Кишечные микроорганизмы и перспективы неврологических заболеваний. Часть 1.

Желудочно-кишечный тракт каждого здорового человека состоит из уникального набора кишечной микробиоты, которая в совокупности содержит разнообразное и сложное сообщество, насчитывающее более 100 триллионов микроорганизмов, включая бактерии, вирусы, археи, простейшие и грибы.

Археи — это класс прокариотов, существовавший в географической истории миллиарды лет. В последние годы ученые более глубоко изучают архей и открывают их магию. Среди них наиболее удивительной является связь между архей и памятью.

Как мы все знаем, память является важной функцией человеческого мозга. Если мы потеряем память, нам станет очень тяжело. Но знаете ли вы? Археи могут способствовать развитию человеческой памяти.

Исследования показали, что археи могут производить вещество под названием «лизергиновая кислота», которое может стимулировать активность нейронов головного мозга и улучшать память человека. Лизергиновая кислота также может влиять на частоту мозговых волн и улучшать память и способность к обучению, изменяя ритм мозга.

Кроме того, археи также могут улучшить наше настроение и качество сна. Здоровое тело и эмоциональное состояние являются важными предпосылками сохранения памяти.

Поэтому, чтобы сохранить здоровый мозг и хорошую память, мы можем предотвратить и лечить, потребляя продукты, богатые архей. Такие продукты, как йогурт и ферментированные соевые продукты, богаты архей. Кроме того, иногда в продуктах для здоровья можно обнаружить ингредиенты архей.

Таким образом, существует тесная связь между архей и памятью. Правильно потребляя продукты, богатые археями, мы можем поддерживать здоровый мозг и хорошую память, делая нашу жизнь лучше. Видно, что нам необходимо улучшить нашу память, а цистанхе может значительно улучшить память, потому что цистанхе — это традиционное китайское лекарственное средство, обладающее множеством уникальных эффектов, одним из которых является улучшение памяти. Эффективность Cistanche обусловлена ​​различными содержащимися в нем активными ингредиентами, в том числе дубильной кислотой, полисахаридами, флавоноидными гликозидами и т. д. Эти ингредиенты могут способствовать здоровью мозга разными способами.

Нажмите «Узнай 10 способов улучшить память»

Кишечные микробы имеют симбиотические отношения с нашим телом. Состав микробиоты формируется на раннем этапе жизни в результате созревания кишечника, на которое влияют несколько факторов.

Кишечные бактерии играют решающую роль в поддержании иммунного и метаболического гомеостаза и защите от патогенов. Дисбиоз микробиоты кишечника связан не только с кишечными расстройствами, но и с внекишечными заболеваниями, такими как метаболические и неврологические расстройства.

В этом обзоре авторы рассматривают различные исследования, которые выявили возможные гипотезы и связи в развитии неврологических расстройств, связанных с микробиомом кишечника.

Представлен первый проект: 30 ноября 2020 г.; Принято к публикации: 20 мая 2021 г.; Опубликовано онлайн: 14 июля 2021 г.

Ключевые слова: болезнь Альцгеймера • тревога • расстройство аутистического спектра • ось кишечник-мозг • кишечные микроорганизмы • микробиом • рассеянный склероз • неврологическое заболевание • болезнь Паркинсона • шизофрения.

Кишечные микроорганизмы, обитающие в желудочно-кишечном тракте человека, являются важной частью развития человека, поскольку они служат крупнейшим связующим звеном между хозяином, факторами окружающей среды и антигенами в организме человека.

Число кишечных микробов в нашем кишечнике превышает 1014, и все они призваны формировать взаимовыгодные отношения (симбиоз) с организмом. Бактерии, археи и эукариоты, населяющие желудочно-кишечный тракт, приносят пользу людям несколькими способами посредством ряда физиологических функций, таких как укрепление целостности кишечника или формирование кишечного эпителия, регулирование иммунитета хозяина, защита от патогенов, сбор энергии и обеспечение питательными веществами, такими как витамины [1]. .

