Кишечник может быть причиной возрастной потери памяти

С возрастом мы становимся забывчивыми. Это часто воспринимается как аксиома, но на самом деле это далеко не так: некоторые люди сохраняют невероятную остроту ума и в 100 лет, в то время как у других потеря памяти начинается в среднем возрасте.

Хотя кажется логичным, что возрастное снижение когнитивных способностей связано со старением и дегенерацией мозга (которые, как и всё в мозге, крайне трудно поддаются лечению), есть основания полагать, что на способность мозга формировать воспоминания влияют процессы, происходящие в других частях тела.

В частности, нейронные пути, воспринимающие состояние других органов, могут влиять на когнитивные функции мозга..

Некоторые исследования показали, что микробиом кишечника влияет на обучение, память и поведение. Но пока не понятно, как работают эти связи – какие именно молекулы, микробы и механизмы взаимодействия кишечника и мозга задействованы в этом процессе – и можно ли использовать эти знания для предотвращения или обращения вспять возрастной потери памяти.

В новой работе, опубликованной в журнале Природа (Nature), исследователи обнаружили, что стареющий желудочно-кишечный тракт вырабатывает специфические молекулы, которые притупляют активность ключевого нейронного пути “кишечник-мозг”, что приводит к возрастному снижению когнитивных способностей у мышей.

Интероцепция: как наш мозг воспринимает происходящее в теле

Наши пять чувств – зрение, слух, вкус, обоняние и осязание – в совокупности известны как экстероцепция, и с возрастом они ослабевают. Что гораздо менее изучено и что особенно интересует лабораторию Кристофа Таисса в институте Arc, так это интероцепция: то, как наш мозг подсознательно воспринимает состояние периферических органов, регулируя физиологические процессы. Блуждающий нерв является основным источником интероцептивной информации, соединяющим многие важные органы, такие как сердце, кишечник, легкие и печень, с мозгом.

В этом исследовании ученые обнаружили, что передача сигналов от кишечника к мозгу через блуждающий нерв защищает мышей от возрастного снижения когнитивных функций. Более того, стимуляция специфических сенсорных нейронов кишечника, которые связаны с блуждающим нервом, , способна восстановить у старых мышей когнитивные функции, характерные для молодых особей. Таким образом, ключевым выводом этой работы является то, что с возрастом ухудшаются и наши интероцептивные ощущения, как и экстероцептивные, например зрение и слух. Но что вызывает это ухудшение? И что можно использовать вместо очков или слуховых аппаратов для восстановления интероцептивной функции?

Какое отношение к этому имеют бактерии?

Состав нашего кишечного микробиома – типы микробов, их относительное количество и, следовательно, типы метаболических процессов, происходящих в нашем кишечнике, – меняется с возрастом. Чтобы оценить, могут ли эти изменения влиять на снижение когнитивных функций, исследователи использовали несколько стратегий для переноса микробиома старых мышей молодым мышам и измерили их результаты в выполнении когнитивных задач и задач на запоминание.

Молодые мыши со микробиомом старых мышей плохо справлялись с этими тестами, как и их более старые собратья. Но истощение их микробиома с помощью антибиотиков обратило этот эффект вспять, способствуя восстановлению у мышей прежнего уровня когнитивных функций, характерного для молодого возраста. Что ученых действительно удивило, так это то, что у мышей, выращенных в стерильных условиях и не имеющих микробиома, наблюдается замедление снижения когнитивных функций с возрастом по сравнению с обычными мышами с типично стареющим микробиомом.

Все эти данные подтверждают идею о том, что какой-то компонент или побочный продукт старения микробиома запускает процесс потери памяти.

Исследователи сузили круг подозреваемых до бактерии под названием Parabacteroides goldsteinii, хотя предполагают, что свою лепту могут внести и другие микробы, связанные с возрастными изменениями. Ключевая функция этого микроба, которая запускает процесс снижения когнитивных функций, заключается в производстве молекул, называемых среднецепочечными жирными кислотами (СЦЖК). С возрастом уровень среднецепочечных жирных кислот повышается из-за увеличения количества таких бактерий, как P. goldsteinii, и они активируют миелоидные иммунные клетки, обитающие в кишечнике, которые вырабатывают сигнальные молекулы, вызывающие воспаление.

В частности, одна из этих сигнальных молекул, IL-1β, нарушает функцию сенсорных нейронов блуждающего нерва. Эксперименты позволили исследователям проследить, как СЦЖК, продуцируемые кишечными микробами, воздействуют на сенсорные нейроны и блуждающий нерв, а также на гиппокамп головного мозга, где формируются память, через кишечные иммунные клетки и выделяемые ими цитокины.

Итак, что мы можем с этим поделать?

Обнадеживает тот факт, что несколько экспериментов показывают, что мышей, у которых уже наблюдается снижение когнитивных функций, можно восстановить когнитивные функции до более молодого состояния с помощью различных вмешательств. Истощение микробиома с помощью антибиотиков обратило вспять снижение когнитивных функций, хотя это и не является жизнеспособной стратегией лечения в долгосрочной перспективе. В рамках более целенаправленного подхода исследователи использовали бактериофаг – бактериальный вирус, который влияет на активность P. goldsteinii, – и показали, что он снижает уровень среднецепочечных жирных кислот и улучшает память.

Более реалистичным вмешательством может стать воздействие на сам блуждающий нерв, чтобы предотвратить или обратить вспять его функциональное снижение в пожилом возрасте. Исследователи стимулировали блуждающий нерв, вводя мышам кишечный гормон холецистокинин или агонисты рецепторов GLP-1 (препараты, аналогичные Оземпику), и оба метода обратили вспять возрастные нарушения памяти.

Важно отметить, что эти результаты доказывают, что то, что мы традиционно называем “старением мозга”, на самом деле можно контролировать и даже обращать вспять с помощью процессов, происходящих в других частях тела, включая те, которыми относительно легко манипулировать с помощью лекарств или других существующих методов лечения.

Вопросы для будущих исследований

Исследование проводилось исключительно на мышах, что означает, что мы пока не известно, происходит ли этот процесс у людей. Ученые работают над новыми проектами, чтобы ответить на этот вопрос, и надеются, что эта статья вдохновит других ученых и врачей на изучение ее потенциальной применимости и к людям.

Одним из возможных методов лечения пациентов с тяжелой формой эпилепсии или тех, кто восстанавливается после инсульта, является стимуляция блуждающего нерва с помощью имплантированных устройств, подающих слабые электрические импульсы. Интересно, что люди, прошедшие эту процедуру, сообщали об улучшении когнитивных функций, намекая на возможность того, что активность блуждающего нерва может препятствовать потере памяти.

Также возможно, что другие биологические процессы, например хроническое воспаление или инфекция, могут способствовать дисфункции блуждающего нерва подобным образом. В дальнейшем необходимо будет выяснить, может ли стимуляция блуждающего нерва улучшить когнитивные функции у этих пациентов. Также исследователям очень интересно узнать, связан ли этот процесс с более тяжелыми формами возрастного снижения когнитивных функций, такими как нейродегенерация и деменция.