Психобиотики: как микробиота влияет на состояние мозга

Психобиотики — это подкласс пробиотиков, влияющих на улучшение настроения и развитие нервной системы. В 2013 году профессор Тед Динан ввел термин «психобиотики», описав их как живые организмы, которые при достаточном приеме оказывают пользу для здоровья пациентов с психиатрическими или неврологическими заболеваниями.

Механизмы: как микробиота влияет на мозг

В начале 2000-х годов исследования на моделях гнотобиотических мышей* подчеркнули важность двунаправленной связи между микробиотой кишечника и функционированием центральной нервной системы (ЦНС). Эти исследования показали, что микробиота оказывает влияние на поведение, когнитивные функции и реакцию на стресс через ось кишечник-мозг. Механизмы взаимодействия включают нейронные, гуморальные и метаболические пути, а также иммунные реакции. 

В настоящее время известно несколько механизмов, через которые микробиота (в том числе микроорганизмы в психибиотиках) может влиять на психоэмоциональное состояние и когнитивные способности.

1. Производство нейротрансмиттеров 

Микробиота кишечника участвует в синтезе нейротрансмиттеров, таких как серотонин, дофамин, норадреналин, ГАМК и ацетилхолин. Эти вещества влияют на настроение, поведение и когнитивные функции.

Например:

• Bacillus spp. производит дофамин и норадреналин
• Bifidobacteria spp. стимулирует выработку гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК)
• Enterococci и Streptococci стимулируют синтез серотонина
• Escherichia spp. способствует высвобождению норадреналина и серотонина
• Lactobacilli spp. включает ГАМК и ацетилхолин

2. Короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) 

КЦЖК, такие как бутират, пропионат и ацетат, образуются при ферментации клетчатки бактериями. Они действуют через рецепторы, сопряженные с G-белком**, оказывая влияние на воспаление, метаболизм и барьерные функции кишечника. Эти кислоты также могут воздействовать на ЦНС, оказывая нейропротекторное действие.

3. Регуляция гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси (HPA) 

Психобиотики могут модулировать HPA ось, снижая уровень кортизола и других гормонов стресса. Это помогает уменьшить стрессовые реакции и улучшить психическое здоровье. Например, уменьшение уровня кортизола снижает тревожность и депрессию.

4. Контроль минералов тканей 

Психобиотики помогают регулировать уровни важных минералов, таких как магний и цинк, которые играют роль в нейропластичности и функционировании ЦНС. Недостаток этих минералов может быть связан с депрессивными и тревожными состояниями.

5. Связь с мозгом через другие механизмы 

Некоторые бактерии, например, бифидобактерии, снижают перекисное окисление липидов, что уменьшает повреждение клеточных мембран и повышает уровень межсинаптических нейротрансмиттеров. Это способствует улучшению когнитивных функций и эмоционального состояния.

Показания: когда используют психобиотики

Психобиотики демонстрируют терапевтический потенциал в лечении различных неврологических расстройств. Они могут быть полезны при таких состояниях, как перепады настроения, тревожность и стресс, а также при более серьезных заболеваниях: при депрессивных расстройствах, болезни Альцгеймера и Паркинсона.

Недавний систематический обзор Риберы и коллег (2024 год) выявил 43 клинических испытания, оценивающих влияние психобиотиков на неврологические расстройства. Наиболее изученным оказалось большое депрессивное расстройство (БДР). Авторы пришли к выводу, что психобиотики полезны для пациентов с БДР. Однако, оценка влияния пробиотиков на другие расстройства, такие как шизофрения, биполярное расстройство, нервная анорексия, СДВГ, тревожные расстройства, синдром Туретта и бессонница требует дополнительных исследований.

Психобиотики: что работает?

Источники пробиотиков, влияющих на ЦНС, могут включать добавки с микроорганизмами, ферментированные продукты, молочные продукты. Под психобиотиками также могут подразумеваться пребиотики, физические упражнения, а также некоторые лекарственные препараты, которые косвенно поддерживают функционирование бактерий, положительно влияющих на эмоциональный и когнитивный статус.

В 2015 году в США был выдан один из первых патентов на психобиотики для лечения детских аутоиммунных нейропсихиатрических расстройств, связанных со стрептококковыми инфекциями. В 2018 году на Тайване был выдан патент на использование штамма PS 128 компанией Bened Biomedical Industries. На сегодняшний день подано множество патентных заявок, многие из которых все еще находятся на рассмотрении.

Наиболее популярными пробиотиками с психобиотическим потенциалом являются Lactobacillus plantarum, L. helveticus и Bifidobacterium longum. Важным параметром является количество живых бактерий в добавке. Большинство психобиотических добавок содержат 30 миллиардов колониеобразующих единиц (КОЕ) на капсулу или более, тогда как некоторые содержат от 4 до 15 миллиардов КОЕ в капсуле.

Эксперименты: что показали исследования

Большое депрессивное расстройство. В исследовании, проведенном в 2018 году, было обнаружено, что 70% пациентов положительно отреагировали на психобиотическую терапию с использованием Clostridium butyricum (CBM588) в сочетании с предварительно назначенными антидепрессантами. Исследование включало пациентов с резистентным к лечению большим депрессивным расстройством, которые принимали антидепрессанты как минимум месяц до начала исследования. Участники, получавшие CBM588, показали значительное снижение общего балла по шкале оценки депрессии Гамильтона и шкале Бека по сравнению с контрольной группой.

Болезнь Альцгеймера. Введение пробиотиков может улучшить когнитивные функции при легких когнитивных нарушениях. Например, пробиотическая формула SLAB51 (комплекс лакто- и бифидобактерий) активирует путь SIRT1***, способствуя антиоксидантному и нейропротекторному эффекту в модели мышей с болезнью Альцгеймера.

