Perspektivy střevních mikroorganismů a neurologických onemocnění 3. část

Další studie Parracho et al. pomocí fluorescenční in situ hybridizace prokázaly zvýšené hladiny Clostridiumhystolyticum u dětí s ASD ve srovnání se zdravými dětmi [85].

Clostridium histolyticum je běžná bakterie, která roste v lidském těle a obvykle se vyskytuje v ústech, střevech atd. Studie prokázaly, že existuje určitá korelace mezi hladinou Clostridium histolyticum a pamětí.

V mozku se nachází velké množství mikroorganismů, které tvoří tzv. „osu střevo-mozek“ a ovlivňují lidské zdraví a kognitivní funkce. Studie ukázaly, že Clostridium histolyticum úzce souvisí s mozkovou aktivitou. Může různými cestami ovlivňovat biochemické reakce a neuroregulaci mozku a tyto účinky zase ovlivňují lidské kognitivní funkce.

Mezi nimi může Clostridium histolyticum podporovat produkci serotoninu, neurotransmiteru, který může ovlivnit emoce a kognici. Kromě toho může Clostridium histolyticum ovlivnit také funkci receptorů pro kyselinu gama-aminomáselnou (GABA) v mozku. GABA je jedním z nejdůležitějších neurotransmiterů v mozku. Může inhibovat aktivitu neuronů a regulovat excitabilitu a inhibici mozku. To znamená, že změny v hladině Clostridium histolyticum mohou přímo ovlivnit funkci mozku, a tím ovlivnit naši kognitivní schopnost.

Studie zveřejněná v roce 2017 ukázala, že ve srovnání s jedinci s normálními hladinami Clostridium histolyticum měli jedinci s nižšími hladinami Clostridium histolyticum horší kognitivní úkoly, zejména v oblasti pozornosti a pracovní paměti. Tento závěr naznačuje, že hladina Clostridium histolyticum může být klíčovým faktorem, který může ovlivnit lidské kognitivní funkce a paměťové schopnosti.

V souladu s tím mohou lidé změnou stravy, užíváním probiotik, snížením stresu atd. zlepšit paměť a kognitivní funkce úpravou hladiny Clostridium histolyticum. Zároveň je třeba věnovat pozornost skutečnosti, že jakákoli závažná infekce, léky a vnější faktory mohou ovlivnit rovnováhu střevní mikroflóry, takže udržování dobrých životních návyků, zejména zdravé výživy a duševního zdraví, je nezbytné pro efektivní udržovat rovnováhu střevní mikroekologie.

Stručně řečeno, ačkoli úroveň Clostridium histolyticum souvisí s pamětí, měli bychom aktivně hledat řešení, zlepšovat své životní návyky, vyhýbat se negativním vlivům, plně využívat svůj potenciál, udržovat si dobrou paměť a kognitivní schopnosti a lépe se vyrovnávat s různé výzvy. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť a Cistanche dokáže výrazně zlepšit paměť, protože dokáže také regulovat rovnováhu neurotransmiterů, jako je zvýšení hladiny acetylcholinu a růstových faktorů, které jsou velmi důležité pro paměť a učení. Kromě toho může Cistanche také zlepšit průtok krve a podpořit dodávku kyslíku, což může zajistit, že mozek získá dostatečnou výživu a energii, a tím zlepší mozkovou vitalitu a vytrvalost.

Klikněte na vědět doplňky pro zlepšení paměti

Klostridie, které jsou známými producenty propionátu, byly považovány za induktory autismu, protože přispívají k neurologickým změnám v krysích modelech [86,87].

Bylo také pozorováno, že březí myši s aktivací mateřského imunitního systému vyvolanou střevními bakteriemi (také známou jako mateřská imunitní aktivace) produkují potomky se symptomy ASD zhoršené sociability a opakujícím se chováním při zahrabávání mramoru [85,88].

Další studie sledující prevalenci čtyř typů prospěšných bakterií – Bifidobacterium, Lactobacillus spp., E coli a Enterococcus – odhalila, že děti s ASD měly mnohem nižší hladiny Bifidobacterium, mírně nižší hladiny Enterococcus a mnohem vyšší hladiny Lactobacillus, přičemž více Bacillus spp. a méně Klebsiella oxytoca [89].

Stejná studie odhalila, že u dětí s ASD byly zjištěny nižší hladiny SCFA a možným důvodem by mohla být nižší sacharolytická fermentace prospěšnými bakteriemi. To dále přispívá ke spojení mezi střevním mikrobiomem a autismem [90].

