Кишечный микробиом

Кишечный микробиом – совокупность микроорганизмов, обитающих в кишечнике.

Кишечные микроорганизмы перерабатывают сложные питательные вещества, такие как растительная клетчатка и муцины, в простые сахара. Микробиом играет важную роль в поддержании саморегуляции иммунных клеток кишечника, синтезе витаминов и предотвращении колонизации слизистой оболочки патогенными микроорганизмами.

Поддержание баланса микробиома кишечника имеет решающее значение для здоровья человека и предотвращения сердечно-сосудистых заболеваний, диабета 2-го типа, рака и ожирения.

Одна из функций микробиома – производство короткоцепочечных жирных кислот – SCFA.

SCFA – короткоцепочечные жирные кислоты

SCFA вырабатываются кишечным микробиомом при ферментации пребиотиков: пищевых волокон, неперевариваемых углеводов и резистентного крахмала.

Наиболее распространенные в толстом кишечнике кислоты: уксусная, пропионовая и масляная (в молярном соотношении 3: 1: 1).

Дисбаланс кишечного микробиома и уменьшение количества бактерий, продуцирующих SCFA, часто диагностируют у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника, синдромом раздраженного кишечника, диабетом 2-го типа, ожирением, бактериальными инфекциями, аутоиммунными и онкологическими заболеваниями.

Функции короткоцепочечных жирных кислот

SCFA:

  • Улучшают энергетический обмен млекопитающих, которые используют их вместе с глюкозой в качестве источника энергии. SCFA могут обеспечить до 10% ежедневных калорий. Однако для производства этих кислот нужны пребиотики, используемые при ферментации.
  • Являются основным источником энергии для эпителиальных клеток слизистой толстого кишечника.
  • Стимулируя рост сапрофитной микрофлоры, подавляют развитие патогенных микроорганизмов (Escherichia coliSalmonella или Campylobacter), конкурирующих за места колонизации.
  • Усиливают барьерную функцию эпителия кишечника и регулируют иммунную систему.
  • Влияют на дифференцировку регуляторных T-клеток, контролирующих силу и длительность иммунного ответа, и продукцию противовоспалительного интерлейкина-10.
  • Влияют на поддержание нормальной структуры, целостности и функций кишечника.
  • Регулируют pH, повышая усвоение кальция, железа и магния.
  • Полезны для метаболизма глюкозы и белка в печени.
  • Увеличивают количество слизи и скорость кровотока.
  • Регулируют аппетит.
  • Оказывают влияние на маркеры риска сердечно-сосудистых заболеваний.
SCFA Тип соли, эфира Влияние на здоровье человека
Уксусная Ацетат
  • Защита от кишечной палочки O157: H7.
  • Участвует в синтезе холестерина.
Масляная Бутират
  • Является источником 70% энергии, используемой кишечными эпителиальными клетками.
  • Увеличивает экспрессию гена MUC2 и продукцию муцина.
  • Тормозит развитие опухолевых клеток и запускает их гибель.
  • Подавляет генотоксическую активность нитрозамидов и перекиси водорода.
  • Обладает иммунорегуляторным эффектом.
  • Играет роль в профилактике и лечении дистального язвенного колита, болезни Крона и рака.
  • Уменьшает симптомы язвенного колита.
Масляная / уксусная / пропионовая Бутират / ацетат / пропионат
  • Уменьшает макроскопические и гистологические признаки воспаления.
Муравьиная Формиат
  • Присутствие связано с метаногенезом, и его концентрация может быть повышена во время воспаления.
Пропионовая Пропионат
  • Уменьшает синтез холестерина в печени, улучшает липидный обмен.
  • Обладает антипролиферативным эффектом – подавляет избыточное деление клеток.
Валериановая Валерат
  • Стимулирует рост кишечного эпителия.
  • Благотворно влияет на патогенез таких заболеваний, как колит, кардио-метаболические заболевания и рак.

Эффект пробиотиков

Пробиотики – живые бактерии, улучшающие микрофлору кишечника.

Кишечные микроорганизмы влияют на обмен веществ. Баланс микробиома необходим для поддержания здоровья организма и предотвращения многих заболеваний.

Исследователи предположили, что преднамеренное размножение или введение определенных групп микроорганизмов может быть полезным людям, у которых число этих микроорганизмов слишком мало.

Противовоспалительный эффект пробиотиков. В модельных исследованиях кишечника человека in vitro было проверено влияние водной пробиотической суспензии Symprove на бактериальное разнообразие. Пробиотик Symprove содержит 4 вида молочнокислых бактерий: L. rhamnosus, L. acidophilus, L. plantarum и Enterococcus faecium. После 3 недель приёма Symprove увеличилось производство SCFA (особенно масляной) и противовоспалительных молекул IL-10 и IL-6 (цитокинов). А производство воспалительных молекул – хемокинов IL-8, CXCL 10 и MCP-1 – уменьшилось.

Пробиотики и уменьшение числа патогенных микроорганизмов. В другом исследовании 33 добровольца возрастом от 26 до 76 лет 4 недели употребляли Lactobacillus plantarum. В результате приёма пробиотика количество полезных бактерий увеличилось, а количество условно патогенных микроорганизмов уменьшилось. Во всех возрастных группах возросло производство уксусной и пропионовой SCFA. Пик показателей – через 5 недель приёма пробиотика.

Антивозрастное действие пробиотиков. 15 стареющих мышей в течение 12 недель получали пробиотик с тремя молочнокислыми бактериями: L. paracasei, L. plantarum и термофильным стрептококком. В результате приёма увеличилось производство SCFA, замедлилась гибель клеток и уменьшились повреждения головного мозга. У стареющих мышей улучшились память и обучаемость.

