Клинические эффекты влияния пробиотиков на функционирование «оси кишечник - головной мозг» у детей

Микробиота кишечника представляет собой сложную совокупность бактерий, вирусов, простейших, архей и грибов, населяющих желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) человека. Микробиота играет фундаментальную роль в сохранении здоровья человека и в развитии различных заболеваний, в т. ч. психических. Клинические исследования доказали существование двунаправленной связи между кишечником, микробиотой и мозгом в рамках «оси мозг - кишечник - микробиом». Предполагается, что кишечные микробы играют роль во многих психических расстройствах и могут быть потенциальной терапевтической мишенью. Нервная система и ЖКТ сообщаются через двунаправленную сеть сигнальных путей, которая состоит из множества соединений, включая блуждающий нерв, иммунную систему, гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую ось, некоторые трансмиттеры и бактериальные метаболиты. Имеющиеся данные свидетельствуют о взаимном влиянии микробиоты и активации воспалительных процессов в головном мозге. В случае повреждения этой связи для коррекции микробиоты в последнее время все чаще используют психобиотики. Впервые использованный в 2013 г. термин определял психобиотики как пробиотики, которые при приеме внутрь в адекватных количествах оказывают положительное влияние на психическое здоровье. В дальнейшем, учитывая продемонстрированную пользу пребиотиков, они были включены в определение. Таким образом, психобиотики - полезные бактерии (пробиотики) или вспомогательные вещества для таких бактерий (пребиотики), которые влияют на взаимоотношения между бактериями и мозгом. Пробиотические бактерии после приема внутрь концентрируются в основном в эпителии кишечника, обеспечивая хозяина питательными веществами и оказывая влияние на иммунную систему, а также производя нейроактивные вещества, которые действуют на «ось мозг - кишечник». Данный обзор посвящен новой интересной области, которая связывает микробиоту кишечника с заболеваниями нервной системы и ее возможным лечением с помощью психобиотиков.

1. Ahlawat S., Asha, Sharma K.K. Gutorgan axis: a microbial outreach and networking. Lett App Microbiol. 2020;72(6):636-668. https://doi.org/10.1111/lam.13333

2. Roger AJ., Munoz-Gomez S.A., Kamikawa R. The origin and diversification of mitochondria. Curr Biol. 2017;27(21):R1177-R1R92. https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.09.015.

3. Moloney R.D., Desbonnet L., Clarke G., Dinan T.G., Cryan J.F. The microbiome: stress, health and disease. Mamm Genome. 2014;25(1-2):49-74. https://doi.org/10.1007/s00335-013-9488-5.

4. Dinan T.G., Stanton C., Cryan J.F. Psychobiotics: A novel class of psychotropic. Biol Psychiatry. 2013;74(10):720-726. https://doi.org/10.1016/j.bio-psych.2013.05.001.

5. Sampson T.R., Debelius J.W., Thron T., Janssen S., Shastri G.G., Ilhan Z.E. et al. Gut microbiota regulate motor deficits and neuroinflammation in a model of Parkinson's disease. Cell. 2016;167(6):1469-1480.e12. https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.11.018.

6. Leung K., Thuret S. Gut microbiota: a modulator of brain plasticity and cognitive function in ageing. Healthcare (Basel). 2015;3(4):898-916. https://doi.org/10.3390/healthcare3040898.

7. Qin J., Li R., Raes J., Arumugam M., Burgdorf K.S., Manichanh C. et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464(7285):59-65. https://doi.org/10.1038/nature08821.

8. Drossman D.A. Functional gastrointestinal disorders: history, pathophysiology, clinical features and rome IV. Gastroenterology. 2016;150(6):1262-1279.E2. https://doi.org/10.1053/j.gastro.2016.02.032.

9. Margolis K.G., Cryan J.F., Mayer E.A. The Microbiota-gut-brain axis: from motility to mood. Gastroenterology. 2021;160(5):1486-1501. https://doi.org/10.1053/j.gastro.2020.10.066.

10. Mayer E.A. Gut feelings: the emerging biology of gut-brain communication. Nat Rev Neurosci. 2011;12(8):453-466. https://doi.org/10.1038/nrn3071.

11. Pearse A.G. The cytochemistry and ultrastructure of polypeptide hormone-producing cells of the APUD series and the embryologic, physiologic and pathologic implications of the concept. J Histochem Cytochem. 1969;17(5):303-313. https://doi.org/10.1177/17.5.303.

12. Furness J.B., Callaghan B.P., Rivera L.R., Cho H.-J. The enteric nervous system and gastrointestinal innervation: integrated local and central control. Adv Exp Med Biol. 2014;817:39-71. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0897-4_3.

13. Sundman E., Olofsson P.S. Neural control of the immune system. Adv Physiol Educ. 2014;38(2):135-139. https://doi.org/10.1152/advan.00094.2013.

14. Dinan T.G., Cryan J.F. Regulation of the stress response by the gut microbiota: Implications for psychoneuroendocrinology. Psychoneuroendocrinology. 2012;37(9):1369-1378. https://doi.org/10.1016/j.psyneuen.2012.03.007.

