Состав кишечного микробиома изменился при фибромиалгии
Медики обнаружили, что у женщин, страдающих фибромиалгией, изменяется состав кишечного микробиома, сообщается в статье, опубликованной в журнале Pain. Ученые пока не могут сказать, является это изменение только маркером заболевания, или микроорганизмы влияют на его возникновение и развитие. Но они, как минимум, нашли потенциальный метод диагностики фибромиалгии, так как на сегодняшний день единого способа ее диагностировать нет.
Фибромиалгией называется хроническая симметричная мышечно-скелетная боль, которая не сопровождается воспалением или повреждением внутренних органов. Другими симптомами заболевания являются расстройства сна и памяти, оно может сопровождаться депрессией, синдромом хронической усталости, мигренями. По оценкам, фибромиалгией страдает 2-8 процентов населения планеты, подавляющее большинство из них женщины. Единого теста, позволяющего диагностировать заболевание, нет; обычно его диагностирую по совокупности симптомов и отсутствию других возможных причин боли. Причины возникновения болезни неизвестны, хотя иногда она начинается после травмы, хирургической операции или сильного психологического стресса. Возможными причинами называют повышенную чувствительность к боли, генетические факторы, предшествующие началу заболевания расстройства сна.
В последние годы выяснилось, что на возникновение и развитие ряда заболеваний, в том числе сердечно-сосудистых, психических, неврологических, онкологических влияет кишечный микробиом. Как показали недавние исследования, кишечный микробиом может влиять на возникновение висцеральных (то есть относящихся ко внутренним органам) и вызванных химиотерапией нейропатических болей. Ученые из Центра здоровья канадского Университета Макгилла под руководством Амира Минерби (Amir Minerbi) предположили, что кишечный микробиом может играть роль и в возникновении фибромиалгии — а значит, его состав будет меняться.
Чтобы проверить это предположение, медики пригласили для исследования 156 добровольцев. В экспериментальной группе было 77 пациенток Центра здоровья 30-60 лет, страдающих фибромиалгией, в контрольной — 79 человек. 11 из них были матерями, дочерьми или сестрами пациенток, которых пригласили в качестве генетического контроля; в другую группу входили 28 членов семьи пациенток обоих полов в возрасте 30-70 лет, как контроль окружения больных. В третью группу входили 48 здоровых женщин 30-60 лет. У всех участников эксперимента взяли образцы фекалий и выяснили состав кишечного микробиома с помощью секвенирования бактеринальных геномов и последующего метагеномного филогенетического анализа и анализа гена 16S РНК, которые позволяют определить группы бактерий в смеси.
Оказалось, что у женщин, страдающих фибромиалгией, состав кишечного микробиома действительно менялся. 19 групп бактерий оказались у них в кишечнике в большем или меньшем количестве, чем у женщин из контрольной группы (p < 0,05). Больше всего изменилось количество Clostridium scindens, бактерий, которые связывают с подавлением роста патогенной Clostridioides difficile, и Parabacteroides merdae, микроорганизмов, которые помогают расщеплять растительные полисахариды. Их у страдавших фибромиалгией женщин оказалось больше. А бактерий Prevotella copri, и Bacteroides uniformis, которые часто встречаются у больных ревматоидным артритом, наоборот, стало меньше.
Также у пациенток изменилось количество микроорганизмов, участвующих в метаболизме масляной и пропионовой кислот. Масляная кислота вырабатывается в кишечнике и влияет на кишечный гомеостаз, вырабатывает антимикробные вещества (также, как и пропионовая кислота) и стимулирует работу иммунной системы. Авторы статьи проанализировали концентрацию солей обеих кислот в плазме крови и обнаружили, что у женщин, страдавших фибромиалгией, количество масляной кислоты стало больше по сравнению с контрольной группой (p=0.005), а количество пропионовой кислоты — меньше (p=0.006).
На данном этапе непонятно, считают исследователи, является ли изменение состава микробиома лишь маркером фибромиалгии, или микроорганизмы играют какую-то роль в возникновении или развитии заболевания. Так как боль является не единственным симптомом заболевания, в дальнейшем авторы планируют исследовать состав кишечного микробиома у людей, страдающих другими формами хронической боли.
Однако, по мнению исследователей, теперь фибромиалгию будет легче диагностировать. «Мы отсортировали большое количество данных и выявили 19 видов [бактерий], количество которых у людей с фибромиалгией либо уменьшилось, либо увеличилось», — говорит один из соавторов исследования Эммануэль Гонсалес (Emmanuel Gonzalez) из университета Макгилла. «Используя только машинное обучение наш компьютер смог диагностировать фибромиалгию с точностью 87 процентов только на основе композиции микробиома. Когда мы сможем подкрепить первые результаты бóльшим количеством исследований, надеюсь, мы сможем увеличить и точность диагностики...»
Пока неизвестно, как кишечный микробиом влияет (и влияет ли вообще) на хронические боли при фибромиалгии. Но недавно выяснилось, что изменение его состава влияет на толерантность к обезболивающим, в частности к опиодам. Исследователи показали на мышах, что молочнокислые и бифидобактерии усиливают привыкание к морфину.
