Может ли микробиом кишечника раскрыть секреты старения?
Новое исследование показало, как микробиота кишечника старых мышей может способствовать росту нервных клеток у молодых мышей, что привело к многообещающим разработкам в области лечения в будущем.
Исследовательская группа, базирующаяся в Технологическом университете Наньян (NTU) в Сингапуре, перенесла микробиоту кишечника старых мышей в кишечник молодых мышей с менее развитой фауной кишечника.
Это привело к усилению нейрогенеза (росту нейронов) в головном мозге и изменению старения, предполагая, что симбиотические отношения между бактериями и их хозяином могут иметь значительные преимущества для здоровья.
За последние 20 лет значительно увеличилось количество исследований взаимоотношений между хозяином и бактериями, которые живут в нем или на нем. Результаты этих исследований установили важную роль этой взаимосвязи в питании, обмене веществ и поведении.
Медицинское сообщество надеется, что эти последние результаты могут привести к разработке пищевых продуктов, которые помогут замедлить процесс старения.
В этом исследовании группа исследователей попыталась раскрыть функциональные характеристики микробиоты кишечника стареющего хозяина. Исследователи трансплантировали микробиоту кишечника старых или молодых мышей молодым, свободным от микробов, реципиентам.
Выводы публикуются в журнале Научная трансляционная медицина.
Что включало исследование?
Микробиом кишечника меняется с возрастом хозяина, и чтобы изучить, как он развивается, исследовательская группа трансплантировала микробиом кишечника от 24-месячных мышей молодым 6-недельным мышам, свободным от микробов.
Профессор Свен Петтерссон из Медицинской школы NTU Lee Kong Chian возглавлял команду.
Через 8 недель профессор Петтерссон и его коллеги наблюдали усиление роста кишечника и усиление нейрогенеза в мозге мышей.
Чтобы контролировать эксперимент, команда перенесла микробиом кишечника молодых мышей в стерильных мышей того же возраста. Исследователи не наблюдали тех же эффектов, которые они наблюдали у мышей, получивших микробиом кишечника от старых мышей.
Команда также провела молекулярный анализ грызунов и обнаружила, что у них повышенный уровень бутирата. Бутират - это жирная кислота с короткой цепью, которую вырабатывают кишечные микробы.
Бутират полезен для здоровья и может защитить от таких заболеваний, как воспалительное заболевание кишечника, колоректальный рак, ожирение и диабет.
Обогащение некоторых кишечных микробов и усиленная бактериальная ферментация пищевых волокон в толстой кишке привели к этим повышенным уровням бутирата. В свою очередь, повышенный уровень бутирата стимулировал выработку гормона долголетия FGF21.
FGF21 - это фактор роста фибробластов, который играет важную роль в регуляции метаболизма. Повышенные уровни FGF21 также были связаны с повышенной активностью AMPK и SIRT-1 и снижением передачи сигналов mTOR.
Это важно, поскольку повышенный уровень AMPK приводит к увеличению поглощения короткоцепочечных жирных кислот во время клеточного метаболизма. SIRT-1 также регулирует гомеостаз и может защитить от различных заболеваний человека.
Сниженный mTOR может защитить от рака человека и различных воспалительных заболеваний.
Исследователи продолжили изучение влияния трансплантации кишечного микробиома на пищеварительный тракт мышей.
Нормальное старение кишечной ткани снижает жизнеспособность кишечных клеток. Это связано с уменьшением выработки слизи, что может привести к увеличению повреждения и гибели клеток.
Исследователи обнаружили, что трансплантация микробиома старых мышей более молодым мышам привела к увеличению длины и ширины ворсинок, которые представляют собой небольшие структуры, составляющие стенку кишечника.
Мыши, получившие микробиом от более старых мышей, также имели более длинный толстый кишечник и более длинный тонкий кишечник, чем контрольная группа, получившая микробиом от других молодых мышей.
Исследователи также дали молодым стерильным мышам бутират и обнаружили, что он приводит к аналогичному увеличению нейрогенеза и роста кишечника.
Как были получены эти результаты?
Ученые со всего мира отреагировали на эти результаты. Доктор Дарио Риккардо Валенцано, руководитель группы Института биологии старения им. Макса Планка в Германии, говорит: «Эти результаты впечатляют и поднимают несколько новых открытых вопросов как для биологии старения, так и для исследований микробиома».
Некоторые из этих вопросов, по словам д-ра Валенцано, включают «происходит ли активное приобретение бутират-продуцирующих микробов в течение жизни мышей и приводит ли экстремальное старение к потере этого фундаментального микробного сообщества, которое в конечном итоге может быть причиной дисбиоза и старения связанные дисфункции ».
Кроме того, профессор Брайан Кеннеди, директор Центра здорового старения при Национальном университете Сингапура, говорит: «Любопытно, что микробиом пожилого животного может способствовать развитию молодых фенотипов у молодого реципиента».
«Это говорит о том, что микробиота с возрастом была изменена, чтобы компенсировать накопившийся дефицит хозяина, и приводит к вопросу о том, будет ли микробиом молодого животного иметь большее или меньшее влияние на молодого хозяина».
«Полученные данные продвигают наше понимание взаимоотношений между микробиомом и его хозяином во время старения и закладывают основу для разработки вмешательств, связанных с микробиомом, для обеспечения здорового долголетия».
Проф. Брайан Кеннеди
Последствия для будущего лечения
Эти результаты являются многообещающими для будущего прогресса в лечении заболеваний, связанных со старением, таких как нейрогенеративные расстройства.
Они предполагают, что состав и динамика кишечной микробиоты зависят от возраста и что реакция на микробные сигналы в раннем возрасте значительно отличается от таковой в более позднем возрасте.
Результаты предполагают, что микробиота кишечника пожилых хозяев с метаболическим гомеостазом может поддерживать здоровье хозяина. Напротив, у взрослых с диабетом 2 типа микробиом кишечника может вызывать воспалительные процессы.
Ограничения этого исследования включают тот факт, что микробиомы могут изменяться в ходе исследования, даже в контролируемых экспериментах, таких как представленные здесь.
Также возможно, что другие микробные метаболиты и клеточные пути могут сыграть свою роль, но исследователи не исследовали их в этом исследовании.