Эти симбиотические отношения являются результатом действия нескольких факторов окружающей среды, которые инициируются во время контакта плода с вагинальной микробиотой во время рождения [2]. Кишечные микроорганизмы играют важную роль в организме человека, помогая правильному росту и развитию.

Исторически кишечные микроорганизмы считались благом для человека из-за их благотворного воздействия на здоровье.

Однако, как ни удивительно, недавние исследования показали, что кишечные микробы оказывают влияние на заболевания центральной нервной системы (ЦНС) из-за двунаправленной связи между микробиомом кишечника и ЦНС, известной как ось микробиота-кишечник-мозг. общее развитие и функции мозга.

Нервно-дегенеративные и психические расстройства связаны с изменениями количества кишечной флоры. Следовательно, недавно была выявлена ​​связь между рядом кишечных микроорганизмов и наиболее распространенными формами неврологических заболеваний (например, болезнью Альцгеймера [БА], рассеянным склерозом [РС], шизофренией).

Хотя механизмы и роль кишечных микроорганизмов в развитии этих заболеваний плохо изучены, в нескольких недавних исследованиях были предложены различные возможные гипотезы, объясняющие, как кишечные микроорганизмы могут влиять на их развитие [3,4].

В этом обзоре представлен всесторонний обзор кишечных микроорганизмов и их развития, а также их роли в организме человека и участия в неврологических заболеваниях, включая обновленные гипотезы микробного патогенеза неврологических заболеваний.

Состав и разнообразие кишечных микроорганизмов

Микробиота кишечника состоит из нескольких видов микроорганизмов, включая бактерии, дрожжи и вирусы.

Состав кишечных микробов меняется на протяжении всей нашей жизни в соответствии с изменениями анатомического, диетического и нутритивного статуса (например, худощавость, ожирение, анорексия), а также патологическими (системные и желудочно-кишечные инфекции), окружающей средой (например, климат, рабочее место, образ жизни, состав семьи). и фармакологические (например, применение антибиотиков, пробиотиков, слабительных средств, прокинетиков) факторы [5].

Микробиота человека содержит такие компоненты, как археи, вирусы, грибы, дрожжи и другие эукариоты (например, Blastocystis и Amoebozoa), которым не уделялось внимания в исследованиях, а информация о комменсальных грибах, археях и простейших также скудна [5,6]. .

Согласно систематике бактерии можно разделить на типы (в биологии тип [множественное число] — это уровень классификации или таксономический ранг ниже царства и выше класса), классы, отряды, семейства, роды и виды [7].

Доминирующие типы микробов кишечника состоят из Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria и Verrucomicrobia, при этом 90% микробиоты кишечника состоит из двух типов Firmicutes и Bacteroidetes.

Филум Firmicutes состоит из более чем 200 различных родов, включая Lactobacillus, Bacillus, Clostridium, Enterococcus и Ruminococcus, причем 95% этого типа состоит из рода Clostridium.

Преобладающие роды, включающие Bacteroidetes, включают Bacteroides и Prevotella, тогда как тип Actinobacteria менее распространен и представлен в основном родом Bifidobacterium.

Микробиота кишечника характеризуется наличием скоплений бактерий, называемых энтеротипами, а три энтеротипа характеризуются тремя доминирующими бактериальными кластерами: Bacteroides (энтеротип I), Prevotella (энтеротип II) и Ruminococcus (энтеротип III).

Энтеротип I в основном получает энергию из углеводов с использованием путей гликолиза и пентозофосфата, тогда как энтеротипы II и III могут разрушать муциновые гликопротеины слоя слизистой оболочки кишечника [8,9].

В каждой части желудочно-кишечного тракта микробиота кишечника человека различается таксономически и функционально и варьируется у одного и того же человека в зависимости от детского возраста, факторов окружающей среды, таких как использование антибиотиков. Было обнаружено, что кишечные бактериофаги являются основным компонентом кишечного вирома. – составляют около 90% его состава, имитируя рост бактериальной микробиоты у младенцев и, как полагают, остаются стабильными во взрослой жизни [10].

