Нервная система кишечника оказалась регулятором состава микробиома

Эксперименты га рыбах данио-рерио, проведенные американскими учеными, показали, что нервная система кишечника (НСК) играет важную роль в регуляции кишечной микробиоты. Результаты работы опубликованы в журнале PLоS Biology.

Кишечник представляет собой сложный орган, имеющий множество функций: переваривание пищи, всасывание питательных веществ, перистальтику (волнообразные сокращения, проталкивающие содержимое), постоянное обновление своего эпителия, синтез защитной слизи, выведение отходов пищеварения и продуктов обмена веществ и другие. Кроме того, он содержит самый многочисленный (как по абсолютному количеству бактерий, так и по числу их видов) микробиом в организме, модулирующий его работу. Для выполнения всех этих функций в дополнение к симпатической и парасимпатической иннервации кишечник имеет дополнительную нервную систему — НСК, которая состоит из межмышечного, или ауэрбахова нервного сплетения, контролирующего перистальтику, и подслизистого, или мейсснерова нервного сплетения, управляющего кровотоком, секрецией и всасыванием.

Несмотря на динамичную внутреннюю среду кишечника, обусловленную поступлением разнообразных пищевых веществ, секрецией пищеварительных желез, сменой эпителия и перистальтикой, состав его микробиоты в целом сохраняет постоянство. Механизмы поддержания такого постоянства неизвестны, однако наблюдения показывают, что при нарушениях моторики кишечника состав его микробиома нарушается, что зачастую приводит к воспалительным и другим заболеваниям органа.

Наиболее тяжелые нарушения моторики наблюдаются при болезни Гиршпрунга — врожденном заболевании, при котором отсутствие одного или нескольких генов, в том числе sox10, приводит к тому, что дистальные отделы НСК в процессе развития не формируются. Это проявляется постоянными запорами и растяжением толстой кишки. Примерно у 30 процентов таких пациентов наблюдаются глубокие нарушения в составе кишечной микробиоты, известные как гиршпрунг-ассоциированный энтероколит. К его симптомам относятся диарея, вздутие живота, лихорадка, которые в тяжелых случаях могут закончиться сепсисом и смертью.

Чтобы уточнить роль НСК в контроле кишечного микробиома, сотрудники Орегонского университета сравнили его состав у обычных данио-рерио и носителей мутации sox10^t3, которая вызывает нарушения развитий и функций НСК, схожие со среднетяжелой формой болезни Гиршпрунга у людей.

Выяснилось, что пищеварительный тракт рыб с мутацией содержит значительно большую (примерно в 10 раз) массу бактерий, чем у здоровых рыб, причем они в больших количествах скапливаются в нехарактерных местах, таких как пищеводно-кишечное соединение. При этом у некоторых мутантов в кишечнике наблюдаются такие признаки воспаления как скопление нейтрофилов (одной из популяций лейкоцитов) и усиленную пролиферацию эпителиальных клеток, а у других — нет. При выращивании рыб в стерильных условиях, приводящих к отсутствию микробиоты, подобных признаков воспаления не наблюдалось, что свидетельствует о влиянии бактерий на их развитие.

Дальнейший анализ показал, что накопление нейтрофилов в кишечнике мутантных данио-рерио зависит всего от двух родов бактерий: Vibrio способствуют ему (то есть вызывают воспаление), а Escherichia — препятствуют (то есть предотвращают воспаление). При этом как колонизации воспаленного кишечника мутантов противовоспалительными бактериями, так и пересадки клеток-предшественниц НСК достаточно для устранения воспалительных реакций. Так исследователи показали тесную взаимосвязь НСК и кишечной микробиоты и их роль в развитии воспаления.

«Когда мы приступили к этой работе, очень немногие люди задумывались над тем, как взаимодействуют НСК и кишечный микробиом. Полученные результаты показывают, насколько важно принимать во внимание все взаимодействующие клетки органа, включая микробные», — пояснила одна из авторов работы Джудит Айзен (Judith Eisen). Исследователи рассчитывают, что обнаружение «провоспалительных» и «противовоспалительных» родов бактерий поможет в разработке пробиотиков для лечения воспалений кишечника.

Недавно американские ученые вырастили из стволовых клеток ткань кишечника, которая имеет нервную систему и способна к самостоятельной перистальтике. Она стала одним из самых сложных искусственных органов, созданных на сегодняшний день.

Олег Лищук