Как иммунная система влияет на лишний вес?
Ученые узнают все больше о важности микробиома
Как похудеть? Ответ, казалось бы, лежит на поверхности: меньше есть. Часто к этому совету добавляют – «и больше двигаться». У этой мантры вполне определенный смысл: если ты не можешь сбросить вес, ты либо глуп, либо не обладаешь достаточной силой воли. Или все сразу, пишет журналист The Atlantic Джеймс Хэмблин.
Но если бы все было так просто, диеты были бы эффективны. Люди не набирали бы вес с возрастом, а среди ваших знакомых не попадался бы человек с «быстрым метаболизмом», который жаловался бы на то, что ест все подряд, но никак не может набрать вес.
Очевидно, что организм некоторых людей просто более эффективно по сравнению с другими извлекает энергию из еды. При этом способность одного и того же организма по превращению калорий в энергию со временем (и в зависимости от других факторов) может меняться. Почему так? Можно ли при желании изменить это?
Да, можно. Это затронет триллионы микробов, проживающих в нашем кишечнике, и то, как они взаимодействуют друг с другом. Наша иммунная система определяет уровень воспалительных процессов в кишечнике, которые постоянно влияют на то, как мы перевариваем пищу, как много калорий усваиваем и сколько питательных веществ отфильтровывается.
Антибиотики и ожирение
То, как микробы влияют на набор веса у человека, только недавно начало интересовать ученых. Однако об этой взаимосвязи у животных было известно довольно давно. После Второй мировой войны антибиотики впервые стали доступными, и фермеры начали лечить ими скот: они заметили, что животные, получавшие эти лекарства, куда быстрее набирали вес. Это привело к целому ряду патентных заявок на различные виды корма для скота, которых объединяло только одно – наличие в составе антибиотиков.
В 1950 году фармкомпания Merck подала заявку на патент «метода, ускоряющего рост животных», с инновационным фактором, который на поверку оказался обычным пенициллином. Другая фармацевтическая компания – Eli Lilly – запатентовала три новых антибиотика, которые собиралась добавлять в корм для овец, коз и крупного рогатого скота с целью «повышения эффективности корма». Скармливать домашнему скоту огромные дозы антибиотиков стало обычной практикой, хотя ученые не знали, почему лекарства так влияют на набор веса и к каким эффектам это может привести.
Только недавно удалось доказать, что антибиотики уничтожают некоторые виды микробов в кишечнике, которые помогают – как животным, так и людям – переваривать пищу. Эти микробы служат своего рода «вахтерами», решая, что из съеденного на самом деле «пропустить» в тело.
Таким образом, употребление антибиотиков связано с приростом массы скота, а уменьшение разнообразия микробиома человека ассоциируется с ожирением. Люди и сами стали употреблять больше антибиотиков – и это совпало с эпидемией ожирения. Возможно, это случайность, но есть серьезные аргументы в пользу такой взаимосвязи.
Связь микробиома и метаболизма
В 2006 году биолог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе Джеффри Гордон выяснил, что у мышей, страдающих от ожирения, есть нечто общее – в их микробиоме. По сравнению с более худощавыми грызунами у них в кишечнике было обнаружено меньше бактерий-сапрофитов и больше фирмикутов (грамположительные бактерии с толстой клеточной стенкой). Более того, биохимический анализ показывает, что именно такое соотношение улучшает способность извлекать калории из еды и «передавать» их телу. Схожие бактериальные паттерны были позже найдены и у людей с лишним весом.
Гордон также выяснил, что микробиом, который ассоциируется с ожирением, можно передать – от человека животному. В 2013 году он позаимствовал кишечные бактерии у близнецов (один из них страдал от ожирения) и «скормил» их мышам. Мыши, получившие бактерии от полных людей, набрали вес, остальные – нет. Известно, что микробиом можно пересадить (трансплантация фекальной микробиоты) другому человеку. В ходе одного исследования выяснилось, что у пациентов с лишним весом, которым пересадили стул худощавых доноров, уменьшилась инсулинорезистентность.
