Сахар подавляет филаментные бактерии в кишечнике и нарушает защиту от метаболического синдрома

Подготовил Максим Чубик

https://pcr.news/novosti/sakhar-podavlyaet-filamentnye-bakterii-v-kishechnike-i-narushaet-zashchitu-ot-metabolicheskogo-sindr/

Ученые из США и Японии показали, что сахар модифицирует кишечную микробиоту, препятствуя росту сегментированных филаментных бактерий-комменсалов (СФБ), индуцирующих иммунные клетки, которые контролируют развитие метаболического синдрома. Эти выводы получены в результате экспериментов на мышах, которых кормили высококалорийной пищей. Однако мыши, у которых снизили уровень СФБ в кишечнике, на том же рационе, но без сахара, набирали вес, и у них развивались метаболические патологии, в отличие от мышей с нормальным уровнем СФБ.

Метаболический синдром характеризуется нарушениями липидного, углеводного и пуринового обмена. Это нередко приводит к развитию осложнений — сердечно-сосудистым и онкологическим заболеваниям, сахарному диабету, неалкогольному воспалению печени, псориазу и некоторым психоневрологическим нарушениям. Раньше метаболический синдром считался болезнью людей старшего возраста, однако в последнее время эта патология распространилась и на молодых.

Развитие метаболического синдрома обычно связывают с высоким содержанием жиров и сахаров в пище (High-Fat Diet, HFD). Также было известно, что регулирует нарушения метаболизма кишечная микробиота, но как именно —до конца было неясно.

Группа ученых из США и Японии показала, что риск развития метаболического синдрома повышается при уменьшении популяции в кишечнике специфичных Т-клеток (Т-хелперы 17 типа, Th17), которые индуцируются бактериями-комменсалами. Особое значение в регуляции численности Th17 имеют сегментированные филаментные (нитчатые) бактерии (СФБ) — группа анаэробных спорообразующих бактерий, родственных клостридиям. Клетки Th17 известны тем, что играют ключевую ролью в активации нейтрофилов и крайне важны для защиты организма от внеклеточных патогенов, которые не могут эффективно элиминироваться Т-хелперами 1 и 2 типов. Обитающие в кишечнике позвоночных животных СФБ обладают мощными иммуномодулирующими свойствами за счет интенсивной стимуляции созревания Т- и В-клеток. Однако выяснилось это только после того, как ученые научились выращивать СФБ in vitro: в 2015 году французские исследователи разработали методику получения СФБ путем совместного культивирования клеток бактерий и клеток хозяина.

Чтобы выяснить, какой компонент HFD угнетает развитие СФБ и снижает популяцию Th17, авторы работы, опубликованной в журнале Cell, смоделировали метаболические патологии на мышах, которых в течение месяца кормили пищей с высоким содержанием жиров и сахаров. В контрольной группе животных содержали на стандартном рационе. Мыши, получавшие HFD, набирали вес и у них проявилась резистентность к инсулину и непереносимость глюкозы. Спустя неделю с начала эксперимента в тонком кишечнике таких мышей отмечалось снижение общего количества клеток Th17 и численности зрелых Th17-клеток. Отмечено также, что HFD привела к значительной потере СФБ в кишечнике (в частности, в слизистой подвздошной кишки).

Ученые предположили, что снижение количества СФБ, связанное с HFD, выключает стимуляцию созревания Th17-клеток. Для проверки гипотезы ученые ввели мышам родственные СФБ-специфичные Т-клеточные рецепторы (T-cell receptors, TCR). В результате выяснилось, что CD4-лимфоциты активно развивались и дифференцировались в Th17-клетки у животных контрольной группы и переставали размножаться и генерировать клетки Th17 у мышей, получавших HFD.

У животных, которых содержали на HFD, развивалось ожирение и нарушение обмена веществ, но введение СФБ привело к частичному, а в некоторых случаях и к значительному выздоровлению. У мышей наблюдалось уменьшение воспаления кишечника, снижение веса, восстановление уровня клеток Th17 и экспрессии IL-17 в терминальном отделе подвздошной кишки на фоне уменьшение количества клеток Th1 и воспалительных Т-клеточных цитокинов.

Затем авторы исследовали разные пищевые компоненты HFD рациона, используя потерю СФБ в качестве индикатора для идентификации пищевых ингредиентов, негативно влияющих на активность кишечных клеток Th17. Когда ученые кормили мышей диетой с высоким содержанием жиров без сахара, они сохраняли клетки Th17 и были полностью защищены от развития ожирения и преддиабета, хотя потребляли такое же количество калорий. Низкое содержание пищевых волокон в рационе также не приводило к уменьшению числа СФБ в кишечнике.

Лишь добавление к рациону различных сахаров показало наличие корреляции с уровнем кишечных СФБ и клеток Th17. Сахароза элиминировала СФБ из кишечника мышей в прямой зависимости от дозы, тогда как галактоза не оказала существенного влияния на уровни кишечного СФБ. Авторы создали вариант HFD без сахара, заменив этот компонент крахмалом, и установили, что у животных с изначальным дефицитом СФБ развивается ожирение и метаболический синдром, а у мышей с достаточным уровнем этих бактерий масса не увеличивается, нет признаков воспаления, резистентности к инсулину, непереносимости глюкозы, а также отмечается высокое содержание клеток Th17 в кишечнике.

По мнению авторов, поскольку отказ от сахара помог не всем мышам (при отсутствии кишечных СФБ животные набирали вес и приобретали метаболический синдром), то стратегия минимизации сахара в рационе будет работать, только если в микробиоте есть определенные популяции комменсальных бактерий.

Исследователи подчеркивают, что существует сложное взаимодействие между питанием, микробиотой и иммунной системой в контексте риска развития метаболического синдрома и необходимо не только менять рацион, но и контролировать кишечный микробиом пациентов.

Источник

Kawano Y., et al. Microbiota imbalance induced by dietary sugar disrupts immune-mediated protection from metabolic syndrome // Cell (2022), published online 29 August 2022. DOI: 10.1016/j.cell.2022.08.005