Польза клетчатки при целиакии зависит от кишечной микробиоты

Целиакия — это иммуноопосредованное заболевание, вызываемое потреблением растительного белка глютена с пищей. Оно приводит к воспалению слизистой оболочки тонкого кишечника, которое сопровождается аутоиммунным разрушением клеток кишечного эпителия. При этом также меняется состав микробиома двенадцатиперстной кишки. К целиакии генетически предрасположены около 30% населения мира, однако она развивается только у 2–3 % людей из группы риска. Единственный метод лечения целиакии — это пожизненная безглютеновая диета. Чтобы она не привела к дефициту клетчатки, многим людям с целиакией назначают пищевые добавки с клетчаткой или составляют диету таким образом, чтобы повысить ее потребление. Ученые из США и Канады показали, что при целиакии нарушается метаболизм клетчатки в тонком кишечнике — это связано с недостатком бактерий рода Prevotella, способных ее расщеплять. 

Авторы исследования пригласили 16 пациентов с недавно диагностированной целиакией, 11 пациентов, которые не менее двух лет соблюдали безглютеновую диету, и 26 здоровых контролей. У всех участников собрали образцы микробиома двенадцатиперстной кишки и провели секвенирование генов 16S рРНК, чтобы охарактеризовать состав. Альфа-разнообразие микробиоты двенадцатиперстной кишки у нелеченных пациентов с целиакией было ниже, чем у контрольной группы или у пациентов, соблюдавших диету. По бета-разнообразию ученые выделили у каждой из трех групп отдельный микробиомный профиль.

Функциональный анализ не выявил разницы в общем количестве генов гликозидаз между группами, однако при целиакии авторы выявили меньше конкретных генов, кодирующих α-амилазу, расщепляющую крахмал, и β-фруктозидазу, расщепляющую инулинподобные волокна. Целиакия сопровождалась сниженной способностью микроорганизмов расщеплять сахара вне зависимости от того, находился ли человек на безглютеновой диете.

Ученые провели анкетирование участников, чтобы оценить их рацион питания и проверить, связаны ли особенности микробиома с потреблением клетчатки. У большинства оно было ниже минимальной нормы, установленной Министерством здравоохранения Канады (25 г/день). Так, дефицит клетчатки выявили у 86% пациентов, соблюдающих диету. При этом общее потребление клетчатки не различалось между группами и не коррелировало с выраженностью желудочно-кишечных симптомов.

Для оценки микробного метаболизма авторы измерили уровни короткоцепочечных жирных кислот — маркера ферментации клетчатки — в образцах стула участников. Хотя в среднем у пациентов с целиакией, соблюдавших диету, было самое низкое потребление клетчатки, уровни короткоцепочечных жирных кислот у них были выше, чем у тех, кто недавно получил диагноз. По-видимому, диета частично восстанавливает способность микробиома расщеплять углеводы, возможно, благодаря улучшению общего состояния и моторики кишечника.
Дальнейшие опыты проводили на мышах с генетической предрасположенностью к целиакии. После сенсибилизации глютеном у животных развивалась иммунопатология — в кишечном эпителии повышалось количество лимфоцитов, нарушалась структура ворсинок и крипт. Затем мышей переводили на безглютеновую диету, чтобы оценить сроки восстановления слизистой оболочки кишечника. Гистологические показатели нормализовались к 10-й неделе. 

После этого авторы проверили, как добавление клетчатки в рацион повлияет на состояние животных с целиакией — часть мышей на безглютеновой диете получала дополнительный инулин или кукурузный крахмал с высоким содержанием амилозы. Добавление инулина в корм улучшило все гистологические показатели по сравнению с группой, не получавшей дополнительную клетчатку. У мышей, получавших крахмал, улучшилась структура кишечного эпителия, но количество лимфоцитов в нем оставалось повышенным. 

Прием добавок инулина при безглютеновой диете сопровождался повышением уровня короткоцепочечных жирных кислот в тонком кишечнике мышей. При этом существенных изменений в составе микробиоты не наблюдалось. 

Опыты на лишенных микробиоты мышах подтвердили, что для выработки короткоцепочечных жирных кислот необходима кишечная микробиота. Руководствуясь тем, что у пациентов с целиакией в двенадцатиперстной кишке снижена доля бактерий семейства Prevotellaceae, авторы предположили, что эти бактерии играют значимую роль в метаболизме клетчатки. Они колонизировали кишечник мышей, лишенных собственной микробиоты, сообществом из 10 представителей Prevotellaceae. Когда такие мыши получали добавки инулина, у них возрастал уровень короткоцепочечных жирных кислот в тонком кишечнике.

Таким образом, бактерии, населяющие тонкий кишечник, такие как Prevotella spp, способны продуцировать короткоцепочечные жирные кислоты из пищевых волокон при наличии соответствующего субстрата. Клиническая польза клетчатки для пациентов с целиакией, по-видимому, зависит от наличия этих бактерий в тонком кишечнике.

Эпителий кишечника подает провоспалительные сигналы иммунным клеткам при целиакии