Vzhledem k tomu, že množství metabolitů produkovaných bakteriemi má potenciál přímo ovlivňovat nervové procesy, bylo u pacientů s ASD zjištěno zvýšené vylučování abnormálního fenylalaninového metabolitu druhu Clostridia známého jako HPHPA močí [74].

Prostřednictvím vyčerpání katecholaminů ovlivňují druhy Clostridia symptomy autismu, včetně stereotypního chování, hyperaktivity a hyperreaktivity, u pokusných zvířat.

Dále studie Kanga et al. pomocí pyrosekvenační analýzy genu 16S rRNA ve vzorcích fekální DNA odhalily nižší hladiny Prevotella, Coprococcus a neklasifikovaných Veillonellaceae u dětí s ASD [91].

Kromě děravého střeva a začlenění určitých potravin do stravy člověka mohou metabolity produkované mikroorganismy ve střevě ovlivnit možné symptomy podobné ASD u jednotlivců.

Kromě toho je známo, že nadbytek nebo pokles určitých mikroorganismů ve střevě je potenciálním přispěvatelem k neurologickým poruchám, jako je ASD, což je spojení, které je dále posilováno pomocí různých hypotéz.

Roztroušená skleróza

RS je chronické zánětlivé a demyelinizační neurodegenerativní onemocnění, které postihuje CNS a má za následek necharakteristické léze mozku a míchy [92–95]. Tato porucha může vést k únavě, otupělosti, ztrátě koordinace, závrati, ztrátě zraku, závratím, bolesti, dysfunkci močového měchýře a střev a dokonce depresi [96]. Celosvětově trpí RS přibližně 2,1 milionu lidí.

RS také vede ke zvýšení počtu autoreaktivních imunitních buněk, které cílí na CNS [97]. Protože střevní mikroflóra přispívá k výchově imunitního systému a hraje klíčovou roli v několika autoimunitních a metabolických poruchách, je rozumné spojit střevní komenzální flóru s náchylností k MS.

Ve studii Vartanian et al. byla prokázána kolonizace lidského střeva Clostridium perfringens typu B u pacientky s prvním relapsem RS, což odhalilo, že epsilon toxin uvolněný tímto patogenem vedl k mikroangiopatii, podobné studie ukázaly, že to může dále způsobit BBB. narušení vedoucí k poškození neuronálních andoligodendrocytů [98–102].

Když byli pacienti s RS srovnáni s kontrolami, bylo pozorováno, že mají zvýšenou prevalenci protilátek proti epsilon toxinu v jejich séru. Podobně Jhangi et al. prokázali zvýšení koncentrace archaea Methanobrevibacter u pacientů s RS [103].

Došlo také ke značnému snížení koncentrace Butyricimonas, Lachnospiraceae a Faecalibacterium u pacientů s RS ve srovnání s kontrolami a snížená abundance Faecalibacterium byla zaznamenána v mikrobiomu pacientů se zánětlivým střevním onemocněním [104,105].

Bakterie Faecalibacterium prausnitzii jsou organismy produkující butyrát, které vedou ke zvýšené populaci Treg buněk; to může spojovat změny ve střevní mikrobiotě s rozvojem RS.

Další studie odhalila rozdílné hladiny Firmicutes, Bacteroidetes a Proteobacteria u pacientů s RS a léčba avitaminem D vedla ke zvýšení Enterobacteriaceae jak u zdravých kontrol, tak u pacientů s RS.

Kromě toho studie Tremletta et al. ukázaly zvýšené hladiny Shigella, Escherichia a Clostridium, které jsou spojeny s infekcí a zánětem, a snížené hladiny Eubacterium rectale a Corynebacterium, když bylo vyšetřeno 20 dětských pacientů s MS [106].

Baranzini et al. vyšetřili 71 pacientů s RS a 71 zdravých kontrol pomocí genového sekvenování 16S rRNA, což odhalilo, že pacienti s RS měli vyšší hladiny Akkermansia muciniphila a Acinetobactercalcoaceticus a nižší hladiny Parabacteroides distasonis ve střevě ve srovnání se zdravými kontrolami [107,108].

Bakteriální extrakty druhů ze střevní mikroflóry pacientů s RS posílily prozánětlivou odpověď T-buněk v modelu in vitro [109]. Poté, když výzkumník transplantoval střevní bakterie z modelu anautoimunitní encefalomyelitidy (uměle vyvolaný myší model RS), bylo pozorováno, že MSmicrobiota zhoršila encefalomyelitidu.

