В здоровом теле — здоровый дух? Как микробиота кишечника регулирует наше ментальное состояние

Что такое ось «кишечник — мозг»? Избыток какого вещества в кишечнике коррелирует с депрессией, а недостаток — с болезнью Паркинсона? Можно ли вызвать депрессию у мышей при помощи пересадки микробиоты человека? Разбирается Анна Магрычева.

Микробиота кишечника — это порядка 40 триллионов бактерий, вирусов, грибов и других микроорганизмов, которые обитают в нашем желудочно-кишечном тракте (внушительное число, не правда ли?). Все они объединены в экосистему, уникальную, как отпечатки пальцев, и работающую как самостоятельный орган.

Возможно, вы слышали, что состав микробиоты влияет на пищеварение и общее самочувствие, а заболевания ЖКТ приводят к снижению иммунитета. Но знали ли вы, что дисбаланс кишечной микрофлоры взаимосвязан с депрессией, тревожным расстройством, БАР (биполярное расстройство), ОКР (обсессивно-компульсивное расстройство), психозом и шизофренией, анорексией, аутизмом, болезнями Альцгеймера и Паркинсона?

Доказано, что состав микробиоты, особенно на ранних этапах развития, оказывает влияние на формирование нейронных сетей в участках мозга, отвечающих за когнитивные функции, долговременную и кратковременную память, особенности внимания.

Кроме того, соотношение различных микроорганизмов в кишечной среде определяет качество нервной системы — то, как мы реагируем на стресс, насколько пластичны нейроны, приспособлены ли они к росту и выживанию.

В 2021 году журнал Psychiatry опубликовал метаанализ, объединивший 60 исследований о связи кишечной микрофлоры и психических отклонений, проведенных в последнее десятилетие.

Выяснилось, что для лиц, страдающих ментальными расстройствами, характерно значительное снижение разнообразия микроорганизмов в микробиоте и недостаток бактерий, обеспечивающих защитную функцию кишечника. Например, происходит нарушение выработки серотонина, когда вместо него в организме образуются токсины, разрушающие нейронные связи и нервные волокна.

Но как микробиота кишечника связана с головным мозгом?

В современной науке существует такое понятие, как ось «кишечник — мозг». Оно описывает взаимосвязь между работой головного мозга и работой энтеральной нервной системы (нервная система, расположенная в ЖКТ), состоящей из более чем 100 миллионов нейронов. По сложности структуры она не уступает спинному мозгу.

Например, иногда мы чувствуем «холод» в желудке или тошноту в моменты волнения, хронический стресс может приводить к болям в эпигастрии, запорам и приступам диареи — за эти реакции отвечают импульсы, которые подаются от мозга в кишечник.

Но сигналы могут идти и в обратном направлении. В случае экстренной угрозы кишечник задействует блуждающий нерв, информируя мозг за считанные секунды, — так запускается рвотный рефлекс при отравлении, формируется отвращение к отдельным видам пищи при плохом самочувствии.

Есть и более сложный механизм передачи информации — ось «микробиота — кишечник — мозг». Кишечная микрофлора влияет на работу головного мозга, вырабатывая более 30 нейромедиаторов и различных гормонов. Многие из них формируются преимущественно или только в кишечнике, например нейромедиаторы серотонин и дофамин, гормон голода грелин.

В исследовании на мышах, проведенном в 2018 году учеными из США, была протестирована стимуляция лазером энтеральной нервной системы в кишечнике грызунов. Подобные манипуляции повышали содержание дофамина в головном мозге подопытных. Его всплеск в свою очередь приводил к стремлению мышей увеличить «вознаграждение», влияя на частоту воздействий.

Другой эксперимент зафиксировал, что пересадка кишечной микробиоты от людей с депрессией стерильным мышам приводила к появлению у грызунов депрессивных симптомов — тревоге, апатии и потере интереса к тому, что раньше доставляло удовольствие.

Таким образом, регулируя биохимический баланс мозга, кишечник контролирует не только процессы, связанные с пищеварением, но и психоэмоциональное состояние, закрепляя определенное поведение. Нарушение состава микробиоты и связи по оси «микробиота — кишечник — мозг» приводит к различным отклонениям в области психического здоровья и в нервной регуляции.

Начиная зарождаться еще в утробе, микробиота играет существенную роль в развитии головного мозга и ЦНС уже в первые годы жизни. Один из ключевых этапов заселения кишечника микроорганизмами происходит в процессе родов.

Согласно исследованиям, опубликованным в 2019 году в журнале Nature, дети, которые появляются на свет путем кесарева сечения, не получают необходимого объема бактерий для формирования качественной микробиоты. Это приводит к риску нарушения обмена веществ и работы нервной системы.

