Mikrobiom jelit wpływa na odpowiedź immunologiczną w mózgu przez całe życie, co może rzutować na przebieg schorzeń dotykających ten narząd. Naukowcy z University Medical Center w Freiburgu odkryli takie efekty u myszy. Funkcja mózgowych makrofagów jest sterowana przez metabolity bakterii jelitowych – krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe.
U myszy pozbawionych naturalnej flory jelitowej doszło do zahamowania rozwoju mikrogleju. Badanie to podkreśla znaczenie zrównoważonej diety w profilaktyce chorób mózgu i wskazuje, że może istnieć związek pomiędzy mikrobiotą jelit a genezą chorób neurodegeneracyjnych. Wyniki te opublikowano w czasopiśmie Nature Neuroscience. Komórki mikrogleju są znane jako fagocyty lub makrofagi mózgu. Eliminują atakujące patogeny i usuwają martwe komórki mózgowe, przyczyniając się tym samym do plastyczności tego narządu przez całe życie. Wadliwie komórki mikrogleju odgrywają rolę w licznych chorobach mózgu. Do tej pory dojrzewanie i aktywacja tych komórek nie była jasna.
Bez bakterii jelitowych, komórki układu odpornościowego w mózgu stają się zdeformowane.
Prof. Dr Marco Prinz, dyrektor medyczny w Instytucie Neuropatologii University Medical Center w Freiburgu, stoi na czele grupy badawczej, w której skład wchodzą członkowie z Freiburga, Rehovot (Izrael), Monachium, Moguncji , Kolonii i Berno (Szwajcaria). Wraz z wiodącymi autorami, dr Daniel Erny i Anna Lena Hrabě de Angelis był w stanie wykazać – za pomocą różnych modeli na myszach – że działanie mózgowego układu odpornościowego zależy od zdrowych bakterii jelitowych. Naukowcy zbadali zwierzęta, które zostały wychowane i trzymane w całkowicie sterylnych warunkach. Mikroglej tych zwierząt był zdeformowany i niedojrzały, i prawie nie odpowiadał na sygnały zapalne w mózgu.” Nasze wyniki wskazują na stały przepływ informacji między bakteriami jelitowymi a makrofagami w mózgu”, mówi prof. Prinz. Zwierzęta, których jelitowe bakterie zostały wyeliminowane przez czterotygodniową kurację antybiotykami wykazywały również osłabioną odporność. Gdy zetknęły się ze zwierzętami zasiedlonymi prawidłową florę jelit, szybko rozwijały własną, co miało pozytywny wpływ na ich odpowiedź immunologiczną. Według neuropatologa, ogólny wynik pokazuje, że „im bardziej różnorodne bakterie jelitowe, tym lepiej rozwinięty mikroglej.”
Zaobserwowano znaczący wpływ mikroflory gospodarza na homeostazę komórek mikrogleju. U myszy wolnych od zarazków (ang. GF – germ free) zostało to uwidocznione jako globalne wady w mikrogleju ze zmienionym rozmiarem komórek i niedojrzałym fenotypem, co z kolei prowadzi do upośledzonej wrodzonej odpowiedzi immunologicznej. Czasowa eliminacja mikroflory gospodarza znacznie zmieniła właściwości mikrogleju, a ograniczona różnorodność mikrobioty doprowadziła do uszkodzeń tej tkanki. Z kolei ponowna kolonizacja mikrobiomem o zróżnicowanym składzie częściowo przywróciła funkcje mikrogleju. Krótko łańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) regulują zachowanie równowagi mikrogleju; w związku z tym, myszy pozbawione specyficznego receptora błonowego (FFAR2) dla krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, odzwierciedlały wady w mikrogleju, analogiczne do tych, obecnych u myszy wolnych od zarazków (GF). Wyniki te sugerują, że bakterie gospodarza zasadniczo regulują dojrzewanie i funkcje mikrogleju, a uszkodzenia w obszarze tych komórek mogą do pewnego stopnia zostać naprawione poprzez wpływ na złożoność flory bakteryjnej. Na zdjęciu: zdrowy mikroglej u zwierząt z normalną mikrobiotą (po lewej). Zwierzęta pozbawione prawidłowej flory jelitowej charakteryzują się ograniczonym dojrzewaniem i funkcjonowaniem mikrogleju (po środku). Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe dostarczane z pokarmem wspierają komórki mikrogleju, nawet u osobników pozbawionych odpowiednich komensali.
Sfermentowany błonnik reguluje odpowiedź immunologiczną mózgu
Badacze zaobserwowali też, że kwasy tłuszczowe o krótkim łańcuchu działają jak sygnał między florą jelitową a mikroglejem w mózgu. Kwasy tłuszczowe o krótkich łańcuchach są produktem fermentacji bakteryjnej błonnika, produktów mlecznych i innych produktów spożywczych. Mogą podróżować do mózgu za pośrednictwem krwiobiegu, gdzie pomagają komórkom mikrogleju szybko i skutecznie zwalczać wszelkie reakcje zapalne. „Nasze wyniki pokazują, jak ważna jest zbilansowana dieta, przyczyniająca się do produkcji bakteryjnych krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, dla zdrowia psychicznego”, mówi prof Prinz.
Czy flora jelitowa ma również wpływ na chorobę Alzheimera, chorobę Parkinsona i stwardnienie rozsiane?
Badanie może okazać się bardzo istotne dla ludzi. „Nasze wyniki są zgodne z poprzednimi badaniami klinicznymi i badaniami prowadzonymi przez inne grupy,” wyjaśnia profesor Prinz. Zaburzenia autoimmunologiczne jelit, takie jak choroba Crohna, powiązano z brakiem krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Rozpatrywano leczenie przeszczepem kału, co oznacza, że flora jelitowa jest przekazywana od jednej osoby do drugiej. Określenie jak silny jest wpływ mikrobiomu na funkcjonowanie jelit i rozwój ludzkiego mózgu, pozostaje nadal do odkrycia.
- Erny D, Hrabě de Angelis AL, Jaitin D, et al., Host microbiota constantly control maturation and function of microglia in the CNS. Nat. Neurosci. 18, 965–977 (2015).
- Benjamin Waschow, Host microbiota keep the brain healthy. Universitätsklinikum Freiburg
- foto.: ZEISS Microscopy