Микробы кишечника в раннем возрасте связаны с защитой от диабета у мышей
Новое исследование на мышах показало, что микробиом определяет развитие клеток, продуцирующих инсулин, в младенчестве, что приводит к долгосрочным изменениям обмена веществ и риску развития диабета.
Результаты в конечном итоге могут помочь врачам снизить риск развития диабета 1 типа — или, возможно, даже восстановить утраченную метаболическую функцию во взрослом возрасте — путем введения специфических кишечных микробов, которые помогают поджелудочной железе расти и восстанавливаться.
Результаты опубликованы в журнале Science .
Критическое окно
Исследователи обнаружили, что мыши, подвергавшиеся воздействию антибиотиков широкого спектра действия в раннем возрасте, имеют худшее метаболическое здоровье в долгосрочной перспективе. Если мыши получали антибиотики в течение 10-дневного окна вскоре после рождения, у них развивалось меньше бета-клеток — инсулин-продуцирующих клеток в поджелудочной железе, которые регулируют уровень сахара в крови. У мышей, получавших антибиотики, также были более высокие уровни сахара в крови и более низкие уровни инсулина во взрослом возрасте.
«Для меня это было шокирующим и немного пугающим», — говорит Джун Раунд, доктор философии, профессор патологии в Университете здравоохранения штата Юта и один из старших авторов исследования. «Это показало, насколько важна микробиота в этот очень короткий ранний период развития».
Испытывая различные антибиотики, воздействующие на различные типы микробов, исследователи выявили несколько конкретных микробов, которые увеличивали количество инсулинпродуцирующей ткани и уровень инсулина в крови.
Любопытно, что одним из таких микробов, ускоряющих метаболизм, является малоизученный грибок Candida dubliniensis, который не встречается у здоровых взрослых людей, но может чаще встречаться у младенцев.
Джун Раунд держит чашку с микробами, выращенными в кишечнике. Определенные виды микробов, по-видимому, снижают риск диабета и даже могут помочь восстановить утраченную функцию поджелудочной железы, показывают ее результаты. Автор: Чарли Элерт / Университет здравоохранения штата Юта
Важно отметить, что воздействие C. dubliniensis в раннем возрасте также резко снизило риск диабета 1 типа у самцов мышей из группы риска. Когда самцы мышей, генетически предрасположенные к развитию диабета 1 типа, были колонизированы метаболически «нейтральным» микробом в младенчестве, у них развивалась болезнь в 90% случаев. У их соотечественников, которые были колонизированы грибком, диабет развивался менее чем в 15% случаев.
Исследователи обнаружили, что воздействие C. dubliniensis может даже помочь восстановиться поврежденной поджелудочной железе. Когда исследователи вводили грибок взрослым мышам, у которых были убиты инсулин-продуцирующие клетки, инсулин-продуцирующие клетки регенерировались, а метаболическая функция улучшалась. Исследователи подчеркивают, что это очень необычно: этот тип клеток обычно не растет во взрослом возрасте.
«Одной из возможностей в далеком будущем является то, что подобные сигналы можно будет использовать не только в профилактических, но и в терапевтических целях, чтобы помочь в дальнейшей жизни», — говорит Дженнифер Хилл, доктор философии, первый автор исследования, которая руководила исследованием в качестве постдокторанта в Round Lab при Университете штата. В настоящее время Хилл является доцентом кафедры молекулярной, клеточной и онтогенетической биологии в Университете Колорадо в Боулдере.
Если преимущества, наблюдаемые у мышей, верны для людей, то молекулы, полученные из микробов, могут в конечном итоге помочь восстановить функцию поджелудочной железы у людей с диабетом. Но Хилл предупреждает, что методы лечения, помогающие бета-клеткам регенерироваться у мышей, исторически не приводили к улучшению здоровья человека .
Укрепление иммунной системы
Грибок C. dubliniensis, по-видимому, поддерживает инсулин-продуцирующие клетки посредством своего воздействия на иммунную систему. Предыдущие исследования показали, что иммунные клетки в поджелудочной железе могут способствовать развитию своих инсулин-продуцирующих соседей.
Исследователи обнаружили, что у мышей без микробиома наблюдается меньше иммунных клеток в поджелудочной железе и худшая метаболическая функция во взрослом возрасте.
Когда такие мыши получают ревакцинацию C. dubliniensis в раннем возрасте, и их иммунные клетки поджелудочной железы, и их метаболическая функция возвращаются к норме. И C. dubliniensis может только способствовать росту инсулин-продуцирующих клеток у мышей, имеющих макрофаги, показывая, что грибок способствует метаболическому здоровью, влияя на иммунную систему.
Исследователи подчеркивают, что, вероятно, существуют и другие микробы, которые дают схожие преимущества, как C. dubliniensis. Их новые открытия могут стать шагом к пониманию того, как могут функционировать схожие сигналы о здоровье от других микробов.
«Мы не так много знаем о том, как микробиом влияет на здоровье в раннем возрасте», — говорит Хилл. «Но мы обнаруживаем, что эти сигналы в раннем возрасте действительно влияют на раннее развитие, а затем, вдобавок ко всему, имеют долгосрочные последствия для метаболического здоровья».
Раунд добавляет, что понимание того, как микробиом влияет на обмен веществ, может потенциально привести к созданию методов лечения на основе микробов для профилактики диабета 1 типа.
«Я надеюсь, что в конечном итоге мы выявим эти важные микробы, — говорит она, — и сможем давать их младенцам, что, возможно, позволит нам вообще предотвратить возникновение этой болезни».