Aineenvaihduntatuotteiden profiloinnilla voidaan kartoittaa suoli-aivoakselin viestintää
Mitä aineenvaihduntatuotteet kertovat?
Kaikissa biologisissa eliöissä, soluissa tai bakteereissa tapahtuvien aineenvaihduntareaktioiden tuotteina syntyy pienimolekyylisiä yhdisteitä. Metabolomiikka on tieteenala, jossa tutkitaan kokonaisvaltaisesti metaboliittien rakennetta, toimintaa ja yhteisvaikutuksia. Metaboliittiprofiloinnilla saadaankin hetkellinen kuva näytteen aineenvaihduntatuotteista, jotka heijastavat geenien, aineenvaihdunnan ja ympäristön yhteisvaikutusta. Esimerkiksi ihmisen veren metaboliittiprofiili muokkautuu eri tekijöiden kuten terveydentilan, ravitsemuksen, suolistomikrobiston ja ympäristön mukaan. Metaboliittiprofilointia onkin hyödynnetty sairauksien varhaisten merkkiaineiden löytämisessä, aineenvaihduntahäiriöiden tunnistamisessa sekä kemikaalialtistusten määrityksessä.
Aineenvaihduntatuotteet suoliston ja aivojen vuoropuhelussa
Suolisto ja aivot ovat jatkuvassa vuoropuhelussa niin sanotun suoli–aivoakselin kautta, millä kuvataan hermojen, hormonien ja immuunijärjestelmän muodostamaa verkostoa. Tässä vuoropuhelussa aineenvaihduntatuotteiden rooli on korostunut, sillä ne toimivat viestinvälittäjinä ja toiminnan käynnistäjinä eli vuoropuhelun sanoina. Esimerkiksi monet hermonvälittäjäaineet, kuten mielialan säätelystä tunnettu serotoniini, ovat aineenvaihduntatuotteita, joiden eritykseen mikrobisto voi osallistua joko suoraan tai epäsuorasti ja näin vaikuttaa hermoston toimintaan.
Eläinkokeet ovat osoittaneet suolistomikrobiston aineenvaihduntatuotteilla olevan keskeinen vaikutus hermoston ja immuunipuolustuksen normaaliin kehitykseen. Ihmiskokeet ovat osoittaneet bakteerikannan koostumuksen ja toiminnan muuttuneen neurologisesti tai psyykkisesti oireilevilla henkilöillä, ja vaikuttamalla bakteerikantaan esimerkiksi probioottihoidolla on voitu lievittää stressin tuntemuksia. Suoli-aivoakselin kannalta tärkeitä aineenvaihduntatuotteita on tunnistettu jonkin verran, mutta kokonaisvaltaiseen ymmärrykseen on vielä matkaa, sillä yksilölliset erot, terveydentila ja elintapatekijät muovaavat kehon toimintaa.
Metaboliittiprofilointi oli väitöskirjatyön keskeinen menetelmä
Oman väitöskirjatutkimukseni tavoitteena oli hyödyntää kattavaa metaboliittiprofilointia ja tunnistaa suolistomikrobistoon liittyviä aineenvaihduntatuotteita, joilla on mahdollisesti hermostoon vaikuttavia ominaisuuksia. Tämä oli mahdollista hyödyntämällä kliinisiä näytteitä Belgiassa ja Suomessa toteutetuista interventioista. Koska veri- ja ulostenäytteet olivat peräisin elintapainterventioihin osallistuneilta ihmisiltä, tuloksissa saatiin myös näkökulmaa elintapatekijöiden, kuten alkoholinkäytön tai ravintokuitulisän vaikutuksista aineenvaihduntatuotteisiin.
Elämäntapatekijät vaikuttavat suoli-aivoakselin aineenvaihduntatuotteisiin
Krooninen ja runsas alkoholin käyttö muutti veren metaboliittiprofiilia merkittävästi lisäten erityisesti lipidien, steroidien ja sappihappojen määriä. Toisaalta esimerkiksi suolistomikrobistoon liittyvien yhdisteiden ja kofeiinin aineenvaihduntatuotteiden pitoisuudet vähenivät. Mielenkiintoisesti moni tunnistetuista aineenvaihduntatuotteista oli havaittavissa myös aivokudoksesta ja niiden suhteellinen muutos seurasi veren vastaavaa erillisessä tutkimuspopulaatiossa, jossa kartoitettiin menehtyneiden henkilöiden aivokudosten metaboliittiprofiileja. Huomattavaa on, että valtaosa veren poikkeavista havainnoista palautui kohti terveen verrokkiryhmän vastaavia kolmen viikon alkoholivieroituksen aikana. Kun tarkasteltiin aineenvaihduntatuotteiden yhteyksiä mielenterveysoireisiin, erityisesti kahviin ja suolistomikrobistoon linkittyvät tuotteet olivat yhteydessä matalampiin ahdistuneisuuden ja masentuneisuuden oireisiin.
Jatkotutkimuksissa selvitettiin miten suolistomikrobistoon vaikuttava inuliinikuitu muuttaa veren ja ulosteen metaboliittiprofiilia alkoholivieroituksen aikana ja onko muutoksilla yhteneväisyyksiä toiseen suolistomikrobistoon vaikuttavaan elämäntapatekijään, tässä tapauksessa liikuntaharjoittelun vaikutuksiin. Päätuloksena oli, että tutkittujen elämäntapojen vaikutus metaboliittiprofiileihin oli interventio-, aika- ja ryhmäkohtainen. Liikunnalla ja kuitulisällä havaittiin itsenäisiä vaikutuksia ja ne poikkesivat myös alkoholin vaikutuksista. Esimerkiksi inuliinikuitu lisäsi veren rasvahappojen määriä maltillisesti, mutta niillä ei havaittu tässä tutkimuksessa yhteyksiä mielenterveysoireisiin. Voidaankin todeta, että tutkitut elämäntapatekijät vaikuttavat aineenvaihduntatuotteisiin yksilöllisesti ja kokonaisuudessa on huomioitava myös terveydentilan vaikutus.
Mitä tulokset kertovat?
Suoli-aivoakselin viestinnän kannalta kiinnostavat aineenvaihduntatuotteet eivät ole riippumattomia elämäntapatekijöistä vaan esimerkiksi ravitsemus ja liikunta vaikuttavat metaboliittiprofiiliin ainakin osittain suolistomikrobisto-välitteisesti. Suolistomikrobiston toimintaan vaikuttaminen ei kuitenkaan välttämättä johda suoraviivaisiin muutoksiin veren aineenvaihduntatuotteissa, vaan mahdolliset vaikutukset voivat välittyä myös muita reittejä pitkin. Elämäntapa- ja terveystekijät sekä ympäristö heijastuvat metaboliittiprofiileihin yksilöllisesti, joten tulosten tulkinnassa on huomioitava taustatekijät tarkasti ennen yleistysten tekemistä.
Hany Ahmed
FT, laillistettu ravitsemusterapeutti
Tutustu väitöskirjaan
Ahmed Hany. Molecular Insights to Gut–Brain Communication: Metabolomics Approach on Lifestyle Influences. Doctoral Theses in Food Sciences at the University of Turku, nro 97, 2025. https://www.utupub.fi/handle/10024/194139
Avainsanat: metabolomiikka, aineenvaihduntatuotteet, suoli-aivoakseli, suolistomikrobisto, alkoholinkäyttö, mielenterveysoireet