Среди генов, консервативных в ходе эволюции кишечных вирусов, некоторые собирают энергию для таких действий, как транспорт и деградация углеводов [11–13].

Эти свойства обычно проявляются вирусами растений, полученными из рациона, которые обладают способностью контролировать бактериальную микробиоту человека или метаболизм хозяина, включая синтез белка, а также синтез и деградацию углеводов [14].

Интересно, что новые метагеномные методы позволили нам определить состав вирома кишечника и показали, что кишечник населен целым рядом патогенов. Такие патогены, как Норуолк, Ротавирус и Энтеровирус, вызывают гастроэнтерит, поскольку они напрямую повреждают энтероциты или изменяют секрецию ионов и воды в толстой кишке.

Кроме того, обнаружен большой список неопределяемых гигантских вирусов (происходящих из простейших и паразитов), а также вирусов растительного происхождения и бактериофагов [15,16].

В сообществе микробиома кишечника доминируют в основном бактерии, и в результате исследования состава кишечных микробов традиционно были сосредоточены на бактериях. Однако недавно новые исследования выявили наличие других микробов, которые могут оказать большое влияние как на укрепление здоровья, так и на индукцию заболеваний у хозяев.

Таким образом, важно также проводить исследования забытых микробов, чтобы узнать больше о любых патогеникролах при неврологических и других заболеваниях.

Роль кишечных микроорганизмов в организме человека

Кишечные микроорганизмы играют очень важную роль в здоровье, выполняя различные функции, необходимые для роста и развития организма. И наоборот, дисбаланс этих микробов может привести ко многим заболеваниям или расстройствам, связанным со здоровьем.

Микроорганизмы и их метаболиты

Миллионы бактерий, живущих в кишечнике, влияют на гомеостаз хозяина. Микробиота устанавливает симбиотические и мутуалистические отношения с хозяином, что означает, что выживание и хозяина, и бактерий зависит друг от друга.

Микробиом отвечает за поставку необходимых питательных веществ; синтез витаминов, ферментов и аминокислот; метаболизм ксенобиотиков и лекарств; переваривание целлюлозы; осуществление ангиогенеза; усиление функции кишечных нервов (табл. 1) [17–20]; и синтез короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК), которые включают метаболиты, такие как бутират, пропионат и ацетат [21].

Толстокишечные организмы, такие как Bacteroides, Roseburia, Bifidobacterium и Enterobacteriaceae, участвуют в ферментации углеводов и неперевариваемых олигосахаридов, что приводит к синтезу SCFAs, улучшая здоровье кишечника [22,23].

Bacteroides thetaiotaomicron, представитель рода Bacteroides, также участвует в ферментации углеводов [24]. Было показано, что B thetaiotaomicron демонстрирует большую экспрессию колипазы, фермента, необходимого липазы поджелудочной железы для переваривания липидов [25].

Bacteroidetes и Firmicutes способствуют метаболизму непереваренных остатков пищи. Lactobacillus plantarum поддерживает целостность кишечного барьера и предотвращает попадание кишечных бактерий, бактериальных токсинов, частично переваренных жиров и белков в кровоток, тем самым предотвращая появление характерных симптомов синдрома повышенной проницаемости кишечника [26].

В противном случае непереваренный кишечник или поврежденная его слизистая оболочка позволили бы непереваренным частицам пищи, токсичным отходам и бактериям просачиваться через кишечник и попадать в кровоток, тем самым вызывая иммунный ответ, вызывая общесистемное воспаление и делая человека восприимчивым к множеству заболеваний. расстройства.

Недавние исследования на мышах показали, что SCFAs, в частности бутират, улучшают целостность кишечного барьера [21]. Микробиота защищает хозяина, предотвращая появление и рост патогенов.

Защитный эффект реализуется посредством различных механизмов. Например, кишечные бактерии конкурируют за связывание с щеточной каймой эпителиальных клеток кишечника, тем самым предотвращая прикрепление и проникновение болезнетворных бактерий в эпителиальные клетки [31].

