Пересадка микробиома от молодых мышей старым омолаживает мозг

Старение сопровождается метаболическими нарушениями и изменениями в функционировании иммунной системы. Это отрицательно сказывается на работе головного мозга, в частности, гиппокампа, и способствует возрастным поведенческим и когнитивным нарушениям. Ученые из Ирландии исследовали роль кишечной микробиоты в этих процессах. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Aging.

Авторы статьи выполнили трансплантацию фекальной микробиоты (ТФМ) старым мышам от молодых (возрастом 3-4 месяца) или, для сравнения, от старых же (19-20 месяцев). Затем спустя четыре недели проанализировали, как изменился состав кишечной микрофлоры у мышей-реципиентов. Численность одних групп бактерий увеличивалась, других — уменьшалась, всего изменения затронули не менее 20 родов. Например, численность бактерий рода Enterococcus была снижена у старых мышей, но высокий уровень восстановился после ТФМ от молодых доноров.

Чтобы оценить, как ТФМ сказалась на состоянии врожденной и адаптивной иммунной системы у старых мышей, исследовали мезентериальные лимфоузлы, ассоциированные с кишечником. В этих лимфоузлах не увеличивалось количество активированных CD8+ T-клеток, что обычно наблюдается с возрастом. Также ТФМ от молодых доноров привела к снижению численности CD103+ дендритных клеток — уровень был ниже типичного для старых животных. Однако возрастное снижение уровней интерферона γ и интерлейкина-5 пересадка «молодой» микробиоты не обратила. Эти результаты говорят о том, что ТФМ избирательно модулирует периферический иммунитет, по крайней мере в близких к кишечнику иммунных тканях. Вопрос о воздействии на другие иммунные центры, такие как тимус, костный мозг и селезенка, остается открытым.

Предыдущие исследования показали тесную связь между кишечным микробиомом и мозгом, в особенности гиппокампом. Ученые охарактеризовали популяцию клеток микроглии гиппокампа у старых мышей после ТФМ от молодых доноров. У стареющих мышей клетки микроглии увеличиваются в размерах, однако у мышей-реципиентов этого не происходило.

Дальнейшее изучение показало, что пересадка микробиоты позволила обратить возрастную активацию микроглии, которая часто лежит в основе когнитивных нарушений. ТФМ также обратила вспять возрастные изменения экспрессии шести генов микроглии — Trem2, Dap12, C1qb, Gpr84, Fcgr2b и Tlr13. Для многих из этих генов на мышиных моделях показана связь с возрастным снижением когнитивных функций и нейродегенеративными заболеваниями.

Пересадка микробиоты сказалась и на метаболоме гиппокампа, который коренным образом отличается у молодых и старых мышей. У мышей-реципиентов восстановился уровень витамина A, а также различных аминокислот, связанных с синаптической передачей, в частности, гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). Всего найдено 35 метаболитов, чувствительных к пересадке «молодой» микробиоты. Какие из них имеют клиническую значимость, а также синтезируются ли они в кишечнике или непосредственно в мозге, еще предстоит выяснить.

Восстановление метаболома гиппокампа, в свою очередь, изменило поведение старых мышей, в частности, у них улучшилась долговременная пространственная память. Это показало тестирование в водном лабиринте Морриса — круглом бассейне с замутненной водой, в котором спрятана платформа. Мышь выбирается на нее, чтобы отдохнуть, и чем лучше работает ее память, тем быстрее они находит платформу при повторном «заплыве». Трансплантация фекальной микробиоты от молодых доноров существенно улучшила результаты старых животных. Интересно, что в другом тесте старые мыши после ТФМ продемонстрировали сниженную тревожность (больше времени проводили в открытых участках лабиринта), хотя сам по себе возраст не влиял на этот показатель.