До того, как Этану Лойола исполнился 1 год, было понятно, что с его кишечником что-то не так. Будучи младенцем, он прошел несколько курсов антибиотиков для лечения тяжелых ушных инфекций, после чего у него возникла кислотная диарея с резким запахом, которая заставляла его содрогаться от боли. Примерно в возрасте одного года Итан потерял слова, которые он начал говорить, и перестал смотреть в глаза. Вскоре после этого ему поставили диагноз: расстройство аутистического спектра (РАС).
Когда Итан стал старше, его проблемы с пищеварением продолжались, и он боялся людей и разных ситуаций. «Он закрывал уши руками, не хотел быть в толпе», — говорит его мать Дана Вудс. «Это было слишком необычно». Затем папа Этана увидел листовку, прикрепленную в клинике терапии аутизма. Ученые из Университета штата Аризона в Темпе, недалеко от дома семьи Феникс, искали детей с аутизмом, чтобы попробовать экспериментальное лечение, называемое терапией переноса микробиоты, которое будет использоваться для реколонизации кишечника детей бактериями от доноров, у которых нет аутистического спектра. Родители Итана записали его.
Некоторые родители давно утверждают, что изменение рациона ребенка или добавление ему пробиотиков улучшает не только проблемы с пищеварением, но и поведенческие симптомы. Теперь исследователи обнаружили, что в дополнение к пищеварению, кишечные бактерии также производят биоактивные соединения, которые помогают регулировать работу мозга и социальное развитие. Исследования показывают, что у детей с РАС часто встречаются микробы кишечника, отличные от таковых у детей без аутизма. А у лабораторных животных аутистоподобные симптомы возникают, когда отсутствуют нормальные виды кишечных бактерий.
Эти выводы заставляют исследователей искать связи между кишечными микробами и симптомами аутизма и начинать тестирование методов лечения РАС, которые заселяют кишечный микробиом с нуля.
Микробиом кишечника
Джон Криан, биохимик из Университетского колледжа Корка в Ирландии, был одним из первых исследователей, которые исследовали, как кишечные микробы влияют на социальное поведение. В 2014 году он сообщил, что свободные от микробов мыши — те, в которых отсутствует типичная смесь кишечных микробов — избегали других мышей, избегали новых социальных ситуаций и чрезмерно ухаживали за собой 1 .
«Стало ясно, что микробиом участвует во многих аспектах поведения», — говорит Крайан.
«Кажется, в «социальном мозге» есть что-то особенное, что делает его чувствительным к сигналам от микробиома». Он и другие ученые предположили существование оси кишечник-мозг, в которой кишечные микробы производят биоактивные соединения, которые влияют на функцию мозга.
Другие исследования укрепили эту теорию, показав, что, когда кишечные бактерии помогают переваривать пищу, они генерируют множество побочных продуктов, которые могут повлиять на мышление и поведение. Например, бактериальные патогены клостридия (Clostridia) генерируют в кишечнике пропионовую кислоту — короткоцепочечную жирную кислоту, которая, как известно, нарушает выработку . Пропионовая кислота также вызывает у крыс симптомы, подобные аутизму, такие как повторяющиеся интересы, необычные двигательные движения и нетипичные социальные взаимодействия 2 .
Дефицит полезных кишечных бактерий может также повлиять на социальную функцию мозга. В 2017 году Cryan сообщил, что, когда у мышей с аутистическим состоянием было меньше бактерий кишечника Bifidobacterium и Blautia, их кишечник производил меньше триптофана и желчной кислоты — соединений, необходимых для производства 3 .
И у детей с аутизмом постоянно обнаруживается более низкий уровень бактерий кишечника Veillonellaceae, Coprococcus и Prevotella, чем у детей без РАС 4 .
Исследователи также отметили, что у некоторых людей с РАС может быть аномально пористый гематоэнцефалический барьер (протекающий кишечник), который позволяет некоторым токсичным бактериальным побочным продуктам проникать в кровоток и достигать мозга 5.
Поведенческие изменения
Такие результаты побудили исследователей из Калифорнийского технологического института в Пасадене перенести микробиом людей с РАС мышам. Микробиолог Саркис Мазманян и его коллеги пересадили микробиом кишечника мышам без микробов от людей с РАС и пронаблюдал, что в возрасте шести недель потомство этих мышей социализировалось меньше, производило меньше вокальных звуков и участвовало в повторяющемся поведении по сравнению с мышами, произошедшими от животных, которые получали кишечные микробы от доноров, у которых не было расстройства аутистического спектра 6 .
Различия между двумя группами также оказались поразительными на биологическом уровне. «Мы обнаружили несколько различий в фекальных и сывороточных метаболитах», — говорит Гил Шарон, соавтор исследования. В частности, мыши с кишечными микробами от доноров с РАС имели более низкие уровни соединений, продуцируемых кишечными бактериями, которые, как считается, влияют на функцию мозга: такие аминокислоты как 5-аминовалериановая кислота (5AV) и таурин были истощены — оба метаболита повышают активность рецепторов γ-аминомасляной кислоты () мозга. является , участвующим в сенсорной обработке и моторном контроле, и у детей с РАС отмечены нарушения в ГАМКергической системе.
По словам Шарона, когда команда дала два недостающих метаболита мышам с симптомами, похожими на аутизм, «они улучшили основной дефицит в социальном взаимодействии и повторяющемся поведении».
