Вопреки распространенному мнению, для того чтобы вызвать такую реакцию иммунной системы, совсем не обязательно, чтобы ужасные бактерии или вирусы проникли в ЖКТ извне — у людей, которые едят пищу с высоким содержанием животных жиров, повышенное содержание грамотрицательных бактерий (Firmicutes и протеобактерий) в ЖКТ. Весьма вероятно, что в организме таких людей иммунный механизм активизации запускается регулярно. Когда воспаление, стресс или избыток жира в пище ослабляют защитные свойства двух естественных барьеров, которые отделяют человека от триллионов микроорганизмов, обитающих внутри пищеварительного тракта, микроорганизмы или их сигнальные молекулы могут в большем количестве проникать через стенку ЖКТ. В результате часть иммунной системы, находящаяся в пищеварительном тракте, еще больше активизируется, и воспалительный процесс может распространиться по организму. Процесс проникновения этих микроорганизмов и их молекул называется метаболическим токсикозом.

Но каким бы образом иммунная система ЖКТ ни обнаруживала микроорганизмы, она всегда отвечает на их появление, производя ряд молекул, называемых цитокинами. При определенных условиях цитокины могут вызвать локальное воспаление (воспалительные заболевания кишечника, острый гастроэнтерит). Сигналы об образовании в ЖКТ цитокинов также могут быть направлены в головной мозг. Цитокины могут связываться с рецепторами на сенсорных окончаниях блуждающего нерва, воспаляя эту информационную трассу, соединяющую головной мозг и ЖКТ, и отправлять сообщения в жизненно важные участки мозга. Это может привести к упадку сил, нарастанию чувства усталости, снижению порога болевой чувствительности и даже к возникновению навязанного чувства подавленности. При менее остром воспалении блуждающего нерва снижается чувствительность его нервных окончаний к сигналам насыщения. Это мешает работе механизма, который побуждает нас прекращать прием пищи после достижения состояния сытости. У пациентов, потребляющих большое количество жиров, вмешательство в работу этого механизма часто создает проблемы со здоровьем.

Есть и другой способ действий цитокинов: они могут оказаться в кровотоке, достичь головного мозга, преодолеть гематоэнцефалический барьер и активизировать так называемые микроглиальные иммунные клетки в мозге. Большинство клеток в головном мозге являются микроглиальными, они реагируют на цитокины, делая наш мозг восприимчивым к сигналам, проходящим между пищеварительным трактом, микроорганизмами и иммунной системой. Отправляемые из ЖКТ в головной мозг иммунологические сигналы замешаны в развитии таких нейродегенеративных заболеваний, как болезнь Альцгеймера.

Все это сложные способы общения микробиоты ЖКТ с иммунной системой человека. Кроме того, для общения с головным мозгом микроорганизмы используют свои метаболиты. Микроорганизмы ЖКТ разнообразны и многочисленны (на каждый ген человека приходится 360 генов микроорганизмов), они могут переваривать вещества, с которыми человек справиться не в состоянии. Попутно производится несколько сотен тысяч различных метаболитов, многие из которых пищеварительная система человека сама не производит. Большое количество произведенных микроорганизмами метаболитов попадают в кровь, где они составляют почти 40 % всех циркулирующих молекул. Многие из них считаются нейроактивными, то есть могут взаимодействовать с нервной системой. Толстая кишка поглощает некоторые метаболиты, перенося их в кровь, еще большее их число попадает в кровь, если у человека повышенная проницаемость стенок кишечника. С кровотоком метаболиты могут добираться до многих важных органов, в том числе и до головного мозга, как это делают гормоны.

Другой важный путь, по которому эти метаболиты подают сигналы головному мозгу, — через содержащие серотонин энтерохромаффинные клетки в стенке пищеварительного тракта. Эти клетки усеяны рецепторами, которые обнаруживают созданные микроорганизмами метаболиты, в том числе метаболиты желчных кислот, и такие короткие цепочки жирных кислот, как бутират, которые поступают из цельного зерна, спаржи или других овощей. Некоторые метаболиты могут увеличить выработку серотонина в энтерохромаффинных клетках, благодаря чему появляется больше молекул для передачи сигналов в головной мозг через блуждающий нерв. Кроме того, они могут влиять на характер сна, порог болевой чувствительности и общее самочувствие. Эксперименты на животных показали, что эти метаболиты влияют на развитие тревожности и на социальное поведение. Они могут отчасти влиять и на то, что мы хорошо себя чувствуем после здоровой пищи, богатой фруктами, цельными зернами и овощами и, наоборот, плохо — после горки жирных картофельных чипсов и порции сильно прожаренной курицы.

Интригующей и важной роль кишечной микробиоты делает тот факт, что масса этих микроорганизмов обитает прямо на границе, которая отделяет внутренние реакции от внутренних ощущений в ЖКТ. В зависимости от пищи, которую только что съел человек, или от того, что его пищеварительный тракт абсолютно пуст, энтеральная нервная система изменяет среду в ЖКТ и управляет пищеварением, контролируя кислотность, вязкость и секрецию пищеварительных жидкостей, а также механические сокращения желудочно-кишечного тракта. Из этого следует, что микроорганизмы в ЖКТ постоянно адаптируются к изменениям кислотности, секреции пищеварительных жидкостей, имеющимся питательным веществам и учитывают время, которое есть у них в распоряжении, чтобы переварить эти вещества до состояния, в котором они будут выведены из организма. События развиваются схожим образом и тогда, когда стресс или сильное беспокойство заставляют операционные программы головного мозга, отвечающие за эмоции, создавать драматические сюжеты в пьесах, которые разыгрываются в ЖКТ. При этом стенки пищеварительного тракта сокращаются, а скорость движения содержимого из желудка в кишечник и скорость кровотока меняются. Все вместе это может в значительной степени изменить условия жизни микроорганизмов в тонкой и толстой кишке и является, вероятно, одной из причин того, почему во время стресса изменяется состав кишечной микробиоты. Для сравнения: когда человек чувствует себя подавленным и процессы в пищеварительном тракте замедляются, микроорганизмы ощущают эти изменения и активизируют гены, которые помогают им адаптироваться к этим меняющимся условиям.

В то же время ткани пищеварительной, иммунной и нервной систем занимаются общением друг с другом, используя для этого сигнальные молекулы — кишечные гастроинтестинальные пептиды, цитокины и нейротрансмиттеры. Следует специально отметить, что все эти вещества являются элементами биохимических языков, которые благодаря долгой эволюционной истории человека фактически представляют собой далекие диалекты речи микроорганизмов.

После того как ученые справились с первым удивлением, узнав о ключевой роли кишечной микробиоты во взаимодействии между головным мозгом и пищеварительным трактом, они углубились в исследование этих отношений. Выяснилось, что головной мозг, ЖКТ и кишечная микробиота постоянно и тесно общаются друг с другом. С учетом этого факта ученые стали рассматривать головной мозг, пищеварительный тракт и микробиом как части единой интегрированной системы, имеющей множество перекрестных коммуникаций и обратных связей одних частей с другими. В этой книге я называю эти связи осью взаимодействия между головным мозгом, ЖКТ и микробиомом.