Как кишечные микробы помогают мышам избавляться от воспоминаний о страхе?
Новое исследование на мышах показывает, как микробы в кишечнике могут влиять на способность отучаться от реакции страха. Исследование дает подробные сведения о клеточных и молекулярных механизмах, которые связывают кишечник и мозг.
За последние 10–20 лет ученые наблюдали, как бактерии, обитающие в организме человека и на нем, влияют на здоровье.
Появились доказательства того, как разрушение этих микробных сообществ связано с болезнями и даже с изменениями поведения.
Эти ассоциации также очевидны во взаимосвязи между некоторыми аутоиммунными расстройствами и психическими заболеваниями.
Например, люди с рассеянным склерозом или воспалительным заболеванием кишечника (ВЗК) могут иметь нарушенные кишечные бактерии и испытывать расстройства настроения, беспокойство и депрессию.
Однако, хотя эти исследования подтвердили существование оси кишечник-мозг, механизмы, лежащие в ее основе, остаются неясными.
Новое исследование, опубликованное в недавнем Природа paper, предлагает беспрецедентную детализацию клеточных и молекулярных процессов, которые связывают кишечные микробы и клетки мозга.
«Никто еще не понял, как ВЗК и другие хронические желудочно-кишечные заболевания влияют на поведение и психическое здоровье», - говорит соавтор исследования Дэвид Артис, профессор иммунологии и директор по исследованиям ВЗК в Weill Cornell Medicine в Нью-Йорке.
«Наше исследование - это начало нового способа понимания всей картины», - добавляет он.
Учиться и забывать
В своем исследовании профессор Артис и его коллеги использовали мышей, чтобы выяснить, как микробы кишечника влияют на клетки мозга.
Они опирались на свой опыт в поведении животных, секвенировании генов и химии клеток.
Исследование было сосредоточено на том, насколько хорошо животные смогли научиться и забыть триггер страха, используя эксперимент, который ученые называют «обучением условию страха и угасанием».
В эксперименте мыши учатся связывать удар электрическим током по лапе с одновременным звучанием тона.
В конце концов, звук сам по себе может вызвать такую же реакцию страха, как и удар электрическим током.
После многократного воздействия тона без сопутствующего поражения электрическим током мыши, как правило, забывают ассоциацию. Это потому, что их мозг обновляется до того факта, что угрозы больше нет.
Однако исследователи обнаружили, что у мышей, чей кишечник был свободен от микробов с рождения или чьи кишечные микробы были значительно сокращены из-за лечения антибиотиками, показали заметное снижение способности узнавать, что угрозы больше нет. Другими словами, их мозг не адаптировался к новым условиям.
Измененные гены в микроглии
Генетическое исследование микроглии в головном мозге животных пролило свет на молекулярный механизм, лежащий в основе этого эффекта.
Исследователи изучили экспрессию генов в медиальной префронтальной коре (mPFC), «области мозга, которая, как известно, имеет решающее значение для обучения угасанию».
Микроглия - это иммунные клетки, которые живут в головном мозге и играют многочисленные роли в его развитии и функционировании.
Одна из их задач - стимулировать и сокращать связи между нейронами или нервными клетками, чтобы реконструировать мозговые цепи.
Исследователи обнаружили, что отсутствие кишечных микробов изменяет экспрессию генов микроглии в mPFC мышей таким образом, что нарушает нормальное формирование нейронов и устраняет связи во время обучения и забывания.
Команда также обнаружила существенные изменения в химических веществах мозга у мышей, лишенных кишечных микробов, такие как измененные уровни молекул, которые играют роль в психоневрологических состояниях, таких как аутизм и шизофрения.
Восстановление кишечных бактерий работает только в раннем возрасте
Исследователи также провели эксперименты, в которых они восстанавливали кишечные бактерии у свободных от микробов мышей в разном возрасте.
Они обнаружили, что эти мыши могли отучиться от условной реакции страха, но только в том случае, если они восстановили свои кишечные бактерии сразу после рождения.
Они увидели в этом важную находку, поскольку многие психиатрические состояния, связанные с аутоиммунитетом, также связаны с проблемами, возникающими на ранних стадиях развития мозга.
«Ось кишечник-мозг влияет на каждого человека каждый день его жизни», - отмечает профессор Артис.
Хотя еще слишком рано, чтобы быть уверенным, один из главных исследователей доктор Конор Листон предполагает, что в ходе дальнейших исследований эти результаты в конечном итоге приведут к новым целям лечения.
«Это то, что нам нужно будет проверить в будущем», - говорит он.
«Мы начинаем больше понимать, как кишечник влияет на такие разнообразные заболевания, как аутизм, болезнь Паркинсона, посттравматическое стрессовое расстройство и депрессия».
Проф. Дэвид Артис