Исследование получило некоторую критику в отношении анализа данных и небольшого размера выборки. Один критик утверждал, что мыши с микробами от доноров с аутизмом меньше озвучивают (см. Go.nature.com/2qbqwy1 ), и в них вовлечены кишечные бактерии только у пяти доноров с аутизмом и у трех без, и исследователи провели много анализов данных, чтобы найти разницу между двумя группами мышей — чем больше анализов выполняется на наборе данных, тем больше вероятность того, что будет обнаружен ложный эффект. Команда отказалась комментировать эту критику и придерживается ее результатов.
Растущее внимание к участию кишечных микробов в социальной функции головного мозга побудило команду из Университета штата Аризона увеличить ставку, протестировав микробиом у детей с РАС. Микробный эколог Роза Краймалник-Браун и ее коллеги набрали группу из 18 детей с РАС в возрасте от 7 до 16 лет, включая Итана Лойолу. Как и у Итана, у всех детей были проблемы с желудочно-кишечным трактом, включая хроническую диарею, боль и запоры.
Дети в исследовании принимали антибиотик ванкомицин в течение двух недель, чтобы удалить существующие бактерии. Затем каждый из них получил высокую дозу кишечных микробов от доноров без аутизма — некоторые дети получали это в виде клизмы, тогда как другие принимали обогащенный бактериями напиток. Дети продолжали принимать ежедневную дозу микробов в течение семи или восьми недель (Итан пил их в чашке, смешанных с клюквенным соком) вместе с антацидом для нейтрализации желудочной кислоты и повышения шансов на выживание новых бактерий.
В конце 18-недельного периода исследования желудочно-кишечные симптомы у детей уменьшились на 80%, и большая часть улучшения сохранялась через два года после первоначального исследования.
После оценки детей по тесту для определения степени их аутизма сумма баллов была в среднем на 47% ниже, чем в начале испытания. Также в течение двухлетнего периода наблюдения у детей было повышенное разнообразие кишечных бактерий и большее количество кишечных бактерий, таких как Bifidobacteria и Prevotella. Это говорит о том, что лечение позволило изменить их микробиомы в долгосрочной перспективе, говорит Краймалник-Браун.
Хотя эти ранние результаты выглядят многообещающими, авторы проводят более крупное исследование, включающее контрольную группу.
«Тот факт, что у нас впечатляющие результаты, не означает, что это будет работать для всех», — говорит Краймалник-Браун.
В настоящее время ее команда проводит исследование фазы II по переносу микробиоты на 84 взрослых с РАС, некоторые из которых получат плацебо. Команда также ищет финансирование, чтобы начать подобное испытание на детях. И даже если эти испытания будут успешными, понадобятся еще большие испытания фазы III за несколько лет до того, как лечение можно будет использовать в клинической практике. Попутно команда Краймалника-Брауна надеется разработать биологические механизмы улучшения симптомов.
В настоящее время нет утвержденных лекарств специально для основных симптомов аутизма — трудностей в общении, социальных проблем и повторяющегося поведения. Краймалник-Браун надеется, что ее исследование приведет к одному, но это ни в коем случае не гарантировано. Хотя исследования показывают, что для людей с РАС характерен бактериальный профиль кишечника, отличный от такового у людей без какого-либо заболевания, еще ни одно исследование не показало, что кишечные микробы вызывают аутизм у людей. Одна из главных гипотез заключается в том, что некоторые микробы могут вызывать ухудшение аутистических симптомов у людей, склонных к этому состоянию, но это также остается недоказанным. Люди с РАС могут иметь кишечный микробиом, отличный от тех, у кого нет аутизма, потому что они имеют очень специфические диетические предпочтения, ограниченный пищевой рацион.
Аналогично, данные о том, что микробная терапия кишечника может помочь людям с РАС, неоднозначны. «Человеческие данные очень разнородны», — говорит Крайан. «Если мы нацелимся на бактерий, будет интересно посмотреть, есть ли у нас поведенческие эффекты, но нам нужно больше доказательств в целом».
По мере того, как развиваются испытания Краймалника-Брауна, она предупреждает детей и семьи избегать самостоятельной трансплантации фекалий. Вместо этого она говорит, что им следует обсудить варианты изменения баланса кишечных микробов, таких как обычные пробиотики, со своим врачом. Она также хочет умерить ожидания людей относительно лечения. «Это может помочь облегчить симптомы. Я не верю, что у нас есть лекарство от аутизма для всех», — говорит она.
Для Итана, однако, исследование штата Аризона привело к поразительному повороту. После переноса микробиома его диарея и судороги исчезли через несколько месяцев. Но самым важным был его новый интерес к людям. Он начал просыпаться с улыбкой, крича: «Доброе утро!» Он также начал задавать вопросы, например: «Почему небо голубое, а облака белые?» что-то, чего он не делал раньше, говорит его семья. В тестах на социальные навыки Итан, которому сейчас 12 лет, получает те же оценки, что и дети, не относящиеся к РАС.
«Исследование стало переломным моментом», — говорит его мать. «Это полностью изменило нашу жизнь».
Г-н Крайан говорит, что в будущем ученым важно продолжать расшифровывать биологические пути, которые соединяют кишечник с мозгом. «Мы надеемся, что здоровый кишечник будет означать здоровый мозг, но нам нужны данные». Эти данные должны помочь определить, что послужило причиной улучшений Итана — и могут ли тысячи других детей пройти аналогичный курс.
Источник: Nature 577, S14-S15 (2020) doi: 10.1038/d41586-020-00198-y
