ציר המיקרוביוטה-מערכת העיכול-מוח

ציר מערכת העיכול-מוח הוא ציר של תקשורת דו-צדדית, ביוכימית בין מערכת העיכול ומערכת העצבים המרכזית. ציר זה חשוב לשמירה על הומאוסטאזיס וכולל את מערכת העצבים המרכזית, המערכת הנוירו-אנדוקרינית, המערכת הנוירו-חיסונית ומערכת העצבים האוטונומית, כולל מערכת העצבים האנטרית (ENS) ועצב הואגוס. המונח ציר המיקרוביוטה-מערכת העיכול-מוח משמש לתיאור תפקידה של המיקרוביוטה במערכת העיכול כחלק ממערכת היחסים שבין מערכת העיכול והמוח. תחילת העיסוק המחקרי בתפקיד המיקרוביוטה של מערכת העיכול בציר מערכת העיכול-מוח היה במחקר אשר מצא כי עכברים ללא חיידקים במערכת העיכול הראו פעילות גבוה יותר של ציר ה-HPA בתגובה ללחץ, בהשוואה לעכברים בעלי חיידקים. קיימים מסלולים מרובים, ישירים ועקיפים, שדרכם המיקרוביוטה במערכת העיכול יכולה לווסת את הציר מערכת העיכול-מוח. אלה כוללים מסלולים אנדוקריניים (קורטיזול), מסלולים חיסוניים (ציטוקינים) ועצביים (עצב הואגוס ומערכת העצבים האנטרית). המוח מגייס מנגנונים אלה כדי להשפיע על הרכב המיקרוביוטה במערכת העיכול, למשל, בתנאים של לחץ. מערכת החיסון פועלת כמתווך חשוב בין המיקרוביוטה של מערכת העיכול והמוח. המיקרוביוטה כוללת חיידקים אשר יכולים להשפיע באופן ישיר או עקיף על מערכת החיסון. הם יכולים לשנות את רמות הציטוקינים ובכך להשפיע על תפקוד המוח. למערכת החיסון קשר דו-כיווני עם מערכת העצבים המרכזית ולמעשה היא אחד הגורמים המתווכים את ההשפעות של המיקרוביוטה על מערכת העצבים המרכזית. מנגד, מערכת החיסון המולדת והנרכשת משתפות פעולה בשימור ההומאוסטזיס במעי, ובכך משפיעות על הרכב המיקרוביוטה באזור זה. גם המערכת האנדוקרינית משמשת כמתווכת בין המיקרוביוטה של מערכת העיכול והמוח, באמצעות מספר מנגנוני פעולה. מנגנון אחד הוא ציר ה-HPA, המושפע ממצבי לחץ כרוניים או אקוטיים ומוביל לשינויים במיקרוביוטה וברקמת האפיתל - הרקמה החיצונית של מערכת העיכול. ציר ה-HPA מווסת הפרשת קורטיזול, אשר יכול להשפיע על תאי מערכת החיסון הממוקמים במערכת העיכול (כולל הפרשת ציטוקינים). קורטיזול יכול גם לשנות את חדירות ותפקוד המחסום של מערכת העיכול ואת הרכב המיקרוביוטה שלה. מנגנון נוסף הוא דרך תאים אנטרואנדוקרינים (EECs)(אנ') במעי אשר מייצרים בין היתר פפטידים המתחברים לרצפטורים תואמים הנמצאים על עצב הואגוס. בדרך זו, תאים אלו מייצרים איתותים המווסתים תחושות והתנהגויות שונות שקשורות למערכת העיכול, כגון, תחושת שובע, ריקון הבטן, גודל הארוחה. יש ראיות לכך שחיידקי מעיים יכולים לווסת איתותי ם של תאים אלה. לעצב הוואגוס תפקיד מרכזי בתקשורת הדו-כיוונית בין המיקרוביוטה של מערכת העיכול והמוח. המיקרוביוטה במערכת העיכול משחררת מולקולות המשפיעות באופן ישיר על עצב הואגוס, אשר מעביר מידע למוח על מצב מערכת העיכול. כמו כן, ממחקר על מודלים של בעלי חיים, עולה כי רבות מההשפעות של המיקרוביוטה וחיידקים פרוביוטיים על המוח ועל התנהגות קשורות