В желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) человека обитает огромное количество микроорганизмов: бактерий, грибов, архей и вирусов. Вся эта микрофлора называется кишечным микробиомом. Хотя первоначально термин «микробиом» относился к коллективным геномам этих микробов, а термин «микробиота» к самим фактическим микроорганизмам, сейчас эти два понятия стали синонимами [1]. Бактериальная составляющая микробиома преобладает (98%) и представлена в основном типами Bacteroides (9—42%), Firmicutes (30—52%) и Actinibacteria (1—13%). Lactobacillus и Bifidobacterium как представители двух последних типов отвечают за пробиотический состав микробиома и его «здоровье», для которого характерны: высокое бактериальное разнобразие (альфа-разнобразие как количественная мера), большая доля пробиотических бактерий, их стабильность. Отсутствие у микробиома таких качеств ассоциируется с дисбиозом. Именно в этом смысле термин «дисбиоз» будет употребляться и далее. Аналогом дисбиоза является русскоязычный термин «дисбактериоз». В контексте данного обзора этот термин не употребляется, поскольку определение дисбактериоза слишком расплывчато.

Интерес к изучению микробиома со стороны психиатрии обусловлен в том числе проблемой недостаточной эффективности современных антидепрессантов (АД), имеющих центральный механизм действия. Этот факт побуждает к поиску альтернативных терапевтических мишеней для лечения депрессии. Такой периферической мишенью может служить микробиом, учитывая его влияние на настроение, поведение и стресс-реакцию [2].

Цель настоящего обзора состоит в освещении роли кишечной микрофлоры в формировании депрессии и тревоги, а также способах терапевтического воздействия на микробиом.

Влияние микробиома на стресс-реакцию и тревогу

Наиболее важные данные о влиянии микробиома на организм были получены при изучении стерильных (germ-free, GF) животных, у которых микробиом отсутствует с рождения. Поскольку GF-мыши вполне жизнеспособны в лабораторных условиях, кишечный микробиом следует признать факультативной частью организма. Тем не менее, GF-животные являются функционально и структурно аномальными. Аномалии со стороны ЦНС у таких животных проявляются на всех уровнях: от нейрохимического до поведенческого [2]. Наиболее изучена реакция на стресс. Так, N. Sudo и соавт. [3] был первым, кто продемонстрировал, что иммобилизационный стресс вызывает у GF-мышей чрезмерное выделение адренокортикотропного гормона (АКТГ) и кортикостерона. Эти данные указывают на то, что у GF-животных реакция на стресс гипертрофирована и связана с повышенной активностью гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (ГГНС). Эта аномальная стресс-реакция полностью нормализуется при введении GF-мышам бактерии Bifidobacterium infantis в неонатальном периоде [3]. С другой стороны, введение таким мышам энтеропатогенной бактерии Escherichia coli приводит к еще большей гиперактивации ГГНС. Эпигенетические исследования показали, что экспрессия генов в мозге самцов GF- мышей значительно отличалась от контроля, наиболее заметные различия наблюдались в гиппокампе, коре, мозжечке и стриатуме [4]. Полагают, что гиперактивность ГГНС таких животных связана, главным образом, с изменениями в гиппокампе и коре [5]. Механизм влияния микробиома на мозг не ясен, но полагают, что он включает в себя нейрональный, гуморальный и цитокиннезависимые пути [2].

