Исследователи из японских университетов Дзюнтэндо, Кэйо и Китасато во главе с Даем Исикавой и Юн-Ги Кимом опубликовали в журнале Gastroenterology результаты исследования о влиянии пищевых волокон на заживление кишечника при колите. Авторы выяснили, что альгинат натрия — растворимая клетчатка из бурых морских водорослей — защищает мышей от тяжёлого воспаления толстой кишки за счёт слаженной работы полезных бактерий и высвобождения таурина.
Воспалительные заболевания кишечника, включая язвенный колит, вызывают хроническое разрушение слизистой оболочки, появление язв и кровотечений. Врачи долгое время рекомендовали пациентам во время обострений строго ограничивать любую клетчатку, чтобы грубые растительные частицы механически не травмировали воспалённые ткани. Современные гастроэнтерологи постепенно пересматривают этот подход: растворимые волокна служат мягкой питательной средой для кишечных микроорганизмов. Однако до сих пор оставалось неизвестным, способна ли клетчатка стимулировать прямое заживление повреждённого эпителия и какие именно микробные сигналы запускают регенерацию.
Водоросли против воспаления кишечника
Авторы работы начали с отбора эффективных полисахаридов на мышах с острым колитом, вызванным химическим повреждением слизистой оболочки. Животным давали растворы четырёх видов клетчатки: альгинат, арабиногалактан, ламинарин и пуллулан. Все подопытные животные в контрольной группе без добавок погибли в течение 12 дней. При этом альгинат показал выраженную защиту: мыши выжили, потеряли меньше массы тела и сохранили нормальную длину толстой кишки.
Микроскопический анализ тканей кишечника зафиксировал сохранение структуры крипт — микроскопических трубчатых углублений в стенке органа, где делятся новые клетки эпителия. В кале мышей, получавших водорослевое волокно, снизился уровень липокалина-2 — белкового маркера воспаления. Кроме того, альгинат восстановил плотность эпителиального барьера: флуоресцентная метка, введённая в желудок, перестала просачиваться сквозь стенку кишечника в кровоток.
Микробы освобождают таурин
Защитное действие альгината полностью исчезало, когда мышам предварительно давали антибиотики широкого спектра действия — стрептомицин или эритромицин. Без кишечных микроорганизмов клетчатка водорослей не облегчала симптомы болезни, что подтвердило микробную природу терапевтического эффекта. Генетическое профилирование показало, что альгинат избирательно увеличивает долю двух бактериальных родов — бактероидов и лактобацилл. Из кишечника подопытных животных исследователи выделили два ключевых штамма: Bacteroides acidifaciens и Ligilactobacillus murinus.
В лабораторных культурах штамм Bacteroides acidifaciens активно расщеплял альгинат и увеличивал биомассу. Второй микроб, Ligilactobacillus murinus, не усваивал чистое волокно, но быстро размножался на жидкой среде, переработанной первым штаммом. Такое бактериальное партнёрство называют перекрёстным кормлением: первый микроорганизм дробит сложные полисахариды на простые сахара, которыми питается соседняя культура. При пероральном введении мышам любого из этих двух штаммов животные восстанавливали вес быстрее контрольной группы.
Обычно гастроэнтерологи связывают пользу клетчатки с короткоцепочечными жирными кислотами, в первую очередь бутиратом. Однако химический анализ содержимого кишечника показал, что уровень масляной и пропионовой кислот после приёма альгината остался прежним. Главным веществом, чья концентрация резко выросла у выздоравливающих мышей, оказался таурин. Это соединение известно как компонент тонизирующих напитков, но в тканях млекопитающих оно входит в состав желчных кислот и регулирует защитные реакции клеток.
Оба выделенных штамма содержали в геноме фермент гидролазу желчных кислот. Этот белок отщепляет молекулы таурина от соединений с солями желчи, поступающей из печени, и накапливает свободный таурин в просвете кишки. У стерильных мышей заселение любого из двух штаммов вызывало подъём уровня таурина. Чтобы доказать решающую роль этого метаболита, учёные повторили эксперимент на мышах с выключенным геном переносчика таурина Slc6a6. У таких животных альгинат потерял терапевтическую силу: потеря веса продолжалась, а барьерная проницаемость слизистой оставалась высокой.
Защитный ген в клетках слизистой
Затем исследователи проследили реакцию тканей на свободный таурин. Анализ активности генов показал, что альгинат и таурин активируют в эпителии толстой кишки ген Cyp2c55. Этот участок ДНК кодирует фермент семейства цитохрома P450, который участвует в метаболизме жиров и стимулирует деление клеток при повреждении ткани. При развитии колита активность гена резко падает, но приём альгината возвращает её к здоровым значениям.
Опыты на мышах с генетически выключенным Cyp2c55 подтвердили необходимость этого фермента: ни альгинат, ни чистый таурин не защитили животных от колита. Для проверки клеточных механизмов исследователи вырастили в чашках Петри органоиды — трёхмерные микроткани из стволовых клеток кишечника. Органоиды без гена Cyp2c55 гибли под воздействием химического токсина быстрее структур дикого типа. У человека аналогом этого защитного гена служит CYP2C18, чья активность также снижается при язвенном колите.
Первые испытания на людях
Авторы проверили терапевтическую схему в клиническом испытании с участием 52 взрослых пациентов с активным язвенным колитом. Участники прошли двухнедельный курс из трёх антибиотиков для подавления собственной воспалённой микрофлоры, а затем получили трансплантацию донорской фекальной микробиоты во время колоноскопии. После процедуры пациентов разделили на две группы: 26 человек на протяжении восьми недель дважды в сутки пили раствор с четырьмя граммами альгината натрия, а 26 добровольцев принимали плацебо.
Первичная клиническая цель испытания не была достигнута. Разница в снижении стандартного индекса активности болезни между группами оказалась статистически неотличимой от случайных колебаний. Доля пациентов с клиническим улучшением составила 65,4% в группе альгината и 73,1% в группе плацебо. Частота полной клинической ремиссии достигла 30,8% на альгинате и 38,5% на плацебо. Сама пересадка донорских бактерий вызвала столь выраженное облегчение симптомов в обеих группах, что дополнительный приём клетчатки за восемь недель не дал измеримого клинического преимущества.
Биологические анализы образцов подтвердили работу исследованного механизма в организме человека. У тех пациентов группы альгината, у которых наступило улучшение, выросла представленность бактероидов в кале, а концентрация свободного таурина положительно связалась с заживлением ткани по данным биопсии. В образцах слизистой оболочки этих участников исследователи зафиксировали повышение экспрессии человеческого гена CYP2C18.
Авторы отмечают ряд ограничений испытания: в исследовании участвовали 52 пациента, а наблюдение ограничивалось восемью неделями. В протокол не входила группа, получавшая только альгинат без предварительного курса антибиотиков и пересадки микробиоты. Кроме того, в человеческой микрофлоре лактобациллы исходно составляли незначительную долю и не размножились на фоне приёма клетчатки. Учёные планируют проверить действие альгината как самостоятельного средства в более продолжительных клинических программах.