Сосудистая деменция. Добавки с Clostridium butyricum влияет на кишечную микробиоту, изменяя количество бутирата в фекалиях, что повышает уровень бутирата в мозге и улучшает функции центральной нервной системы.

Бессонница. Исследования показали, что штамм L. helveticus CM4 улучшает качество сна у пожилых пациентов. Употребление ферментированного молока, обогащенного этим штаммом, помогало снизить эпизоды пробуждения и повысить эффективность сна.

Тревога: Исследования на мышах показали, что Lactobacillus rhamnosus JB-1TM и Lactobacillus plantarum PS128 снижают уровень тревожности.

Комбинация пробиотических штаммов L. helveticus R0052 и B. longum R0175, часто используемая в различных психобиотических формулах, продемонстрировала снижение симптомов тревожного и депрессивного поведения у добровольцев. При этом доклинические данные также подтверждают безопасность этих штаммов: они не вызывают побочных эффектов, таких как привыкание или нарушения процесса обучения.

Болезнь Паркинсона: Пациенты с болезнью Паркинсона, получавшие пробиотическую добавку в течение 12 недель, показали снижение уровня воспалительных маркеров, таких как TNF-a и интерлейкин-1 (IL-1), IL-8, а также повышение экспрессии PPAR-g и TGF-b по сравнению с плацебо.

Снижение памяти и стресс. Пробиотические штаммы, такие как L. helveticus, L. plantarum, L. brevis и B. longum демонстрируют положительное влияние на мозг. Они связаны с повышением уровня нейротрофического фактора мозга (BDNF), который играет ключевую роль в нейропластичности, обучении и памяти. Эти штаммы также способствуют улучшению памяти и облегчают симптомы, связанные со стрессом, что делает их перспективными компонентами для поддержания психического здоровья и когнитивных функций.

Ограничения: о чём надо помнить при использовании психобиотиков

Хотя многие пробиотики, в том числе влияющие на центральную нервную систему, считаются безопасными и полезными, их применение требует осторожности у пациентов с ослабленной иммунной системой, синдромом повышенной эпителиальной проницаемости кишечника или острыми заболеваниями. Рынок пробиотиков также остается недостаточно регулируемым, что создает дополнительные риски.

Ограничения

1. Вариабельность штаммов и дозировок. Пробиотические добавки отличаются по штаммам, дозам и продолжительности приема, что может влиять на их эффективность.
2. Комбинированное лечение. Использование пробиотиков вместе с фармакологическим лечением или нутрицевтиками без соответствующей контрольной группы может затруднять оценку их эффективности.
3. Неоднородность лечения. Различия в предшествующем или сопутствующем фармакологическом лечении также усложняют анализ результатов.
4. Разнообразие методов оценки. Неоднородные показатели результатов и инструменты оценки затрудняют сравнение данных между исследованиями.
5. Ориентированность на пациента. Отсутствие результатов, ориентированных на пациента, таких как улучшение социального функционирования, ограничивает понимание полной пользы пробиотиков.

В настоящее время эффект психобиотиков пока недостаточно изучен для замены традиционной терапии. Несмотря на обнадеживающие результаты исследований, психобиотики в клинических испытаниях на моделях с психическими и неврологическими заболеваниями чаще рассматриваются как дополнительное средство, а не как основное лечение.

Литература

● Binda S, Tremblay A, Iqbal UH, Kassem O, Le Barz M, Thomas V, Bronner S, Perrot T, Ismail N, Parker JA. Psychobiotics and the Microbiota-Gut-Brain Axis: Where Do We Go from Here? Microorganisms. 2024 Mar 22;12(4):634. doi: 10.3390/microorganisms12040634 

● Ribera C, Sánchez-Ortí JV, Clarke G, Marx W, Mörkl S, Balanzá-Martínez V. Probiotic, prebiotic, synbiotic and fermented food supplementation in psychiatric disorders: A systematic review of clinical trials. Neurosci Biobehav Rev. 2024 Mar;158:105561. doi: 10.1016/j.neubiorev.2024.105561 

● Sharma H, Bajwa J. Approach of probiotics in mental health as a psychobiotics. Arch Microbiol. 2021 Dec 19;204(1):30. doi: 10.1007/s00203-021-02622-x 

● Sharma R, Gupta D, Mehrotra R, Mago P. Psychobiotics: The Next-Generation Probiotics for the Brain. Curr Microbiol. 2021 Feb;78(2):449-463. doi: 10.1007/s00284-020-02289-5

Примечания

* Гнотобиотические мыши — это специально выращенные лабораторные мыши, у которых точно известен состав микробиоты или полностью отсутствуют микробы. Они используются для исследований, чтобы понять, как микробиота влияет на здоровье и поведение, поскольку в таких условиях учёные могут контролировать и изменять микробиологическую среду мышей.

** G-белок (или G-протеин) — это молекула внутри клеток, которая помогает передавать сигналы от рецепторов на поверхности клетки внутрь неё. Когда рецептор активируется, он включает G-белок, который затем запускает каскад реакций, изменяющих работу клетки. Это похоже на то, как нажатием кнопки вы запускаете сложную машину — G-белок является частью этой машины, помогающей клеткам реагировать на внешние сигналы, такие как гормоны или нейротрансмиттеры.

*** Путь SIRT1 — это процесс в клетках организма, который помогает регулировать старение и метаболизм. Он включает белок под названием SIRT1, который работает как "регулятор", включая и выключая другие гены и белки. SIRT1 помогает защищать клетки от стресса, улучшает работу митохондрий (энергетических станций клеток) и может способствовать долгожительству.