Позже на развитие микрофлоры кишечника начинают влиять и другие факторы. Вид вскармливания, особенности прикорма, дисбактериоз у матери, прием медикаментов, особенно антибиотиков, — всё это определяет качество и разнообразие микроорганизмов в кишечнике ребенка.

В 2022 году команда ученых из университетского медицинского центра в Утрехте, Нидерланды, представила исследования о путях передачи микробиоты от матери к младенцу. Было выявлено, что грудное вскармливание может играть решающую роль для детей, которые родились путем оперативного вмешательства. У них включается механизм компенсации: получая меньше бактерий в процессе появления на свет, они усваивают больший посев бактерий, необходимых для кишечной микробиоты, из грудного молока.

При искусственном же вскармливании возникают белковые перегрузки, организму не хватает полиненасыщенных жирных кислот, содержащихся в грудном молоке. Это оказывает токсическое действие на нервную систему младенца. Например, возникает дефицит протеина NGF (Nerve Growth Factor, фактор роста нервов), а ведь его содержание напрямую влияет на развитие нейронов в головном мозге и связь между центральной и периферической нервной системой.

С введением прикорма контакт ребенка с антигенами, содержащимися в пище, еще больше увеличивает разнообразие микроорганизмов в кишечнике. Ключевые факторы для формирования здоровой микробиоты в этот период — постепенное добавление пищи, минимизирующее срывы работы ЖКТ, а также ее насыщенность такими микроэлементами, как железо, цинк, йод. Они также играют активную роль в формировании ЦНС и мозговых структур.

Поскольку железо и йод всасываются из кишечника, дисбиоз (нарушение состава и функций микробиоты) и заболевания ЖКТ могут нарушать их усваивание. Недостаточная обеспеченность этими микроэлементами на ранних этапах жизни может приводить к задержке психомоторного развития и необратимым изменениям когнитивных функций, памяти и способности к обучению. Дефицит цинка, хотя он и изучен в меньшей степени, также коррелирует с развитием ЦНС и головного мозга, определяя поведенческие реакции.

Окончательно состав кишечной микробиоты формируется к трем годам. Считается, что во взрослом возрасте она остается относительно стабильной. Однако есть факторы, которые могут привести к преждевременному разбалансу и нарушению ее функций: уже упомянутые ранее антибиотики и различные заболевания, например гастроэнтерит, диарея путешественников, синдром раздраженного кишечника и онкология ЖКТ.

Современными учеными составлен каталог из 13 веществ, которые синтезируются кишечной микробиотой и влияют на состояние нашей психики. К их числу относятся ГАМК (гамма-аминомасляная кислота), предшественник серотонина триптофан, ДОПАК (3,4-дигидроксифенилуксусная кислота) — продукт метаболизма дофамина. Например, чрезмерно высокий уровень ДОПАК в кишечнике характерен для лиц, страдающих большим депрессивным расстройством, в то время как его недостаток коррелирует с развитием болезни Паркинсона.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Microbiology в 2023 году, был описан опыт по пересадке кишечной микробиоты женщин, страдающих нервной анорексией (НА), мышам. Была зафиксирована значительная потеря веса у испытуемых и медленное восстановление массы тела. Это позволило ученым заключить, что микроорганизмы, содержащиеся в кишечнике, коррелируют и с расстройствами пищевого поведения тоже.

При НА в кишечнике чересчур активно синтезируется серотонин, в то время как выработка дофамина и триптофана, напротив, замедляется. Это влияет на настроение и поведение. Состав и качество микробиоты тоже имеют значение: генетический дисбаланс у всего одного вида бактерий, обитающих в кишечнике (а их, как мы помним, триллионы), оказался связан с такими явлениями, как булимия и самообесценивание.

В 2024 году китайские ученые, сравнив микробиоту здоровых детей и детей с РАС (расстройствами аутистического спектра), также зафиксировали, что состав их биоматериала существенно разнится. Была выявлена явная «бедность» кишечной микрофлоры у детей с аутизмом. Тяжесть дисбиоза, в свою очередь, напрямую влияла на выраженность поведенческих симптомов, таких как раздражительность, тревога, отсутствие эмоционального контакта.

В другом метаанализе, объединившем 59 исследований, было обнаружено сходство состава микробиоты у людей, страдающих депрессией, биполярным расстройством и шизофренией. Несмотря на то, что различий, отделяющих одно заболевание от другого, зафиксировано не было, для всех этих категорий оказалось характерным повышение числа патогенных бактерий, способствующих воспалению, и сокращение численности микроорганизмов, защищающих кишечник. Также существует гипотеза, что низкое бактериальное разнообразие и увеличенная проницаемость кишечника влияют на агрессивные наклонности лиц с психическими заболеваниями.