Известно, что стресс-реакция тесно связана с тревогой. Ряд независимых лабораторий показали, что у GF-мышей наблюдается снижение базового уровня тревожного поведения [4]. Однако эта аномалия обратима. Так, передача микробиоты от мышей линии Balb/C с высокой тревожностью к GF-мышам породы NIH Swiss с низким уровнем тревожности вызывает у последних повышенную тревожность [6]. Некоторые штаммы бактерий B. longum, B. infantis, L. helveticus или L. rhamnosus (один или их комбинация) обладают, вероятно, анксиолитической активностью, поскольку способны нормализовать поведение таких животных [7]. Механизм этого явления, по-видимому, связан с активацией ГАМК-зависимымых тормозных путей. Так, хроническое введение L. rhamnosus вызывает изменения в экспрессии мРНК для субъединиц GABA_a и GABA_в в различных регионах головного мозга [7]. Некоторые условно-патогенные бактерии, например, Campylobacter jejuni или Citrobacter rodentium, могут усилить тревогу [8]. Этот анксиогенный эффект связывают с активацией висцеральных сенсорных ядер в стволе мозга и усиленной экспрессии белка c-Fos в паравентрикулярном ядре гипоталамуса [9]. Бактерия Trichuris muris также усиливает тревогу. Механизм ее действия связывают с активацией иммунологических (увеличение уровня фактора некроза опухоли, ФНО) и нейрохимических путей (увеличение уровня кинуренина и подавление синтеза нейротрофического фактора мозга в гиппокампе). Таким образом, стресс-реакция и тревожное поведение в определенной степени зависимы от состава микробиома.

Роль микробиома в формировании депресии

Ряд данных указывет на то, что важная роль в зарождении и развитии депрессии принадлежит низкоинтенсивному (low-grade) хроническому воспалению (НИХВ). Это воспаление носит системный характер и способно вызывать нейровоспаление с последующим развитием симптомов депрессии и тревоги [10]. Механизм возникновения НИХВ можно описать следующим образом. В нормальных условиях содержимое кишечника надежно изолировано от иммунных клеток лимфоидной системы кишечника с помощью полупроницаемого барьера. Острое стрессорное воздействие увеличивает уровень глюкокортикоидов (ГК) и ацетилхолина, высвобождаемого из холинергических нервов [11, 12]. В совокупности эти факторы приводят к повышению кишечной проницаемости. В результате бактерии и их токсины, например, липополисахариды (ЛПС), достигают клеток иммунной системы и вызывают выработку провоспалительных цитокинов. Однако избыток ГК заглушает воспалительную реакцию и после окончания стресса все возвращается в исходное состояние. В условиях хронического стрессорного воздействия ситуация иная. Хроническая активация ГГНС и постоянно высокий уровень ГК придают иммунной системе пониженную чувствительность к их противовоспалительному действию. С другой стороны, избыток циркулирующих провоспалительных цитокинов разрушает механизм отрицательной обратной связи ГГНС при котором ГК тормозят выработку АКТГ [13]. Развивается феномен глюкокортикоидной резистентности, присущий большинству больных с большим депрессивным расстройством (БДР). В совокупности эти явления уже способны придать воспалительному процессу устойчивый характер с развитием НИХВ, однако реакция микробиома на хронический стресс может оказать решающее влияние. Рассмотрим механизм подробнее. Для взаимодействия с организмом хозяина здоровый микробиом использует микробные эффекторы, такие как специфические молекулярные структуры, ассоциированные с микробами (microbial-associated molecular patterns, MAMPs), короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) и многочисленные продукты распада триптофана. КЦЖК представлены ацетатом, пропионатом и бутиратом. MAMPs являются лигандом для рецепторов распознавания образов, которые нужны организму, чтобы отслеживать резидентные микробы и вовремя синтезировать антимикробные пептиды [14]. Все эти эффекторы имеют свои мишени, но результатом их действия является укрепление целостности кишечного эпителиального барьера и стимуляция противовоспалительного фенотипа в иммунных клетках. Так, бутират подавляет экспрессию провоспалительных медиаторов в макрофагах во время иммунного ответа [15], способствует экспрессии противовоспалительного IL-10 в макрофагах и кишечнике дендритных клеток и усиливает противовоспалительную активность регуляторных Т лимфоцитов (Tregs) [16]. КЦЖК поддерживают целостность барьера в клетках эпителия толстой кишки и снижают проницаемость [10, 17]. Продукты распада триптофана укрепляют слизистую оболочку кишечника, вызывая дифференцировку Tregs и изменяя баланс цитокинов в направлении противовоспалительного состояния [18]. Таким образом, здоровый микробиом способен противодействовать стрессу. Проблемы начинаются, когда стресс сопровождается снижением доли пробиотических бактерий в микробиоме. Этот может быть вызвано, например, плохой диетой или приемом антибиотиков. В этом случае гиперактивация ГГНС может еще больше усиливать дисбиоз [19]. Показано, что воздействие стресса стимулирует симпатические спинномозговые нервы к высвобождению норадреналина в кишечнике, что активирует бактериальные сенсорные структуры (кворум) и усиливает поглощение железа некотрыми бактериями [20]. В результате происходит размножение условно-патогенных микроорганизмов и усиление их вирулентности (например, Escherichia coli, Salmonella, Campylobacter и т.д.). Хронический стресс вызывает увеличение количества провоспалительных бактерий, таких как Helicobacter и Streptococcus, и уменьшение количества бактерий продуцирующих бутират, например, таких как Roseburia и Lachnospiraceae [21]. Таким образом, измененный состав микробиома дополнительно увеличивает проницаемость кишечника и продукцию провоспалительных цитокинов. Все это в совокупности закрепляет НИХВ и делает его уже независимым от внешнего стрессорного воздействия. Система переходит в устойчивое и патологическое состояние, когда дисбиоз сопровождается повышенными уровнями ГК и провоспалительных цитокинов. Все это находит клиническое подтверждение. Так, более чем у 70% больных с БДР наблюдается повышенный уровень кортизола [22]. У многих пациентов с депрессией наблюдается увеличенный уровень провоспалительных цитокинов [23] и нарушенный состав микробиома [24]. Также у больных с БДР часто наблюдается повышенная кишечная проницаемость [25] и увеличенное количество сывороточных антител против ЛПС [26]. Ассоциативная связь между дисбиозом и депрессией, по-видимому, действительно имеет этиологическую природу. Так, перенос фекального микробиома от пациентов с БДР в очищенный кишечник здоровых животных (крысы) вызывал у последних развитие поведенческих, физиологических и биохимических (метаболизм триптофана) изменений, характерных для депресии [24].