לפעילות ואגלית. ממחקרים בחולדות עולה, כי הדבקה בחיידקים נמצאה קשורה להתנהגויות דמויות-חרדה ודיכאון, ואילו קטיעה של עצב הואגוס לפני ההדבקה, הפחיתה התנהגויות אלו. יש קשר בין מטבוליטים מסוימים לבין ציר מערכת העיכול-מוח. המיקרוביוטה במערכת העיכול מתווכת מגוון תהליכים מטבוליים המובילים ליצירת מטבוליטים כמו חומצות מרה, כולין וחומצות שומן קצרות אשר הכרחיים לבריאות. כך למשל, חומצות שומן קצרות שרשרת מהוות מתווך בין החיידקים במעיים למוח, ויכולות להשפיע עליו וכך על ההתנהגות. לדוגמה, הן יכולות לשלוט על משקל הגוף, לשלוט במטבוליזם של גלוקוז ולווסת מוליכים עצביים. חומצות שומן אלה נמצאו כמשפיעות על תופעות התנהגותיות ורגשיות כגון דיכאון, קוגניציה והתנהגות חברתית וכן מגינות מפני דלקת. נוירו-מטבוליזם חיידקי: לחיידקים יש את היכולת לייצר הרבה מוליכים עצביים ונוירומודולטורים. מחקרים הראו שהחיידקים שמיצרים גאבא(אנ') הם: Lactobacillus spp, ו-Bifidobacterium spp . Escherichia, Baccilus spp ו-Saccharomyces spp מייצרים נוראדרנלין, Candida spp, Streptococcus spp, Esherichia ו-Enterococcus spp מייצרים סרוטונין, bacillus spp מייצרים דופמין ו-lactobacillus spp מייצרים אצטילכולין. עד כה, רוב המחקרים על הקשר בין המיקרוביוטה במערכת העיכול לציר מערכת העיכול-מוח נערכו על בעלי חיים. אולם, בשנים האחרונות המחקר בבני אדם תפס תאוצה. המיקרוביוטה במערכת העיכול מהווה שחקן בתהליכים מוחיים בסיסיים כמו התפתחות מחסום הדם-מוח, מיאליניזציה, נוירוגנזה והבשלה של תאי מיקרוגליה. נצברו עדויות על תפקיד המיקרוביוטה במערכת העיכול בתהליכים התפתחותיים במוח אשר להם השפעות ארוכות טווח על הבריאות. בנוסף, מרכיבים תזונתיים אשר משפיעים על הרכב המיקרוביוטה במערכת העיכול, נמצאו כקשורים ישירות להתפתחות המוח ולתפקוד תקין של המוח הבוגר. לדוגמה, אלרגיות למזונות שונים נמצאו נפוצות בהפרעות שונות של התפתחות המוח. דוגמה נוספת היא הממצא כי הדיאטה האימהית עשויה להשפיע על התפתחות המוח אצל העובר. ישנן עדויות אפשריות לכך שנוירוגנזה, אפופטוזה (מוות טבעי של תאים) וגיזום סינפטי מווסתים על ידי איתותים מהמיקרוביוטה. נוירוגנזה אצל מבוגרים מושפעת גם מסרוטונין והחיידקים במערכת העיכול נמצאו כמשפיעים על מסלולים סרוטונרגיים במעיים וכן במוח. המיקרוביוטה מווסתת את תהליך המיאליניזציה. מחקרים מצאו השפעה של טיפול אנטיביוטי על תהליך זה. כך, למשל נמצא תהליך מיאליניזציה מוגבר בקליפת המוח הקדם-מצחית ביחס לשאר חלקי המוח, כתוצאה מטיפול אנטיביוטי או בקרב עכברים ללא חיידקים במערכת העיכול. נמצא כי תוספי מזון מועשרים בפרוביוטיקה מצליחים להתגבר על ההשפעה השלילית של גיל על זיכרון וקוגניציה. בנוסף, נמצא כי מזון מועשר בסיבים, אשר משפיע על הרכב המיקרוביוטה, מגביר קשב אל גירויים חיוביים. הנושא לא נחקר רבות בבני אדם אולם עדויות מבעלי חיים מראות על השפעה של המיקרוביוטה על תהליכי למידה וזיכרון. נמצא כי