Отсутствие продовольственной безопасности меняет связь между микробиомом кишечника и риском когнитивных нарушений у взрослых

npj Aging | (2025) 11:47.

doi.org

Food insecurity modifies the association between the gut microbiome and the risk of cognitive impairment in adults

Shoshannah Eggers , Zachary E. Hoggarth, Kiran Nagdeo, Maria J. Banas, Jamil M. Lane, Elza Rechtman, Chris Gennings, Elizabeth O’Neal, Paul E. Peppard, Ajay K. Sethi, Nasia Safdar, Kristen MC Malecki, Amy A. Schultz, VishalMidya

Отсутствие продовольственной безопасности меняет связь между микробиомом кишечника и риском когнитивных нарушений у взрослых

Продовольственная безопасность – концепция, охватывающая доступ, наличие и использование адекватных по питательным свойствам и безопасных продуктов питания – является краеугольным камнем общественного здравоохранения. Отсутствие продовольственной безопасности относится к нехватке доступных финансовых ресурсов и недостаточному доступу к необходимому количеству продовольствия для поддержания активного и здорового образа жизни. В Соединенных Штатах, где изобилие часто соседствует с неравенством, проблемы отсутствия продовольственной безопасности сохраняются и затрагивают миллионы людей из различных демографических групп. Более 12% (17,0 миллионов) домохозяйств США в 2022 году испытывали нехватку продовольственной безопасности в какой-то момент в течение года, что показывает рост по сравнению с распространенностью в 10,2% (13,5 миллиона) в 2021 году. Отсутствие продовольственной безопасности неизменно связано с неблагоприятными последствиями для здоровья, такими как ухудшение общего состояния здоровья, повышенный риск астмы, ограничения в повседневной деятельности, особенно среди уязвимых групп населения (таких как дети и пожилые люди), повышенный риск хронических заболеваний (таких как ожирение, сахарный диабет 2-го типа, сердечно-сосудистые заболевания) и повышенный риск неврологических болезней.

Отсутствие продовольственной безопасности обратно пропорционально связано с когнитивными функциями и положительно связано с вероятностью возникновения симптомов депрессии. Анализ связи между бедностью, отсутствием продовольственной безопасности, когнитивными функциями и психологическим стрессом показал, что отсутствие продовольственной безопасности в значительной степени опосредовало связь между бедностью и как когнитивными способностями, так и психологическим стрессом. Потенциальные механизмы этой связи могут включать активацию оси гипоталамус-гипофиз-надпочечники (HPA) у людей с отсутствием продовольственной безопасности. Эта активация HPA может высвобождать гормоны стресса, которые ухудшают память и основные функции организма, связываясь с рецепторами в ключевых областях мозга, связанных с настроением и когнитивными функциями. Кишечный микробиом также может играть роль в этой связи, учитывая его влияние на здоровье нервной системы через ось кишечник-мозг.

Несмотря на значительный прогресс в раскрытии механизмов, связывающих отсутствие продовольственной безопасности с когнитивным здоровьем, взаимосвязь между микробиомом кишечника, продовольственной безопасностью и когнитивными функциями еще полностью не изучена. Mohr et. al. исследовали взаимосвязь между статусом продовольственной безопасности и микробиомом кишечника у студентов колледжа, выявив незначительные различия в микробном разнообразии и метаболических путях между студентами из группы отсутствия продовольственной безопасности и из группы обеспечения продовольствием. В то время как студенты из группы отсутствия продовольственной безопасности показали микробный метаболизм, связанный с получением энергии, студенты из группы обеспечения продовольствием показали более высокую распространенность родов, связанных с метаболизмом углеводов. Более того, низкое микробное разнообразие и дисбаланс между патогенными (например, стафилококками) и полезными (например, бифидобактериями) микробами могут быть результатом калорийного, бедного питательными веществами рациона, часто связанного с отсутствием продовольственной безопасности.

Наше предыдущее исследование показало, что более высокий балл по питанию был связан с более широким диапазоном бактериальных таксонов у тех, кто испытывал нехватку продовольствия, чем продовольственная безопасность, что позволяет сделать предположение о том, что лучшее качество питания может иметь большее влияние на здоровье людей, испытывающих нехватку продовольствия через механизмы кишечной микробиоты. Эти ассоциации также могут быть трансгенерационными, так как исследование после урагана Мария в Пуэрто-Рико в 2017 году обнаружило снижение численности Veillonella spp. у младенцев, рожденных от матерей, испытавших нехватку продовольствия, по сравнению с младенцами, рожденными от благополучных матерей. В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что отсутствие продовольственной безопасности может изменить состав и метаболизм микробиома кишечника, что может иметь последствия для здоровья. Однако мало что известно о том, как группы из множества микробов зависят от статуса отсутствия продовольственной безопасности. Хотя эпидемиологические исследования микробиома человека в основном сосредоточены на отдельных таксонах или на микробиоме кишечника в целом, кишечные микробы могут взаимодействовать с организмом хозяина как на один на один, так и на уровне всего микробиома, образуя сообщества.