Několik studií ukázalo, že ve srovnání se zdravými kontrolami může snížení nebo zvýšení některých střevních mikroorganismů souviset s rozvojem RS. Navíc byla u pacientů s RS také pozorována zvýšená hladina určitých protilátek produkovaných jako důsledek toxinů uvolňovaných mikroorganismy.

Alzheimerova choroba

AD je progresivní neurodegenerativní porucha, která zahrnuje patofyziologické příznaky, jako je zhoršená kognice a akumulace atypického proteinu amyloid beta (A ) v intersticiálním prostoru mozkových tkání, což vede ke ztrátě paměti [110,111].

Celosvětově je AD diagnostikováno asi 44 milionům lidí a je pravděpodobnější, že postihne jedince starší 65 let. Je známo, že symptomy AD se časem zhoršují a vedou k potížím s jazykem, dezorientaci, změnám nálad, ztrátě motivace a nezvládnutí sebeobsluhy.

Střevní mikrobiota významně přispívá k udržení normální fyziologie a funkcí hostitele; proto změny ve střevní mikrobiotě mohou vést ke změnám mozkových funkcí následovaných změnami v chování hostitele [112].

AD zůstává nejčastější příčinou demence, v roce 2010 bylo hlášeno 36 milionů případů, což je počet, který se podle předpovědi zvýší na 66 milionů do roku 2030 a 115 milionů do roku 2050 [113].

Etiologie AD je nejasná a je vysvětlována většinou jako interakce mezi genetickými a environmentálními faktory [114]. Studie Bray et al. uvedl, že lidská střevní komenzální mikroflóra moduluje mozkovou funkci a chování prostřednictvím osy mikrobiota–střevo–mozek, a proto by mohla hrát roli v mechanismech AD [115].

V návaznosti na to další studie zahrnující bezmikrobní zvířata a zvířata vystavená patogenním mikrobiálním infekcím, antibiotikům, probiotikům a transplantaci fekální mikroflóry odhalila roli střevní mikroflóry v kognici hostitele a patogenezi související s AD [116].

Zvýšená propustnost střeva a BBB způsobená dysbiózou mikroflóry a také nerovnováhou střevní mikroflóry ovlivňuje patogenezi AD a další neurodegenerativní poruchy.

Bakterie přítomné ve střevní mikrobiotě mohou navíc vylučovat velké množství amyloidu a LPS, které by mohly přispívat k modulaci signálních drah a produkci prozánětlivých cytokinů, které mohou vést k AD [116].

Kromě toho několik nedávno provedených studií na hlodavcích naznačuje souvislost mezi změnami střevního mikrobiomu a ukládáním amyloidu; mikroorganismy spojené s AD však u lidí dosud nebyly charakterizovány [117,118]. DNA byla izolována ze vzorků stolice pro srovnání složení střevního mikrobiomu u účastníků s diagnózou demence v důsledku AD a bez ní.

Tato studie prováděla sekvenování bakteriálního genu 16S rRNA na izolované DNA a bylo zjištěno, že snížená mikrobiální diverzita a odlišné složení u kontrolních jedinců stejného věku a pohlaví mikrobiomu pacientů s AD [119].

Stárnutí je také hlavním rizikovým faktorem pro AD a může vyvolat nadměrnou stimulaci vrozeného a adaptivního imunitního systému, což vede k zánětu, který zvyšuje propustnost střeva a bakteriální translokaci [120–123].

Složení střevní mikroflóry se u starších lidí mění s poklesem některých bakterií, které jsou považovány za prospěšné, včetně Bacteroidetes, Lactobacillus a Bifidobacterium [124–126]. Několik skupin bakterií, včetně Bifidobacterium, Lactobacillus a Faecalibacterium, může modulovat zánět na úrovni střevního epitelu [127–130].

Vzhledem k tomu, že BBB je ohrožena v důsledku věku, ovlivňuje nejen clearance A z mozku, ale také sekretom a receptorem zprostředkovanou signalizaci zapojenou do neurozánětu, který je pozorován u AD.

Lze tedy konstatovat, že věk může změnit střevní mikroflóru a může usnadnit zánětlivé procesy, které přispívají k neurozánětlivým účinkům u AD [131–135]. Bakterie, které obývají střeva, mohou vylučovat obrovské množství LPS a amyloidů, které mohou přispívat k patogenezi AD jako výsledek zvýšené permeability epitelu GI traktu a BBB s věkem.

