Нарушение кишечного микробиома приводит к сбоям в работе мозга
В работе, опубликованной в журнале Cell Metabolism, ученые из Университетского колледжа Корка, Ирландия ученые исследовали роль микробиома кишечника в регулировании процессов, происходящих в мозге человека.
Стрессовая и циркадная (то есть отвечающая за суточный ритм) системы, хотя и выполняют разные функции, взаимосвязаны через ось гипоталамус-гипофиз-надпочечники и вегетативную нервную систему.
Стрессовая реакция позволяет быстро реагировать на угрозы, в то время как циркадные ритмы предвосхищают изменения окружающей среды, в первую очередь уровня освещенности. Глюкокортикоиды — гормоны, играющие центральную роль в обеих системах, следуют суточному ритму, контролируемому центральными часами мозга (супрахиазматическим ядром).
Это ритмичное выделение гормона влияет на реакцию на стресс в зависимости от времени суток: на пике циркадного ритма устойчивость к стрессу выше, чем в период спада.
Кишечник — стресс — мозг
Бактерии кишечника также следуют суточным циклам, которые поддерживают метаболическое здоровье, и нарушение этих циклов приводит к неравномерному уровню глюкокортикоидов и ухудшению реакции на стресс.
В новой работе ученые изучают, как микробиом кишечника регулирует взаимодействие между циркадными ритмами и реакцией на стресс. Ученые показали на мышиных моделях, что микробиом кишечника, особенно виды бактерий Lactobacillus, такие как Limosilactobacillus reuteri, влияет на суточные колебания уровня кортикостерона (аналогом этого гормона у человека является кортизол — основной гормон стресса).
При истощенном состоянии микробиома пик уровня кортикостерона повышался непредсказуемо в разное время, что свидетельствует о нарушении естественных ритмов организма. Эти гормональные изменения отразились в таких областях мозга, как гипоталамус, гиппокамп и миндалина, которые регулируют циркадные ритмы и стресс.
Экспрессия ключевых циркадных и связанных со стрессом генов была изменена в этих областях мозга и ритм был потерян. В гиппокампе и миндалине наблюдались нарушения в генах, связанных с реакцией на стресс, что повышает восприимчивость к таким расстройствам, как депрессия.
Истощение микробиома привело к изменениям в метаболизме мозга, особенно в путях, связанных с глутаматом, который имеет решающее значение для реакции на стресс. Измененная экспрессия генов в гипоталамусе и гипофизе снизила проницаемость гематоэнцефалического барьера.
Однако поведение мышей нормализовалось, когда уровень кортикостерона стал соответствовать типичным показателям. Эксперименты по переносу фекальной микробиоты показали, что Lactobacillus reuteri может напрямую влиять на уровень кортикостерона, что подтверждает роль специфических бактерий кишечника для модуляции стрессовых реакций.
Ученые пришли к выводу, что микробиом кишечника модулирует реакцию на стресс через циркадный ритм, оказывая влияние на ключевые области мозга, вовлеченные в циркадные и стрессовые системы. Истощение микробиома может привести к изменению паттернов выброса кортикостерона и поведению, связанному со стрессом.