По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 57.02-578-579.22-612.82-615.32616.8-616.8-09 DOI:10.33920/MED-12-2209-07

Роль микробиоты кишечника в патогенезе нейродегенеративных заболеваний

Шавкута Галина Владимировна д-р мед. наук, профессор, 344022, Россия, г. Ростов-на-Дону, пер. Нахичеванский, 29, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ростовский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, кафедра общей врачебной практики (семейной медицины) (с курсами гериатрии и физиотерапии), заведующая кафедрой, тел.: 89094069504, e-mail: semmed@mail.ru, ORCID 0000-0003-4160-8154
Яковлева Наталья Владимировна канд. мед. наук, 344022, Россия, г. Ростов-на-Дону, пер. Нахичеванский, 29, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ростовский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, кафедра общей врачебной практики (семейной медицины) (с курсами гериатрии и физиотерапии), доцент кафедры, тел.: 89508678290, e-mail: brungyl@yandex.ru, ORCID 0000-0002-0647-0084
Шнюкова Татьяна Викторовна канд. мед. наук, 344022, Россия, г. Ростов-на-Дону, пер. Нахичеванский, 29, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ростовский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, кафедра общей врачебной практики (семейной медицины) (с курсами гериатрии и физиотерапии), доцент кафедры, тел.: 89281436633, e-mail: tshnukova@yandex.ru, ORCID 0000-0003-3932-868X

В последнее десятилетие установлены факты, связанные с ролью микробиоты в патогенезе нейродегенеративных заболеваний, и сформулировано представление об оси «микробиота — кишечник — мозг». Показано, что ось «микробиота — кишечник — мозг» является чувствительным патологическим маркером болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона. Многочисленные работы отечественных и зарубежных ученых и обобщенные на их основе в научных обзорах данные свидетельствуют о том, что одной из ключевых причин развития этих заболеваний является изменение микробиоты кишечника. В ряде опубликованных исследований особое внимание уделено патогенному воздействию измененной кишечной микробиоты и ее метаболитов на нервную, эндокринную и иммунную системы. С другой стороны, все больше фундаментальных работ указывают на способность кишечной микробиоты регулировать функцию центральной нервной системы через ось «микробиота — кишечник — мозг», влиять на развитие мозга и на целостность гематоэнцефалического барьера. В данной статье представлен анализ ряда систематических обзоров и результатов клинических исследований, проведенных в основном на животных-моделях и in vitro, доказывающих наличие связи между кишечной микробиотой, нейромедиаторами и связанной с ними патофизиологией. Показана необходимость дальнейшего изучения влияния кишечной микробиоты на центральную нервную систему, что может сыграть важную роль в раннем распознавании, профилактике и лечении нейродегенеративных заболеваний.

Литература:

1. Еременко И.И. Как микробиота кишечника влияет на функционирование центральной нервной системы? Механизмы участия микробиоты в патогенезе болезни Альцгеймера (обзорная статья). Международный научно-исследовательский журнал. 2020;6(96):10 –106. DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.96.6.057

2. Toledo A.R.L., Monroy G.R., Salazar F.E. et al. Gut–Brain Axis as a Pathological and Therapeutic Target for Neurodegenerative Disorders. Int. J. Mol. Sci. 2022;23(3):1184. doi: 10.3390/ijms23031184.

3. Askarova S., Umbayev B., Masoud A-R. et al. The links between the gut microbiome, aging, modern lifestyle and Alzheimer’s disease. Front Cell Infection Microbiol. 2020;10:104. doi: 10.3389/fcimb.2020.00104.

4. Никонов Е.Л., Попова Е.Н. Микробиота: монография. Москва: Издательство Медиа Сфера. 2019, 255 с. ISBN: 978-5-89084-058-5.

5. Neuroimmune contributions to Alzheimer’s disease: a focus on human data. Haage V. De Jager P.L. Mol Psychiatry. 2022;6:1–18. doi: 10.1038/s41380-022-01637-0

6. Lu M.J., Lu L., Yu Y. et al. Effects of Intestinal Microbiota on Brain Development in Humanized Gnotobiotic. Sci Rep. 2018;8(1):5443. doi: 10.1038/s41598-018-23692-w.

7. Tang W., Zhu H., Feng Y. et al. The Impact of Gut Microbiota Disorders on the Blood-Brain Barrier. Infect Drug Resist. 2020;13:3351-3363. doi: 10.2147/IDR.S254403.

8. Silva Y.P., Bernardi A., Frozza R.L. The Role of Short-Chain Fatty Acids From Gut Microbiota in Gut-Brain Communication. Front Endocrinol (Lausanne). 2020;11:25. doi:10.3389/fendo.2020.00025

9. Kowalski K., Mulak A. Brain-Gut-Microbiota Axis in Alzheimer’s Disease. J Neurogastroenterol Motil 2019;25(1):48-60. doi: 10.5056/jnm18087.

