Взаимосвязь кишечного микробиома, нейровоспаления и патологии центральной нервной системы

Нейровоспаление является одной из наиболее спорных и неоднозначных тем, которой посвящено огромное количество работ в последние годы [1, 2, 3]. Такой повышенный интерес к данной проблеме вызван тем, что авторы, изучающие ее, предлагают пересмотреть основные концепции ключевых звеньев таких нейродегенеративных заболеваний, депрессии, бокового амиотрофического склероза, и предлагают связывать инициальное звено патогенеза с воспалительными процессами [4]. В некоторых работах можно найти подтверждения необходимости пересмотра или хотя бы дополнения теории о нарушения в конформации и свертывании предшественника бета-амилоидного белка — одной из важнейших теорий, объясняющих патогенез болезни Альцгеймера. Авторы рассматривают совершенно новый и нераспространенный взгляд на данный патологический процесс: инициальным звеном патогенеза нейродегенеративных расстройств они предлагают считать изменения, происходящие в кишкечной микрофлоре пациента.

Цель данной статьи — обзор основных данных по проблеме взаимосвязи кишечного микробиома, воспалительного процесса в кишечнике и центральной нервной системы. Изменения начинаются в нарушениях состава нормальной микрофлоры (формирование специфического дисбиоза), или же — в изменении адекватного метаболизма отдельных представителей микробиома, в свою очередь иммунные клетки кишечной стенки реагируют на нехарактерные для нормальных бактерий новые метаболиты (так, лиганды ариловых углеводных рецепторов могут воздействовать на врожденные иммунные клетки, индуцировать синтез интерлейкина-22 (Il-22), а также специфически активировать Т-клетки) [5]. Подобные патологические изменения ведут к формированию состояния хронического воспаления в кишечной стенке: в крови повышаются уровни таких провоспалительных цитокинов, как Il-1, ФНО, интерферон-гамма, и т. д. Данные медиаторы могут в течение продолжительного времени воздействовать на глиальные компоненты нервной ткани. Специфическое воздействие на эти клетки может запускать достаточно сложный каскад реакций, обуславливающих синтез других веществ глиальными клетками, которые, в свою очередь, могут действовать на нейроны, изменяя их метаболизм, и на ближайшее окружение, вызывая распространение провоспалительного ответа на другие отделы центральной нервной системы [6].

Главным субстратом указанных процессов является изменение морфологии глиальных клеток в ответ на активацию провоспалительными цитокинами [7]. Доказана способность липополисахарида (LPS), содержащегося в грамотрицательных бактериальных клетках, и некоторых медиаторов воспаления координально менять метаболизм и функционирование микроглии и астроцитов, переводя клетки из нормального состояния «наблюдателя» в активированное защитное состояние — морфологически это проявляется в изменении структуры клеток — из небольших глиальных клеток с тонкими отростками они превращаются в гипетрофированные клетки с толстыми отростками.Данные изменения связаны с активацией некоторых внутриклеточных сигнальных путей, один из которых — путь, связанный с семейством митоген-активируемых протеинкиназ (MAPK), активацией ядерного фактора (NF-kb) и синтезом провоспалительных интерлейкинов. Следует отметить специфическую форму взаимодействия между клетками в ЦНС при подобных процессах: оно происходит посредством внеклеточных везикул (эктосом), содержащих множество разнообразных факторов — ферментов, набор различных микроРНК, эндосом-специфических белков, и провоспалительных цитокинов. Некоторые авторы предполагают, что именно благодаря эктосомам происходит активное воздействие глии на нейроны и контроль многих функций и метаболизма нервных клеток. В последнее время появляются предположения, что обнаружение некоторых разновидностей эктосом можно рассматривать в качестве диагностического маркера некоторых патологий нервной системы

Выводы: Некоторые из указанных молекулярных и физиологических основах взаимосвязи между воспалительным процессом в кишечнике (а, возможно, и в других органах организма) необходимо учитывать при проведении исследований и экспериментов по изучению патологий нервной системы; важно понимать, что данная вззаимосвязь может в перспективе стать одой из ключевых, объясняющих патогенетические механизмы депрессии, нейродегенеративных расстройств, бокового амиотрофического склероза [8]. Иммунная система, являясь связующим звеном между микробиомом и ЦНС, может в перспективе стать мишенью для профилактики и лечения указанных расстройств.

Литература:

1. Ransohoff RM. How neuroinflammation contributes to neurodegeneration. Science. 2016 Aug 19;353(6301):777–83. doi: 10.1126/science.aag2590
2. Kempuraj D, Thangavel R, Natteru PA, Selvakumar GP, Saeed D, Zahoor H, Zaheer S, Iyer SS, Zaheer A. Neuroinflammation Induces Neurodegeneration. J Neurol Neurosurg Spine. 2016;1(1)
3. McManus RM, Heneka MT. Role of neuroinflammation in neurodegeneration: new insights. Alzheimers Res Ther. 2017 Mar 4;9(1):14. doi: 10.1186/s13195–017–0241–2
4. Angelova PR, Abramov AY. Alpha-synuclein and beta-amyloid — different targets, same players: calcium, free radicals and mitochondria in the mechanism of neurodegeneration. Biochem Biophys Res Commun. 483(4):1110–1115. (2017)
5. van den Elsen LWJ, Garssen J, Burcelin R, Verhasselt V. Shaping the Gut Microbiota by Breastfeeding: The Gateway to Allergy Prevention? Front Pediatr. 2019 Feb 27;7:47. doi: 10.3389/fped.2019.0004
6. Yao YY, Bian LG, Yang P, Sui Y, Li R, Chen YL, Sun L, Ai QL, Zhong LM, Lu D. Gastrodin attenuates proliferation and inflammatory responses in activated microglia through Wnt/β-catenin signaling pathway. Brain Res. 2019 Apr 23. pii: S0006–8993(19)30226–4. doi: 10.1016/j.brainres.2019.04.025
7. Dora Brites, Adelaide Fernandes. Neuroinflammation and Depression: Microglia Activation, Extracellular Microvesicles andmicroRNA Dysregulation. Front Cell Neurosci. 2015; 9: 476. doi: 10.3389/fncel.2015.00476
8. Marta Sochocka, Katarzyna Donskow-Łysoniewska, Breno Satler Diniz, Donata Kurpas, Ewa Brzozowska, Jerzy Leszek. The Gut Microbiome Alterations and Inflammation-Driven Pathogenesis of Alzheimer’sDisease—a Critical Review. Mol Neurobiol. 2019; 56(3): 1841–1851. doi: 10.1007/s12035–018–1188–4.