Антидепрессанты и микробиом

Механизм действия АД связывают, как правило, с влиянием на ЦНС. Тем не менее, многие АД обладают антимикробным эффектом. В этой связи их воздействие на микрофлору кишечника нельзя игнорировать, поскольку большинство назначаемых АД употребляется per os.

Ипрониазид, самый первый АД, исходно был туберкулостатическим средством. Он относится к группе ингибиторов моноаминооксидазы и обладает активностью в отношении Mycobacterium tuberculosis [27]. Антимикробные свойства других ингибиторов моноаминооксидазы могут быть причиной респираторных инфекций и лабиально-генитального герпеса [28].

Многие представители класса трициклических антидепрессантов (ТАД) также обладают антимикробной активностью. Так, было показано, что кломипрамин и имипрамин обладают цитотоксическим эффектом против простейших паразитов Leishmania donovani и Leishmania major [29]. Имипрамин также был способен ингибировать рост паразита Giardia lamblia [30]. Дезипрамин эффективен против Plasmodium falciparum [31]. Антимикробная активность амитриптилина была изучена на 253 штаммах бактерий (72 грамположительных и 181 грамотрицательных) и 5 штаммов грибов in vitro. Наиболее эффективным амитриптилин оказался против бактерий Staphylococcus spp., Bacillus spp. и Vibrio cholerae, а также против грибов Cryptococcus spp. и Candida Albicans. Наконец, в эксперименте in vivo амитриптилин защищал мышей от Salmonella typhimurium [32]. Кроме того, ТАД проявляют антиплазмидную активность [33]. С этим механизмом связывают ингибирующее влияние прометазина и имипрамина на рост кишечной палочки и Yersinia enterocolitica. Бактериальные плазмиды являются внехромосомными элементами, которые несут гены, придающие бактериям устойчивость к одному или нескольким антибиотикам. Двумя потенциальными мишенями для действия ТАД против плазмид являются фермент ДНК-гираза и процесс репликации плазмидной ДНК. Учитывая, что конъюгация является основным механизмом бактериальной адаптации, этот эффект ТАД может быть полезен для борьбы с резистентными патобионтами.

