Исследование связывает депрессию с высоким уровнем аминокислоты

Растущее количество литературы связывает микробиом кишечника с симптомами депрессии в кажущейся круговой взаимосвязи, где одно влияет на другое. Однако, многие исследования, посвященные этой связи, просто объединяют определенные популяции бактерий или диеты с глубоким депрессивным расстройством, оставляя открытыми критические вопросы о глубинных механизмах влияния микробов кишечника на депрессию.

Исследование, опубликованное в прошлом месяце(3 мая) в журнале Cell Metabolism, делает важный шаг к заполнению этих пробелов, демонстрируя на нескольких видах животных, что существует вероятная причинно-следственная связь между тяжестью депрессии и сывороточным уровнем неосновной аминокислоты пролина, который, как показало исследование, зависит как от диеты, так и от активности пролин-метаболизирующих бактерий в кишечнике.

"Насколько мне известно, это первый случай, когда команда действительно демонстрирует причинно-следственную связь между потреблением пролина и депрессивным поведением", - сообщила The Scientist по электронной почте исследователь метаболизма Сандрин Клаус из Королевского колледжа Лондона, которая не работала над исследованием и является главным научным сотрудником компании YSOPIA Bioscience, занимающейся терапией микробиома. "Мне неизвестно о пролин-опосредованной оси кишечник-мозг. Поэтому это совершенно новый механизм действия".

Диета при депрессии: влияние пролина
Предыдущие исследования показали, что пролин, наряду с другими диетическими веществами, играет определенную роль в развитии большого депрессивного расстройства, но "мы обнаружили повышенные уровни не только при глубокой депрессии, но и у испытуемых с умеренной депрессией", - объясняет соавтор исследования Хосе Мануэль Фернандес-Реаль, исследователь из Биомедицинского исследовательского Института Жироны и больницы доктора Хосепа Труэты(Испания). Действительно, тяжесть симптомов коррелировала с уровнем циркулирующего пролина у испытуемых.

Фернандес-Реал и его коллеги обнаружили это, когда сравнили ответы людей на 80-пунктовый опросник о потреблении пищи с оценками по опроснику здоровья пациента-9(PHQ-9), общепринятому клиническому опроснику для диагностики и определения степени тяжести депрессии. По словам Фернандеса-Реала, из всех пищевых нутриентов, указанных в анкете, "наиболее связанным с депрессивными чертами оказался именно пролин". Анализ крови тех же участников подтвердил корреляцию между пролином и депрессивными чертами.

Однако в полученных данных обнаружились некоторые несоответствия, которые потребовали более пристального изучения. Фернандес-Реал объясняет, что "не все испытуемые с повышенным содержанием пролина в рационе имели повышенное содержание пролина в плазме крови, что намекает на участие какого-то еще не обнаруженного фактора". В поисках такого объяснения он и другие исследователи определили состав микробиома участников исследования.

В статье отмечается, что большинство предыдущих исследований, пытавшихся сделать то же самое, не смогли достичь разрешения на уровне видов бактерий и пришли к неубедительным и противоречивым выводам. Однако Фернандес-Реал и его коллеги использовали мультиомический подход, который позволил им связать функции микроорганизмов с конкретными биологическими путями, связанными с депрессией, что обеспечило их исследованию уровень разрешения, которого, по словам Фернандеса-Реала, не хватало в предыдущих исследованиях, которые он называет недостаточно мощными.

У участников исследования уровень пролина в плазме крови был связан с присутствием и активностью определенных кишечных бактерий - люди с высоким потреблением пролина и более высоким уровнем пролина в плазме крови имели другой состав микробиома, чем те, кто потреблял такое же количество пролина, но его циркуляция в крови была меньше. Кроме того, группа обнаружила, что микробные сообщества первых были связаны с более тяжелой депрессией.

Как микробиом кишечника влияет на депрессию
Чтобы определить, существует ли прямая связь между пролином и депрессией, исследователи обратились к моделям мышей и Drosophila melanogaster, которые они ранее использовали для изучения влияния микробиома на когнитивные способности.

Исследователи кормили 10 мышей стандартной диетой, а еще 10 - диетой с добавлением пролина, затем подвергали их стрессовым воздействиям, которые обычно используются для провоцирования депрессии. Через шесть недель у экспериментальной группы уровень пролина в плазме крови был значительно выше, и у них наблюдалось больше признаков депрессивного поведения, таких как отсутствие интереса к сладкой воде и снижение подвижности во время теста на подвешивание хвоста.

