Кишечные микроорганизмы и перспективы неврологических заболеваний. Часть 3.

Другое исследование Parracho et al. использование флуоресцентной гибридизации in situ показало повышенные уровни Clostridiumhystolyticum у детей с РАС по сравнению со здоровыми детьми [85].

Clostridium histolyticum – распространенная бактерия, растущая в организме человека и обычно обнаруживаемая во рту, кишечнике и т. д. Исследования показали, что существует определенная корреляция между уровнем Clostridium histolyticum и памятью.

В головном мозге обитает большое количество микроорганизмов, образующих так называемую «ось кишечник-мозг» и влияющих на здоровье и когнитивные функции человека. Исследования показали, что Clostridium histolyticum тесно связана с деятельностью мозга. Он может влиять на биохимические реакции и нейрорегуляцию мозга различными путями, а эти эффекты, в свою очередь, влияют на когнитивные функции человека.

Среди них Clostridium histolyticum может способствовать выработке серотонина, нейромедиатора, который может влиять на эмоции и познание. Кроме того, Clostridium histolyticum также может влиять на функцию рецепторов гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) в головном мозге. ГАМК — один из важнейших нейротрансмиттеров головного мозга. Он способен подавлять активность нейронов и регулировать возбудимость и торможение головного мозга. Это означает, что изменения уровня Clostridium histolyticum могут напрямую влиять на функцию мозга, тем самым влияя на наши когнитивные способности.

Исследование, опубликованное в 2017 году, показало, что по сравнению с субъектами с нормальным уровнем Clostridium histolyticum субъекты с более низким уровнем Clostridium histolyticum хуже справляются с когнитивными задачами, особенно с вниманием и рабочей памятью. Этот вывод предполагает, что уровень Clostridium histolyticum может быть ключевым фактором, который может повлиять на когнитивные функции и способности памяти человека.

Соответственно, изменяя диету, используя пробиотики, снижая стресс и т. д., люди могут улучшить память и когнитивные функции, регулируя уровень Clostridium histolyticum. В то же время нам также необходимо обратить внимание на тот факт, что любая серьезная инфекция, лекарства и внешние факторы могут повлиять на баланс микрофлоры кишечника, поэтому поддержание хороших образов жизни, особенно здорового питания и психического здоровья, имеет важное значение для эффективного лечения. поддерживать баланс микроэкологии кишечника.

Короче говоря, хотя уровень Clostridium histolyticum связан с памятью, мы должны активно искать решения, улучшать свои жизненные привычки, держаться подальше от негативных влияний, полностью раскрывать свой потенциал, поддерживать хорошую память и когнитивные способности и лучше справляться с проблемами. различные задачи. Видно, что нам необходимо улучшить память, а Цистанхе может значительно улучшить память, поскольку он также может регулировать баланс нейротрансмиттеров, например, повышая уровень ацетилхолина и факторов роста, которые очень важны для памяти и обучения. Кроме того, цистанхе также может улучшить кровоток и способствовать доставке кислорода, что может гарантировать, что мозг получает достаточное питание и энергию, тем самым повышая жизнеспособность и выносливость мозга.

Нажмите «Знайте добавки для улучшения памяти»

Клостридии, которые являются известными продуцентами пропионата, считаются индукторами аутизма, поскольку они способствуют неврологическим изменениям у крысиных моделей [86,87].

Также было замечено, что беременные мыши с активацией материнской иммунной системы, вызванной кишечными бактериями (также известной как материнская иммунная активация), производят потомство с симптомами РАС, нарушением общительности и повторяющимся поведением, связанным с закапыванием мрамора [85,88].

Другое исследование, наблюдавшее за преобладанием четырех типов полезных бактерий – Bifidobacterium, Lactobacillus spp., E coli и Enterococcus – показало, что у детей с РАС наблюдался гораздо более низкий уровень Bifidobacterium, немного более низкий уровень Enterococcus и гораздо более высокий уровень Lactobacillus с большим количеством Bacillus spp. и реже Klebsiella oxytoca [89].

То же исследование показало, что у детей с РАС были обнаружены более низкие уровни SCFAs, и возможной причиной может быть более низкая сахаролитическая ферментация полезными бактериями. Это еще больше усиливает связь между кишечным микробиомом и аутизмом [90].

Учитывая тот факт, что обилие метаболитов, продуцируемых бактериями, потенциально может напрямую влиять на нервные процессы, у пациентов с РАС было обнаружено повышенное выделение с мочой аномального метаболита фенилаланина видов Clostridia, известного как HPHPA [74].