Представители класса селективных ингибиторов обратного захвата серотонина (СИОЗС) обладают высокой активностью в отношении бруцелл [34]. Сертралин ингибирует рост S. aureus, E. coli и P. aeruginosa, а также обладает синергизмом в сочетании с антибиотиками [35]. Кроме того, сертралин обладает мощной противогрибковой активностью в отношении Cryptococcus neoformans [36], Coccidioides immitis [37] и Candida spp. [38]. Флуоксетин обладает сильной антимикробной активностью против L. rhamnosus и E. coli, а также против таксонов Succinivibrio и Prevotella [39]. Антимикробный эффект сертралина, флуоксетина и пароксетина особенно выражен против грамположительных бактерий, таких как стафилококки и энтерококки [35]. Кроме того, СИОЗС проявляют хорошую активность против анаэробных бактерий, таких как Clostridium perfringens и Clostridium difficile и потенциально токсигенных энтеробактерий, таких как Citrobacter spp, P. aeruginosa, K. pneumoniae и M. morganii [40].

Кетамин также обладает антимикробной активностью. Эффекты кетамина могут проявиться через несколько часов и значительно улучшить большинство депрессивных симптомов. Кетамин был эффективен против некоторых видов бактерий, таких как Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Entecoccus faecalis, Streptococcus pyogenes и P. aeruginosa и грибковых инфекций, таких как Candida [41].

В настоящее время мало известно о влиянии АД на кишечную микробиоту. Тем не менее установлено, что у пожилых людей потребление АД тесно ассоциировано с изменениями в составе кишечного микробиома [42]. Другой анализ микробиома на уровне популяции показал, что прием АД также значительно коррелировал с изменениями состава кишечной микрофлоры [43]. Исследования в этой области продолжаются.

Влияние диеты, пребиотиков и пробиотиков

Диета является основным фактором, определяющим разнообразие кишечного микробиома. Показано, что диета, содержащая много белка животного происхождения, увеличивает количество устойчивых к желчи микроорганизмов (Alistipes, Bilophila и Bacteroides) и уменьшает уровни Firmicutes (Roseburia, Eubacterium rectale и Ruminococcus bromii), которые ответственны за метаболизм растительных полисахаридов [44]. Избыток Alistipes, которые ассоциируются с тревогой и воспалением при депрессии [45], можно уменьшить, просто изменив рацион питания. Так, здоровые вегетарианцы имеют более высокое содержание Firmicutes (34%), чем Bacteroidetes (15%), тогда как здоровые невегетарианцы имеют обратный баланс (Firmicutes 4%, Bacteroidetes 84%) [46]. Диеты, которые содержат в своем составе большое количество сложных, медленно расщепляемых углеводов, стимулируют рост пробиотических Bifidobacteria, таких как B. longum, B. breve и B. thetaiotaomicron, в то же время, подавляя размножение условно-патогенных Enterobacteriaceae и Mycobacterium avium [47]. Вместе с тем избыточное потребление простых, легкоусваиваемых углеводов (например, рафинированный сахар) способствует пролиферации патогенных бактерий, подобных Clostridium difficile и Clostridium perfringens [48]. Непродолжительное голодание также оказывает вляние на состав микробиома. Это влияние в основном пробиотическое и связано с увеличением в микробиоме доли Fermicutes с последующим усилением синтеза КЦЖК.