Более того, кишечные микробы конкурируют за питательные вещества, предоставляемые хозяином, подавляя рост патогенных конкурентов. Кроме того, бактериоцины, продуцируемые микробиотой кишечника, подавляют рост патогенных бактерий [32,33].

Микробиота также влияет на развитие ЦНС через выработку нейромедиаторов и нейромодуляторов, а ее отсутствие связано со многими проблемами, связанными с развитием ЦНС [34].

Представители родов Lactobacillus и Bifidobacterium синтезируют гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК); Эшерихии, палочки и сахаромицеты синтезируют норадреналин; Candida, Streptococcus, Escherichia и Enterococcus синтезируют серотонин; Bacillus и Serratia синтезируют дофамин; а Lactobacillus синтезируют ацетилхолин [27].

Представители рода Bacteroides синтезируют конъюгированную линолевую кислоту, обладающую противодиабетическими, антиатерогенными, антиобесогенными, гиполипидемическими и иммуномодулирующими свойствами [28,29].

Метаболизм некоторых пищевых белков обусловлен взаимодействием между хозяином и микробиотой кишечника, каждый из которых выполняет соответствующие метаболические функции; например, бактериальный фермент гистаминдекарбоксилаза превращает L-гистидин в гистамин [35]. Бактерии также могут синтезировать аминокислоты, которые будут использоваться хозяином; однако эта функция во многом зависит от роли микробиоты в использовании аминокислот.

Микробиота кишечника также принимает участие в расщеплении пищевых полифенолов (например, флаванолов, флаванонов, флаван3-олов), которые остаются неактивными при приеме внутрь. Bacteroides distasonis, Bacteroides Uniformis, Enterococcus casseliflavus и Eubacterium ramulus переваривают флаванолы; Butyrivibrio spp.

переваривать дубильные вещества, особенно полифенолы клюквы и малины; Clostridium orbiscindens и Enterococcus avium переваривают флавоны; и L plantarum, Lactobacillus casei, Lactobacillus acidophilus и Bifidobacterium longum переваривают антоцианидины [30].

Следует также отметить, что наряду с рядом преимуществ ферментация белка включает в себя выработку определенных метаболитов, которые могут вызвать ряд физиологических дефектов у хозяина. Микробиота кишечника также способствует метаболизму ксенобиотиков.

Ксенобиотики — это чужеродные соединения, которые не производятся самим хозяином, а называются фармацевтическими препаратами, экологическими токсикантами и токсинами. Кишечные микробы управляют метаболизмом ксенобиотиков посредством двух разных механизмов: прямого и косвенного, в зависимости от факторов диеты и образа жизни [36].

Кишечные микробы индуцируют метаболизм ксенобиотиков посредством инактивации метаболитов ксенобиотиков, биоактивации предшественников ксенобиотиков, реактивации метаболизма ксенобиотиков, детоксицированных хозяином, или изменения экспрессии кишечной проницаемости хозяина.

Ось кишечник-мозг

Взаимодействие кишечника и мозга выявляет физиологическую связь между ними, обеспечивающую установление желудочно-кишечного гомеостаза, а также поддержание когнитивных и лимбических функций.

Взаимоотношения между ЦНС, вегетативной нервной системой (АНС), энтеральной нервной системой (ЭНС) и осью гипоталамо-гипофиз-надпочечники (HPA) организма называются «осью кишечник-мозг».

Взаимодействие предполагает прямые и косвенные пути между когнитивными и эмоциональными центрами головного мозга и периферическими функциями кишечника.

Ось кишечника-мозга представляет собой комбинацию симпатических и парасимпатических ветвей ВНС, которые передают афферентные и эфферентные сигналы соответственно, соединяя ось кишечник-мозг.

Экспериментальные данные показывают, что микробиота кишечника оказывает значительное влияние на ось кишечник-мозг и что нарушение регуляции микробиома кишечника может привести к развитию иммунологических, неврологических и психиатрических расстройств [37–40].

Дисбаланс в составе микробиоты кишечника также связан с желудочно-кишечными расстройствами.

For more information:1950477648nn@gmail.com