные во внутренних ощущениях. Но они точно знают, что многие из этих молекул образуются в кишечнике, будь то побочные продукты метаболизма или выделения бактерий, обитающих в нашем кишечнике.

“Эти молекулы чрезвычайно важны для мозга, чтобы понимать, что происходит внутри организма, а затем соответствующим образом регулировать физиологические состояния”, – говорит Тайсс.

К таким физиологическим состояниям относятся чувство голода, усталость, необходимость опорожнить мочевой пузырь или состояния, которые не поддаются осознанному восприятию, например, поддержание уровня глюкозы в крови.

Блуждающий нерв и постковидный синдром

В сотрудничестве с доктором философии Мааяном Леви из Стэнфордского медицинского университета, доцентом кафедры патологии, Тайсс изучает, как нарушение сигналов кишечно-мозговой связи во время постковидного синдрома может вызвать когнитивные проблемы, такие как “туман в голове” и провалы в памяти.

В исследовании, опубликованном в 2023 году, ученые обнаружили, что постковидный синдром связан со снижением естественного уровня серотонина в организме – сигнальной молекулы, которая вырабатывается мозгом и кишечником. В мозге серотонин влияет на настроение, сон и память. В остальном организме он играет физиологическую роль, но Тайсс и Леви обнаружили, что вырабатываемый кишечником серотонин может влиять и на мозг.

У мышиных моделей, которые имитировали постковидный синдром у человека, активность блуждающего нерва была снижена.

У животных также наблюдались нарушения памяти и другие когнитивные нарушения, сходные с теми, которые наблюдаются у людей с постковидным синдромом. Когда ученые дали мышам флуоксетин (Прозак) – антидепрессант, повышающий уровень серотонина в мозге и организме, – у животных полностью восстановились когнитивные способности.

До этих результатов ученые обсуждали, как SARS-CoV-2 может вызывать когнитивные нарушения, поскольку неясно, проникает ли вирус через гематоэнцефалический барьер. Но исследование, проведенное Тайссом и Леви, предполагает, что болезнь может оказывать прямое воздействие на мозг через блуждающий нерв, независимо от того, попадает ли вирус в мозг. Теперь исследователи хотят выяснить, может ли электрическая активация блуждающего нерва, одобренная Управлением по контролю за продуктами питания и лекарствами для лечения таких заболевания, как эпилепсия и депрессия, устойчивая к лечению, облегчить длительные когнитивные симптомы COVID-19.

“Раньше мы думали, что когнитивные способности или другие особенности мозговой деятельности связаны только с самим мозгом”, – говорит Тайсс. “Теперь мы понимаем, что существует множество способов воздействовать на мозг с периферии, в том числе из желудочно-кишечного тракта, и люди все чаще задумываются об использовании этих периферических тканей в качестве своего рода дистанционного управления функциями мозга”.

Экосистема кишечника

По-видимому, большая часть влияния кишечника на мозг обусловлена микробиомом кишечника – совокупностью (обычно) полезных бактерий и других микроскопических организмов, которые обитают в нашем пищеварительном тракте. Было показано, что введение кишечных бактерий мышам, выращенным без микробов в стерильных условиях, снижает тревожное поведение у животных, а пересадка фекалий от людей, страдающих депрессией, крысам усиливала у них депрессию и тревожное поведение.

Исследование, проведенное под руководством Тайсса и опубликованное в 2022 году, показало, что микробиом кишечника мышей влияет на их мотивацию к занятиям физическими упражнениями. Команда обнаружила, что в разнообразной популяции мышей у тех из них, кто был более склонен к бегу в колесе, был другой микробиом, чем у их малоподвижных собратьев.

Когда исследователи произвели замену микробиома с помощью пересадки фекалий, энтузиазм животных к физическим нагрузкам тоже изменился.

Ученые выяснили, что разница связана с определенными метаболитами жирных кислот, вырабатываемыми микробами у мышей, которым нравятся физические упражнения. Эти молекулы, в свою очередь, стимулируют нервы в кишечнике, которые посылают сигналы в мозг для выработки дофамина – гормона мозга, связанного с удовольствием.

Психическое здоровье человека также может влиять на здоровье кишечника. Доказано, что психологический стресс влияет на состав микробиома кишечника либо косвенно (люди, страдающие от стресса, могут переходить на диету с обилием комфортной пищи, которая, в свою очередь, изменяет состав их микробиома), либо непосредственно через молекулярные сигналы, которые передаются из мозга в кишечник и приводят к тому, что определенные виды бактерий растут и размножаются,  а также другие – умирают. Стресс часто связан с “провоспалительными” видами бактерий в кишечнике.

“Это улица с двусторонним движением, где наши кишечные микробы могут общаться с нашим мозгом, а наш мозг может общаться с нашими кишечными микробами”, – говорит доктор Джастин Зонненбург, профессор микробиологии и иммунологии, изучающий микробиом кишечника.

“Любой, кто испытывал стресс и видел, как это влияет на перистальтику его кишечника, отчетливо ощущал это на себе”.

