Жара и влажность стимулируют тревожное поведение у мышей через микробиом кишечника

Тревожные расстройства — самые распространенные нейропсихиатрические состояния у людей, они встречаются с частотой 0,9–28,3%. Часто тревожные расстройства сопровождаются другими симптомами, такими как депрессия. Существуют факторы риска развития расстройств, такие как возраст, пол, генетические факторы и социальный стресс. Свой вклад вносят и климатические факторы, такие как влажность, температура и атмосферное давление. Пока неясно, как температура и влажность влияют на нейропсихиатрические расстройства. Авторы работы в Nature Communications предположили, что свою роль играет микробиота. Они изучили влияние влажных и жарких условий на мозг и микробиоту кишечника мышей.

Взрослых самцов мышей содержали либо в нормальных условиях (22–24 °C, влажность 45–55%), либо в условиях повышенной влажности и температуры (31–33 °C, влажность 91–95%) в течение 45 дней, после чего проводили поведенческое тестирование. У мышей из второй группы были выявлены признаки тревожности и высокого уровня стресса. Признаков депрессии выявить не удалось. Интересно, что у самок в схожих условиях аномалий поведения не наблюдалось. В дальнейших исследованиях использовали только самцов.

Изучение мозга показало, что пирамидальные нейроны мышей, содержавшихся в жарких и влажных условиях, получали больше возбуждающих сигналов (vGlut1+ везикул), чем нейроны мышей, содержавшихся в нормальных условиях.

Вес мышей, подвергнутых воздействию жары и влажности, был ниже, чем у контролей. Секвенирование 16S рРНК показало, что эти условия повлияли и на состав микробиоты. Так, у таких мышей было меньше полезных бактерий Lactobacillus murinus, а также L. intestinalis, L. reuteri и Akkermansia muciniphila.

Дисбиоз может повлиять на метаболиты сыворотки. Действительно, были выявлены значительные изменения в уровнях метаболитов у мышей, содержавшихся в жарких и влажных условиях. Эти изменения затронули 35 метаболитов, включая метаболиты, вовлеченные в биосинтез вторичных желчных кислот, метаболизм фенилаланина, биосинтез первичных желчных кислот, первичный метаболизм и метаболизм фруктозы и маннозы. Авторы обратили особое внимание на повышенный уровень одной из желчных кислот (литохолевой кислоты).

Активность гидролазы солей желчных кислот повышена у Firmicutes и понижена у Bacteroidetes. Под действием жары и влажности снижалось количество Firmicutes и повышалось количество Bacteroidetes в кишечнике мышей. Малое количество L. murinus, L. intestinalis и L. reuteri отрицательно коррелировало с экспрессией литохолевой кислоты. Таким образом, дисбиоз кишечника влиял на метаболиты сыворотки.

Образцы крови и стула людей собирали во время двух периодов, более прохладного (22–25 °C, влажность 30–60%) и более жаркого (32–35 °C, влажность 90–95%). У людей в жаркий период содержание бактерий L. murinus тоже снижалось, а уровень литохолевой кислоты в сыворотке повышался. Уровень TNF-α в сыворотке тоже в некоторой степени повышался.

Если мышам из контрольных условий пересадить микробиоту мышей из жарких и влажных условий, у них изменяется состав микробиоты и метаболом сыворотки. Более того, у мышей проявляется характерное тревожное поведение, повышается возбудимость пирамидальных нейронов.

Жаркие и влажные условия, а также пересадка микробиты мышей из таких условий повышали проницаемость кишечника, уровни воспалительных факторов, а также проницаемость гематоэнцефалического барьера. Увеличивался уровень взаимодействия микроглии с нейронами и плотность микроглии в целом.

Само по себе введение литохолевой кислоты повышало уровень экспрессии TNF-α и IL-6 и понижало экспрессию белков, отвечающих за плотные контакты. Были также выявлены признаки повреждения печени.

Определение уровней экспрессии генов в мозге мышей, подвергнутых воздействию жары и влажности, показало активацию воспалительных путей: PI3K-AKT, NF-kB и TNF.

Внесение L. murinus в микробиоту таких мышей снижало тревожность и способствовало понижению уровня литохолевой кислоты, что было связано с ее выведением из организма. Активация сигнальных путей PI3K/AKT/NF-κB также подавлялась.

Таким образом, долговременное воздействие повышенных температуры и влажности является фактором риска тревожного расстройства, что связано с нейровоспалением и нарушением баланса возбуждения и торможения. Возможная причина — снижение количество ключевых групп бактерий кишечника и повышение уровней желчных кислот. Введение пробиотиков можно рассматривать как потенциальную стратегию терапии.

Изучена связь социального тревожного расстройства и микробиоты