Даже попадание отдельных видов бактерий в кишечник человека может изменить его метаболизм. Так, свежим клиническим исследованием установлено, что те, кто принял пробиотик с Akkermansia muciniphila (эту бактерию обычно находят у людей, не страдающих ожирением), показали улучшения в плане обмена веществ, включая похудение. Авторы исследования вовсе не предлагают людям с лишним весом запастись этим пробиотиком. Но они считают это доказательством того, что микробиом человека можно изменить так, чтобы улучшить метаболизм.
Лора Хупер, глава кафедры иммунологии при Юго-Западном медицинском центре Техасского университета, сравнивает метаболические заболевания с инфекционными – ведь худоба и лишний вес «передаются» через микробиом. После защиты диссертации она уделила особое внимание иммунной системе человека: в частности, вопросу о том, как воспалительная реакция может повлиять на популяции микробов и набор веса.
Роль иммунитета
В минувшие десятилетия появилось несколько исследований, в которых говорилось о том, что иммунитет взрослых людей с лишним весом менее эффективно реагирует на вакцинацию. А также о том, что среди этих людей (а также тех, кто страдает от недостаточного веса) наблюдается повышенная распространенность инфекций. Но оба эти наблюдения долгое время считались последствиями ожирения.
Хупер вспоминает, что когда она принималась за свое исследование, науке было не так много известно о взаимодействии иммунной системы и кишечного микробиома. Многие считали, что кишечная иммунная система «слепа» к их нуждам, но Хупер с этим не согласна. В кишечнике человека проживает около 100 трлн бактерий – они обслуживают важные метаболические функции организма, но могут и убить своего «хозяина», попав в кровь. Таким образом, иммунная система должна принимать участие в обеспечении их деятельности, говорит Хупер. Даже малейшие изменения в функционировании иммунной системы могут повлиять на микробиом, следовательно, набор веса и метаболизм.
Эта теория получила подкрепление в свежей работе, опубликованной в журнале Science. Зак Стивенс, эколог-микробиолог из Университета Юты, а также его коллеги проводили эксперименты над грызунами с измененными Т-лимфоцитами (они же – Т-клетки, играют важную роль в иммунной системе, в том числе обеспечивают распознавание и уничтожение клеток, несущих чужеродные антигены). Ученые обнаружили, что со временем мыши набрали вес, «раздулись как шарики», по словам Стивенса. Один из его коллег и вовсе начал называть мышей «панкейками».
Чтобы выяснить, каким образом изменения в иммунной системе могут вызвать ожирение, исследователи сравнили микробиомы мышей с измененными клетками и «нормальных» грызунов. Ученые выяснили, что в кишечнике здоровых мышей очень много клостридий (род грамположительных бактерий, которые входят в состав нормофлоры желудочно-кишечного тракта) и мало бактерий Desulfovibrio, а их организм не абсорбирует большую часть жира, поступающего с пищей. У мышей с измененной иммунной системой наблюдалась обратная картина: мало клостридий, много Desulfovibrio, и этот микробный баланс помогает кишечнику усваивать больше жира – отсюда и набор веса, и признаки диабета 2 типа.
«Применимо ли это открытие к людям, нам пока что неизвестно, – говорит Хупер. – Но сама идея довольно заманчивая». Люди, конечно же, не мыши, но микробиомы грызунов столь же сложны, как и наши. У людей с ожирением и диабетом 2 типа наблюдается меньше клостридий и больше бактерий Desulfovibrio, чем у людей с нормальным весом. Разумно предполагать, что бактерии схожим образом функционируют в кишечниках различных видов животных. Но даже если это не так, эксперимент – доказательство того, что иммунная система контролирует состав кишечного микробиома.