Из-за истощения катехоламинов виды Clostridia влияют на симптомы аутизма, включая стереотипное поведение, гиперактивность и гиперреактивность у экспериментальных животных.

Более того, исследование Kang et al. Использование пиросеквенирования гена 16S рРНК в образцах фекальной ДНК выявило более низкие уровни Prevotella, Coprococcus и неклассифицированных Veillonellaceae у детей с РАС [91].

Помимо дырявого кишечника и включения в рацион человека определенных продуктов, метаболиты, вырабатываемые микроорганизмами в кишечнике, могут влиять на возможные симптомы РАС у людей.

Более того, известно, что обилие или уменьшение количества определенных микроорганизмов в кишечнике является потенциальным фактором, способствующим неврологическим расстройствам, таким как РАС, и эта связь еще больше усиливается с помощью различных гипотез.

Рассеянный склероз

Рассеянный склероз представляет собой хроническое воспалительное и демиелинизирующее нейродегенеративное заболевание, которое поражает ЦНС и приводит к нехарактерным поражениям головного и спинного мозга [92–95]. Это расстройство может привести к усталости, онемению, потере координации, головокружению, потере зрения, головокружению, боли, дисфункции мочевого пузыря и кишечника и даже депрессии [96]. Во всем мире рассеянным склерозом страдают около 2,1 миллиона человек.

РС также приводит к увеличению количества аутореактивных иммунных клеток, нацеленных на ЦНС [97]. Поскольку микробиота кишечника способствует обучению иммунной системы и играет ключевую роль в ряде аутоиммунных и метаболических нарушений, разумно связать комменсальную флору кишечника с восприимчивостью к рассеянному склерозу.

В исследовании Вартаняна и др. была продемонстрирована колонизация кишечника человека Clostridium perfringens типа B у пациентки с первым рецидивом рассеянного склероза, и это показало, что эпсилон-токсин, выделяемый этим патогеном, приводит к микроангиопатии; аналогичные исследования показали, что это может в дальнейшем вызывать ГЭБ. нарушение, приводящее к повреждению нейронов и олигодендроцитов [98–102].

Когда пациентов с рассеянным склерозом сравнивали с контрольной группой, было обнаружено повышенное содержание антител против эпсилон-токсина в их сыворотке. Аналогичным образом, Джанги и др. продемонстрировали увеличение концентрации архей Methanobrevibacter у пациентов с рассеянным склерозом [103].

Также наблюдалось заметное снижение концентрации Butyricimonas, Lachnospiraceae и Faecalibacterium у пациентов с рассеянным склерозом по сравнению с контрольной группой, а снижение численности Faecalibacterium было отмечено в микробиоме пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника [104,105].

Бактерии Faecalibacterium prausnitzii представляют собой организмы, продуцирующие бутират, которые приводят к увеличению популяции Treg-клеток; это может связать изменения в микробиоте кишечника с развитием рассеянного склероза.

Другое исследование выявило разные уровни Firmicutes, Bacteroidetes и Proteobacteria у пациентов с рассеянным склерозом, а лечение витамином D привело к увеличению количества Enterobacteriaceae как у здоровых людей из контрольной группы, так и у пациентов с рассеянным склерозом.

Более того, исследование Tremlett et al. показали повышенные уровни шигелл, эшерихий и клостридий, которые связаны с инфекцией и воспалением, а также снижение уровней Eubacterium Rectale и Corynebacterium при обследовании 20 педиатрических пациентов с рассеянным склерозом [106].

Баранзини и др. обследовали 71 пациента с рассеянным склерозом и 71 здорового человека из контрольной группы с использованием генного секвенирования 16S рРНК, которое показало, что у пациентов с рассеянным склерозом наблюдались более высокие уровни Akkermansia muciniphila и Acinetobactercalcoaceticus и более низкие уровни Parabacteroides distasonis в кишечнике по сравнению со здоровыми людьми из контрольной группы [107,108].

Бактериальные экстракты видов из микробиоты кишечника пациентов с рассеянным склерозом усиливали провоспалительную реакцию Т-клеток в модели in vitro [109]. После этого, когда исследователь трансплантировал кишечные бактерии из модели аутоиммунного энцефаломиелита (искусственно индуцированной мышиной модели рассеянного склероза), было замечено, что микробиота MS усугубляла энцефаломиелит.

Несколько исследований показали, что по сравнению со здоровыми людьми снижение или увеличение количества определенных кишечных микроорганизмов может быть связано с развитием рассеянного склероза. Более того, у больных рассеянным склерозом также наблюдался повышенный уровень некоторых антител, вырабатываемых в результате токсинов, выделяемых микроорганизмами.