По словам Зонненбурга, хотя мы еще не подошли к тому, чтобы целенаправленно улучшать микробиом для улучшения работы мозга, мы знаем, как поддерживать здоровье кишечника в целом. Он руководил исследованием, проведенным в 2021 году, которое показало, что рацион питания с высоким содержанием ферментированных продуктов увеличивает разнообразие микробиома кишечника и снижает общий уровень воспаления. Также было доказано, что диеты с высоким содержанием клетчатки поддерживают здоровый микробиом кишечника.

Очаг заболевания

Кишечник также может быть причиной некоторых заболеваний головного мозга. При болезни Паркинсона – нейродегенеративном заболевании, поражающем двигательные нейроны головного мозга, – проблемы с кишечником, такие как запор и изжога, на годы или даже десятилетия опережают двигательные симптомы. Исследователи обнаружили различия в микробиоме кишечника у пациентов с болезнью Паркинсона. А исследование, проведенное в 2024 году учеными из Гарварда, показало, что повреждение верхних отделов пищеварительного тракта, как при ГЭРБ или хронических язвах, увеличивает риск развития болезни Паркинсона в будущем.

Болезнь Паркинсона характеризуется скоплениями неправильно свернутого белка, известного как альфа-синуклеин, в головном мозге, подобно амилоидным бляшкам, которые являются признаком болезни Альцгеймера. Эти белковые скопления, известные как тельца Леви, могут образовываться в кишечнике – исследования показали, что неправильно свернутый белок может попадать непосредственно из кишечника в мозг через блуждающий нерв, и у людей, у которых блуждающий нерв был перерезан (редкая хирургическая операция при тяжелых язвах), риск развития болезни Паркинсона снижается.

Некоторые виды бактерий в нашем кишечнике вырабатывают белок, очень похожий на неправильно свернутый альфа-синуклеин, известный как курли.

Исследования на животных показали, что курли может стимулировать неправильное сворачивание альфа-синуклеина, намекая на то, что заболевание может возникать из-за дисфункции микробиома.

Профессор гематологии и генетики Медицинской школы Стэнфордского университета доктор медицины Ами Бхатт и профессор неврологии доктор медицины Кэтлин Постон возглавляют проект по изучению того, как могут взаимодействовать микробиом кишечника и иммунная система, вызывая болезнь Паркинсона.

В лаборатории Бхатта исследователи, в том числе Мина Чакраборти и доктор медицины Бьянка Палушай, собрали образцы кала и крови более чем у 100 человек с болезнью Паркинсона и сопоставили их со здоровыми людьми из контрольной группы, как правило, партнерами или супругами пациентов. Сравнение людей, живущих в одном доме, позволит исследователям сосредоточиться на влиянии заболевания на микробиом и иммунную систему, поскольку многие различия в окружающей среде будут устранены.

Ваш второй мозг

Кишечник также содержит самое большое количество нейронов за пределами головного мозга из всех структур организма – более 100 миллионов нейронов выстилают пищеварительный тракт человека, от пищевода до ануса. Эти клетки составляют так называемую кишечную нервную систему, которую некоторые ученые называют “вторым мозгом”.

Кишечная нервная система больше похожа на мозг, чем другие периферические нервы, потому что она состоит из множества различных типов нейронов, которые взаимодействуют друг с другом, в то время как другие периферические нервы в основном служат для связи между мозгом и телом, – говорит доктор Джулия Кальтшмидт, доцент кафедры нейрохирургии. На самом деле нервная система кишечника может действовать самостоятельно.

Ученые обнаружили, что если удалить кишечник животного и погрузить его в специальную жидкость, предназначенную для поддержания жизни нейронов, кишечник продолжает сокращаться, проталкивая свое содержимое сверху вниз.

Кальтшмидт разработала синтетические гранулы мышиных фекалий, напечатанные на 3D-принтере, для количественной оценки способности кишечника перемещать вещество.

Они изучают, как определенные гены влияют на структуру нейронов кишечника во время эмбрионального развития, а также как активность этих нейронов влияет на скорость прохождения пищи по кишечнику.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Neuron, они обнаружили, что стимуляция определенных длинных нейронов, “которые действительно великолепны по своей анатомии”, по словам Кальтшмидт, значительно ускоряет перемещение гранул по кишечнику. Кальтшмидт надеется использовать эти результаты для создания “кардиостимулятора для кишечника”, который будет стимулировать эти нервы и облегчать хронические запоры, сопровождающие старение и некоторые заболевания.

“Прием пищи и ее  переваривание действительно лежат в основе свободно двигающегося и мыслящего организма, и мы все больше осознаем важность кишечной нервной системы в этом более общем значении”, – говорит Кальтшмидт. “Эта система не только обеспечивает работу кишечника, но и играет центральную роль в поддержании здоровья и защите от болезней и, возможно, даже в нашем сознании”.

Подпишитесь на сайт Психолог в интернете
в Telegram или ВКонтакте.
Помощь психолога