Пробиотики против рака толстого кишечника и прямой кишки

Злокачественные опухоли толстого кишечника и прямой кишки (колоректальный рак) – третья по распространённости причина смерти от рака. Колоректальный рак взаимосвязан со снижением уровня SCFA и дисбактериозом кишечника.

В мышиную модель рака толстой кишки вводили пробиотик Butyrivibrio fibrisolvens с высокой продукцией бутирата (масляной кислоты). Пробиотик замедлил развитие опухоли, снизил маркер рака β-глюкуронидазу и усилил иммунный ответ.

Во многих исследованиях изучалось влияние пробиотиков на разрастание опухолей. При исследовании рака толстого кишечника были испытаны: Pediococcus pentosaceus, Lactobacillus salivarius, Enterococcus faecium, обезжиренный молочный кефир и айран. Пробиотики повышали уровень SCFA и уменьшали разрастание опухолей.

Возможное лечение колоректального рака в составе комплексной терапии – диета с содержанием ферментируемых пищевых волокон, увеличивающих уровень SCFA.

Пробиотики против ожирения

Ожирение провоцирует сердечно-сосудистые заболевания, нарушение обмена веществ, сахарный диабет, рак и преждевременную смерть. В мире насчитывается 1,7 млрд. человек с лишним весом.

Состав кишечного микробиома у людей с ожирением отличается от состава микробиома у людей с нормальным весом. Ожирение связано с уменьшением количества Bacteroidetes и увеличением количества Firmicutes. При этом кишечный микробиом человека с ожирением менее разнообразен, чем у худощавого человека.

В исследованиях на мышах и крысах изучалось влияние пробиотиков на ожирение и диабет. Пробиотики:

  • повышали барьерную функцию кишечника;
  • ускоряли метаболизм;
  • подавляли увеличение массы тела и инсулинорезистентность;
  • снижали потребление пищи;
  • улучшали толерантность к глюкозе.

Правильное питание и употребление пробиотиков может уменьшить воспаление тонкого кишечника, повысить целостность кишечного барьера, увеличить количество полезных бактерий – и привести к снижению веса.

Пробиотики против диабета 2 типа

У людей с диабетом кишечный микробиом изменён. Поэтому производство SCFA кишечными бактериями снижено. Употребление пробиотиков сдерживает развитие диабета 2 типа.

На мышах исследовался пробиотик из верблюжьего молока. После 6 недель приёма возрос уровень бактерий, производящих SCFA, улучшились показатели глюкозы и липидов крови.

Пробиотики против сердечно-сосудистых заболеваний

Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) – основная причина смертности в мире. ССЗ связаны с повышением уровня холестерина в крови. Высокий уровень холестерина провоцирует гипертонию и сахарный диабет 2 типа.

В течение 8 недель мыши получали пробиотик Daily Body Restore из лактобактерий, бифидобактерий и пищеварительных ферментов. Мышей разделили на 3 группы. Первая – мыши с повышенным уровнем холестерина из-за высокожирной диеты. Эта группа получала пробиотик. Вторая – мыши на диете с низким содержанием жира. Третья –  мыши на диете с высоким содержанием жира, не получавшие пробиотика. Пробиотик повысил уровень пропионовой кислоты, снизил уровень вредных липопротеинов низкой плотности и повысил уровень полезных липопротеинов высокой плотности.

Употребление большого количества жиров связано с дисбактериозом кишечника. SCFA уменьшают проявления сердечно-сосудистых заболеваний, снижая артериальное давление и регулируя гомеостаз глюкозы и липидов.

Пробиотики и расстройства аутического спектра

Расстройства аутического спектра (РАС) – нарушения развития нервной системы, которые характеризуются нарушениями социального взаимодействия и повторяющимися моделями поведения.

У пациентов с РАС изменён состав кишечного микробиома, часто встречаются проблемы с желудочно-кишечным трактом.

Взаимосвязь желудочно-кишечных симптомов и РАС подтверждена исследованием на 97 детях: 29 детей с РАС получали пробиотик, 29 детей с РАС не получали, 39 здоровых детей не получали пробиотик. У детей с РАС, не получавших пробиотик, уровни SCFA были значительно ниже, чем у здоровых детей и детей, получавших пробиотик.

Пробиотики и атопический дерматит

Атопический дерматит характеризуется кишечным дисбактериозом с преобладанием таких видов как Faecalibacterium , Oscillospira , Bacteroides , Parabacteroides и Sutterella, а также снижением уровня или отсутствием микроорганизмов, производящих SCFA.

Микроорганизмы, продуцирующие SCFA, обладают противовоспалительным действием, участвуют в регуляции иммунной системы и могут играть защитную роль против атопического дерматита.

Пробиотики и желудочно-кишечные расстройства

SCFA предотвращают колонизацию кишечного эпителия патогенными микроорганизмами. Пробиотики повышают целостность кишечного барьера и улучшают иммунную регуляцию.

L. casei оказывает противовоспалительное действие на клетки кишечного эпителия, инфицированного шигеллами. Пробиотики могут лечить и предотвращать диарею, вызванную бактериальными и вирусными инфекциями.

Пробиотики для здоровья человека

Исследования подтверждают, что приём пробиотиков улучшает баланс кишечного микробиома и уровень короткоцепочечных жирных кислот SCFA – и может помочь в укреплении здоровья человека и предотвращении многих заболеваний.

Исследователи подчеркивают иммуномодулирующее действие SCFA, продуцируемых пробиотиками, но механизмы их действия нуждаются в дальнейшем изучении.

Источник