Исследователи обнаружили молекулы, вырабатываемые кишечником, которые оказывают влияние на то, как печень регулирует энергетический обмен и уровень сахара в крови. Эти открытия открывают новые перспективы для улучшения метаболического здоровья.

Новые данные о взаимодействии кишечника и печени

В рамках исследовательского проекта, поддержанного FAPESP и проведённого в Гарвардском университете (США), был выявлен набор метаболитов, которые перемещаются из кишечника в печень, а затем через сердце распространяются по всему организму. Эти циркулирующие соединения, по-видимому, влияют на работу метаболических путей в печени и чувствительность организма к инсулину. Полученные результаты могут стать основой для новых подходов к лечению ожирения и сахарного диабета 2 типа. Исследование опубликовано в журнале Cell Metabolism.

Роль воротной вены и микробиоты

Воротная вена печени транспортирует большую часть крови от кишечника к печени, поэтому именно печень первой получает продукты жизнедеятельности кишечной микробиоты. В печени эти вещества могут подвергаться конъюгации, трансформации или выведению, а затем поступают в системный кровоток. Анализируя кровь, выходящую из кишечника, и периферическую кровь, циркулирующую по организму, учёные смогли точнее определить, какие метаболиты, образующиеся благодаря микробиоте, присутствуют в каждом участке и как они могут влиять на метаболизм печени и общее метаболическое здоровье.

Микробиота кишечника и риск метаболических заболеваний

В последние годы учёные всё больше признают, что микробиота кишечника играет ключевую роль в связи между генетикой, факторами окружающей среды и развитием метаболических нарушений. Исследования показали, что у людей и животных с ожирением, диабетом 2 типа, нарушением толерантности к глюкозе или инсулинорезистентностью часто наблюдается иной состав кишечной микробиоты по сравнению с теми, у кого этих состояний нет.

Однако до сих пор сложно определить, какие именно бактерии или их метаболиты вызывают эти различия и как они взаимодействуют с тканями кишечника. Для изучения этого вопроса в недавнем исследовании были проанализированы метаболиты в крови мышей с разной восприимчивостью к ожирению и диабету. Образцы брали из воротной вены печени и периферической крови.

Влияние окружающей среды и генетики

У здоровых мышей было обнаружено 111 метаболитов, обогащённых в воротной вене печени, и 74 — в периферической крови. Когда мышей с генетической предрасположенностью к ожирению и диабету 2 типа кормили жирной диетой, количество метаболитов в воротной вене снизилось с 111 до 48. Это указывает на то, что такие факторы, как питание, могут существенно влиять на распределение этих соединений.

Профили метаболитов у восприимчивых к метаболическим нарушениям мышей отличались от таковых у устойчивых к этим заболеваниям линий. Это подтверждает, что генетический фон играет важную роль в формировании набора метаболитов, поступающих в печень.

Взаимодействие микробиоты, генетики и среды

Исследование показало, что и окружающая среда, и генетика хозяина могут взаимодействовать со сложными путями микробиоты кишечника. В результате в печень и затем в периферический кровоток могут поступать различные комбинации метаболитов, которые, вероятно, играют важную роль в развитии ожирения, диабета и метаболического синдрома.

Изучение влияния микробиоты и метаболитов

Чтобы определить, какие бактерии и их продукты способствуют формированию этих профилей метаболитов, исследователи обработали мышей, склонных к ожирению и диабету, антибиотиком, нацеленным на определённые кишечные микроорганизмы. Как и ожидалось, лечение изменило состав микробиоты и баланс метаболитов как в периферической крови, так и в воротной вене печени.

Одним из результатов стало повышение уровня метаболитов, таких как месаконат, участвующий в цикле Кребса — ключевом энергетическом процессе в клетках.

Влияние отдельных метаболитов на печень

Используя эти данные, учёные воздействовали на гепатоциты (клетки печени) месаконатом и его изомерами — химическими соединениями с одинаковой молекулярной формулой, но разным строением. Такое воздействие улучшило инсулиновую сигнализацию и регулировало гены, связанные с накоплением жира в печени (липогенезом) и окислением жирных кислот — оба процесса важны для поддержания метаболического здоровья.

Перспективы дальнейших исследований

Метаболиты, обнаруженные в крови этих двух участков, играют важную роль в опосредовании влияния микробиоты на метаболизм печени и развитие инсулинорезистентности при диабете 2 типа, связанной с употреблением жирной пищи.

В дальнейшем учёные планируют более подробно охарактеризовать каждый метаболит и выяснить, как они образуются. Глубокое понимание влияния микробиоты на метаболизм может в будущем привести к открытию молекул, которые станут новыми терапевтическими средствами для лечения метаболических заболеваний.