болезнь Альцгеймера

БА представляет собой прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, которое включает в себя такие патофизиологические признаки, как нарушение когнитивных функций и накопление атипичного белка бета-амилоида (А) в интерстициальном пространстве тканей головного мозга, что приводит к потере памяти [110,111].

Во всем мире БА диагностирована примерно у 44 миллионов человек, и она чаще поражает людей старше 65 лет. Известно, что симптомы AD со временем ухудшаются и приводят к трудностям с речью, дезориентации, перепадам настроения, потере мотивации и неспособности заботиться о себе.

Микробиота кишечника вносит большой вклад в поддержание нормальной физиологии и функций хозяина; следовательно, изменения в микробиоте кишечника могут привести к изменениям в функции мозга с последующими изменениями в поведении хозяина [112].

БА остается наиболее распространенной причиной деменции: в 2010 году было зарегистрировано 36 миллионов случаев, и, по прогнозам, это число увеличится до 66 миллионов к 2030 году и 115 миллионов к 2050 году [113].

Этиология БА неясна и объясняется в основном взаимодействием генетических факторов и факторов окружающей среды [114]. В исследовании Bray et al. заявили, что комменсальная микробиота кишечника человека модулирует функцию и поведение мозга через ось микробиота-кишечник-мозг и, следовательно, может играть роль в механизмах AD [115].

После этого другое исследование с участием стерильных животных и животных, подвергшихся воздействию патогенных микробных инфекций, антибиотиков, пробиотиков и трансплантации фекальной микробиоты, выявило роль кишечной микробиоты в когнитивных процессах хозяина и патогенезе, связанном с AD [116].

Повышенная проницаемость кишечника и ГЭБ вследствие дисбиоза микробиоты, а также дисбаланса микробиоты кишечника влияют на патогенез БА и других нейродегенеративных заболеваний.

Более того, бактерии, присутствующие в микробиоте кишечника, могут секретировать большое количество амилоидов и ЛПС, которые могут способствовать модуляции сигнальных путей и выработке провоспалительных цитокинов, что может привести к БА [116].

Кроме того, несколько недавно проведенных исследований на грызунах предполагают связь между изменениями микробиома кишечника и отложением амилоида; однако микроорганизмы, связанные с AD, еще не охарактеризованы у людей [117,118]. ДНК была выделена из образцов фекалий для сравнения состава микробиома кишечника у участников с диагнозом деменции, вызванной AD, и без него.

В этом исследовании было проведено секвенирование гена бактериальной 16S рРНК на выделенной ДНК, и было обнаружено, что у контрольных лиц, соответствующих по возрасту и полу, микробиома пациентов с БА снижается микробное разнообразие и различный состав [119].

Старение также является основным фактором риска развития БА и может вызвать чрезмерную стимуляцию врожденной и адаптивной иммунной системы, что приводит к воспалению, которое увеличивает проницаемость кишечника и бактериальную транслокацию [120–123].

У пожилых людей состав кишечной микробиоты меняется с уменьшением количества некоторых бактерий, которые считаются полезными, включая Bacteroidetes, Lactobacillus и Bifidobacterium [124–126]. Несколько групп бактерий, включая Bifidobacterium, Lactobacillus и Faecalibacterium, могут модулировать воспаление на уровне эпителия кишечника [127–130].

Поскольку ГЭБ подвергается риску с возрастом, он влияет не только на клиренс А из мозга, но также на секретомную и рецепторно-опосредованную передачу сигналов, участвующих в нейровоспалении, которое наблюдается при БА.

Таким образом, можно утверждать, что возраст может изменить микробиоту кишечника и может способствовать воспалительным процессам, которые способствуют нейровоспалительным эффектам при БА [131–135]. Бактерии, населяющие кишечник, могут выделять огромные количества ЛПС и амилоидов, которые могут способствовать патогенезу АД как Результат увеличения проницаемости эпителия желудочно-кишечного тракта и ГЭБ с возрастом.

ЛПС являются важным компонентом внешней мембраны грамотрицательных бактерий и, как было замечено, вызывают воспалительные и патологические характеристики, наблюдаемые при БА при введении в четвертый желудочек экспериментальных моделей крыс [136]. Более того, исследование, проведенное in vitro, показало, что бактериальные ЛПС потенцируют фибриллогенез А-пептидов [137].