Каким образом? Чтобы контролировать популяцию бактерий, иммунитет регулярно усиливает свою реакцию. Кишечник, по наблюдениям Стивенса, находится в состоянии перманентного воспаления – это своего рода постоянная иммунная стимуляция. Ученый не разделяет распространенное убеждение о том, что воспаление – всегда плохо. Роль иммунной системы в кишечнике – поддерживать баланс. Внесение каких-либо изменений в «оборонную систему» организма, что может произойти в результате болезни или старения, способно привести к тому, что некоторые виды бактерий будут процветать за счет других.
«Таможенный контроль» организма
Это наблюдение заинтересовало Стивена Линдеманна из Университета Пердью (США, Индиана), который не принимал участие в исследовании ученых из Юты. Он изучает эффект еды на кишечную микробиоту. Нам известно, говорит он, что именно рацион сильнее всего влияет на состав микробиома. В исследовании он пришел к выводу, что когда иммунный контроль за кишечными бактериями ослабевает, набор веса становится неуправляемым, что приводит к проблемам с метаболизмом.
По словам Линдеманна, факт того, что иммунитет регулирует поведение «обитателей» тонкого кишечника, научно установлен. Стенку кишки он сравнивает с таможенным пунктом контроля, цель которого – отсеять преступников с запрещенным грузом. В том же случае, когда ученые внесли изменения в иммунитет мышей, «таможенный патруль, видимо, отошел пообедать», пропустив Desulfovibrio в организм, шутит биолог.
Если подобные изменения окажут столь же серьезный эффект на организм человека, то нас ждут далеко идущие последствия. Например, сами концепции пищевой ценности и калорийности будут зависеть от микробиома и иммунной системы конкретного человека. А в сложном подсчете употребленных (и сожженных) калорий нужно будет учитывать влияние микробов, как уже присутствующих в организме, так и привнесенных туда с едой. Это станет большой проблемой для производителей, которым приходится выводить эти данные на этикетки пищевых продуктов (а читать и понимать их и без того затруднительно).
Есть ли смысл в пробиотиках?
Люди, пытающиеся контролировать свой вес, могут подумать, что решение проблемы очевидно – надо всего лишь немного «поколдовать» над собственным микробиомом. Именно эта теория лежит в фундаменте весьма сомнительной, слабо регулируемой законами, но крайне прибыльной (к 2025 году, как ожидается, она вырастет до $7 млрд) индустрии производства добавок-пробиотиков. Но все не так-то просто.
Недавние исследования пробиотиков говорят о том, что довольно сложно поддерживать новые сообщества бактерий в организме, и концепция о взаимосвязи микробиома и иммунитета может объяснить это, считает Стивенс. Вполне возможно, что ваша иммунная реакция «застряла» в раннем возрасте – в зависимости от того, какому воздействию вы ее подвергали. Пробиотиков будет недостаточно, чтобы «отрегулировать» ваш микробиом, так как ваша иммунная система уже решила, какие микробы будут желанными, а какие – нежеланными гостями в вашем кишечнике, объясняет Стивенс.
Связь между весом человека и его иммунитетом станет еще более запутанной. Возможно, на сегодня самый безопасный универсальный совет – поддерживать разнообразие микробов в кишечнике из различных пищевых источников. Это приведет к укреплению и оздоровлению иммунной системы человека, которая сможет самообучаться и функционировать – мы только сейчас начинаем понимать, как именно, говорит Стивенс.
Вся эта неопределенность лишь затрудняет понимание механизма работы большинства диетических рекомендаций, но нет худа без добра. Зная обо всем этом, уже нельзя, как прежде, выносить упрощенные суждения о весе человека и его образе жизни. Ожирение – проявление взаимодействия между различными системами в организме человека. Нужно понимать, что физиология человека меняется вместе с нашим отношением к организмам как внутри, так и снаружи нас. И новые теории, выдвигаемые учеными, опровергают устоявшееся представление о том, что лишний вес – личный недостаток человека.