Исследователям из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology) впервые удалось обнаружить связь между бактериями, населяющими кишечник, и болезнью Паркинсона. Исследователи продемонстрировали, что изменения в популяции микроорганизмов — или, возможно, сами кишечные бактерии — вносят существенный вклад в развитие двигательных нарушений, характерных для болезни Паркинсона, или даже являются причиной возникновения этих нарушений.
Результаты работы были опубликованы 1 декабря в издании Cell.
Болезнью Паркинсона страдают около 10 млн людей во всем мире. Признаки заболевания включают тремор и трудности при ходьбе, накопление белка альфа-синуклеина (SNCA, αSyn) в клетках мозга и кишечника и присутствие провоспалительных цитокинов в мозге. 75 % пациентов с болезнью Паркинсона также страдают нарушениями работы ЖКТ, чаще всего, запорами.
«Кишечник — постоянное место обитания огромного числа полезных (а иногда и опасных) бактерий, объединяемых под названием «микробиота» или «кишечная флора». Они играют важную роль в формировании и работе иммунной и нервной систем, — поясняет ведущий автор исследования Саркис Мазманян (Sarkis Mazmanian), сотрудник факультета биологии и биоинженерии Калифорнийского технологического института. — Примечательно, что 70 % нейронов периферической нервной системы, то есть, не относящихся к спинному или головному мозгу, связаны с кишечником. И этот отдел нервной системы напрямую связан с ЦНС через блуждающий нерв. Проблемы с ЖКТ у пациентов, страдающих болезнью Паркинсона, часто появляются на много лет раньше, чем двигательные нарушения. Это, и ещё тот факт, что многие случаи заболевания обусловлены факторами окружающей среды, дал нам возможность предположить, что бактерии, населяющие кишечник, могут играть определённую роль в развитии болезни Паркинсона».
Чтобы проверить эту гипотезу, учёные использовали мышей с повышенной выработкой альфа-синуклеина, белка, связанного с развитием болезни Паркинсона. В кишечнике одной группы мышей присутствовали различные бактерии, образующие сложное сообщество. Другая группа мышей, выращенная в стерильных условиях, была лишена микробиоты. Исследователи изучили движения мышей в ходе выполнения разных тестов: мыши бегали в колесе, перемещались по мостику и спускались по жёрдочке. Животные, у которых микрофлора отсутствовала, демонстрировали существенно лучшие результаты, чем те, у которых она имелась.
«Это и был момент открытия, — рассказывает один из авторов работы Тимоти Сампсон (Timothy Sampson), аспирант факультета биологии и биоинженерии. — Мыши были генетически идентичны, организмы животных в обеих группах синтезировали слишком много альфа-синуклеина. Отличались группы только наличием микробиоты. В её отсутствие мыши сохраняли способность нормально двигаться даже в условиях избытка альфа-синуклеина.
У них отсутствовали все признаки болезни Паркинсона. Теперь мы были уверены, что бактерии регулируют развитие заболевания и даже необходимы для него. Но мы решили узнать больше о том, как это происходит».
Когда бактерии кишечника расщепляют клетчатку, они вырабатывают молекулы короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК), например, уксусной или масляной. В предыдущих исследованиях было показано, что эти молекулы могут активировать иммунный ответ в головном мозге. Поэтому группа учёных под руководством Мазманяна предположила, что причиной развития воспалительного процесса в головном мозге и других признаков болезни Паркинсона может являться дисбаланс выработки КЦЖК. Когда мышам, лишённым микробиоты, давали КЦЖК с пищей, у них наблюдалась активация микроглии, иммунных клеток, присутствующих в мозге. Это воспаление могло привести к нарушению работы нейронов и даже к их гибели. Действительно, у мышей, получавших КЦЖК, развились симптомы болезни Паркинсона, а в участках головного мозга, связанных с заболеванием, теперь накапливался альфа-синуклеин.
В заключительной серии экспериментов учёные объединились с Али Кешаварзяном (Ali Keshavarzian), гастроэнтерологом из Университета Раш (Rush University), чтобы получить образцы фекалий пациентов, страдающих болезнью Паркинсона, и образцы из контрольной группы. Человеческая микрофлора была подсажена мышам, не имевшим собственных бактерий. После процедуры у мышей, получивших бактерии пациентов с болезнью Паркинсона, развились симптомы заболевания, кроме того, в их фекалиях были обнаружены высокие уровни КЦЖК. У мышей, которым были введены бактерии людей из контрольной группы, признаки болезни не обнаруживались.
«Полученные данные позволяют нам утверждать, что изменения микробиоты, наблюдаемые при болезни Паркинсона, не случайны, — рассказывает Мазманян. — Это провокационное открытие требует дальнейшего изучения, но сам факт, что вы можете подсадить мыши бактерии, полученные у человека, и перенести таким образом симптомы, указывает на то, что бактерии играют важную роль в развитии заболевания».
Результаты исследования важны для лечения болезни Паркинсона, утверждают авторы работы.
«Общепринятый подход к лечению многих неврологических заболеваний предполагает доставку препаратов в головной мозг. Однако если болезнь Паркинсона обусловлена не только и не столько изменениями в головном мозге, если она вызывается нарушениями состава микрофлоры, то для её лечения нужно будет использовать препараты, работающие в кишечнике, что гораздо проще осуществить», — отметил Мазманян. Возможно, эти препараты будут корректировать уровень КЦЖК, снабжать микрофлору необходимыми пробиотиками или бороться с опасными видами бактерий. «Новый подход может привести к созданию более безопасных лекарств с меньшим — по сравнению с существующими препаратами — количеством побочных эффектов», добавил учёный.