10. Liu L., Huh J.R., Shah K. Microbiota and the gut-brain-axis: Implications for new therapeutic design in the CNS. EBioMedicine. 2022;77:103908. doi: 10.1016/j.ebiom.2022.103908.

11. Taniguchi K., Ikeda Y., Nagase N. et al. Implications of Gut-Brain axis in the pathogenesis of Psychiatric disorders. AIMS Bioengineering. 2021;8(4):243-256. doi: 10.3934/bioeng.2021021

12. Vogt N.M., Kerby RL, Dill-McFarland KA et al. Gut microbiome alterations in Alzheimer’s disease. Sci Rep. 2017;7:13537. doi: 10.1038/s41598-017-13601-y.

13. Strandwitz P. Neurotransmitter modulation by the gut microbiota. Brain Res. 2018;1693:128–133. doi: 10.1016/j.brainres.2018.03.015.

14. Cattaneo A., Cattane N., Galluzzi S. et al. Association of brain amyloidosis with pro-inflammatory gut bacterial taxa and peripheral inflammation markers in cognitively impaired elderly. Neurobiol Aging. 2017;49:60–68. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2016.08.019.

15. Adewuyi E.O., O’Brien E.K., Nyholt D.R. et al. A large-scale genome-wide cross-trait analysis reveals shared genetic architecture between Alzheimer’s disease and gastrointestinal tract disorders. Commun Biol. 2022;5:691 doi.org/10.1038/s42003-022-03607-2

16. Hamamah S., Aghazarian A., Nazaryan A. Role of Microbiota-Gut-Brain Axis in Regulating Dopaminergic Signaling. Biomedicines. 2022;10(2):436. doi: 10.3390/biomedicines10020436.

17. Breen D.P., Halliday G.M., Lang A.E. Gut-brain axis and the spread of α-synuclein pathology: vagal highway or dead end? Mov Disord. 2019;34(3):307–316. doi: 10.1002/mds.27556.

1. Eremenko I.I. Kak mikrobiota kishechnika vliiaet na funktsionirovanie tsentralnoi nervnoi sistemy? Mekhanizmy uchastiia mikrobioty v patogeneze bolezni Altsgeimera (obzornaia statia) [Impact of intestinal microbiota on the functioning of the central nervous system. Mechanisms of microbiota participation in the pathogenesis of Alzheimer’s disease (review article)]. Mezhdunarodnyi nauchno-issledovatelskii zhurnal [International Research Journal]. 2020;6 (96):10–106. DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.96.6.057. (In Russ.)

2. Toledo A.R. L., Monroy G.R., Salazar F.E. et al. Gut — Brain Axis as a Pathological and Therapeutic Target for Neurodegenerative Disorders. Int.J. Mol. Sci. 2022;23 (3):1184. doi: 10.3390/ijms23031184.

3. Askarova S., Umbayev B., Masoud A-R. et al. The links between the gut microbiome, aging, modern lifestyle and Alzheimer’s disease. Front Cell Infection Microbiol. 2020;10:104. doi: 10.3389/fcimb.2020.00104.

4. Nikonov E.L., Popova E.N. Mikrobiota [Microbiota]: monograph. Moscow: Media Sphere Publishing House. 2019, 255 p. ISBN: 978-5-89084-058-5. (In Russ.)

5. Neuroimmune contributions to Alzheimer’s disease: a focus on human data. Haage V. De Jager P.L. Mol Psychiatry. 2022;6:1–18. doi: 10.1038/s41380-022-01637-0

6. Lu M.J., Lu L., Yu Y. et al. Effects of Intestinal Microbiota on Brain Development in Humanized Gnotobiotic. Sci Rep. 2018;8 (1):5443. doi: 10.1038/s41598-018-23692-w.

7. Tang W., Zhu H., Feng Y. et al. The Impact of Gut Microbiota Disorders on the Blood-Brain Barrier. Infect Drug Resist. 2020;13:3351–3363. doi: 10.2147/IDR.S254403.

8. Silva Y.P., Bernardi A., Frozza R.L. The Role of Short-Chain Fatty Acids From Gut Microbiota in Gut-Brain Communication. Front Endocrinol (Lausanne). 2020;11:25. doi:10.3389/fendo.2020.00025

9. Kowalski K., Mulak A. Brain-Gut-Microbiota Axis in Alzheimer's Disease. J Neurogastroenterol Motil 2019;25 (1):48–60. doi: 10.5056/jnm18087.