В другом исследовании у мышей, которым вводили многократные внутрибрюшинные инъекции ЛПС, наблюдался более высокий уровень А в гиппокампе, а также когнитивные нарушения [138]. Джагер и др. заявили, что внутрибрюшинные инъекции ЛПС увеличивают приток крови к мозгу и уменьшают отток из мозга в кровь у мышей, что приводит к накоплению А [139].

Аналогичным образом, в исследовании с участием Bacteroides fragilis воздействие ЛПС на первичные клетки головного мозга человека показало, что они являются чрезвычайно мощным индуктором провоспалительного транскрипционного фактора, включающего атриггер, который способствует воспалительной нейродегенерации в мозге с болезнью Альцгеймера [140].

Кроме того, большое количество функционального амилоида может также генерироваться вместе с ЛПС многими бактериальными штаммами, включая E coli, Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Salmonella enterica, Mycobacterium Tuberculosis и Staphylococcus aureus, и может способствовать развитию патологии AD за счет накопления неправильно свернутых белковых молекул A. олигомеры и фибриллы [141,142].

Также была выдвинута гипотеза, что бактериальные амилоиды могут вытекать из желудочно-кишечного тракта и способствовать увеличению амилоидной нагрузки на системную систему и ЦНС. Эти амилоиды могут индуцировать провоспалительные цитокины, которые проходят через желудочно-кишечный тракт и ГЭБ в мозг, запуская иммунореактивность и передачу сигналов нескольких компонентов, которые способствуют нейродегенерации [143–145].

ЛПС и амилоиды, продуцируемые микроорганизмами кишечника, вызывают воспалительные эффекты, которые могут способствовать патогенезу БА, способствуя накоплению А.

Шизофрения

Шизофрения представляет собой сложное и изнурительное заболевание головного мозга, которое приводит к сочетанию поведенческих нарушений, включая галлюцинации, бред, апатию, рецидивирующие эпизоды психоза и крайнее расстройство мышления [146, 147]. Известно, что шизофрения поражает около 21 миллиона человек во всем мире и приводит к социальной и физической заболеваемости [148,149].

Причины шизофрении включают как экологические, так и генетические факторы. Симптомы шизофрении обычно появляются в возрасте от 16 до 30 лет, и болезнью чаще страдают мужчины.

Исследование Немани и др. представили связь между нарушением микробиома кишечника и шизофренией [150].Schwarz et al. наблюдали, что когда пациентов с первым эпизодом психоза сравнивали с субъектами сравнения, не являющимися психическими больными, у них обнаруживалось увеличение численности семейств Lactobacillaceae, Halothiobacillaceae, Brucellaceae и Micrococcineae и снижение численности семейства Veillonellaceae [151].

Кишечная микробиота также играет важную роль в регулировании нейротрансмиссии, иммунном гомеостазе и развитии мозга, а дисбаланс в микробиоме может привести к иммунной активации и дисфункции оси кишечник-мозг, что еще больше способствует шизофрении.

Изменения в микробиоте кишечника могут уменьшать количество защитных веществ и увеличивать количество нейротоксинов и медиаторов воспаления, вызывая повреждение нейронов и синапсов, что вызывает шизофрению. Clostridium sporogenes продуцирует метаболит индолпропионовую кислоту путем расщепления триптофана, который необходим для защиты кишечного барьера и поддержания гомеостаза моноцитов/макрофагов и Т-клеток [152].

Бактериальный эндотоксин ЛПС может повредить барьер слизистой оболочки кишечника и активировать иммунную систему, вызывая легкую эндотоксемию [153]. Более того, SCFAs являются основным компонентом поддержания кишечного иммунитета и центрального иммунитета, опосредованного микроглией [154,155], которые помогают поддерживать иммунный гомеостаз; однако дисфункция одного может влиять на другое, причем оба из них влияют на развитие шизофрении [156].

Кроме того, шизофрения связана с повышенными уровнями IL-6, IL-8 и TNF-, а также со снижением противовоспалительного IL-10 [157]. У пациентов с шизофренией выявлено увеличение продукции антител в ответ на Saccharomyces cerevisiae, который, как известно, является маркером воспаления кишечника, а также повышение уровня бактериального маркера транслокации sCD14 [158, 159].

Микробиом кишечника также играет роль в регуляции проницаемости ГЭБ; следовательно, дисбиоз может привести к инфекции и воспалению ЦНС, способствуя заболеванию [57–160]. .

Снижение поступления NMDAR в ингибирующие ГАМК интернейроны дополнительно способствует глутаматергической продукции и приводит к аберрантному синаптическому поведению и когнитивному дефициту. Поскольку считается, что NMDAR связан с развитием шизофрении и других неврологических заболеваний, изменение состава микробиома может помочь объяснить развитие заболевания [161].

