Микробиом кишечника влияет на мотивацию

Тысячи исследований показали пользу регулярных упражнений — они уменьшают риски хронических заболеваний, улучшают когнитивные функции и снижают смертность. Однако в современном обществе многие люди ведут сидячий образ жизни и регулярно не упражняются. Часто причина — в отсутствии мотивации. Исследователи из США и Германии показали на мышиной модели, что на мотивацию может влиять не только мозг, но и микробиом кишечника.

Авторы разделили группу из 199 мышей по тому, насколько хорошо те бегали в колесе и на беговой дорожке. Затем они изучили генетические сигнатуры, молекулярные профили плазмы крови, метаболические параметры и состав микробиома кишечника (16S рДНК) каждой мыши.

Анализ показал, что вклад генетики в физическую работоспособность был невелик. Для анализа метаболома плазмы, состава микробиома и метаболических параметров использовали машинное обучение. Исследователи продемонстрировали, что только анализ 16S рДНК был достаточно точен, и состав микробиома коррелировал с физической работоспособностью.

Чтобы проверить полученный результат, ученые сначала показали, что прием антибиотиков мышами отрицательно влиял на их способность к упражнениям. Эффект касался только упражнений, не затрагивая движение в общем. Затем авторы пересадили микробиом от мышей экспериментальной группы животным без собственного микробиома. Мыши-реципиенты начинали бегать лучше — так же хорошо, как и доноры.  

Далее авторы показали, что все антибиотики, кроме неомицина, влияли на физическую работоспособность мышей. Они изучили состав микробиома мышей, которым давали неомицин или ампициллин. Сравнение составов позволило им предположить, что на способность к упражнениям влияют бактерии семейств Erysipelotrichaceae и Lachnospiraceae. Авторы пересаживали мышам без собственного микробиома разные виды бактерий и следили за их физическим состоянием. Они показали, что Eubacterium rectale (представитель семейства Erysipelotrichaceae) и Coprococcus eutactus (представитель Lachnospiraceae) действительно улучшают физическую работоспособность мышей почти так же хорошо, как и пересадка всей микробиоты.

Ученые разобрались в механизме наблюдаемого эффекта. Под действием антибиотиков у мышей снижается мышечная масса, но только в некоторых мышцах, при этом эффекта на мышечную функцию, потребление кислорода и транскриптом показано не было. Авторы заключили, что дело не только в мышцах.

Другая большая составляющая успеха в упражнениях — мотивация. За мотивацию отвечает полосатое тело. Мышам давали антибиотики, часть заставляли упражняться, после чего секвенировали РНК клеток полосатого тела. Всего изучили 44 100 клеток, типы которых определили по каноническим маркерам. Авторы сосредоточились на клетках, экспрессирующих рецепторы дофамина. Упражнения повышали экспрессию ранних генов (таких как Arc и Fos), но повышение было не таким сильным в отсутствие микробиома. То есть микробиом был важен для активации полосатого тела под действием упражнений. Если у мыши не было микробиома, у нее меньше возрастал уровень дофамина в полосатом теле в результате упражнений. На другие нейротрансмиттеры полосатого тела упражнения и микробиом не влияли.

Дополнительные опыты показали, что дофаминовый сигналинг — важный медиатор воздействия микробиома на упражнения. Авторы захотели разобраться, как микробиом действует на дофамин. Они отслеживали активность дофаминергических нейронов VTA, однако антибиотик не влиял на их активацию.

С другой стороны, за деградацию дофамина отвечает фермент моноаминоксидаза (MAO). Исследователи предположили, что повышение уровня MAO приводило к снижению дофаминового ответа на упражнения. Действительно, фармакологическое подавление MAO повышало уровень дофамина после упражнений у мышей, которым давали антибиотики, а также восстанавливало у них физическую работоспособность.

Микробиом может воздействовать на мозг тремя путями: модулировать иммунитет, выпускать соединения в кровоток и стимулировать нейроны. В данном случае реализовался последний путь. Упражнения стимулировали специфичные сенсорные нейроны, которые экспрессировали белок TRPV1, но только при наличии функционального микробиома. Активация этих нейронов у животных с подавленным микробиомом восстанавливала физическую работоспособность и дофаминовый ответ на упражнения, а также снижала уровень MAO.

Бактерии кишечника вырабатывали молекулы под названием амиды жирных кислот (FAA), которые активировали сенсорные нейроны, экспрессирующие TRPV1. Высокий уровень FAA коррелировал с высокой физической работоспособностью, а прием FAA с едой восстанавливал ее у мышей с подавленным микробиомом. Авторы показали, что FAA действовали на каннабиноидный рецептор CB1, экспрессируемый в сенсорных нейронах.

Таким образом, авторы показали путь, по которому микробиота влияет на мотивацию, необходимую для упражнений. С эволюционной точки зрения нет объяснения такому эффекту. Возможно, это побочный эффект локальной активности молекул, вырабатываемых микробиотой. Если выявленные закономерности релевантны для человека, то это открывает дорогу нескольким видам терапии. У людей на мотивацию у людей влияет множество факторов, так что такой простой подход вполне может не сработать.

Укол вместо фитнеса