אנשים שנטלו מוצר מזון מועשר בפרוביוטיקה הראו בסריקת fMRI פעילות מוחית שונה באזורים האחראיים על עיבוד תחושה ורגשות במהלך מטלה של קשב לפרצופים רגשיים. עדויות על הקשר של המיקרוביוטה למצב רוח ורגשות מגיעות בעיקר ממחקרים על מצבים נפשיים ספציפיים (ראה סעיף "מצבים ספציפיים"). המחקר על הקשר שבין המיקרוביוטה במערכת העיכול להפרעות ומצבים פסיכיאטרים שונים נמצא עדיין בחיתוליו ואין עדויות חד משמעיות על קשר סיבתי בין השניים או על יעילות טיפול המשלב ביניהם. עם זאת, באופן כללי, בעיות עיכול נמצאו בשלל הפרעות פסיכיאטריות ונוירולוגיות כגון: חרדה, הפרעות מצב רוח, סכיזופרניה ואוטיזם. מחקר מ-2004 הראה שעכברים ללא חיידקים במערכת העיכול הראו פעילות יתר בציר ה-HPA בתגובה ללחץ, בהשוואה לעכברים בעלי חיידקים. כמו כן, מחקרים על פרידה מהאם לאחר הלידה (מצב המהווה מצב לחץ) אצל חולדות וקופים, הראו שינויים ארוכי טווח בהרכב ובמגוון במיקרוביוטה במערכת העיכול. שינויים אלה היו קשורים ללחץ ולהתנהגות דמוית חרדה. מערכת היחסים בין חרדה והמיקרוביוטה במערכת העיכול בקרב בני אדם טרם נחקרה מספיק ועדיין אינה ברורה דיה. ממצאי מחקרים שונים מראים על מעורבות המיקרוביוטה של מערכת העיכול בהתנהגויות דמויות דיכאון. נמצא כי התפרצות של דיכאון פעמים רבות מלווה בהתפרצות של דלקת במוח או ירידה בתפקוד תאים במערכת העצבים המרכזית. ההנחה היא שהמיקרוביוטה משפיעה על דיכאון בכך שהיא משפיעה על ההתפתחות והתפקוד של תאים אלה. בנוסף, נמצא מתאם בין טיפול אנטיביוטי בשנה הראשונה לחיים לבין דיכאון וקשיי התנהגות בהמשך החיים. אצל עכברים נמצא כי ניתן לטפל בסימפטומים דמויי-דיכאון באמצעות השתלת צואה. על אף כל זאת, אין עדיין תוצאות חד-משמעיות ממחקרים שהשוו בין המיקרוביוטה במערכת העיכול של אנשים עם דיכאון קליני לבין זו של אנשים בריאים. נמצא כי קיים שוני בהרכב המיקרוביוטה של מטופלים סכיזופרנים בהשוואה לנבדקי ביקורת (עודף של חיידקי אלפא ובטא). מחקרים הראו קשר בין המיקרוביוטה של האם להתפרצות סכיזופרניה אצל היילוד. לדוגמה, נמצא כי זיהום חיידקי בהריון (אשר משפיע על הרכב המיקרוביוטה של האם) עלול להעלות את הסיכוי להתפרצות סכיזופרניה אצל העובר. כמו כן, נמצא כי לידה בניתוח קיסרי (אשר מונע את היחשפות העובר למיקרוביוטה שבתעלת הלידה) מעלה סיכוי להתפרצות פסיכוזה. עדות נוספת לקשר בין המיקרוביוטה לסכיזופרניה נמצאה במחקר שהראה כי תרופות לטיפול בסכיזופרניה השפיעו על התפשטות של זיהום חיידקי. מחקר בו גרמו לסימפטומים דמויי סכיזופרניה אצל עכברים באמצעות נתינת פנציקלידין מצא שינויים במיקרוביוטה במערכת העיכול אצל העכברים שקיבלו את החומר בהשוואה לעכברים שלא קיבלו את החומר. מחקרים מצאו הבדלים בין המיקרוביוטה במערכת העיכול של ילדים עם אוטיזם לבין ילדים נורמלים אך תוצאות אלה לא עברו שחזור. נמצא קשר בין השמנת יתר אצל האם להתפתחות אוטיזם אצל הילד(8). מחקרים על תוספי מזון כטיפול באוטיזם מצאו תוצאות שאינן