Исследование провели на личинках дрозофил
Японские исследователи в экспериментах с дрозофилами установили механизм влияния на нейропластичность фермента убиквитинлигазы, функции которого нарушены при синдроме Ангельмана. Как выяснилось, этот фермент в пресинаптических окончаниях аксонов отвечает за деградацию рецепторов к костному морфогенетическому белку, за счет чего устраняются ненужные синапсы в процессе развития нервной ткани. Отчет о работе опубликован в журнале Science. Синдром Ангельмана представляет собой нарушение развития, которое проявляется умственной отсталостью, двигательными нарушениями, эпилепсией, отсутствием речи и характерной внешностью. Его причиной служат врожденные дефекты фермента убиквитинлигазы Е3А (Ube3a), который присоединяет к белкам убиквитин, влияющий на их судьбу в клетке, в том числе деградацию. При синдроме Ангельмана сниженная активность Ube3a нарушает синаптическую пластичность в процессе нейроразвития, в частности элиминацию ненужных синапсов. Повышенная активность этого фермента, напротив, приводит к неустойчивости сформировавшихся синапсов и, как следствие, к расстройствам аутического спектра. Исследования постсинаптических функций Ube3a показали, что он играет роль в нейропластичности, в частности формировании дендритных шипиков. При этом, по данным иммунохимических и электронно-микроскопических исследований, в коре мозга мыши и человека этот фермент экспрессируется преимущественно пресинаптически. Учитывая высокую эволюционную консервативность Ube3a, сотрудники Токийского университета под руководством Кадзуо Эмото (Kazuo Emoto) использовали для изучения его пресинаптических функций сенсорные нейроны IV класса по ветвлению дендритов (C4da) личинок плодовой мухи дрозофилы. Число дендритов этих нейронов резко сокращается (происходит их прунинг) в первые 24 часа после образования куколки, а на последних стадиях ее развития дендриты разветвляются вновь уже по взрослому типу. Используя флуоресцентные метки различных биомаркеров нейронов, исследователи показали, что в ходе этого процесса ремоделированию подвергаются не только дендриты, но и пресинаптические окончания аксонов. Попеременно отключая разные компоненты участвующих в этих процессах молекулярных комплексов, ученые убедились, что для элиминации синапсов под действием сигнального пути гормонов линьки экдизонов необходима только Ube3a, но не куллин-1 E3-лигаза, участвующая в прунинге дендритов. Дальнейшие эксперименты с применением флуоресцентных меток и РНК-интерференции показали, что Ube3a активно транспортируется из тела нейрона в аксон двигательным белком кинезином со средней скоростью 483,8 нанометра в секунду. Создав мутантов с дефектами в различных участках Ube3a, авторы работы выяснили, что связанные с синдромом Ангельмана мутации D313V, V216G и I213T в среднем домене фермента, содержащем тандемные полярные остатки (TPRs), препятствуют его связи с кинезином и транспорту из тела нейрона в аксон. Как следствие, нарушается элиминация ненужных синапсов. Изменения в N-концевом цинк-связывающем домене AZUL и C-концевом HECT влияли на эти процессы в значительно меньшей степени. Ube3a принимает участие в убиквитинировании многих клеточных белков. Чтобы выяснить, какой из них опосредует элиминацию синапсов, авторы работы вызывали в нейронах избыточную экспрессию разных белков-мишеней Ube3a с целью насытить этот фермент и таким образом заблокировать его действие. Оказалось, что выраженные дефекты элиминации синапсов возникают при избыточной экспрессии тиквеина (Tkv) — пресинаптического рецептора к костному морфогенетическому белку (ВМР); прунинг дендритов при этом не затрагивается. Исследование нормальной экспрессии Tkv с помощью флуоресцентных меток показало, что ее уровень значительно снижается через восемь часов после начала формирования куколки. У мутантов, лишенных Ube3a, этого не происходило. Выключение гена tkv или другого компонента сигнального пути BMP — mad — восстанавливало элиминацию синапсов у таких мутантов, то есть за нее отвечает именно этот сигнальный путь. Это подтвердили, восстановив элиминацию синапсов у мутантов без Ube3a антагонистом BMP LDN193189, а также экспрессией белков Glued-DN или Dad, которые подавляют сигнальную активность Mad. Искусственное повышение пресинаптической экспрессии Ube3a в нейронах C4da вызывало массированную преждевременную элиминацию сформировавшихся синапсов и общее уменьшение синаптической передачи у личинок третьего возраста. Это происходило из-за чрезмерного подавления сигнального пути BMP. Таким образом, дефекты убиквитинлигазы Ube3a, лежащие в основе синдрома Ангельмана, приводят к избыточной активности сигнального пути BMP, вследствие чего не происходит устранение ненужных синапсов в процессе развития нервной системы. Этот сигнальный путь может послужить мишенью для разработки новых методов лечения этого синдрома, а возможно и расстройств аутического спектра, считают авторы работы. В 2020 году американские исследователи сообщили, что им удалось предотвратить развитие синдрома Ангельмана у мышей с мутацией материнской копии гена UBE3A. Для этого они с помощью системы CRISPR/Cas9 инактивировали длинную некодирующую РНК UBE3A-ATS, которая подавляет экспрессию отцовской копии UBE3A.