Microbiome: потребление растворимых пищевых волокон способствует обновлению эпителиальных клеток кишечника

Исследование, проведенное бразильскими учеными и опубликованное в научном журнале Microbiome, показывает, что диета, содержащая подходящее количество инулина, растворимой клетчатки, которой, например, много в корне цикория, может влиять даже на длину и другие макроскопические характеристики кишечника. Однако это благотворное действие возможно только в присутствии бактерий, переваривающих клетчатку. Положительные изменения в иммунитете относятся к числу здоровых взаимодействий. Полученные данные включают новые доказательства важности потребления пищевых волокон и вносят свой вклад в медицинское понимание воспалительных заболеваний кишечника.

Актуальность исследования

Известно, что диета с высоким содержанием клетчатки приносит пользу для здоровья. Научные исследования указывают на защиту от таких заболеваний, как рак и диабет. Однако то, как именно клетчатка взаимодействует с кишечником и населяющими его микроорганизмами — кишечной микробиотой — плохо изучено.

«У мышей, которые потребляли 10% инулина, кишечник был больше, чем у мышей, которые потребляли только нерастворимую клетчатку [целлюлозу]. Когда мы проанализировали их кишечную ткань, мы обнаружили большую пролиферацию эпителиальных стволовых клеток у животных, которых кормили пищей, богатой инулином. Эпителий — это слой, который отделяет содержимое кишечника от других органов», — комментирует автор исследования Ренан Оливейра Корреа (Renan Oliveira Corrêa).

Экспрессия генов

Исследователи секвенировали РНК эпителия кишечника и обнаружили 268 генов, по-разному экспрессирующихся у мышей, получавших богатую инулином диету, и у мышей, получавших обычную диету. В первой группе была усилена экспрессия генов, связанных с клеточным циклом, а также с репликацией и репарацией ДНК. Эти клеточные процессы чрезвычайно важны из-за высокой скорости обновления эпителиальных клеток в кишечнике.

С другой стороны, гены, связанные с метаболизмом липидов и жирных кислот, были менее выражены у мышей, потреблявших инулин. Эта модуляция была совместима с эффектами, описанными другими исследовательскими группами в исследованиях, показывающих, что потребление инулина снижает уровень липидов в кровотоке и уменьшает стеатоз печени (жировая болезнь печени).

Диета, богатая инулином, также повышала экспрессию генов, связанных с дифференцировкой эпителиальных клеток кишечника — процессом, необходимым для роста органа и замещения мертвых клеток. Это привело к увеличению количества бокаловидных клеток, специализированных эпителиальных клеток, секретирующих муцины, являющиеся важными компонентами слизи, защищающей кишечник человека от вредоносных бактерий. Их обилие свидетельствует о том, что орган находится в здоровом состоянии.

«Эта часть исследования включала анализ последовательности отдельных клеток, возможно, впервые проведенный полностью в Бразилии. Метод измеряет индивидуальные профили экспрессии каждой клетки в эпителиальном слое», — пояснил Марко Аурелио Рамирес Виноло (Marco Aurélio Ramirez Vinolo), последний автор исследования.

Роль бактерий

Микробиота кишечника была резко изменена у мышей, получавших инулин. Чтобы убедиться, что изменения связаны с воздействием инулина на эпителий, исследователи провели эксперименты с участием двух других групп мышей. Перед приемом инулина одной группе давали антибиотик, который истощал микробиоту кишечника. Другая группа состояла из безмикробных мышей, у которых вообще не было кишечной микробиоты — они были выращены в абсолютно стерильной среде и не имели контакта с каким-либо источником микроорганизмов. После приема инулина ни в одной из групп не развился эпителиальный пролиферативный фенотип, а также ни в одной из них не было обнаружено молекулярных изменений, наблюдаемых в группе с нормальной микробиотой кишечника.

«Когда они проглатывали небольшое количество фекалий [через трансплантацию фекалий] от мышей с кишечными бактериями, которых кормили инулином, у этих мышей развивался представляющий интерес фенотип, хотя сами они никогда не принимали инулин, что подтверждает ключевую роль кишечной микробиоты в этих процессах», — комментирует Корреа.

Наконец, исследование показало, что потребление инулина повышает уровень в крови интерлейкина-22 (ИЛ-22), цитокина, вырабатываемого иммунной системой и важного для здоровья кишечника. У мышей, которые не продуцировали IL-22, потому что ген, ответственный за этот белок, был подавлен, диета, богатая инулином, не имела эффектов, наблюдаемых в других группах.

Инулин также не вызывал представляющего интерес эффекта у мышей, лишенных гамма-дельта Т-клеток, подгруппы лимфоцитов, присутствующих в эпителиальном слое слизистой оболочки, что указывает на важную функцию специфических иммунных клеток в этом контексте.

«Мы обнаружили, что другие растворимые волокна, такие как пектин из фруктов, имеют аналогичные эффекты. Необходимы дополнительные исследования, чтобы точно понять, что делает каждое волокно, но мы можем прямо сейчас заявить, что преимущества сбалансированного питания становятся все более очевидными и включают сложные взаимодействия между диетическими компонентами, кишечной микробиотой и различными типами клеток», — подчеркнул Виноло. «Очень важно понять, как работает эта система и как мы можем воздействовать на нее, чтобы предотвратить и даже лечить воспалительные заболевания кишечника, а также другие, такие как диабет и астма».

Авторы другого исследования выяснили, как кишечные бактерии добывают питательные вещества из пищевых волокон.