В другом исследовании, отмечающем связь между кишечными микробами и шизофренией, исследователи перенесли образцы кишечных микробов больных шизофренией в биомы кишечника группы здоровых контрольных мышей [162].

Трансплантация кишечных бактерий больных шизофренией здоровым мышам контрольной группы вызывала некоторые симптомы, характерные для мышиной шизофрении, включая глутаматергическую гипофункцию.

Модели на мышах также показали более низкие уровни глутамата и более высокие уровни глютамина и ГАМК в гиппокампе мозга. Это послужило дополнительным доказательством связи между изменениями в составе микробиоты кишечника и шизофренией, которая была специфичной для данного заболевания, а также коррелировала с тяжестью симптомов. Дисбаланс в микробиоме приводит к иммунной активации и дисфункции нейронов, которые, как известно, являются вероятными причинами развития шизофрении. .

Кроме того, исследования показали, что снижение количества протекторов и увеличение количества нейротоксинов могут привести к повреждению нейронов и синапсов, наблюдаемому у пациентов с шизофренией.

болезнь Паркинсона

Болезнь Паркинсона (БП) — это долговременное дегенеративное заболевание ЦНС, которое в основном поражает нейроны, продуцирующие дофамин, находящиеся в определенной области мозга, известной как черная субстанция. БП поражает примерно 7–10 миллионов человек во всем мире и, как известно, в 1,5 раза чаще встречается у мужчин, чем у женщин. Заболеваемость БП увеличивается с возрастом, поражая около 1% людей в возрасте 60 лет и старше [163].

Заболевание характеризуется несколькими симптомами, которые включают акинезию, мышечную ригидность, тремор, брадикинезию и трудности с ходьбой и походкой [164]. Помимо этих двигательных особенностей, другие симптомы включают деменцию, депрессию, сенсорную и вегетативную дисфункцию. Помимо дофаминергической потери, БП также характеризуется синуклеинопатией; то есть отложение нерастворимых полимеров альфа-синуклеина в теле нейрона, образуя круглые, пластинчатые, эозинофильные, цитоплазматические включения, называемые тельцами Леви [165].

Эти тельца Леви ответственны за нейродегенерацию и гибель нейронов [166,167]. Несколько исследований продемонстрировали изменения в микробиоте кишечника пациентов с БП, которые могут служить как биомаркерами БП, так и возможным триггер-индуцирующим неправильным сворачиванием -синуклеина, который запускает нейродегенерацию у людей с БП [168].

Также известно, что у пациентов с БП часто наблюдаются признаки и немоторные симптомы нарушения моторики желудочно-кишечного тракта, которые могут включать задержку опорожнения желудка и запоры [169–173]. В одном исследовании микробиота кишечника пациентов с БП и здоровых добровольцев анализировалась с использованием высокопроизводительной 16S рРНК. секвенирование бактериальных геномов [174].

У пациентов с БП наблюдалось снижение количества Bacteroides Massiliensis, Stoquefichus Massiliensis, Bacteroides Copro Cola, Blautia gucanase, Dorea long Catena, Bacteroides dorei, Prevotellacopri, Coprococcus eutectic и Ruminococcus callidus, Christensenella Minute, Lactobacillus mucosae, Ruminococcusbromine и Papillibacter cinnamivorans.

Такая картина микрофлоры кишечника может вызвать местное воспаление с последующей агрегацией -синуклеина и образованием телец Леви. Другое исследование пациентов с болезнью Паркинсона с воспалением кишечника показало, что у них наблюдалось увеличение экспрессии бактериального эндотоксин-специфического лиганда TLR4, а также CD3+ Т-клеток и экспрессии цитокинов в биоптатах толстой кишки, а также снижение количества бактерий толстой кишки, продуцирующих SCFA, по сравнению с элементы управления [175].

Связь между БП и Helicobacter pylori является наиболее тщательно изученной, и среди пациентов с БП наблюдается высокий уровень инфекции H. pylori, вызывающей двигательные нарушения из-за затруднения абсорбции препарата леводопы, который используется для лечения БП [176,177]. Аналогичным образом, наблюдалось, что избыточный бактериальный рост в тонком кишечнике, заболевание, связанное с избыточным ростом бактерий в тонком кишечнике, также связано с БП.

В другом исследовании значительное снижение количества Prevotellaceae в кале пациентов с БП по сравнению с контрольной группой продемонстрировало дополнительные доказательства того, что дисбиоз микробиома кишечника связан с БП [178]. Кроме того, была обнаружена прямая корреляция между обилием Enterobacteriaceae и тяжестью постуральной нестабильности и затруднением походки.

Также наблюдалось, что пациенты с БП страдают от повышенной проницаемости слизистой оболочки и системного воздействия эндотоксинов колиформных бактерий [179]. Кроме того, количество бактерий, принадлежащих к родам Blautia, Coprococcus, Faecalibacterium и Roseburia, было значительно снижено в кале пациентов с БП по сравнению с контрольной группой, а количество бактерий, принадлежащих к роду Ralstonia, было значительно увеличено в слизистой оболочке пациентов с БП. В другом исследовании с участием 34 пациентов с БП и 34 контрольных группы соответствующего возраста образцы фекалий были проанализированы с помощью газовой хроматографии для проверки концентрации SCFAs, которые являются одними из основных продуктов метаболизма гутбактерий и состава микробиоты [180].

Было обнаружено, что концентрации SCFA значительно снижены у пациентов с БП по сравнению с контрольной группой. Это снижение может вызывать изменения в ЭНС и способствовать нарушению моторики желудочно-кишечного тракта у пациентов с БП. Исследования показывают, что изменения могут быть вызваны изменением уровня микроорганизмов или производимых ими метаболитов. Эти изменения приводят к дисбиозу кишечника, наблюдаемому у пациентов с БП, а также к агрегации -синуклеина, что в дальнейшем приводит к образованию телец Леви.

Беспокойство

Тревога — это расстройство, при котором человек испытывает опасения и страх, характеризующиеся физическими симптомами, такими как сердцебиение и потливость. Тревога часто сопровождается мышечным напряжением, беспокойством, утомляемостью и проблемами с концентрацией внимания. Симптомы тревоги могут быть хроническими (или генерализованными) или острыми и могут приводить к паническим атакам.

Симптомы также могут различаться по количеству, интенсивности и частоте в зависимости от человека [181]. Известно, что присутствие вредных микробов влияет на тревогу и депрессию, вызывая хроническое воспаление, которое возникает, когда эти вредоносные микробы вытесняют полезные микробы в кишечнике. Когда эти вредные обитатели кишечника берут верх и вызывают воспаление, они могут активировать блуждающий нерв, что приводит к нейропсихологическим симптомам [182].

Эти бактерии также могут продуцировать пептиды, которые, как известно, посылают сигналы стресса, которые влияют на экспрессию генов, а также на ЦНС. Было замечено, что воздействие микробных патогенов на грызунов на этапах их развития приводит к тревожному поведению и нарушению когнитивных функций [183–183–183–183–183–183]. 185]. Исследование с участием мышей показало повышение тревожного поведения в тестах приподнятого крестообразного лабиринта через 2 дня после воздействия субпатогенной инфекции Campylobacter jejuni; было отмечено, что это важно из-за отсутствия иммунного ответа на периферии [186].

Более того, исследование Lyte et al. с участием Citrobacter Rodentium и C jejuni выявили усиление тревожного поведения через 8 часов после заражения, без каких-либо различий в уровнях плазменных цитокинов или воспалении кишечника по сравнению с контрольными мышами [187]. Эти исследования показывают, что присутствие вредных бактерий в кишечнике после отсутствия системного иммунного ответа вызывает тревожное поведение.

Такое поведение также было отмечено в экспериментах, которые привели к усилению воспаления желудочно-кишечного тракта [188,189]. У мышей с трихурисмурисом наблюдалось воспаление желудочно-кишечного тракта и повышенное тревожное поведение, когда их тестировали с использованием тестов как на свету/темне, так и на понижении. Лечение пробиотиком B longum помогло нормализовать тревожное поведение у инфицированных мышей.

Известно, что BDNF влияет на такие процессы, как выживание и дифференцировка нейронов, формирование функциональных синапсов и нейропластичность во время развития и взрослой жизни [190–192]. В моделях инфекции, которые, по прогнозам, приводили к изменениям в профиле микробиоты, было обнаружено, что снижение экспрессии мРНК или белка BDNF в гиппокампе связано с усилением тревожно-подобного поведения [193].

Более того, дисфункция передачи сигналов ГАМК, которая является основным тормозным нейромедиатором в ЦНС, связана с тревогой и депрессией [194]. Другой эксперимент с использованием моделей на мышах продемонстрировал предотвращение тревожно-подобного поведения с помощью диеты с высоким содержанием жиров и введения Lactobacillus helveticus в течение 21 дня [195].