חד משמעיות. גורמים סביבתיים רבים שנחשבו כקשורים להתפתחות של אוטיזם (למשל זיהום חיידקי או הרעלה בהריון) משפיעים על המיקרוביוטה במערכת העיכול, מה שמשאיר כשאלה האם שינויים במיקרוביוטה במערכת העיכול גורמים להתפתחות אוטיזם או האם התפתחויות אלו קורות במקביל. מחקר מ-2015 מצא הבדלים במיקרוביוטה במערכת העיכול של אנשים עם מחלת פרקינסון ביחס לאנשים בריאים ובנוסף מצא שהבדלים אלו היו קשורים לחומרת הסימפטומים הקליניים של החולים. החוקרים לא סיפקו מסקנה חד משמעית בנוגע לשאלה האם השינויים במיקרוביוטה במערכת העיכול הם שגרמו להתפתחות המחלה או להפך. מדיה וקבצים בנושא ציר המיקרוביוטה-מערכת העיכול-מוח בוויקישיתוף 1. Wang, Y; Kasper, LH, The role of microbiome in central nervous system disorders, Brain Behav Immun doi: 10.1016/j.bbi.2013.12.015 Dinan, T.G; Cryan, The impact of gut microbiota on brain and behavior: implications for psychiatry, Curr Opin Clin Nutr Metab Care doi: 10.1097/MCO.0000000000000221 Mayer, EA; Knight, R; Mazmanian, SK; et al, "Gut microbes and the brain: paradigm shift in neuroscience, J Neurosci doi: 10.1523/JNEUROSCI.3299-14.2014 Cryan, J.F.; Dinan, T. G., Mind-altering microorganisms: the impact of the gut microbiota on brain and behavior, Nature reviews neuroscience doi: 10.1038/nrn3346 Sherwin, E.; Sandhu, K. V., Dinan; T. G.; Cryan, J. F, May the force be with you: the light and dark sides of the microbiota–gut–brain axis in neuropsychiatry, CNS drugs doi: 10.1007/s40263-016-0370-3 Petra, AI; et al, Gut-Microbiota-Brain Axis and Its Effect on Neuropsychiatric Disorders With Suspected Immune Dysregulation, Clin Ther doi: 10.1016/j.clinthera.2015.04.002 Sharon, G.; Sampson, T.R.; Geschwind, D.H.; Mazmanian, S. K., The central nervous system and the gut microbiome, Cell doi: 10.1016/j.cell.2016.10.027 Schneiderhan, J; Master-Hunter, T; Locke, A, Targeting gut flora to treat and prevent disease, J Fam Pract Buie, T, Potential Etiologic Factors of Microbiome Disruption in Autism, Clin Ther doi: 10.1016/j.clinthera.2015.04.001 Foster, J.A.; McVey Neufelt, K.A., Gut-brain axis: how the microbiome influences anxiety and depression, Trends in Neurosciences doi: 10.1016/j.tins.2013.01.005 Saxena, R.; Sharma, V.K, A Metagenomic Insight Into the Human Microbiome: Its Implications in Health and Disease, Medical and Health Genomics doi: 10.1016/B978-0-12-420196-5.00009-5 Chen, X; D'Souza, R; Hong, ST, The role of gut microbiota in the gut-brain axis: current challenges and perspectives, Protein & Cell doi: 10.1007/s13238-013-3017-x הבהרה: המידע בוויקיפדיה נועד להעשרה בלבד ואינו מהווה ייעוץ רפואי.