Fig. 1. Suprafața intestinului - vilele și criptele lui Lieberkun
Suprafața interioară a intestinului și a mucoasei acestuia nu este netedă, este un model complex de proeminențe (Villi) și adâncituri - cripte liberkyunovyh (Figura 1.). Numărul de cripte, lungimea tubulete de 0,25-0,5 mm și un diametru de 0,07 mm, 80-100 la 1 mm 2. Ele sunt numite după anatomistul german Johann Lieberkuhn Nathaniel, care a descris cripte în 1754 ani. Cu toate acestea, a fost al patrulea, care a făcut-o, întâietatea apartine medicilor italieni si biologi Marcello Malpighi (1628-1694), descoperitorul multor alte structuri, multe dintre care au primit numele său.
Deci, epiteliul intestinului. Celulele sale alcătuiesc vile, absorb substanțe nutritive și efectuează alte funcții. Epiteliul este actualizat în mod constant din cauza divizării celulelor stem și progenitoare situate pe fundul criptografiei. (Celulele progenitoare sunt numite celule care nu s-au diferențiat încă, dar au făcut deja primii pași într-o anumită direcție.) Diviziunea celulară, direcția diferențierii lor și chiar numărul criptelor sunt sub control genetic. Cu toate acestea, în plus față de gene, multe aspecte ale vieții gazdei - metabolismul, imunitatea, dezvoltarea sistemului nervos și a vaselor de sânge - sunt influențate de bacteriile care trăiesc în lumenul intestinului său. Un om are aproximativ 100 de trilioane. Este, de asemenea, cunoscut faptul că o microbiotă ajută epiteliul intestinal să se recupereze după leziuni cauzate de tulburări imune. Rămâne doar să aflăm dacă metaboliții microbieni interacționează cu celule stem intestinale și, dacă da, cum.
Cercetătorii au elaborat o listă cu 92 de molecule - produsele metabolismului bacteriilor care locuiesc în intestinele șoarecilor normali. Efectul acestor molecule a fost testat pe cultura primară a colonului colonului. Cultura conține diferite tipuri de celule, inclusiv celule stem. Screeningul a făcut posibilă izolarea a opt molecule care inhibă diviziunea celulară în condiții favorabile pentru creșterea celulelor stem și progenitoare. Cea mai puternică substanță a fost butiratul, un anion de acid butiric; la o concentrație de 1 mM, încetinește proliferarea celulelor stem și la concentrații de 3-10 mM efectul său devine ireversibil și poate duce la apoptoză.
Butyratul este un produs al fermentării bacteriene a fibrelor dietetice, unul dintre cei mai obișnuiți metaboliți microbieni găsiți în intestinele mamiferelor. Practic, aceasta este sintetizată de reprezentanții Clostridium-ului. Eubacterium și Butyrivibrio. Concentrația sa este de aproximativ 5 mM la șoarece și aproximativ 70 mM la om. Într-o astfel de cantitate, butiratul trebuie să omoare toate celulele stem și să priveze epiteliul intestinal. Cu toate acestea, să nu uităm că mucoasa reală a intestinului, spre deosebire de cultura celulară, este gravată. Cercetatorii au sugerat ca celulele stem sa scape din butirat, la fel ca in nurca, in adancurile criptelor. Dar cum se poate verifica acest lucru?
Cum altfel se poate dovedi că criptele restricționează accesul butiratului la celulele stem? Cercetatorii au numit ulcere ale intestinelor la soareci, tratându-l cu sulfat de dextran. În locurile de acțiune ale reactivului, membrana mucoasă este ruptă, criptele sunt deteriorate, celulele stem sunt lipsite de protecție și ulcerul se vindecă lent. Dacă intri în antibioticul metididazol, care ucide bacteriile care produc butirat, ulcerul poate fi întârziat mai repede. Dacă șoarecii care primesc un antibiotic fac o clismă cu butirat, vindecarea ulcerului va încetini chiar și în absența bacteriilor.
Din culturile celulare transmise șoarecilor. Când animalele au fost injectate în intestin cu un butirat marcat cu un izotop de carbon 13 C, cea mai mare parte a etichetei a fost concentrată în colonocitele de pe vârful criptării. Acid-CoA dehidrogenaza enzima este necesară pentru a asimila butirat. La șoareci mutanți care nu au această enzimă, zona de fisiune a celulelor stem și progenitoare este semnificativ mai mică decât la animalele de tip sălbatic. Adăugarea butiratului exogen agravează situația. Ulcerul mucoasei intestinale la aceste șoareci se agravează.
În consecință, colonocitele, la fel ca gardienii de pe poartă, păzesc intrările în cripte și nu trec butiratul în interiorul celulelor stem (Figura 2).
Fig. 2. Celulele stem sunt protejate de efectele dăunătoare ale butiratului printr-un gradient de concentrație naturală și prin activitatea activă a celulelor epiteliale care utilizează butirat ca sursă de energie
S-a dovedit că butiratul blochează proliferarea prin creșterea activității factorului de transcripție Foxo3. Acest factor funcționează în celule stem și progenitoare și reglementează divizarea lor. Foxo3 activat se leagă de promotorii mai multor gene care suprimă fisiunea, cresc expresia lor, proliferarea încetinește. Celulele stem din șoareci mutanți care nu au Foxo3 sunt mai puțin sensibili la nivelul butiratului din lumenul intestinului.
