Диета с недостатком триптофана изменяет микробиоту кишечника и усиливает воспаление

С возрастом диета, в которой не хватает незаменимой аминокислоты триптофана, играющей ключевую роль в нашем настроении, уровне энергии и иммунном ответе, делает микробиом кишечника менее защищенным и усиливает воспаление во всем организме, сообщают исследователи.

В обычных взаимных отношениях, которые, по-видимому, нарушаются с возрастом, достаточное количество триптофана, который мы потребляем в таких продуктах, как молоко, индейка, курица и овес, помогает поддерживать здоровье нашей микробиоты.

Здоровая микробиота, в свою очередь, способствует тому, что триптофан в основном производит полезные для нас вещества, такие как нейротрансмиттер серотонин, снижающий риск депрессии, и мелатонин, способствующий крепкому сну, говорит доктор Садананд Фулзеле, исследователь старения на медицинском факультете Медицинского колледжа Джорджии.

Однако у пожилых мышей всего восемь недель диеты с низким содержанием триптофана приводят к нездоровым изменениям в триллионах бактерий, составляющих микробиоту кишечника, и повышению уровня системного воспаления, сообщается в журнале International Journal of Molecular Sciences.

Диета напрямую связана с составом микробиоты у людей и грызунов, пишут авторы, и им удалось зафиксировать значительные изменения.

Например, при низком уровне триптофана исследователи MCG обнаружили более низкий уровень Clostridium sp., бактерии, которая метаболизирует незаменимую аминокислоту, обеспечивая производство в кишечнике таких полезных веществ, как серотонин, и трехкратное увеличение бактерии Acetatifactor, которая связана с воспалением кишечника.

«Мы считаем, что микробиом играет важную роль в процессе старения, и одним из таких игроков в нем является триптофан, который производит метаболиты, влияющие на функции всех органов», — говорит д-р Карлос М. Исалес, содиректор Центра здорового старения MCG и руководитель Отделения эндокринологии, диабета и метаболизма MCG. «У нас также есть доказательства того, что состав бактерий, утилизирующих триптофан, меняется, поэтому даже если вы едите больше триптофана, вы можете использовать его неправильно», — говорит он.

Фульцеле и Изалес являются соавторами нового исследования, посвященного изучению взаимосвязи между триптофаном, микробиомом кишечника и воспалительной реакцией. В ходе исследования пожилых мышей в течение восьми недель кормили тремя различными диетами — с дефицитом, рекомендованным и высоким содержанием триптофана.

В условиях низкого содержания триптофана наблюдалось как прямое, так и косвенное воздействие на микробиоту. К ним относятся такие изменения, как снижение уровня бактерий Mucispirillum и Blautia, которые играют большую роль в поддержании здоровья микробиоты у людей и животных. Некоторые из этих бактерий также были обнаружены в значительной степени сниженными у пациентов с болезнью Крона и колитом, при которых воспаление может быть очень сильным. Например, Mucispirillum противостоит окислительным «всплескам», связанным с воспалением, и вырабатывает множество факторов, связанных с уменьшением реактивных форм кислорода и, как следствие, воспаления.

Именно нездоровые изменения в микробиоте заставили Фулзеле, Изалеса и их коллег заподозрить повышенное выделение сигнальных молекул, способствующих развитию воспаления, называемых цитокинами, и предположить, что изменения в микробиоте могут вызывать выделение этих молекул в масштабах всего организма. В частности, в крови мышей, получавших диету с низким содержанием триптофана, были обнаружены цитокины IL-17 и IL-1a, а также IL-6 и IL-27, способные как стимулировать, так и подавлять воспаление. Было обнаружено значительное повышение уровня IL-6, IL-17A и IL-1a и значительное снижение уровня IL-27 — цитокина, который предотвращает транскрипцию вызывающего воспаление IL-17 и способствует увеличению количества регуляторных Т-клеток в кишечнике, подавляющих воспаление. И наоборот, у мышей, получавших богатую триптофаном диету, уровень успокаивающего IL-27 был выше.

В целом, по мнению исследователей, диета с низким содержанием триптофана создает предпосылки для развития воспаления во всем организме.

Когда пожилые мыши возобновили здоровое потребление триптофана, некоторые из нездоровых изменений исчезли уже через несколько дней, отмечает Фульцеле. Однако тот факт, что увеличение количества триптофана не всегда устраняет проблемы и что некоторые метаболиты триптофана на самом деле вредны, является еще одним доказательством того, что лучшим вариантом является раннее назначение отдельных метаболитов для поддержания оптимального функционирования микробиоты, а не попытка спасти ее триптофаном, говорят исследователи.

В настоящее время их работа направлена на дальнейшее изучение того, как должен выглядеть хороший набор метаболитов. «Мы хотим определить, какие продукты, вырабатываемые кишечником, являются хорошими, а какие — плохими», — говорит Изалес.

У каждого человека есть уникальная микробиота, доставшаяся нам от родных матерей и способная изменяться под влиянием того, что мы потребляем, вдыхаем или подвергаемся иному воздействию в течение длительного времени. Микробиоту принято считать системой органов, обеспечивающей переваривание пищи и играющей ключевую роль в иммунном ответе и общем состоянии здоровья. По словам Изалеса, микробиота также должна защищать нас от вредного воздействия окружающей среды в любом возрасте и от разрушительных последствий старения.

К таким последствиям можно отнести снижение обоняния, вкуса и аппетита, а также связанные с этим изменения в рационе питания, например, неполноценное или скудное питание. Кроме того, стволовые клетки во всем организме, которые призваны поддерживать нашу жизнедеятельность на высоком уровне, восстанавливая или заменяя дисфункциональные клетки, становятся менее функциональными из-за кумулятивного воздействия токсинов, которым мы подвергаемся. Таким образом, системы нашего организма становятся менее эффективными, большинство из нас теряют мышечную массу и набирают жир, который вырабатывает воспалительные молекулы, и наш вес смещается, поэтому мы накапливаем больше жира в области живота и вокруг него, где он, как правило, вызывает наибольшее воспаление и приводит к летальному исходу. Жир также менее эффективно, чем мышцы, сжигает калории, поэтому наш метаболизм замедляется, что теоретически должно замедлять старение, но в условиях других изменений в основном не происходит.

«По сути, ваша иммунная система подверглась дисрегуляции, у вас продолжается воспаление поврежденных тканей в результате процессов, которые обычно поддерживают ваше здоровье», — говорит Изалес, поскольку хроническое воспаление может заменить классический эпизодический иммунный ответ, который борется с инфекцией и обеспечивает заживление.

Этот «неестественный» процесс старения Изалес называет хроническими заболеваниями, такими как нарушение пищеварения, снижение когнитивных функций и ослабление иммунной системы, и он и Фулзеле согласны с тем, что микробиота кишечника является важным модулятором этих процессов.

«Мы принимаем как норму то, что ваши органы перестают работать. Мы принимаем, что с возрастом снижается фракция выброса сердца. Мы принимаем, что с возрастом снижается работа мозга. Мы принимаем за норму то, что не является нормой», — говорит Изалес, который вместе с Фулзелем и другими коллегами из Центра здорового старения MCG хочет помочь вернуть большинству из нас способность жить значительно дольше и здоровее.

Аминокислоты, такие как триптофан, являются строительными блоками для производства белков, а белки — это продукт, который производят наши клетки и который определяет их работу и, в конечном счете, работу наших органов и тканей.

Справка: «Триптофан-дефицитная диета вызывает дисбиоз микробиоты кишечника и усиливает системное воспаление у пожилых мышей» (Ibrahim Yusufu, Kehong Ding, Kathryn Smith, Umesh D. Wankhade, Bikash Sahay, G. Taylor Patterson, Rafal Pacholczyk, Satish Adusumilli, Mark W. Hamrick, William D. Hill, Carlos M. Isales and Sadanand Fulzele, 8 May 2021, International Journal of Molecular Sciences . DOI: 10.3390/ijms22095005

Исследование финансировалось Национальным институтом по проблемам старения.