По мере старения организма из-за постепенного истощения микробиоты вероятность снижения защитного барьера и развития воспалительного процесса в кишечнике увеличивается.

По статистике, ментальными расстройствами страдает порядка 14% лиц старше 60 лет, при этом депрессия — самое распространенное из них. Установлено, что у пожилых людей прием антидепрессантов в большинстве случаев ассоциирован с дисбиозом. Было замечено, что у испытуемых с депрессией позднего возраста, как правило, повышено число микроорганизмов, ферментирующих полисахариды, что нехарактерно для здоровых людей. У людей с деменцией и вовсе была нарушена численность 50% бактерий, взятых для исследования.

Кстати, есть и связь между дисбактериозом кишечника и эффективностью антидепрессантов. В экспериментах, проведенных на мышах, было зафиксировано, что при дисбалансе кишечной микробиоты и воспалении ЖКТ лечение флуоксетином (антидепрессант, селективный ингибитор обратного захвата серотонина — СИОЗС) не восстанавливало уровень серотонина. Но есть и хорошая новость — применение его прекурсора триптофана приводило к облегчению симптомов депрессии. Осталось проверить результаты на людях.

Так о чем это мы?

Все эти открытия позволяют выработать принципиально новый подход к лечению ментальных заболеваний. В частности, в экспериментальных методах лечения депрессии и тревоги в последние годы начинают обращать внимание на нарушения в составе микробиоты и применять пробиотики.

В двойном слепом плацебо-контролируемом исследовании, опубликованном в журнале Neuroscience Letters, авторы произвели отбор лиц с выраженными депрессивными расстройствами. Первая группа проходила лечение только СИОЗС, вторая в течение 8 недель получала СИОЗС в сочетании с пробиотиками. Эксперимент показал, что лечение антидепрессантами с применением пробиотических бактерий существеннее повышало умственную работоспособность и концентрацию внимания испытуемых и снижало распад триптофана, необходимого для выработки серотонина.

Также имеются данные, что пробиотики снижают уровень гормона стресса кортизола, улучшают сон или, например, могут способствовать предотвращению рецидивов при алкоголизме. Чрезмерное употребление алкоголя, безусловно, сказывается на работе кишечника. Однако выяснилось, что кишечная флора продолжает производить этанол даже при длительном воздержании, влияя на социализацию, увеличивая беспокойство и тягу. Ее восстановление, напротив, предположительно снижает вероятность срыва.

Кроме того, ряд исследований демонстрирует, что изменения в диете, например снижение потребления простых углеводов, влияют на когнитивные функции.

Так, основная группа мышей, участвовавших в эксперименте в 2015 году, получала питание с повышенным содержанием жиров и сахарозы, в то время как контрольная питалась сбалансированно. По результатам исследования спустя 5–6 недель был выявлен дисбиоз кишечной микробиоты в основной группе. Ему сопутствовало снижение обучаемости и памяти у испытуемых.

Установлено, что высокий уровень сахара, оказывая токсическое влияние на организм, провоцирует воспаление в токах крови и вызывает дегенеративные изменения в головном мозге. Тем самым он повышает риск и болезни Альцгеймера тоже. Изменение диеты и состава микробиоты кишечника больных в одном из экспериментов, напротив, позволило повысить защитную функцию организма и предотвратить дальнейшее развитие деменции.

Проводятся и многочисленные исследования по пересадке микробиоты для лечения психических и нейродегенеративных заболеваний. Научный эксперимент ученых из Университета Аризоны, США, опубликованный в журнале Scientific Reports, показал, что введение микробиоты здоровых людей детям с РАС существенно ослабило тяжесть симптомов у 25% испытуемых. Проведенный опыт дал выраженный пролонгированный эффект — такие симптомы, как нарушения речи, повышенная агрессивность и социальная изоляция, продолжили снижаться и спустя два года.

Трансплантация кишечной микрофлоры оказала и нейропротекторное действие на головной мозг при ранней стадии болезни Паркинсона. Современной науке известно, что толчком к развитию заболевания служит чрезмерная выработка белков в кишечнике, которые затем через блуждающий нерв накапливаются в нейронах головного мозга. На основании этой теории бельгийские ученые в 2024 году произвели пересадку микробиоты здоровых людей больным с Паркинсоном. Она дала долгосрочный положительный результат, повлияв на улучшение моторных функций.

Все эти данные, безусловно, заслуживают дальнейших исследований. Вполне возможно, работа, которая активно проводится в этом направлении, прорывные открытия в этой области со временем принципиально изменят подход в вопросах диагностики и лечения ментальных заболеваний и перевернут наши представления о собственном теле.