Чтобы проверить, какое влияние оказывает микробиом, исследователи взяли образцы фекалий 20 добровольцев(у девяти из них был высокий уровень пролина, и все они продемонстрировали прямую корреляцию между оценкой PHQ-9 и циркулирующим в плазме пролином) и поместили их в обработанных антибиотиками мышей, эффективно внедряя микробиом человека в организм животных.
Когда мышей подвергли еще одному тесту, призванному вызвать депрессивное поведение, исследователи обнаружили, что поведение мышей коррелирует с оценкой PHQ-9 и, следовательно, уровнем циркулирующего пролина у их доноров, а также со смесью микробов, обитающих в их кишечнике.

Полученные данные продемонстрировали, что "определенная микробиота метаболизирует пролин и имеет решающее значение для развития более или менее выраженных симптомов депрессии", - говорит Фернандес-Реал.

Исследователи также провели секвенирование РНК в префронтальной коре головного мозга животных - области мозга, связанной с познанием. Это показало, что гены, связанные с депрессивным поведением, были повышены после пересадки фекалий, и что экспрессия гена транспортера пролина Slc6a20 в мозге коррелировала с поведением мышей и оценками PHQ-9 их доноров микробов.

"Микробиота от людей с самыми высокими показателями депрессии вызывала у мышей эмоциональные черты", - говорит Фернандес-Реал. "Интересно, что в префронтальной коре головного мозга пересаженных мышей наблюдалась повышенная экспрессия генов, которые мы также обнаружили в кишечнике людей с повышенным потреблением пролина".

После этого исследователи перешли к экспериментам с дрозофилами, подвергая контрольных мух дикого типа и мух с пониженным уровнем CG43066 - дрозофильной версии sl6a20 - стрессовым воздействиям, чтобы выяснить, влияют ли транспортеры на проявление депрессивного поведения у животных. Затем они провели те же тесты на дрозофилах, колонизированных бактериями, которые, как было установлено в предыдущих экспериментах, увеличивают или уменьшают метаболизм пролина.
Как показало исследование, снижение гена транспортера пролина или колонизация дрозофилы определенными бактериями, особенно некоторыми видами Lactobacillus, защищает мух от депрессивного поведения.

Депрессия у животных, вопросы у людей
Исследователи не смогли провести аналогичные эксперименты на людях, что, по их мнению, ограничивает выводы, которые можно сделать из их работы. Фернандес-Реал говорит, что в будущем будет важно проверить, например, "влияет ли диета с различным содержанием пролина на депрессивные черты и депрессивную симптоматику".

Хриси Сергаки, исследователь микробиома в Агентстве по регулированию лекарственных средств и товаров медицинского назначения в Великобритании, который не работал над исследованием, сказал The Scientist по электронной почте, что "использование данных животных моделей - это начало. Они могут помочь нам понять влияние микробиома на работу мозга, но это не обязательно означает, что это будет работать так же и у людей".
Тем не менее, она говорит, что поскольку подобные эксперименты невозможно провести на людях, животные модели, использованные в новом исследовании, могут дать ученым "более глубокое понимание того, как микробиом может влиять на функции организма, в котором он живет", добавляя, что "эти знания могут быть ценными в том, как мы думаем о микробиоме, когда мы перейдем к людям".

Клаус выражает аналогичные чувства. "Моделирование депрессивного поведения у животных - это очень сложный процесс", - пишет она. "Я действительно считаю, что модель дрозофилы была интересной, несмотря на то, что мы не можем напрямую перенести наблюдения за поведением дрозофилы на человека. Однако они полезны для изучения механизмов действия".

Тем не менее, Клаус добавляет, что отсутствие данных об уровне циркулирующего пролина в мышиной модели, в сочетании с повторным анализом той же когорты людей, затрудняют окончательные выводы о механизме микробного метаболизма пролина и его связи с депрессией.

"Авторы продолжают повторно анализировать одну и ту же группу пациентов, настаивая на том, что они всегда находят последовательную микробную подпись с PHQ-9 и пролином", - пишет Клаус. "Но это неудивительно, поскольку пролин коррелирует с показателем PHQ-9 в этой когорте, а показатель PHQ-9 коррелирует с микробной сигнатурой".

Сергаки аплодирует авторам исследования за описание ограничений их работы, добавляя, что исследования микробиома, как известно, трудно воспроизвести и, следовательно, подтвердить. "Я думаю, что все ученые, изучающие микробиом, смотрят на эти исследования критическим взглядом", - сказала она в интервью The Scientist. "Авторы упоминают определенные ограничения своего исследования, которые очень важны. Самый большой вопрос всегда заключается в следующем: корреляция или причинно-следственная связь? Из-за сложности системы на него очень трудно ответить".