TMAO (N-оксида триметиламина) вырабатывается кишечными бактериями из продуктов, богатых холином, лецитином и L-карнитином (в основном рыба, мясо, яйца и молочные продукты). Ученые из Ноттингемского университета Трента и Лондонского университета Королевы Марии изучили роль ТМАО по влиянию на здоровье и болезни человека.
Исследование: Regulation of blood–brain barrier integrity by microbiome-associated methylamines and cognition by trimethylamine N-oxide
Что такое TMAO
N-оксид триметиламина (TMAO) представляет собой небольшой бесцветный оксид амина, образующийся из холина, бетаина и карнитина в результате микробного метаболизма в кишечнике. Он накапливается в тканях морских животных в высоких концентрациях и защищает от дестабилизирующего белков воздействия мочевины.
Уровень TMAO в плазме крови человека определяется рядом факторов, включая диету, микробную флору кишечника и активность монооксигеназы флавина в печени. У людей сообщается о положительной корреляции между повышенными уровнями TMAO в плазме крови и повышенным риском серьезных сердечно-сосудистых событий и смерти. Атерогенный эффект TMAO объясняется изменениями в метаболизме холестерина и желчных кислот, активацией воспалительных путей и стимулированием образования пенистых клеток. (1)
Уровни TMAO повышаются при снижении уровня функции почек и связаны со смертностью у пациентов с хронической болезнью почек. В настоящее время изучается ряд терапевтических стратегий для снижения уровня TMAO, включая использование пероральных антибиотиков широкого спектра действия, стимулирование роста бактерий, которые используют TMAO в качестве субстрата, и разработку целевых молекул с различным уровнем успеха.
Известно, что высокие уровни ТМАО связаны с заболеваниями сердца, накоплением бляшек в артериях, диабетом и раком толстой кишки. Однако роль ТМАО в этих заболеваниях все еще остается спорной.
TMAO защищает головной мозг от токсинов
Когда продукты питания, содержащие ТМАО, попадают в организм, эта молекула расщепляется бактериями в кишечнике. Продукт распада попадает в кровоток и в печени преобразуется обратно в ТМАО, который взаимодействует с органами по всему организму.
Важно отметить, что кровеносная система мозга также подвергается воздействию TMAO, который взаимодействует непосредственно с "гематоэнцефалическим барьером". Этот барьер действует как фильтр для предотвращения попадания потенциально вредных токсинов из организма в головной мозг.
Известно, что по мере того как люди становятся старше, гематоэнцефалический барьер становится "дырявым" (пропускающим различные молекулы) и токсинам становится легче проникать внутрь.
Однако ученые обнаружили, что TMAO делает гематоэнцефалический барьер менее "протекающим". Было выявлено, что длительное присутствие TMAO в рационе питания положительно влияет как на целостность гематоэнцефалического барьера, так и на когнитивные функции у мышей, предотвращая нарушения памяти при распознавании, по сравнению с мышами, которые не получали ТМАО из диеты.
Команда ученых отметила, что это первая подобная демонстрация прямого взаимодействия метаболитов микробного происхождения с гематоэнцефалическим барьером и его защитной функцией. Они утверждают, что эта научная работа имеет значение для диетических воздействий у людей, которые нацелены на связь между кишечником и мозгом, чтобы потенциально улучшить когнитивные функции.
Ученые отметили: "Метаболиты, вырабатываемые микрофлорой кишечника, оказывают множество воздействий на наш организм. Мы продемонстрировали, что TMAO - метаболит бактерий, связанный с микрофлорой кишечника человека и обнаруженный в больших количествах в рыбе и морепродуктах, непосредственно и благотворно взаимодействует с гематоэнцефалическим барьером и влияет на когнитивные функции".
Автор этого исследования доктор Саймон Макартур из Института стоматологии Лондонского университета Королевы Марии сказал: "Мы знаем, что повреждение кровеносных сосудов головного мозга является особенностью многих неврологических заболеваний, включая инсульт и слабоумие. Идентифицировав кишечные бактерии как способные изменять целостность кровеносных сосудов головного мозга, наши результаты открывают новые возможности для защитного вмешательства путем манипулирования диетой".
"Мы давно знаем, что употребление рыбы полезно для вашего мозга - теперь мы можем добавить кишечные бактерии в качестве нового аспекта этого старого постулата".
Доктор Роза Санчо, руководитель исследований в Великобритании по изучению болезни Альцгеймера, сказала: "Барьер между кровью и мозгом - это важная линия защиты от повреждений и инфекции. Во время таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, гематоэнцефалический барьер может разрушиться, оставляя мозг восприимчивым к повреждениям. В этом исследовании ученые обнаружили, что ТМАО, содержащийся в больших количествах в рыбе и вырабатываемый в кишечнике, может влиять на проницаемость гематоэнцефалического барьера. Мы знаем, что диета является важной частью здорового образа жизни, и изучение свойств таких молекул, как TMAO, требует дальнейших исследований".
При анализе уровня ТМАО в крови, значения в диапазоне 1,12 - 29,15 мкмоль/л считаются нормальными, но лучше, если показатели будут не выше 5 мкмоль/л. Считается, что умеренное повышение TMAO (от 5 до 10 мкмоль/л) является следствием различных факторов риска (старение, ожирение, дислипидемия, резистентность к инсулину/диабет, дисфункция почек), косвенно отражающих повышенный риск сердечно-сосудистых заболеваний.
Зачем рыбам TMAO?
Для морских животных крайне важно, чтобы давление в их клетках – так называемое осмотическое давление - оставалось на уровне, который позволяет им выживать в соленой воде. Без регулировки давления клетки взорвались бы. В ходе недавних исследований было обнаружено, что за контроль внутреннего клеточного давления отвечают две разные молекулы. Эти молекулы называются триметиламин-N-оксид (TMAO) и мочевина.
TMAO и мочевина - это молекулы, которые влияют на осмотическое давление в живых клетках, так называемые осмолиты: при высоких концентрациях как мочевины, так и TMAO морские животные могут поддерживать осмотическое давление, сопоставимое с давлением морской воды. Кроме того, TMAO и мочевина оказывают побочные эффекты на белки, которые также являются частью клеток. С одной стороны, мочевина дестабилизирует белки и, следовательно, приводит к гибели клеток. ТМАО, с другой стороны, стабилизирует структуру белков до тех пор, пока уровень ТМАО держится на приемлемом уровне и не повышается слишком высоко. (2)
В живых клетках было обнаружено, что TMAO и мочевина сосуществуют в примерном соотношении 1:2 (TMAO:мочевина), и предполагается, что эти две молекулы могут связываться друг с другом. В то время как каждая молекула сама по себе взаимодействует с белками стабилизирующим или дестабилизирующим образом, при комбинации TMAO и мочевины они не взаимодействует с белками. Таким образом, положительный или отрицательный эффект TMAO и мочевины, соответственно, отменяется комбинацией обеих молекул.
Понимание на молекулярном уровне того, как TMAO и мочевина взаимодействуют в водной среде, является ключом к пониманию их роли в качестве химических шаперонов. Или того, как TMAO и мочевина помогают клеткам создавать белки в правильной форме для поддержания функциональности этих белков.