15. Carabotti M., Scirocco A., Maselli M.A., Severi C. The gut-brain axis: Interactions between enteric microbiota, central and enteric nervous systems. Ann Gastroenterol. 2015;28(2):203-209. Available at: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25830558/.

16. Bermudez-Humaran L.G., Salinas E., Ortiz G.G., Ramirez-Jirano LJ., Morales J.A., Bitzer-Quintero O.K. From probiotics to psychobiotics: live beneficial bacteria which act on the brain-gut axis. Nutrients. 2019;11(4):890. https://doi.org/10.3390/nu11040890.

17. Cryan J.F., O'Riordan K.J., Cowan C.S.M., Sandhu K.V., Bastiaanssen T.F.S., Boehme M. et al. The Microbiota-Gut-Brain Axis. Physiol Rev. 2019;99(4):1877-2013. https://doi.org/10.1152/physrev.00018.2018.

18. Borre Y.E., O'Keeffe G.W., Clarke G., Stanton C., Dinan T.G., Cryan J.F. Microbiota and neurodevelopmental windows: implications for brain disorders. Trends Mol Med. 2014;20(9):509-518. https://doi.org/10.1016/j.molmed.2014.05.002.

19. Yano J.M., Yu K., Donaldson G.P., Shastri G.G., Ann P., Ma L. et al. Indigenous bacteria from the gut microbiota regulate host serotonin biosynthesis. Cell. 2015;161(2):264-276. https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.02.047.

20. Gershon M.D. 5-Hydroxytryptamine (serotonin) in the gastrointestinal tract. Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes. 2013;20(1):14-21. https://doi.org/10.1097/MED.0b013e32835bc703.

21. Dissanayake D., Hall H., Berg-Brown N., Elford A.R., Hamilton S.R., Murakami K. et al. Nuclear factor-kB1 controls the functional maturation of dendritic cells and prevents the activation of autoreactive T cells. Nat Med. 2011;17(12):1663-1667. https://doi.org/10.1038/nm.2556.

22. Wishart D.S., Feunang Y.D., Marcu A., Guo A.C., Liang K., Vazquez-Fresno R. et al. HMDB 4.0: the human metabolome database for 2018. Nucleic Acids Res. 2018;46(D1):D608-D617. https://doi.org/10.1093/nar/gkx1089.

23. Oleskin A.V., Shenderov B.A. Neuromodulatory effects and targets of the SCFAs and gasotransmitters produced by the human symbiotic microbiota. Microb Ecol Health Dis. 2016;27:30971. https://doi.org/10.3402/mehd.v27.30971.

24. Nankova B.B., Agarwal R., MacFabe D.F., La Gamma E.F. Enteric bacterial metabolites propionic and butyric acid modulate gene expression, including CREB-dependent catecholaminergic neurotransmission, in PC12 cells -possible relevance to autism spectrum disorders. PloS ONE. 2014;9(8):e103740. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0103740.

25. Hill C., Guarner F., Reid G., Gibson G.R., Merenstein D.J., Pot B. et al. Expert consensus document. The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2014;11(8):506-514. https://doi.org/10.1038/nrgastro.2014.66.

26. Gibson G.R., Roberfroid M.B. Dietary modulation of the human colonic microbiota: Introducing the concept of prebiotics. J Nutr. 1995;125(6):1401-1412. https://doi.org/10.1093/jn/125.6.1401.

27. Gibson G.R., Hutkins R., Sanders M.E., Prescott S.L., Reimer R.A., Salminen S.J. et al. Expert consensus document: The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of prebiotics. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2017;14(8):491-502. https://doi.org/10.1038/nrgastro.2017.75.

28. Phillips J.G.P. The treatment of melancholia by the lactic acid bacillus. J Ment Sci. 1910;56(234):422-430. https://doi.org/10.1192/bjp.56.234.422.

29. Logan A.C., Katzman M. Major depressive disorder: probiotics may be an adjuvant therapy. Med Hypotheses. 2005;64(3):533-538. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2004.08.019.

30. Burnet P.W.J., Cowen P.J. Psychobiotics highlight the pathways to happiness. Biol Psychiatry. 2013;74(10):708-709. https://doi.org/10.1016/j.bio-psych.2013.08.002.

31. Matcovitch-Natan O., Winter D.R., Giladi A., Vargas Aguilar S., Spinrad A., Sarrazin S. et al. Microglia development follows a stepwise program to regulate brain homeostasis. Science. 2016;353(6301):aad8670. https://doi.org/10.1126/science.aad8670.

32. Bambury A., Sandhu K., Cryan J.F., Dinan T.G. Finding the needle in the haystack: Systematic identification of psychobiotics. Br J Pharmacol. 2018;175(24):4430-4438. https://doi.org/10.1111/bph.14127.

33. Forsythe P., Sudo N., Dinan T., Taylor V.H., Bienenstock J. Mood and gut feelings. Brain Behav Immun. 2010;24(1):9-16. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2009.05.058.

34. Mayer E.A. The neurobiology of stress and gastrointestinal disease. Gut. 2000;47(6):861-869. https://doi.org/10.1136/gut.47.6.861.

