Согласно исследованию группы ученых из Медицинского колледжа Бейлора, Университета Тунцзи и сотрудничающих учреждений, отлучение от груди или переход с молока на твердую пищу в раннем возрасте не только меняет рацион младенцев, но и помогает перепрограммировать иммунную систему кишечника, чтобы она быстрее и сильнее реагировала на внешние раздражители и могла сохраняться во взрослом возрасте.

Исследователи сообщают в журнале Nature Microbiology, что отлучение от груди изменило микробиом кишечника — обширное сообщество кишечных микроорганизмов — у мышей, что, в свою очередь, «приучило» кишечные стволовые клетки лучше реагировать на микробы в более позднем возрасте и, по-видимому, защищает от воспалительных заболеваний спустя долгое время после окончания детства.

«Отлучение от грудного молока — важный переходный период для младенцев. По мере того, как молоко сменяется твердой пищей, кишечник внезапно оказывается подвержен воздействию гораздо более широкого спектра микробов», — сказала соавтор исследования, доктор Ланлан Шен, профессор педиатрии и питания, член Комплексного онкологического центра им. Дэна Л. Дункана в Университете Бейлора.

«Это изменение микробного разнообразия запускает кратковременную, контролируемую воспалительную реакцию, известную как реакция отлучения от грудного вскармливания».

Как отлучение от груди меняет защитные механизмы кишечника

Хотя воспаление часто воспринимается как нечто вредное, в данном контексте оно действует как тренировка — интенсивная, кратковременная и необходимая для подготовки иммунной системы кишечника к будущим вызовам. Оставалось неясным, как эта короткая тренировка оставляет столь длительное впечатление.

«Мы сосредоточились на кишечных стволовых клетках — долгоживущих клетках, которые постоянно обновляют слизистую оболочку кишечника каждые несколько дней», — сказала первый автор исследования, доктор Ли Ян, преподаватель педиатрии и питания в лаборатории Шена в Университете Бейлора. «Поскольку эти стволовые клетки сохраняются на протяжении всей жизни, устойчивые изменения в них могут влиять на здоровье кишечника в течение десятилетий».

Исследователи обнаружили, что связанные с отлучением от груди микробные сигналы изменяют то, как кишечные стволовые клетки регулируют иммунные гены. Микроорганизмы перепрограммируют эти стволовые клетки, изменяя их паттерны метилирования ДНК.

Это паттерны метильных химических меток в ДНК, также называемые эпигенетическими маркерами. Паттерны метилирования ДНК действуют как переключатель, который может включать или выключать гены. Изменение паттерна изменяет экспрессию генов.

Эпигенетическая память в стволовых клетках кишечника

«Одна группа генов, MHC класса II , особенно выделялась», — сказал Шен. «Эти гены позволяют эпителиальным клеткам кишечника взаимодействовать с иммунными клетками и помогают отличать полезные микробы от угроз. В период отлучения от грудного вскармливания гены MHC класса II в стволовых клетках кишечника теряли метилирование в ключевых участках. Это изменение облегчало активацию генов в дальнейшем, даже спустя долгое время после исчезновения первоначальных микробных сигналов».

«Этот процесс создает эпителиальную иммунную память, которая закладывается непосредственно в слизистую оболочку кишечника», — сказал Ян. «Даже после того, как стволовые клетки созрели и превратились в полностью дифференцированные клетки кишечника, они сохранили этот эпигенетический отпечаток. При воздействии иммунных сигналов в более позднем возрасте эти клетки помнили свою подготовку и реагировали быстрее и эффективнее, чем неподготовленные».

Эффект от тренировки во многом зависит от типов микроорганизмов, колонизирующих кишечник после отлучения от груди. Грамположительные бактерии стимулируют выработку ИФН-γ и образуют соединения, такие как короткоцепочечные жирные кислоты и альфа-кетоглутарат, которые непосредственно способствуют эпигенетическому перепрограммированию.

Роль микробов, антибиотиков и сроков применения

«Введение молодым мышам низкой дозы антибиотика пенициллина в раннем возрасте привело к уничтожению многих полезных бактерий. В результате эпигенетическое перепрограммирование кишечных стволовых клеток не произошло», — сказал Шен. «У взрослых мышей, подвергшихся воздействию антибиотика, наблюдалось снижение экспрессии MHC класса II в кишечнике, ослабление иммунной защиты и гораздо большая восприимчивость к колиту и раку толстой кишки при повторном воздействии».

И всё дело во времени. «Когда перепрограммирование эпителиальных стволовых клеток происходило в раннем детстве, тренировка продолжалась и во взрослом возрасте. Но когда перепрограммирование предпринималось после отлучения от груди, тренировка была гораздо слабее или отсутствовала», — сказал Ян.

«Это указывает на критический период, когда микробиом кишечника может формировать долгосрочный иммунитет. Как только этот период заканчивается, кишечные стволовые клетки становится сложнее изменить».

Последствия для здоровья кишечника человека на протяжении всей жизни

Хотя это исследование проводилось на мышах, оно имеет важное значение для людей. Воспалительные заболевания кишечника, такие как болезнь Крона и язвенный колит, часто проявляются в подростковом или молодом возрасте, но исследование предполагает, что их корни могут уходить в раннее детство.

«Эпидемиологические исследования уже связывают применение антибиотиков в младенческом возрасте с повышенным риском развития этих заболеваний в более позднем возрасте», — сказал Шен. «Это исследование дает объяснение: нарушения микробиома в раннем детстве могут препятствовать формированию защитной иммунной памяти в кишечнике».

«Наши результаты также показывают, что если мы сможем выявить подходящие микробные сообщества или их продукты, способствующие здоровой иммунной тренировке кишечника в раннем детстве, то однажды сможем разработать диетические стратегии для снижения риска заболеваний на протяжении всей жизни».