Cercetătorii remarcă faptul că butiratul sa dovedit a fi un inhibitor puternic al proliferării celulelor stem și progenitoare. Acțiunea pe termen scurt nu este teribilă și reversibilă, pe termen lung poate duce la consecințe grave. Cu toate acestea, acest lucru are un înțeles profund. Cu colocitele deteriorate, în cazul unui ulcer, de exemplu, butiratul va bloca diviziunea celulelor stem și le va împiedica să intre în contact direct cu compușii genotoxici care pot fi localizați în lumenul intestinului. Dacă celulele progenitoare divizate în mod activ s-au grabit din cripta mică, deteriorată spre mutageni, probabilitatea unei tumori maligne ar fi suficient de mare.
Dacă simbioza dintre epiteliul intestinal și microbiota sa este mult mai complicată decât o simplă interacțiune în ambele sensuri. Și, desigur, este și mai complicat decât este descris într-un articol dedicat doar unui aspect al relației lor.
Interesant, alți acizi grași cu catenă scurtă, care sunt formate prin fermentarea microbiană, acetați și propionați nu afectează diviziunea celulelor stem ale intestinului si colonocytes nu consume. Prin urmare, nu rezultă că aceste substanțe sunt inofensive. Aceta, de exemplu, este o problemă gravă și nu există nicio protecție împotriva acesteia, spre deosebire de butirat.
Cum microbii ajută la creșterea grăsimii
Imboldit oamenii de știință pentru a studia datele cunoscute ca, cu supraalimentare, obezitate si sindrom metabolic modificarea compoziției microflorei intestinale și măresc concentrația microbiană de acetat, propionat și butirat. Dar nu a fost clar dacă acești acizi afectează într-adevăr obezitatea sau o însoțesc, și dacă o fac, care este mecanismul acțiunii lor. Și dacă cunoașteți mecanismul, puteți influența procesul. Gerald Shulman si colegii sai au lucrat cu șobolani masculi, care sunt rezistente la insulina si predispuse la obezitate si au constatat ca consumul de mese grase în fecale plasma de sânge și de animale crește viteza de formare și concentrația de acetat, dar nu și propionat de butirat. După trei zile, conținutul în acetat de dieta grase crește nivelul plasmatic ori și jumătate, patru săptămâni dieta crește concentrația sa triplat. Oamenii de știință au demonstrat că acest acetat are o origine microbiană. Pentru a face acest lucru, au folosit diferite metode, toate dintre noi nu vor fi enumerate au fost lavaj intestinal mai umană și estetică cu soluție salină și tratamentul cu antibiotice. Fiecare dintre măsurile antimicrobiene a redus producția de acetat cu 75-95%.
Orice produs alimentat stimulează secreția de insulină, care reglează distribuția glucozei prin celule. Dacă dați șobolanului o granulă de carbohidrat, nivelul de glucoză din sângele acestuia va crește și celulele beta ale pancreasului vor elibera o cantitate adecvată de insulină. La animalele care au primit alimente grase, secreția de insulină este de câteva ori mai mare decât în cazul controlului. Sinteza insulinei poate fi normalizată dacă șobolanii sunt tratați cu antibiotice. Aportul de antimicrobieni reduce secreția de insulină ca răspuns la glucoză cu 70%. Și dacă animalele care au primit alimentele obișnuite, să introducă acetat în arteră, sinteza insulinei va fi la fel de mare ca în cazul unei diete grase.
Pentru a stimula sistemul nervos parasympatic, acetatul trebuie să intre în creier, iar oamenii de știință au demonstrat că într-adevăr devine din sânge. Pentru a se asigura că acetatul direcționează sistemul parasimpatic, acesta a fost injectat direct în creier în aceeași concentrație pe care ar trebui să o introducă în acest organ din plasma sanguină. Ca urmare, răspunsul la insulină la glucoză a devenit de trei ori mai puternic. În consecință, acetatul afectează într-adevăr sinteza insulinei prin sistemul nervos central.
Dorind să se asigure că răspunsul la semnalul acetat trece de la creier tocmai prin nervul vagus, cercetătorii l-au tăiat. Această procedură se numește vagotomie. La șobolanii vagotomizați, administrarea acetatului a determinat o reducere de patru ori a concentrației de insulină din plasmă comparativ cu cea de control. Deci oamenii de știință aveau dreptate. Ele dau multe alte dovezi, le vom omida aici, nu vom purta cititorul.
Inelul de dovezi a fost în cele din urmă închis (Figura 3). bacteriile intestinale mananca sobolani gras sintetizat activ acetat, care intră în creier și activează sistemul parasimpatic, care determină secreție crescută de insulină și grelina. Un cerc vicios: mai multa insulina este eliberat, cu atât mai repede celulele absorbi toate glucoza, concentrația sa în plasmă cade, standuri ghrelin, iar corpul este foame. Când este vorba de scurtă supraalimentare, situația revine rapid la normal, dar atunci când devine cronică, excesul de absorbție de grăsime depozitată în ficat și mușchii scheletici, ele devin rezistente la insulină, și acolo în prag de obezitate si sindrom metabolic.
Fig. 3. Cu o nutriție excesivă, acetatul de bacterii intestinale stimulează dezvoltarea obezității
Ca de obicei, la sfârșitul lucrării, cercetătorii scriu că sunt necesare studii suplimentare pentru a studia toate efectele fiziologice posibile ale acetatului și ale altor metaboliți microbieni. Mecanismul deja descoperit - producția crescută de acetați sub influența alimentelor grase și activarea ulterioară a sistemului nervos parasympatic - poate servi drept țintă pentru tratamentul obezității.
Dar dacă acetatul face acest lucru, atunci cum să fii iubitorii de marinate și aderenți ai vindecătorului de oțet de cidru de mere?
Trimiteți-le prietenilor: