Хроническая боль при серповидноклеточной анемии связана с дисбиозом кишечника

Серповидноклеточная анемия (СКА) — наиболее распространенное наследственное заболевание крови в мире. Оно обусловлено мутацией гена HBB, кодирующего β-цепь гемоглобина, что приводит к формированию эритроцитов аномальной формы, которые легко разрушаются. Один из тяжелых и плохо поддающихся лечению симптомов — хроническая боль, существенно снижающая качество жизни пациентов. Механизмы ее возникновения до сих пор оставались во многом неясными, что ограничивало возможности поиска альтернатив опиоидам для облегчения состояния. Одна из гипотез состоит в том, что боль вызвана закупоркой сосудов и гипоксией тканей, другие также учитывают роль кишечной микробиоты, состав которой нарушается под действием продуктов гемолиза (распада эритроцитов).

Чтобы установить, какую роль кишечная микробиота играет в развитии хронической боли при СКА, группа исследователей из США начала с экспериментов на мышиной модели. У мышей, на которых моделировали СКА, развивалась аллодиния (гиперчувствительность к боли). Секвенирование генов бактериальной 16S рибосомальной РНК (рРНК) показало, что у животных с СКА состав кишечной микробиоты существенно отличается от контрольной группы. Особенно низким у больных мышей было содержание Akkermansia muciniphila — бактерии, которая в последнее время рассматривается как перспективный пробиотик, способствующий укреплению слизистого барьера кишечника и обладающий противовоспалительными свойствами за счет продукции короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК).

Трансплантация фекальной микробиоты от здоровых мышей мышам с СКА частично снимала гиперчувствительность к механическим и холодовым стимулам. Аналогичным эффектом обладало добавление A. muciniphila в пищу мышам с СКА. Ученые сделали вывод, что кишечные бактерии либо их метаболиты участвуют в формировании болевых ощущений. Дальнейшие эксперименты показали, что терпаветический эффект A. muciniphila не связан с известными механизмами действия пробиотиков — выработкой противовоспалительных КЦЖК, поддержанием плотных контактов между клетками кишечного эпителия или стимуляцией продукции слизи бокаловидными клетками кишечника.

Напротив, пересадка микробиоты от больных мышей здоровым вызывала у них появление болевой чувствительности к механическим и холодовым стимулам. Исследователи установили, что причиной этого не являются повышение проницаемости кишечного барьера, транслокация кишечной флоры и появление воспалительного процесса. Используя метод локальной фиксации потенциала (patch-clamp), авторы статьи выявили в ганглиях мышей две популяции нервных клеток: нейроны, генерирующие только один импульс при устойчивой деполяризации, и нейроны, генерирующие множественные последовательные импульсы. Пересадка микробиоты от мышей с СКА повышала возбудимость нейронов второго типа. Учитывая, что ваготомия (перерезание блуждающего нерва) ослабляет аномальную болевую чувствительность у мышей с СКА, исследователи пришли к выводу, что механизм возникновения боли при изменении состава кишечной микробиоты связан с усилением возбудимости чувствительных волокон блуждающего нерва.

С учетом того, что трансплантация фекальной микробиоты вызывала появление болей, но не приводила к значительным изменениям видового разнообразия кишечных бактерий в первые сутки, исследователи предположили, что болевой синдром связан с влиянием метаболитов доноров с СКА или их кишечных бактерий. Дальнейший метаболомный скрининг выявил ключевого «подозреваемого» — в фекалиях мышей с СКА были обнаружены повышенные концентрации билирубина и биливердина, продуктов распада гема. Это предположение также подтверждалось тем, что трансплантация микробиоты от мышей с СКА, получавших лечение гидроксимочевиной для предотвращения гемолиза, не приводила к появлению болей у мышей-реципиентов. Здоровые мыши, которым вводили билирубин, проявляли признаки боли, и у них повышалась возбудимость сенсорных нейронов блуждающего нерва, генерирующих множественные импульсы. Более того, это приводило к центральной сенситизации, о чем косвенно свидетельствуют изменения сигналинга в клетках ядра одиночного пути. Оказалось, что этот эффект зависит от ионного канала TRPM2, который может выступать в роли рецептора для билирубина. Блокада TRPM2 облегчала боль как у мышей с СКА, так и у здоровых животных после пересадки микробиоты от больных.

Эти наблюдения подтвердили на людях — у пациентов с СКА в плазме крови были выявлены более высокие уровни билирубина и биливердина, а в составе кишечной микробиоты отмечалось снижение численности бактерий, способных расщеплять продукты распада гема за счет билирубинредуктазы (BilR). Транскриптомный анализ показал, что подавляющее большинство нейтронов в ганглиях блуждающего нерва экспрессирует TRPM2. Кроме того, половина TRPM2-положительных нейронов также экспрессировала маркер болевой чувствительности TRPV1.

Полученные результаты указывают на несколько потенциальных подходов к терапии хронического болевого синдрома при СКА. Они могут включать применение ингибиторов TRPM2, а также использование пробиотиков — как A. muciniphila, показавших эффективность, несмотря на отсутствие способности расщеплять билирубин, так и других бактерий, продуцирующих BilR, например, рода Holdemanella.

Малая молекула облегчает симптомы серповидноклеточной анемии у мышей