Кишечник и микробиота
Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) человека начинается от ротовой полости, включает в себя пищевод, желудок, гепатопанкреатобилиарную систему и кишечник. Система полых органов ЖКТ сложна и состоит из микробных клеток и клеток-хозяев в соотношении примерно 1:1. Кишечный эпителий содержит различные типы клеток, в том числе эпителиальные, бокаловидные, иммунные, энтерохромаффинные, гладкомышечные, энтеральные нейроны и интерстициальные клетки Кахаля.
Моторика кишечника является следствием координации между нервной и мышечной системами. Мышечная структура состоит из гладкомышечных клеток и интерстициальных клеток Кахаля, которые связаны между собой щелевыми соединениями. Генерируемый гладкомышечными клетками потенциал действия вызывает мышечное сокращение на короткие расстояния, которое переносится на большие расстояния интерстициальными клетками Кахаля, также известными как клетки водителя ритма.
Кишечный эпителий включает три типа иммуносенсорных клеток, которые обеспечивают первую линию защиты. Первый тип иммуносенсорных клеток — энтероциты, которые обнаруживают присутствие патогена и выделяют противомикробные вещества, активируя, таким образом, врожденную и адаптивную иммунную систему. Второй тип клеток — это М-клетки, которые способствуют презентации антигена; третий тип клеток — дендритные клетки кишечника, которые фагоцитируют патоген и перемещают в брыжеечные лимфатические узлы. Бокаловидные клетки лежат между слоем абсорбирующих энтероцитов и продуцируют слизь над слоем эпителиальных клеток, свободных от бактерий, но содержащих их метаболиты, такие как бутират.
Правильное развитие и поддержание эпителиального барьера имеют решающее значение, и его дисбаланс может привести к нарушению работы или к различным воспалительным заболеваниям.
Кишечник человека является обителью для большой популяции кишечной микробиоты, включая Firmicutes и Bacteroidetes (до 75% всей кишечной флоры), которая обеспечивает различные структурные, метаболические и защитные преимущества для эпителиальных клеток. Микробиота кишечника (МК) имеет взаимовыгодные отношения с хозяином, она производит различные метаболиты, которые поддерживают гомеостаз кишечника и способствуют эволюционной приспособленности хозяина. Кроме того, она играет важную роль в пищеварении, синтезе витаминов, определяет меру защиты от патогенов, повышает эффективность депонирования жира, модуляции ЦНС, способствует развитию и формированию иммунной системы, дифференцировке и пролиферации эпителия кишечника и ангиогенезу. Все перечисленные функции МК не только влияют на функционирование организма в целом, но и обеспечивают ей статус «жизненно важного органа».
В настоящее время хорошо известно, что ЖКТ плода не является стерильным до рождения, и колонизация МК начинается при рождении, претерпевает изменения в течение всей жизни от младенчества до старости. После естественных родов ЖКТ младенца быстро заселяется микробами матери и окружающей среды. Последовательно присоединяются другие факторы, в том числе генетические, способ и тип кормления (грудь/искусственное вскармливание), параметры гигиены, использование антибиотиков, особенности окружающей среды и возраст, пищевые привычки, образ жизни и болезни, которые в итоге играют решающую роль в конечном составе МК. Сначала кишечник заселяется факультативными анаэробами, которые затем способствуют установлению облигатных анаэробов, таких как Bacteroides, Bifidobacterium spр. и Clostridium. В нем преобладают представители Proteobacteria и Actinobacteria и постепенно смещаются в сторону Bacteroidetes и Firmicutes.
Накапливающиеся данные свидетельствуют о том, что в кишечнике новорожденных, рожденных через естественные родовые пути, происходит ранняя и обогащенная колонизация Bacteroides, Prevotella и лактобациллами, которые передаются из влагалищной и фекальной микробиоты матери во время родов. Однако у младенцев, рожденных после кесарева сечения, наблюдаются задержка и уменьшение колонизации бифидобактерий, лактобацилл и Bacteroides, и они часто колонизируются Escherichia coli, Clostridium perfringens и Clostridium difficile. В целом МК у детей менее сложна, чем у взрослых, с пропорционально более высоким числом бифидобактерий, Bacteroides–Porphyromonas–Prevotella (группа BPP) и Enterobacteriaceae. Позже, к концу первого года жизни, МК младенца характеризуется преобладанием Akkermansia muciniphila, Bacteroides, Clostridium botulinum, Clostridium coccoides и Veillonella. После этого МК-профиль младенца постепенно начинает прогрессировать в сторону МК-профиля взрослого, для которого характерно доминирование трех бактериальных типов, то есть Bacteroidetes (Rikenellaceae, Prevotellaceae и Bacteroidaceae), Firmicutes (Ruminococcaceae и Lachnospiraceae) и Actinobacteria (Coriobacteriaceae и Bifidobacteriaceae). Примерно к 3 годам филогенетический состав микробиоты ребенка и разнообразие кишечной микробиоты эволюционируют по направлению к взрослым. Следовательно, первые 3 года жизни человека наиболее важны для диетических вмешательств, направленных на улучшение роста и развития ребенка, так как в этот период устанавливается МК, и любые изменения в это время могут значимо повлиять на перспективное формирование здоровья.
Профиль МК у каждого человека свой, однако относительная численность и распространение в кишечнике у здоровых людей примерно одинаковы. Микробиота человека продолжает меняться с возрастом и наиболее стабильна в зрелом возрасте. В кишечнике взрослого человека в основном преобладают виды Bacteroidetes (Bacteroides) и Firmicutes (Clostridium, Lactobacillus и Enterococcus), за которыми следуют актинобактерии (Bifidobacterium), Proteobacteria (E. coli), Fusobacteria, Verrucomicrobia и Cyanobacteria.