10. Liu L., Huh J.R., Shah K. Microbiota and the gut-brain-axis: Implications for new therapeutic design in the CNS. EBioMedicine. 2022;77:103908. doi: 10.1016/j.ebiom.2022.103908.

11. Taniguchi K., Ikeda Y., Nagase N. et al. Implications of Gut-Brain axis in the pathogenesis of Psychiatric disorders. AIMS Bioengineering. 2021;8 (4):243–256. doi: 10.3934/bioeng.2021021

12. Vogt N.M., Kerby RL, Dill-McFarland KA et al. Gut microbiome alterations in Alzheimer’s disease. Sci Rep. 2017;7:13537. doi: 10.1038/s41598-017-13601-y.

13. Strandwitz P. Neurotransmitter modulation by the gut microbiota. Brain Res. 2018;1693:128–133. doi: 10.1016/j.brainres.2018.03.015.

14. Cattaneo A., Cattane N., Galluzzi S. et al. Association of brain amyloidosis with pro-inflammatory gut bacterial taxa and peripheral inflammation markers in cognitively impaired elderly. Neurobiol Aging. 2017;49:60–68. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2016.08.019.

15. Adewuyi E.O., O’Brien E.K., Nyholt D.R. et al. A large-scale genome-wide cross-trait analysis reveals shared genetic architecture between Alzheimer’s disease and gastrointestinal tract disorders. Commun Biol. 2022;5:691 doi.org/10.1038/s42003-022-03607-2

16. Hamamah S., Aghazarian A., Nazaryan A. Role of Microbiota-Gut-Brain Axis in Regulating Dopaminergic Signaling. Biomedicines. 2022;10 (2):436. doi: 10.3390/biomedicines10020436.

17. Breen D.P., Halliday G.M., Lang A.E. Gut-brain axis and the spread of α-synuclein pathology: vagal highway or dead end? Mov Disord. 2019;34 (3):307–316. doi: 10.1002/mds.27556.

Концепция оси «микробиота — кишечник — мозг» сформировалась в течение последних десяти лет как результат множества научных исследований, проведенных учеными разных стран. Накоплен значительный объем информации о нарушениях вдоль оси «микробиота — кишечник — мозг», которые могут вносить существенный вклад в патогенез нейродегенеративных расстройств [1, 2]. Так, центральная нервная система (ЦНС) оказывает влияние на энтеральную нервную систему, мышечный и слизистый слои кишечника через эфферентные вегетативные нервные пути, регулируя секрецию, моторику и иммунитет пищеварительного тракта. Кишечная микробиота, в свою очередь, влияет на функции мозга через афферентные сигнальные пути и через секрецию биологически активных веществ [3]. Целый ряд исследований посвящен способности микробиоты синтезировать или имитировать нейротрансмиттеры ЦНС, которые включают ацетилхолин, мелатонин, гистамин, катехоламины, гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК), серотонин, дофамин, глутамин. Кроме того, влияние микробиоты на ЦНС обусловлено также продукцией нейротоксических веществ, например при ферментации углеводов молочнокислыми бактериями образуется D-лактат, который в случае повышения кишечной проницаемости оказывает нейротоксическое действие. Аммиак, продуцируемый из мочевины под действием бактериальной уреазы, также является нейротоксином, изменяющим функцию гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) и тормозящим синтез дофамина и серотонина [3–5].

Микробиота кишечника все чаще признается модифицируемым фактором окружающей среды, влияющим на развитие хозяина. Исследовалась гипотеза о том, что микробиота влияет как на фенотип роста, так и на развитие мозга. Модель трансфаунации мышей без микробов использовалась для изучения влияния микробиоты недоношенных младенцев, которые индуцируют фенотипы высокого или низкого роста, на постнатальное развитие мозга. Микробиота, которая индуцировала фенотип низкого роста, была связана со снижением нейронных маркеров NeuN и neurofilament-L, а также маркера миелинизации по сравнению с микробиотой, индуцировавшей фенотип высокого роста. Кроме того, плохая микробиота, связанная с фенотипом роста, способствовала усилению нейровоспаления, отмеченного увеличением Nos1, а также изменением пути IGF1, включая снижение циркулирующего и мозгового IGF-1, снижение циркулирующего IGFBP3 и увеличение экспрессии мРНК в мозге. Это исследование предполагает, что микробиота, связанная с ростом, может влиять на раннее развитие нейронов и олигодендроцитов и что этот эффект может быть опосредован воздействием на нейровоспаление и циркулирующий IGF-1 [6].

Для Цитирования:
Шавкута Галина Владимировна, Яковлева Наталья Владимировна, Шнюкова Татьяна Викторовна, Роль микробиоты кишечника в патогенезе нейродегенеративных заболеваний. ГЛАВВРАЧ. 2023;6.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: