Микробиота кишечника человека вырабатывает серотонин

Серотонин — ключевая сигнальная молекула в кишечнике, опосредующая основные функции желудочно-кишечного тракта, включая перистальтику, вазодилатацию и висцеральную чувствительность. Также он способствует развитию и поддержанию энтеральной нервной системы, регулирующей подвижность кишечника. Нарушения серотонинового сигналинга связаны с патогенезом синдрома раздраженного кишечника. В кишечнике производится примерно 95% всего серотонина тела, за это отвечают энтерохромаффинные клетки. Серотонин синтезируется из триптофана за две стадии. Первую катализирует триптофановая гидроксилаза (TPH1) с образованием 5-гидрокситриптофана (5-HTP), который далее декарбоксилируется ароматическими декарбоксилазами L-аминокислот (AAAD) с образованием серотонина. Серотонин расщепляется до 5-гидроксииндолилуксусной кислоты (5-HIAA) с помощью ферментов моноаминоксидазы (МАО).

Ранние исследования продемонстрировали, что микробиота кишечника модулирует синтез серотонина хозяина, усиливая экспрессию Tph1 как напрямую, так и опосредованно через микробные метаболиты, такие как короткоцепочечные жирные кислоты и вторичные желчные кислоты. Серотонин был обнаружен в культуральных средах факультативно-анаэробных бактерий, таких как Escherichia coli K-12, Morganella morganii и Staphylococcus pseudintermedius, а также в смешанных культурах молочнокислых бактерий с пищевыми патогенами. Однако оставалось неясным, способны ли микроорганизмы кишечника вырабатывать серотонин. Этот вопрос прояснила международная группа исследователей в опытах на мышах и людях.

Сначала авторы сравнили содержание серотонина в сыворотке крови и фекалиях десятимесячных мышей дикого типа или Tph1−/−, с нормальной микробиотой или без собственной микробиоты (germ-free). Делеция Tph1 и отсутствие микробиоты снижали содержание серотонина, как и было показано ранее. При сравнении Tph1−/− мышей с микробиотой и без было показано, что уровни серотонина в крови не отличались, но в фекалиях серотонина было больше у мышей с микробиотой. Пересадка микробиоты повышала уровень серотонина в фекалиях.

Микробиоту кишечника шести здоровых людей культивировали в анаэробных условиях. В культуре нарастало содержание серотонина до примерно 500 нМ в первые 12 часов после инокуляции. То есть микробиота человека может производит серотонин. Однако значения сильно различались между разными образцами. Микробиота трех доноров не производила детектируемых уровней серотонина. Тем не менее, их уровни серотонина в крови не отличались от других людей.

Далее авторы изолировали семь консорциумов бактерий, из которых два производили серотонин. В этих консорциумах идентифицировали два вида (Ligilactobacillus ruminis и Limosilactobacillus mucosae), которых не было в не производящих серотонин консорциумах. Однако ни монокультуры L. ruminis и L. mucosae, ни их совместная культура не производили серотонин сами по себе. Тем не менее, совместная культура L. ruminis и L. mucosae вырабатывала триптамин, то есть эти бактерии способны декарбоксилировать триптофан. Также при добавлении 5-HTP в культуре детектировался серотонин.

Если пересадить эти две бактерии мышам без микробиома, то в фекалиях росли уровни триптамина и серотонина, однако в крови уровень серотонина не менялся. Также эти штаммы стимулировали энтеральную иннервацию и повышали иммунореактивность серотонина в энтеральной нервной системе. При это бактерии не стимулировали выработку серотонина клетками кишечника и не подавляли его катаболизм.

При анализе различных показателей 147 пациентов с синдромом раздраженного кишечника и и 27 здоровых контролей у них значимо не различались уровни серотонина в крови и фекалиях. Однако количество бактерий L. mucosae, но не L. ruminis, было значительно ниже в фекалиях у пациентов по сравнению со здоровыми людьми контрольной группы. Авторы предположили, что L. mucosae участвует в выработке серотонина из 5-HTP у тих людей.

Таким образом, авторы изолировали штаммы L. mucosae и L. ruminis, которые синтезируют серотонин in vitro и модулируют уровень серотонина в кишечнике, а также стимулируют иннервацию кишечника in vivo.

Микробиом кишечника влияет на бессонницу, а бессонница влияет на микробиом