Предыдущие исследования нашей группы показали, что микробные сообщества в микробиоме кишечника связаны с депрессией и воспалением кишечника, а также зависят от воздействия окружающей среды. Учитывая связь между отсутствием продовольственной безопасности и микробиомом кишечника, вполне вероятно, что отсутствие продовольственной безопасности также может влиять на микробные клики кишечника.

Целью данного исследования было изучение роли отсутствия продовольственной безопасности как модификатора между кишечным микробиомом и риском когнитивных нарушений (RCI) у взрослых. Мы предположили, что отсутствие продовольственной безопасности влияет на связь между кишечным микробиомом, включая сообщества кишечной микрофлоры, и повышением RCI. Используя данные Обследования здоровья населения Висконсина и его вспомогательного исследования микробиома населения Висконсина, а также применяя Анализ совместной встречаемости микробиома (MiCA), мы стремимся углубить наше понимание взаимосвязи между продовольственной безопасностью, кишечным микробиомом и когнитивным здоровьем, что может иметь значение для определения мер вмешательства в области общественного здравоохранения.

Обсуждение

Существует множество возможных механизмов, посредством которых отсутствие продовольственной безопасности может изменить влияние микробиома кишечника на когнитивные нарушения, особенно учитывая, что отсутствие продовольственной безопасности может быть долгосрочным воздействием, оказывающим влияние на здоровье на протяжении всей жизни. Композиционные и метаболические сдвиги в микробиоме кишечника, связанные с отсутствием продовольственной безопасности, могут склоняться в сторону сбора энергии, а не производства нейротрансмиттеров и нейромодуляторов. Например, снижение продукции короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs), нейромодуляторов, вырабатываемых микробиомом кишечника, которые также способствуют целостности эпителиального барьера, приводит к повышенной проницаемости кишечника, в результате чего бактериальные метаболиты попадают в кровеносную систему и запускают иммунный ответ. Предполагается, что бактериальные метаболиты, такие как эндотоксин и липополисахариды, проходят через кишечный и гематоэнцефалический барьеры и способствуют нейровоспалению и деградации, потенциальным предшественникам деменции и снижения когнитивных способностей. Кроме того, такие факторы экологического стресса, как загрязнение, опасные производственные воздействия и нехватка зеленых насаждений, связаны с отсутствием продовольственной безопасности и могут оказывать влияние на микробиом кишечника и его функциональность.

Известно, что несколько бактерий, идентифицированных нами в сообществах кишечных микроорганизмов, перекрестно питаются, то есть они либо расщепляют сложные молекулы, которые метаболизируют другие бактерии, либо полагаются на метаболиты, продуцируемые другими бактериями в микробиоме кишечника. Например, грамположительная бактерия R. Torques, считающийся ключевым видом в микробиоме кишечника, разрушает муцин, производя моносахариды, которые используются для питания другими бактериями. Аналогичным образом известно, что виды Bacteroides способны использовать множество различных доступных питательных веществ от простых сахаров до сложных полисахаридов. Они могут играть роль производителя, расщепляя крупные молекулы, а также роль конечного пользователя, метаболизируя простые сахара. Известно, что виды Eubacterium также перекрестно питаются, метаболизируя промежуточные углеводы, такие как ацетат и лактат, продуцируемые другими бактериями, в бутират и пропионат.

Предыдущие исследования обнаружили взаимосвязь между сдвигами в микробиоме и неблагоприятными нейрокогнитивными исходами, включая деменцию. Бактерии родов Eubacterium и Eisenbergiella были связаны с нейродегенеративными заболеваниями, с одной стороны, как факторы риска, с другой – как защитные факторы. Небольшое исследование микробов кишечника у пациентов с деменцией показало, что грамположительные бактерии Eubacterium hallii были связан с деменцией; однако обилие Eubacterium rectale было ниже у пациентов с деменцией по сравнению с контрольной группой. Кроме того, в том же исследовании было обнаружено, что увеличение обилия рода Eisenbergiella было связано с увеличением тяжести когнитивных нарушений. Напротив, в большом исследовании случай-контроль болезни Альцгеймера (БА) несколько видов Eubacteria защищали от БА, и Eisenbergiella была определена как единственный сильный защитный фактор против БА в метаанализе двух исследований случай-контроль. В исследовании случай-контроль легких когнитивных нарушений (ЛКН) было обнаружено, что Eisenbergiella защищает от ЛКН у мужчин и является фактором риска ЛКН у женщин. Учитывая наши выводы о том, что продовольственная безопасность может изменить связь между этими бактериальными группировками и ЛКН, для эффективных микробных вмешательств в когнитивное здоровье может потребоваться более тонкий и точный подход к гигиене окружающей среды.

Метаанализ исследований болезни Альцгеймера обнаружил региональные различия в ассоциации между бактероидами и болезнью Альцгеймера, при этом ассоциации были обнаружены в когортах США, но не в китайских когортах. Была выдвинута гипотеза, что эти региональные различия обусловлены различиями в моделях питания и доступе к пище, что может подтверждать наши выводы.