Кишечные бактерии влияют на метаболизм через иммунитет

КАК КИШЕЧНЫЙ МИКРОБИОМ ВЛИЯЕТ НА МЕТАБОЛИЗМ ЧЕРЕЗ ИММУННУЮ СИСТЕМУ

 

Кишечные бактерии влияют на производство тахикинина, важного для  роста, липидного обмена и регуляции инсулина.

Врожденная иммунная система, наша первая линия защиты от бактериальной инфекции, выполняет побочную работу, которая не менее важна: тонкая настройка нашего метаболизма. Исследования говорят нам, что комменсальные или" хорошие " бактерии, которые населяют наш кишечник, помогают регулировать наш метаболизм. Новое исследование, проведенное на плодовых мушках (дрозофилах), опубликованное 21 июня в Cell Metabolism, показывает, как удивительно они это делают.

Исследование, возглавляемое Паулой Уотник, доктором медицинских наук из Отдела инфекционных заболеваний Бостонской детской больницы, показывает, что врожденные иммунные пути, наиболее известные как наша первая линия защиты от бактериальной инфекции, имеют побочную работу, которая не менее важна.

В кишечнике пищеварительные клетки используют врожденный иммунный путь, чтобы реагировать на вредные бактерии. Но другие кишечные клетки, энтероэндокринные клетки, используют этот же путь, известный как IMD-путь, для того чтобы ответить на "хорошие" бактерии -- путём тонкой настройки метаболизма организма к диетпитанию и состоянию кишечника.

Прим. ред.: Организм плодовых мух противостоит бактериальным инфекциям с помощью гена Imd (от англ. immune deficiency — иммунодефицит).

«Некоторые врождённые иммунные пути предназначены не только для врождённого иммунитета, — говорит Уотник. «Врожденные иммунные пути также слушают "хорошие" бактерии - и отвечают метаболически».

Метаболический синдром, "жирная печень" у мух

Уотник и ее коллеги знали из своих предыдущих исследований, что бактерии, живущие в кишечнике мух, образуют короткоцепочечную жирную кислоту, ацетат, которая необходима для собственного липидного обмена мух и инсулиновой сигнализации. Мухи без бактерий в их кишечнике (и следовательно, в отсутствие ацетата) аккумулировали жировые капельки в их пищеварительных клетках.

В лаборатории Норберта Перримона (Norbert Perrimon, PhD) в Гарвардской медицинской школе, ранее были обнаружены похожие жировые капсулы у мух, чьи энтероэндокринные клетки не обладали тахикинином (инсулиноподобным белком), который важен для роста, липидного обмена и регуляции инсулина.

«Когда есть проблемы с обработкой глюкозы или липидов, жиры застревают в этих капсулах в клетках, которые не предназначены для хранения жира», — говорит Уотник.

В новом исследовании снова используются плодовые мухи, которые легко размножаются и управляются генетически, и имеют типы клеток в кишечнике, как и у людей. Когда Уотник и его коллеги исследовали мух с мутациями во врожденном иммунном пути IMD, они снова увидели капли жира в их кишечнике.

Уотник считает, что эти капсулы жира вызваны потерей кишечных бактерий, потерей тахикинина или потерей врождённого иммунного пути; они являются эквивалентом жировой печени. Их накопление становится признаком того, что организм не может правильно метаболизировать углеводы и жиры. По сути, Паула Уотник считает, что у этих мух есть метаболический синдром, обычно связанный с ожирением и диабетом типа 1.

Определение роли иммунной системы в обмене веществ

Как связаны кишечные бактерии, врожденная иммунная система и метаболизм? Через серию экспериментов, команда начала исследовать то, как бактерии конкретно прилагают свое метаболическое влияние. Они показали, что:

• Врожденный иммунный путь провоцирует энтероэндокринные клетки на выработку тахикинина.
• В отсутствие «хороших» бактерий или их продуктов брожения (ацетата), нейропептид тахикинин не производится.
• Когда стерильным мухам дают ацетат, происходит реактивация врожденного иммунного пути и нормализуется их метаболизм.
• Специфический врожденный иммунный рецептор на энтероэндокринных клетках, PGRP-LC, требуется для получения ацетатного сигнала.

"Мы знаем, что бактерии контролируют наш метаболизм, но никто не понял, что бактерии взаимодействуют с врожденными иммунными сигнальными путями в энтероэндокринных клетках", - говорит Уотник. "Возможно, эти пути действительно являются системой, которая позволяет клеткам распознавать бактерии по разным причинам."

Двустороннее взаимодействие

Исследование также показало, что активация врожденного иммунного пути в энтероэндокринных клетках имеет важное значение для нормального роста и развития мух. Когда Уотник и его коллеги инактивировали путь, у мух наблюдалась задержка роста. При кормлении мух ацетатом или непосредственной реактивации врожденного иммунного пути у них снова наблюдался рост.

По мнению Уотник это исследование показало двустороннее взаимодействие между нашим микробиомом и нашим метаболизмом. Хорошие бактерии ферментируют питательные вещества в нашем рационе и синтезируют короткоцепочечные жирные кислоты, такие как ацетат, которые помогают оптимизировать и хранить питательные вещества. Патогенные «плохие» бактерии делают обратное: они потребляют жирные кислоты, препятствуя здоровому обмену веществ. Дисбаланс в нашем кишечном микробиоме был связан с ожирением и иногда способствовал недоеданию..

И поскольку ацетат получают путём ферментации, то Уотник и ее коллеги считают, что употребление большего количества ферментируемых углеводов может повысить уровень ацетата и способствовать хорошему метаболизму. Такие продукты, как они предполагают, могут помочь нейтрализовать дисбаланс наших кишечных бактерий, например, вызванный длительным использованием антибиотиков.

Источник: Материалы, предоставленные  Boston Children's Hospital