На разнообразие кишечного микробиома также оказывают влияние пищевые компоненты, которые ЖКТ до конца не расщепляет. Эти компоненты становятся субстратом для микробиома и называются пребиотиками. Пребиотики определяются как избирательно ферментированные ингредиенты, которые приводят к специфическим изменениям в составе и/или деятельности кишечной микробиоты для укрепления здоровья хозяина. Есть более узкое определение. Так, пребиотики определяются как неперевариваемые субстраты, которые должны удовлетворять трем следующим требованиям: 1) быть устойчивыми к кислотности желудка, не подвергаться гидролизу ферментами млекопитающих и не поглощаться ЖКТ; 2) ферментироваться кишечной микробиотой; 3) стимулировать рост или активность специфических кишечных бактерий (род Lactobacillus и Bifidobacterium), которые связаны со здоровьем и благополучием хозяина [49]. Большинство пребиотиков представляют собой углеводы, особенно олигосахариды, такие как фруктоолигосахариды (FOS), галактоолигосахариды. (GOS), ксилолигосахариды (XOS), маннанолигосахариды (MOS), инулин и олигосахариды человеческого молока (HMO). Они могут быть получены естественным путем, в основном при употреблении овощей (например, лука, чеснока и спаржи) и фруктов (например, бананов). Добавка пребиотиков способствует росту полезных бактерий, таких как Lactobacillus, которые укрепляют эпителиальный барьер кишечника и уменьшают количество провоспалительных стимулов [50]. Также использование пребиотических добавок приводит к снижению уровней провоспалительных маркеров, в частности C-реактивного белка, интерлейкина IL-6 и ФНО [51]. Аналогичным эффектом обладают многие полифенолы растительного происхождения, например, куркумин: основной полифенол корневищ куркумы обладает выраженным противовоспалительным действием в сочетании с АД активностью [52], причем микробиом является основной мишенью для этого нестойкого соединения [53].

Модифицировать состав кишечного микробиома можно напрямую, используя пробиотики. Пробиотики определяются как живые микроорганизмы, которые, при назначении в адекватных количествах способны приносить пользу здоровью хозяина [49]. Различают пробиотики, состоящие из однового вида микроорганизмов (single-species probiotic, SSP) или нескольких (multi-species probiotic, MSP). Первые используются главным образом в исследованиях по выяснению роли отдельных микроорганизмов, а вторые для лечебных целей и, по-видимому, более эффективны, чем SSP. Так, назначение L. plantarum не уменьшало депрессию у пациентов с БДР, но улучшало когнитивные функции [54], тогда как MSP неоднократно демонстрировали антидепрессивную эффективность [55, 56]. Последний метаанализ 34 независимых клинических испытаний эффективности применения пре- и пробиотиков при лечении депресии и тревоги показал, что пробиотики (p<0,001), но не пребиотики действительно обладают анксиолитической и АД активностью [57].

Было показано, что антидепрессивный эффект MSP проявляется только тогда, когда введенный пробиотик успешно колонизирует кишку крыс [58]. При этом имеет значение количество вводимых микроорганизмов. Так, MSP с более высокой дозировкой улучшали симптомы депрессии и тревоги по сравнению с более низкой дозировкой [59]. Однако не меньшее значение имеет исходный состав микробиома. Например, у тех, кто допускал колонизацию Lactobacillus или же B. longum до лечения наблюдались низкие уровни этих микроорганизмов [60,61]. Некоторые пробиотики, такие как L. reuteri, L. paracasei, L. plantarum, L. gasseri, L. kefiranofaciens, B. breve и B. infantis, способствовали колонизации других полезных микробов, которые вызывали уменьшение депрессивных симптомов у животных [62—64]. Поскольку пребиотики также способствуют колонизации и росту сразу многих пробиотических бактерий [65], их, по-видимому, следует сочетать с MSP.

Трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ)

Радикальным способом решения проблемы колонизации пробиотиков может служить ТФМ. Эта процедура основана на переносе микробов выделенных их фекалий здорового донора в кишечный тракт реципиента. ТФМ была описана как «окончательный пробиотик», поскольку данный метод обеспечивает реципиенту целый микробиом. Эта терапия обеспечивает гораздо большее количество и разнообразие бактерий, чем любой имеющийся в продаже препарат и, по-видимому, является одним из многообещающих подходов к улучшению состояния больных с БДР [66]. ТФМ уже была успешной при лечении некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта, таких как язвенный колит или воспалительные заболевания кишечника [67]. Также ТФМ оказалась эффективной в борьбе с резистентной к антибиотикам инфекцией Clostridium difficile, а также показала перспективу улучшения некоторых неврологических заболеваний [68]. Следут ометить, что хотя у ТФМ нет серьезных побочных эффектов, иногда отмечается абдоминальный дискомфорт [69].

Появление капсулированной формы фекальной микробиоты (ФМ) для приема per os показало ее одинаковую эффективность с традиционным колоноскопическим путем введения, чреватым нежелательными последствиями, такими как перфорации кишечника, кровотечение и разрыв селезенки [70]. Капсулированная форма ФМ позволяет упростить технику применения ТФМ. Однако остаются проблемы. Поведение ФМ после трансплантации только начинает изучаться. Уже появились новые методы на основе метаболических зондов для идентификации выжившей микробиоты и выяснении их метаболической активности после трансплантации [71]. Предварительные результаты показывают, что некоторые микробиомы после трансплантации начинают быстро менять свой состав [71]. Хотя причин для высокого уровня изменчивости много, все это заставляет задуматься о создании стандартизированного донорского материала с известным составом и доказанной эффективностью для клинических применений [71].

Заключение

Двунаправленная связь между кишечником и мозгом хорошо изучена и служит синонимом понятия «кишечно-мозговая ось». С накоплением данных о воздействии микрофлоры ЖКТ на организм хозяина к кишечно-мозговой оси добавили микробиом, что подчеркивает возможность микробиома влиять на мозг и наоборот. В этой связи патофизиологические механизмы, лежащие в основе зарождения депресии, уже не кажутся прерогативой исключительно ЦНС, учитывая высокую коморбидность депресии с дисбиозом и кишечными заболеваниями. В настоящее время формирование депресии связывают с системным НИХВ. Эта гипотеза хорошо согласуется с большим массивом разнородных экспериментальных (на животных) и клинических данных (на больных с БДР). Фактически, согласно этой гипотезе причиной возникновения НИХВ является дисбиоз в сочетании с хроническим (психосоциальным) стрессом [10]. Другие стрессогенные факторы, такие как провоспалительная диета, плохая экология, вредные привычки (курение, алкоголь), неполноценный сон и прием антибиотиков также способствуют развитию НИХВ и часто сопутствуют депресии и тревоге.

Основной метод лечения депресии связан с хроническим приемом АД. Поскольку большинство АД также обладают антимикробным действием, потенциально они могут усугубить дисбиоз. Возможно, это имеет отношение к побочным эффектам и/или недостаточной эффективности АД-терапии. Однако, наиболее вероятно, что действие каждого АД сугубо индивидуально, учитывая высокую вариабельность микробиома и его возможность влиять на адсорбцию и метаболизм психотропных соединений [39]. Этот вопрос малоизучен. Однако очевидно, что АД-терапия должна сочетаться с пробиотическим воздействием на микрофлору кишечника. Способов терапевтического воздействия на микробиом несколько: различные типы диет, прием пре- и пробиотиков, применение ТФМ. Какой из этих способов или комбинация этих способов окажется наиболее эффективной, покажет только опыт клинического применения. Необходимы дополнительные исследования в этой области, хотя несомненно, что кишечный микробиом является перспективным объектом терапевтического воздействия при лечении депресии и тревоги.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

The author declare no conflicts of interest.