35. Eyre H., Baune B.T. Neuroplastic changes in depression: A role for the immune system. Psychoneuroendocrinology. 2012;37(9):1397-1416. https://doi.org/10.1016/j.psyneuen.2012.03.019.

36. Gareau M.G., Jury J., MacQueen G., Sherman P.M., Perdue M.H. Probiotic treatment of rat pups normalises corticosterone release and ameliorates colonic dysfunction induced by maternal separation. Gut. 2007;56(11):1522-1528. https://doi.org/10.1136/gut.2006.117176.

37. Foster J.A., McVey Neufeld K.-A. Gut-brain axis: How the microbiome influences anxiety and depression. Trends Neurosci. 2013;36(5):305-312. https://doi.org/10.1016/j.tins.2013.01.005.

38. Amaral F.A., Sachs D., Costa V.V., Fagundes C.T., Cisalpino D., Cunha T.M. et al. Commensal microbiota is fundamental for the development of inflammatory pain. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008;105(6):2193-2197. https://doi.org/10.1073/pnas.0711891105.

39. Lv F., Chen S., Wang L., Jiang R., Tian H., Li J. et al. The role of microbiota in the pathogenesis of schizophrenia and major depressive disorder and the possibility of targeting microbiota as a treatment option. Oncotarget. 2017;8(59):100899-100907. https://doi.org/10.18632/oncotarget.21284.

40. Han A., Sung Y.-B., Chung S.-Y., Kwon M.-S. Possible additional antidepressant-like mechanism of sodium butyrate: targeting the hippocampus. Neuropharmacology. 2014;81:292-302. https://doi.org/10.1016/j.neuro-pharm.2014.02.017.

41. Surawicz C.M., Elmer G.W., Speelman P., McFarland L.V., Chinn J., Van Belle G. Prevention of antibiotic-associated diarrhea by Saccharomyces boulardii: a prospective study. Gastroenterology. 1989;96(4):981-988. https://doi.org/10.1016/0016-5085(89)91613-2.

42. Chalmers J.A., Quintana D.S., Abbott M.J.-A., Kemp A.H. Anxiety disorders are associated with reduced heart rate variability: a meta-analysis. Front Psychiatry. 2014;5:80. https://doi.org/10.3389/fpsyt.2014.00080.

43. Clamor A., Lincoln T.M., Thayer J.F., Koenig J. Resting vagal activity in schizophrenia: meta-analysis of heart rate variability as a potential endophenotype. Br J Psychiatry. 2016;208(1):9-16. https://doi.org/10.1192/bjp.bp.114.160762.

44. Akkasheh G., Kashani-Poor Z., Tajabadi-Ebrahimi M., Jafari P., Akbari H., Taghizadeh M. et al. Clinical and metabolic response to probiotic administration in patients with major depressive disorder: a randomized, doubleblind, placebo-controlled trial. Nutrition. 2016;32(3):315-320. https://doi.org/10.1016/j.nut.2015.09.003.

45. Pinto-Sanchez M.I., Hall G.B., Ghajar K., Nardelli A., Bolino C., Lau J.T. et al. Probiotic Bifidobacterium longum NCC3001 reduces depression scores and alters brain activity: a pilot study in patients with irritable bowel syndrome. Gastroenterology. 2017;153(2):448-459.e8. https://doi.org/10.1053/j.gastro.2017.05.003.

46. Bravo J.A., Forsythe P., Chew M.V., Escaravage E., Savignac H.M., Dinan T.G. et al. Ingestion of Lactobacillus strain regulates emotional behavior and central GABA receptor expression in a mouse via the vagus nerve. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011;108(38):16050-16055. https://doi.org/10.1073/pnas.1102999108.

47. Dickerson F.B., Stallings C., Origoni A., Katsafanas E., Savage C.L.G., Schweinfurth L.A.B. et al. Effect of probiotic supplementation on schizophrenia symptoms and association with gastrointestinal functioning: a randomized, placebo-controlled trial. Prim Care Companion CNS Disord. 2014;16(1):PCC.13m01579. https://doi.org/10.4088/PCC.13m01579.

48. Kelly J.R., Allen A.P., Temko A., Hutch W., Kennedy P.J., Farid N. et al. Lost in translation? The potential psychobiotic Lactobacillus rhamnosus (JB-1) fails to modulate stress or cognitive performance in healthy male subjects. Brain Behav Immun. 2017;61:50-59. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2016.11.018.

49. Benton D., Williams C., Brown A. Impact of consuming a milk drink containing a probiotic on mood and cognition. Eur J Clin Nutr. 2007;61(3):355-361. https://doi.org/10.1038/sj.ejcn.1602546.

50. Дармов И.В., Чичерин И.Ю., Ердякова А.С., Погорельский И.П., Лундовских И.А. Сравнительная оценка выживаемости микроорганизмов пробиотиков в составе коммерческих препаратов в условиях in vitro. Гастроэнтерология. 2011;(9):96-101. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/sravnitelnaya-otsenka-vyzhivaemosti-mikroorganizmov-probiotikov-v-sostave-kommercheskih-preparatov-v-usloviyah-in-vitro.