Бутират спас мышей от аллергии на арахис

Бутират, который вырабатывают кишечные бактерии клостридии, может помочь людям с тяжелой аллергией на арахис. Это выяснили ученые, которые ввели полимерные мицеллы с бутиратом в кишечник мышам и избавили их от аллергии. Авторы считают, что такие мицеллы могут помочь и при реакциях на другие пищевые белки. Препринт исследования опубликован на портале нерецензируемых препринтов bioRxiv.

От пищевой аллергии в мире страдает 220 млн человек, из них 2 процента не переносят белки арахиса. В 2001 году ученые изучили смертельные случаи после аллергической анафилаксии и подсчитали, что реакция на арахис оказалась смертельной в более, чем 50 процентах случаев.

Исследователи уже выяснили, что аллергические реакции на пищу тесно связаны с микробиомом кишечника, в частности, с клостридиями — классом кишечных бактерий-комменсалов. Клостридии производят короткоцепочечные жирные кислоты, в том числе бутират, которые действуют на слизистую кишечника. Бутират заставляет клетки эпителия выделять антимикробные пептиды, которые регулируют состав микробиома, убивая патогенные бактерии. А еще он укрепляет барьерную функцию кишечника, поддерживая плотные контакты клеток эпителия, и тем самым мешает всасывать аллергены.

У людей с пищевой аллергией меньше производителей бутирата, чем у здоровых людей. А если недостаток клостридий возник в раннем возрасте, он сохраняется на протяжении всей жизни. Поэтому ученые предположили, что можно справиться с аллергией, подселив клостридий в кишечник. Но из-за того, что клостридии — анаэробные бактерии, которые очень чувствительны к кислороду, пересадить их пациенту оказалось сложно. Поэтому исследователи стали искать способы доставить сами молекулы бутирата. Но и это задача не из легких. Бутират очень неприятно пахнет — как прогорклое масло или фекалии — из-за чего его трудно принимать в чистом виде. Более того, если пить его в чистом виде, он распадается, не достигнув нижнего отдела кишечника, где живут бактерии.

Поэтому Кэтрин Наглер (Cathryn R. Nagler) и ее коллеги из Чикагского университета придумали способ транспортировать бутират напрямую в кишечник. Для этого они пришили молекулу бутирата с помощью сложноэфирной связи к полимерам, которые образуют сферические агрегаты — мицеллы. Бутират при этом оказался заключен внутри мицеллы, что маскирует его запах и вкус. Молекула должна была высвобождаться, когда мицеллы проходят через участки кишечника, где сложноэфирная связь гидролизуется в присутствии эстеразы.

Ученые собрали два типа мицелл из блок-сополимеров, которые должны расщепляться в разных отделах кишечника из-за разной кислотности его отделов: NtL-ButM — в подвздошной кишке и Neg-ButM — в слепой кишке. Оба типа мицелл содержали 28 процентов бутирата по массе.

Затем ученые подтвердили, что бутират успешно выходит из собранных мицелл в условиях in vitro и in vivo. Сначала исследователи помещали мицеллы в растворы, которые имитируют желудочный и кишечный соки. В искусственной желудочной жидкости бутират отделялся от полимеров незначительно даже спустя несколько недель. При этом в смоделированной кишечной жидкости большая часть бутирата выходила из мицелл в течение нескольких минут.

Потом авторы проверили, как мицеллы, а затем и свободный бутират проникают в желудочно-кишечный тракт мышей. Ученые с помощью жидкостной хроматографии и масс-спектроскопии измерили концентрации бутирата в содержимом подвздошной, слепой и толстой кишки — мест, где обычно обитают бактерии, продуцирующие бутират. NtL-ButM резко увеличивал концентрацию бутирата в подвздошной кишке, но это было кратковременно. В слепой и толстой кишке концентрация бутирата не изменялась. Второй тип мицелл Neg-ButM повышал концентрацию бутирата в 3 раза в слепой кишке, но не в подвздошной или толстой кишке. Авторы предположили, что в толстой кишке бутират слишком быстро всасывается клетками эпителями — и поэтому повышение концентрации зафиксировать невозможно.

Наконец, ученые проверили, помогают ли их мицеллы при пищевой аллергии. Исследователи давали 80 мышам антибиотик, чтобы снизить число их кишечных бактерий, а заодно сделать очень восприимчивыми к аллергенам. После этого спровоцировали у мышей чувствительность к арахису: для этого животных кормили экстрактом арахиса в течение четырех недель. Затем одной группе мышей давали мицеллы два раза в день в течение двух недель, а контрольной группе — физиологический раствор. После этого животных снова кормили арахисом. У контрольных мышей развилась сильная аллергия: упала температура тела и повысились антитела класса IgE, специфичные к арахису. Мыши, получавшие мицеллы, были полностью здоровы.

Учитывая, что бутират вызывает изменения в микробиоме, ученые посмотрели, как у мышей после терапии изменился бактериальный состав кишечника. Проанализировав мышиные фекалии до и после лечения, исследователи обнаружили, что бактерий-производителей бутирата стало в 10 раз больше. Поэтому они предположили, что лечение может изменить микробиом кишечника и тем самым заставить его производить больше собственного бутирата.

Дальше ученые хотят выяснить, сколько продержится эффект от терапии мицеллами. Авторы надеются, что если он окажется долгим, то мицеллы можно будет использовать и против других аллергенов: белков молока, рыбы, пшеницы. Они предполагают, что в одной таблетке можно будет смешивать несколько видов мицелл — для людей, которые страдают от нескольких форм аллергии сразу. Тогда пациент, пройдя курс лечения таким препаратом, избавится от всех своих аллергических реакций.
Другие частые аллергены в пище — белки молока, при этом его потребление очень важно для развития детей. Мы рассказывали о том, что отказ от молока сильнее сказывается на детском физическом развитии, чем отказ от орехов.

Ирина Грищенко