Биологи из Калифорнийского технологического института продемонстрировали связь между рассеянным склерозом (РС) – аутоиммунным заболеванием, поражающим головной и спинной мозг – и кишечными бактериями.
Работа – под руководством Саркиса К. Мазманян, доцент кафедры биологии Калифорнийского технологического института и научный сотрудник Юн Кён Ли, появляется в Интернете на неделе 19 июля в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Рассеянный склероз возникает в результате прогрессирующего разрушения защитной жировой миелиновой оболочки, окружающей нервные клетки. Потеря миелина мешает нервным клеткам общаться друг с другом, что приводит к множеству неврологических симптомов, включая потерю чувствительности, мышечные спазмы и слабость, усталость и боль. По оценкам, только в Соединенных Штатах от рассеянного склероза страдает около полумиллиона человек, при этом показатели диагностики быстро растут. В настоящее время нет лекарства от рассеянного склероза.
Хотя причина рассеянного склероза неизвестна, микроорганизмы, похоже, играют определенную роль. "В литературе, посвященной клиническим исследованиям, есть статьи, показывающие, что микробы влияют на рассеянный склероз," Мазманян говорит. "Например, болезнь усугубляется после вирусных инфекций, а бактериальные инфекции вызывают усиление симптомов рассеянного склероза."
С другой стороны, он признает, "кажется нелогичным, что микроб может быть вовлечен в заболевание центральной нервной системы, потому что это стерильные ткани."
И все же, как обнаружил Мазманян, когда он начал изучать литературу по рассеянному склерозу, предположение о связи между бактериями и заболеванием более чем анекдотично. Примечательно, что еще в 1993 году биохимик из Калифорнийского технологического института Лерой Худ, который тогда работал в Вашингтонском университете, опубликовал статью, в которой описывалась генетически модифицированная линия мышей, у которой развилась лабораторно-индуцированная форма рассеянного склероза, известная как экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит, или EAE.
Когда животные Худа были размещены в Калифорнийском технологическом институте, у них развилась болезнь. Но, как ни странно, когда мышей отправили на более чистый биотехнологический объект, где их постоянная популяция кишечных бактерий была уменьшена, они не заболели. Вопрос был в том, почему? В то время, как говорит Мазманян,, "авторы предположили, что некоторый компонент окружающей среды модулирует РС у этих животных." Однако, что это за экологический компонент, оставалось загадкой в течение почти двух десятилетий.
Но Мазманиан, лаборатория которого изучает взаимосвязь между кишечными микробами, как вредными, так и полезными, и иммунной системой их млекопитающих-хозяев, подозревал, что кишечные бактерии являются ключевым фактором. "Когда мы поняли, насколько глубоко кишечная микробиота может влиять на иммунную систему, мы решили спросить, являются ли симбиотические бактерии недостающей переменной у этих мышей с РС," он говорит.
Чтобы выяснить это, Мазманян и его коллеги попытались вызвать рассеянный склероз у животных, которые были полностью лишены микробов, которые обычно населяют пищеварительную систему. "О чудо, эти бесплодные животные не заболели," он говорит.
Затем исследователи решили посмотреть, что произойдет, если бактерии будут повторно введены в стерильных мышей. Но не просто бактерии. Они привили мышам один конкретный организм, некультивируемый жук из группы, известной как сегментированные нитчатые бактерии. В предыдущих исследованиях было показано, что эти бактерии вызывают воспаление кишечника и, что более интересно, вызывают в кишечнике появление определенной клетки иммунной системы, известной как Th17. Клетки Th17 представляют собой тип Т-хелперов – клеток, которые помогают активировать и направлять другие клетки иммунной системы. Кроме того, клетки Th17 индуцируют воспалительный каскад, который приводит к рассеянному склерозу у животных.
"Вопрос был в том, индуцирует ли этот организм клетки Th17 в кишечнике, сможет ли он сделать это в головном мозге и центральной нервной системе?" Мазманян говорит. "Более того, с помощью этого одного организма мы можем восстановить стерильным животным всю воспалительную реакцию, обычно наблюдаемую у животных с сотнями видов кишечных бактерий?"
Ответ? Да по всем пунктам. Введение ранее здоровым мышам дозы одного вида сегментированных нитчатых бактерий индуцировало Th17 не только в кишечнике, но и в центральной нервной системе и головном мозге, и вызывало у ранее здоровых мышей заболевание с симптомами, подобными РС.
"Это определенно показывает, что кишечные микробы играют важную роль в РС, потому что генетика животных была одинаковой. Фактически, все было так же, за исключением присутствия этих в остальном доброкачественных бактерий, которые явно играют роль в формировании иммунной системы," Мазманян говорит. "Это исследование впервые показывает, что определенные кишечные бактерии играют значительную роль в воздействии на нервную систему во время рассеянного склероза – и делают это из кишечника, анатомического расположения очень, очень далеко от мозга."
Мазманян и его коллеги, однако, не предполагают, что кишечные бактерии являются прямой причиной рассеянного склероза, который, как известно, генетически связан. Скорее, бактерии могут способствовать формированию воспалительного ответа иммунной системы, создавая тем самым условия, которые могут позволить заболеванию развиваться. Действительно, рассеянный склероз также имеет сильный экологический компонент; у однояйцевых близнецов, которые обладают одним и тем же геномом и имеют все общие гены, только 25% шанс разделить болезнь. "Мы хотели бы предположить, что кишечные бактерии могут быть недостающим компонентом окружающей среды," он говорит.
Со своей стороны, клетки Th17 необходимы иммунной системе для правильной борьбы с инфекцией. Проблемы возникают только тогда, когда клетки активируются в отсутствие инфекции – точно так же, как могут возникать болезни, как подозревают Мазманиан и другие, когда видовой состав кишечных бактерий становится несбалансированным, скажем, из-за изменений в диете из-за улучшения гигиены (что убивает полезные бактерии, а также опасные), или из-за стресса или использования антибиотиков. Одно из последствий нарушения регуляции нормальных популяций кишечных бактерий – явление, получившее название "дисбактериоз"- может быть, рост заболеваемости рассеянным склерозом, наблюдаемый в последние годы в более гигиеничных обществах.
"Поскольку мы живем чище, мы не просто меняем нашу подверженность воздействию инфекционных агентов, но мы меняем наши отношения со всем микробным миром, как вокруг, так и внутри нас, и мы, возможно, изменяем баланс между провоспалительными и противовоспалительными бактерии," приводит к таким заболеваниям, как рассеянный склероз, говорит Мазманян. "Возможно, когда-нибудь для лечения таких заболеваний, как рассеянный склероз, могут быть использованы пробиотические бактерии, которые могут восстановить нормальную иммунную функцию в кишечнике … и головном мозге."