Когда ребенок переходит с грудного молока на твердую пищу, происходит нечто большее, чем просто смена меню. В этот момент его кишечник впервые сталкивается с огромным количеством новых микроорганизмов. И, как выяснили ученые из Медицинского колледжа Бейлора (США) и Университета Тунцзи (Китай), эта встреча запускает процесс, который определяет здоровье человека на десятилетия вперед.
Отлучение от груди вызывает кратковременную контролируемую воспалительную реакцию. Звучит страшно, но на самом деле это похоже на тренировку: интенсивно, временно, но необходимо, чтобы подготовить иммунную систему кишечника к будущим вызовам. Однако долгое время оставалось неясным, как эта кратковременная «тренировка» оставляет след на всю жизнь. Ученые нашли ответ в кишечных стволовых клетках. Это долгоживущие клетки, которые постоянно обновляют выстилку кишечника каждые несколько дней. И они сохраняются на протяжении всей жизни.
Стволовые клетки запоминают
Исследователи обнаружили, что микробные сигналы, связанные с отлучением, перепрограммируют эти клетки. Микроорганизмы меняют паттерны метилирования ДНК — химические метки, которые работают как переключатели, включая или выключая гены. В период отлучения гены MHC класса II, отвечающие за распознавание вредных и полезных микробов, становятся более доступными для активации в будущем. И этот эффект сохраняется даже после того, как исходные микробные сигналы исчезают.
«Даже после того, как стволовые клетки созревали в полностью дифференцированные кишечные эпителиоциты, они сохраняли этот эпигенетический отпечаток. При воздействии иммунных сигналов в более позднем возрасте эти клетки „вспоминали“ свою тренировку и реагировали быстрее и активнее», — говорит доктор Ли Ян, ведущий автор исследования.
Если вмешаться в процесс
Ученые дали молодым мышам низкую дозу антибиотика пенициллина в раннем возрасте. В результате погибли многие полезные бактерии, и эпигенетическое перепрограммирование не произошло. Во взрослом возрасте у мышей была более низкая экспрессия MHC класса II в кишечнике. Иммунная защита оказалась слабее, а восприимчивость к колиту и раку толстой кишки значительно выше. Время играет решающую роль. Перепрограммирование должно произойти в раннем возрасте, во время отлучения. Если попытаться сделать это позже — эффект значительно слабее или отсутствует.
«Это указывает на существование критического окна, в течение которого микробиом кишечника способен формировать долгосрочный иммунитет. Как только это окно закрывается, кишечные стволовые клетки становятся трудно поддающимися изменениям», — отмечает доктор Ли Ян.
Что это значит для человека
Воспалительные заболевания кишечника (болезнь Крона, язвенный колит) часто возникают в подростковом или молодом возрасте. Но их корни могут уходить в раннее детство. Эпидемиологические исследования уже связывают применение антибиотиков в младенчестве с повышенным риском развития этих заболеваний.
Данное исследование предлагает объяснение этого явления — нарушения микробиома в раннем возрасте могут препятствовать формированию в кишечнике защитной иммунной памяти. Ученые надеются, что, если удастся идентифицировать конкретные микробные сообщества или их продукты, способствующие здоровой иммунной «тренировке», в будущем появятся диетические стратегии, которые помогут снизить пожизненный риск воспалительных заболеваний кишечника.
Ранее ученые выяснили, что нарушение кишечной микрофлоры в младенчестве связано с аутизмом и СДВГ.