Когда тот же эксперимент был проведен с использованием мышей с дефицитом IL-10-, никаких изменений в тревожности не наблюдалось; эти результаты доказали роль иммунной системы в оси кишечник-мозг. В другом эксперименте, демонстрирующем, что микробиота может напрямую влиять на поведение, исследователи провели трансплантацию фекалий от взрослых стерильных мышей BALB/c (линия мышей с высокой тревожностью) взрослым стерильным мышам NIH Swiss (линия мышей с низкой тревожностью) и мыши BALB/c получали микробиоту мышей NIH Swiss [193].

Поведенческий профиль донора был виден у мышей-реципиентов. Хотя известно, что некоторые кишечные бактерии облегчают стресс, депрессию и тревогу, некоторые исследования также показывают, что микробиота кишечника является фактором, способствующим развитию тревожного поведения. Эксперименты, включающие воздействие патогенов, а также снижение мРНК или белка BDNF и дисфункции передачи сигналов ГАМК, выявили усиление тревожно-подобного поведения. Многочисленные исследования также выявили возможные пути или гипотезы, которые предполагают вероятную связь микробиоты кишечника с вышеупомянутыми неврологическими расстройствами (таблица 2).

Текущие перспективы и перспективы на будущее

Благодаря лучшему пониманию исследований микробиома, а также стратегической поддержке со стороны различных стран на протяжении многих лет было создано несколько организаций и учреждений, вносящих вклад в исследования микробиома кишечника. Научно-исследовательский институт здравоохранения Лоусона, Научно-исследовательский институт биоастровых технологий, Институт Броуда и Европейское общество нейрогастроэнтерологии и моторики — вот лишь некоторые из организаций, вносящих свой вклад в исследования. Природная сложность и гетерогенность микробиома человека требуют проведения большего количества экспериментов, чтобы противодействовать ограничениям эмпирических методов в изучении причинно-следственных или корреляционных связей между дисбактериозом и заболеваниями человека [197].

До последних десятилетий свойства микробиома человека, а также взаимодействия хозяина и микробиоты оставались неизвестными из-за ограничений в технологии. Возросшее количество возможностей для исследований в этой конкретной области было обеспечено быстрым развитием технологий биологических исследований, которые включают модели безмикробных животных, методы секвенирования нового поколения и подходы мультиомики [198]. Разработка и применение этих технологий помогают анализировать структуру и состав микробиома кишечника, а также его функции и их связь со здоровьем и болезнями с различных междисциплинарных точек зрения.

Проект «Микробиом человека» был исследовательской инициативой Национального института здравоохранения США [199,200]. Он был запущен в 2007 году, чтобы помочь улучшить понимание микробной флоры, вовлеченной как в здоровье человека, так и в болезни.

Консорциум «Метагеномика кишечного тракта человека», финансируемый Европейской комиссией, фокусируется на исследованиях желудочно-кишечного тракта человека и взаимосвязи желудочно-кишечного тракта человека с ожирением и воспалительными заболеваниями кишечника [201].

Индустриализация и коммерциализация соответствующих приложений микробиома также продвинулись, и это привело к созданию нескольких биотехнологических компаний со значительными глобальными инвестициями. расстройствам можно помочь.

Эта идентификация может позволить нам использовать таргетные терапевтические подходы/лекарства и предоставить возможности для раннего выявления с большой прогностической ценностью. Лекарства могут помочь в лечении рака, а также метаболических, нейродегенеративных и психических расстройств. Отсутствие эффективных методов лечения и ограниченная доступность лекарств, предлагающих улучшение, еще раз подчеркивают необходимость предотвращения расстройств с помощью мер ранней диагностики, в которых используются определенные биомаркеры.

Однако существование множества мешающих переменных в ранее проведенных экспериментах демонстрирует необходимость увеличения размера выборки в исследованиях, включающих скрининг метагеномных биомаркеров.

Хотя модели на животных используются в доклинических экспериментах для проверки функций определенных видов микробов, они также имеют ряд ограничений, в том числе тот факт, что геном человека может иметь более 85% общих геномных последовательностей с геномом мыши, но модели экспрессии, функции белков и другие факторы не одинаковы.

Пробиотики оказывают благотворное влияние на здоровье как людей, так и животных, поддерживая правильный баланс полезных и вредных микробов между желудочно-кишечным трактом и иммунной системой. Пробиотики также участвуют в синтезе и высвобождении антибактериальных пептидов и гелеобразующего муцина, которые облегчают смазку эпителиальных поверхностей и обеспечивают защиту от бактерий и антигенов.

