В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, международная команда ученых показала, что пища, богатая жирными кислотами, активно перерабатывается бактериями в кишечнике, а побочный продукт этого процесса стимулирует выработку иммунных клеток, защищающих от пищевого отравления.
Триада «рацион — микробиом — иммунная система»
Исследование, проведенное под руководством ученых из Медицинской школы Гарвардского университета при участии коллег из Медицинской школы Массачусетского университета, Университета Тафтса, Массачусетской больницы общего профиля, Университета Китайской академии наук и Национальной программы ключевых исследований и разработок Китая, проливает свет на механизмы, объясняющие, как именно рацион изменяет работу клеток, тканей и органов, выделяя роль важнейшего посредника между пищей и здоровьем — микробиоты кишечника.
Эксперименты на мышах показали, что кишечные бактерии питаются обычными жирными кислотами, например, линолевой, превращая ее в конъюгированную линолевую кислоту (CLA). Этот побочный продукт служит сигналом для запуска биологического каскада, который в конечном итоге стимулирует особый тип иммунной системы, свойственной тонкому кишечнику.
Микробиота питается обычными жирными кислотами, а побочный продукт этого процесса стимулирует рост иммунных клеток в кишечнике.
Мыши, у которых этот процесс был прерван, легче становились жертвами распространенного пищевого патогена — Salmonella typhimurium.
Полученные результаты, по словам авторов, свидетельствуют о сложном взаимодействии между микробиомом кишечника, пищей и иммунитетом. Отдельные виды микроорганизмов в кишечнике могут изменять функции конкретных органов и оказывать существенное влияние на здоровье.
Иммунный «каскад», стимулируемый потреблением жирных кислот, защищает кишечник от болезнетворных бактерий.
«Каскад» против пищевого отравления
У беззародышевых мышей — лабораторной модели, которая не колонизирована микроорганизмами и, следовательно, не имеет микробиома, — отсутствует подгруппа иммунных клеток, известных как CD4+CD8aa+ интраэпителиальные лимфоциты (IEL), которые в норме обитают в определенной части тонкого кишечника. Любопытно, что у обычных мышей, которые были посажены на диету с минимумом самых необходимых питательных веществ, также наблюдается дефицит этих клеток. Однако они неожиданно появляются у беззародышевых мышей, если их рацион будет включать все богатство питательных компонентов.
Исследователи изучили, каких питательных веществ не хватало в скудном рационе, и в итоге остановились на жирных кислотах. После скармливания отдельных жирных кислот мышам с минимальным рационом и типичным микробиомом обнаружилось, что у животных, потреблявших длинноцепочечную жирную кислоту, известную как линолевая, в тонком кишечнике начал расти уровень CD4+CD8aa+ IEL.
Многие бактерии, обитающие в кишечнике, вырабатывают фермент — изомеразу линолевой кислоты (LAI), которая превращает линолевую кислоту в конъюгированную форму (CLA), при этом некоторые двойные и одинарные химические связи линолевой кислоты перестраиваются. Дальнейшие исследования показали, что уровень CLA был аномально низким как у мышей с типичным микробиомом, которые получали скудный рацион, так и у беззародышевых мышей, которых кормили «от души», следовательно, для превращения линолевой кислоты в CLA необходимы бактерии.
Когда исследователи колонизировали беззародышевых мышей бактериями, продуцирующими LAI, и хорошо кормили, у животных в тонком кишечнике развивались CD4+CD8aa+ IEL. И наоборот, если мышей колонизировали генетически модифицированными бактериями, не продуцирующими LAI, CD4+CD8aa+ IEL не вырабатывались. Значит CLA необходимы для роста иммунных клеток.
Исследование наглядно демонстрирует, как рацион и микробиом кишечника совместно формируют иммунную систему.
Был выявлен и механизм того, как CLA стимулирует развитие CD4+CD8aa+ IEL: оказалось, некоторые иммунные клетки в тонком кишечнике вырабатывают на своей поверхности белок, называемый ядерным фактором гепатоцитов 4g (HNF4g), который служит рецептором для CLA. Когда CLA присоединялся к этим рецепторам, клетки вырабатывали другой белок, интерлейкин 18R (IL-18R), который, в свою очередь, снижал выработку третьего белка, называемого ThPOK. Чем меньше вырабатывалось ThPOK, тем больше развивалось иммунных клеток.
Когда исследователи изменяли какую-либо часть каскада — например, предотвращали выработку IL-18R или HNF4g, — мыши не продуцировали CD4+CD8aa+ IEL и не могли больше противостоять инфицированию Salmonella typhimurium — бактерией, вызывающей пищевые отравления.
По словам ведущего автора работы профессора иммунологии Гарвардской медицинской школы Денниса Каспера, исследуя эти процессы, можно лучше понять, как кишечный микробиом поддерживает здоровье и когда следует вмешаться, если что-то идет не так.