Бактерия-симбионт защитила печень мышей-курильщиков от никотина

Курение коррелирует с развитием неалкогольной жировой болезни печени, однако механизм связи неясен. Исследователи из Китая и США изучили этот вопрос, а также показали на мышах, что последствия курения можно смягчить с помощью бактерий-симбионтов.

Сначала авторы продемонстрировали, что у курильщиков никотин накапливается в кишечнике. Для этого они изучили образцы биопсии слизистой оболочки подвздошной кишки, сыворотки и стула 30 курильщиков и 30 не куривших людей. В образцах слизистой детектировали высокие уровни никотина. Никотин также давали мышам, свободным от патогенов, через вдыхание дыма, орально и подкожно. У всех мышей никотин также накапливался в подвздошной кишке.

Когда никотин давали с питьевой водой, у мышей без нормальной микробиоты (germ-free mice) в подвздошной кишке накапливалось больше никотина, чем у мышей, свободных от патогенов. Авторы предположили, что микробиота кишечника участвует в деградации никотина. Они искали штаммы, несущие гены катаболизма никотина, в базах данных метагеномов. В результате нашли несколько штаммов с гомологами гена nicA, потенциально способных разрушать никотин.

После этого исследователи изучили образцы стула 30 курильщиков. Интересно, что что содержание никотина в подвздошной кишке не коррелировало с тем, насколько много или мало человек курит. В результате анализа авторы показали, что Bacteroides xylanisolvens потенциально содержит гены катаболизма никотина и определяет, много ли никотина содержится в кишечнике человека.

Опыты in vitro показали, что никотин не влияет на рост B. xylanisolvens. С другой стороны, бактерия деградирует это вещество в среде. B. xylanisolvens подсаживали мышам без микробиома, после чего продемонстрировали разрушение никотина под действием бактерии in vivo.

С помощью секвенирования генома B. xylanisolvens ученые идентифицировали ген, отвечающий за катаболизм никотина, nicX. Этот ген экспрессировали в клетках Escherichia coli, что дало им способность разрушать никотин. Потеря nicX у B. xylanisolvens, наоборот, приводила с тому, что способность к деградации никотина у этих бактерий исчезала. Все это подтвердило предполагаемую роль nicX в катаболизме никотина.

Части мышей без микробиоты подсаживали B. xylanisolvens, после чего некоторым из них давали никотин с питьевой водой. Животных держали на диете, богатой фруктозой и холестерином, в течение 20 недель. У мышей, несущих B. xylanisolvens, детектировали деградацию никотина. У животных, которым давали никотин, показатели состояния печени были хуже, чем у контрольных. Это вещество ускоряло развитие неалкогольной жировой болезни печени, однако колонизация B. xylanisolvens снимала эффект.

После этого авторы изучили механизм действия никотина в кишечнике. Воздействие никотина индуцирует форфорилирование AMPKα (p-AMPKα) в положении Thr172. Уровень фосфорилированного AMPKα повышался в подвздошной кишке мышей при любом способе введения никотина. B. xylanisolvens подавляет фосфорилирование AMPKα. Анализ липидома подвздошной кишки показал важную роль керамидов и фермента SMPD3 в этих процессах. AMPKα способствует фосфорилированию SMPD3, что стабилизирует его и повышает выработку керамидов, которые, в свою очередь, способствуют прогрессированию неалкогольной жировой болезни печени. Таким образом, подавление SMPD3 потенциально может повлиять на развитие стеатоза печени, воспаления и фиброза.

У курильщиков тяжесть течения неалкогольной жировой болезни печени отрицательно коррелировала с присутствием B. xylanisolvens в образцах. Авторы предполагают, что эта бактерия разрушает никотин, что защищает печень курильщиков. В то же время у не курящих такой зависимости нет. Авторы говорят о потенциальном пути защиты печени курильщиков с помощью бактерий-симбионтов или других средств, таргетирующих ось AMPKα-SMPD3-керамиды.

Курение способствует проникновению коронавируса в клетки дыхательных путей