Эти свойства пробиотиков указывают на их потенциальное использование в качестве терапевтических средств при неврологических расстройствах, на которые влияет микробиом кишечника. Более того, исследование и оценка биомаркеров может дополнительно продемонстрировать корреляционные пути, которые могут помочь в понимании механизмов, лежащих в основе расстройств. Исследования кишечного микробиома смещают фокус с корреляции на причинно-следственную связь, чтобы изучить механизмы, с помощью которых микробиом влияет на здоровье хозяина.

Лучшее понимание этих механизмов с использованием технологий секвенирования следующего поколения среди других передовых технологий может способствовать разработке новых диагностических и терапевтических вмешательств; Производство более широкого и более полезного спектра пробиотиков в будущем также может привести к улучшению состояния здоровья.

Заключение

Между микробиотой кишечника и хозяином существуют мутуалистические отношения, которые способствуют пищеварению, метаболизму лекарств, метаболизму ксенобиотиков, а также борьбе с патогенами и улучшают функцию мозга. Хотя известно, что кишечная микробиота полезна, дисбаланс вредных и безвредных микробов может способствовать возникновению ряда проблем со здоровьем.

Дисбаланс микробов кишечника, находящийся под влиянием внутренних и внешних факторов, приводит к дисбактериозу микробиоты, что в конечном итоге приводит к развитию ряда неврологических нарушений, а также увеличению веса, сердечно-сосудистых заболеваний и желудочно-кишечных расстройств.

Такие способы родоразрешения, как кесарево сечение и нормальные роды, могут влиять на состав кишечных микробов. Некоторые исследования продемонстрировали лишь возможные гипотезы или связи с точки зрения дисбаланса микробного состава и не имеют какой-либо прямой связи с развитием неврологических расстройств; таким образом, необходимы дальнейшие исследования в каждой соответствующей области.

Благодарности

Авторы благодарят членов Swift Integrity Computational Lab (Дакка, Бангладеш), виртуальной платформы для молодых исследователей, за поддержку во время подготовки этой рукописи.

Раскрытие финансовых и конкурирующих интересов

Авторы не имеют соответствующих связей или финансового участия с какой-либо организацией или юридическим лицом, имеющим финансовую заинтересованность или финансовый конфликт с предметом или материалами, обсуждаемыми в этой рукописи. При написании этой рукописи не использовалась никакая письменная помощь.

Открытый доступ

Эта работа распространяется под лицензией Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Непортированная лицензия. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетитеhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Ссылки

Особо примечательные документы были отмечены как: • представляющие интерес; •• представляет значительный интерес

1. Терсби Э., Джуг Н. Введение в микробиоту кишечника человека. Биохим. Дж. 474 (11), 1823–1836 (2017).

2. Дональдсон Г., Ли С., Мазманян С. Биогеография бактериальной микробиоты кишечника. Нат. Преподобный Микробиол. 14(1), 20–32 (2015).

3. Чжу С., Цзян Ю., Сюй К. и др. Прогресс исследований кишечного микробиома, связанного с заболеваниями головного мозга. J. Neuroinflammation 17(1), 25 (2020). • Обсуждаются возможные гипотезы, объясняющие, как кишечные микроорганизмы могут влиять на развитие некоторых неврологических расстройств.

4. Гайсас С., Махер Дж., Кантасами А. Микробиом кишечника в норме и при заболеваниях: связь оси микробиом-кишечник-мозг и факторов окружающей среды в патогенезе системных и нейродегенеративных заболеваний. Фармакол. Там. 158, 52–62 (2016). • Обсуждается координация оси микробиом-кишечник-мозг и коррелирует ее с патогенезом системных и нейродегенеративных заболеваний.

5. Май В, Драганов ПВ. Последние достижения и остающиеся пробелы в наших знаниях о связи между микробиотой кишечника и здоровьем человека. World J. Gastroenterol. 15(1), 81 (2009).

6. Лозупоне К.А., Стомбо Дж.И., Гордон Дж.И., Янссон Дж.К., Найт Р. Разнообразие, стабильность и устойчивость микробиоты кишечника человека. Nature489(7415), 220–230 (2012).

7. Латерца Л., Риццатти Г., Гаэтани Э., Чиузоло П., Гасбаррини А. Взаимосвязь микробиоты кишечника и иммунной системы при реакции «трансплантат против хозяина». Медитерр. Дж. Гематол. Заразить. Дис. 8(1), e2016025 (2016).

For more information:1950477648nn@gmail.com