LPS jsou důležitou složkou vnější membrány gramnegativních bakterií a bylo pozorováno, že indukují zánětlivé a patologické charakteristiky pozorované u AD při infuzi do čtvrté komory experimentálních potkaních modelů [136]. Studie provedená in vitro navíc naznačila, že bakteriální LPS potencují fibrilogenezi A peptidů [137].

V jiné studii bylo pozorováno, že myši, které byly léčeny několika intraperitoneálními injekcemi LPS, měly vyšší hladiny A v hipokampu a také kognitivní deficity [138]. Jaeger a kol. uvedli, že intraperitoneální injekce LPS zvýšily přítok krve do mozku a snížily výtok z mozku do krve u myší, což vedlo k akumulaci A [139].

Podobně ve studii zahrnující Bacteroides fragilis expozice LPS lidským primárním mozkovým buňkám odhalila, že jsou extrémně silným induktorem prozánětlivého transkripčního faktoru, který zahrnuje spouštěč, který usnadňuje zánětlivou neurodegeneraci v mozku s AD [140].

Kromě toho může být velké množství funkčního amyloidu generováno spolu s LPS mnoha bakteriálními kmeny, včetně E coli, Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Salmonella enterica, Mycobacterium tuberculosis a Staphylococcus aureus, a může přispívat k patologii AD prostřednictvím akumulace chybně poskládaných proteinových A oligomery a fibrily [141,142].

Byla také vyslovena hypotéza, že bakteriální amyloidy mohou unikat z GI traktu a přispívat k systémové a CNS amyloidní zátěži. Tyto amyloidy mohou indukovat prozánětlivé cytokiny, které procházejí GI traktem a BBB do mozku, čímž spouštějí imunoreaktivitu a signalizaci několika složek, které přispívají k neurodegeneraci [143–145].

LPS a amyloidy produkované mikroorganismy ve střevě spouštějí zánětlivé účinky, které mohou přispívat k patogenezi AD a napomáhat akumulaci A.

Schizofrenie

Schizofrenie je komplexní a vysilující mozková porucha, která vede ke kombinaci abnormalit chování, včetně halucinací, bludů, apatie, recidivujících epizod psychózy a extrémně neuspořádaného myšlení [146,147]. Je známo, že schizofrenie postihuje asi 21 milionů lidí na celém světě a vede k sociální a fyzické morbiditě [148,149].

Mezi příčiny schizofrenie patří jak faktory vnějšího prostředí, tak genetické faktory. Symptomy schizofrenie obvykle začínají mezi 16. a 30. rokem a muži jsou častěji postiženi touto nemocí.

Studie Nemani et al. představovalo spojení mezi narušením střevního mikrobiomu a schizofrenií [150].Schwarz et al. pozorovali, že když byli pacienti s první epizodou psychózy srovnáni s nepsychiatrickými srovnávacími subjekty, bylo zjištěno, že mají zvýšenou četnost čeledí Lactobacillaceae, Halothiobacillaceae, Brucellaceae a Micrococcineae a sníženou četnost čeledi Veillonellaceae [151].

Střevní mikrobiota také hraje důležitou roli při regulaci neurotransmise, imunitní homeostázy a vývoji mozku a nerovnováha v mikrobiomu může vést k aktivaci imunity a dysfunkci v ose střevo-mozek, což dále přispívá ke schizofrenii.

Změny ve střevní mikroflórě mohou snižovat ochranné látky a zvyšovat množství neurotoxinů a zánětlivých mediátorů, což způsobuje neuronální a synaptické poškození, které vyvolává schizofrenii. Clostridium sporogenes produkuje metabolit kyseliny indolpropionové degradací tryptofanu, který je nezbytný pro ochranu střevní bariéry a udržení homeostázy monocytů/makrofágů a T buněk [152].

Bakteriální endotoxin LPS může poškodit bariéru střevní sliznice a aktivovat imunitní systém, což způsobuje mírnou endotoxémii [153]. SCFA jsou navíc hlavní složkou při udržování střevní imunity a centrální imunity zprostředkované mikrogliemi [154,155], které pomáhají udržovat imunitní homeostázu; dysfunkce jednoho však může ovlivnit druhý, přičemž oba ovlivňují rozvoj schizofrenie [156].

Kromě toho je schizofrenie spojena se zvýšenými hladinami IL-6, IL-8 a TNF- a také se snížením protizánětlivého IL-10 [157]. U pacientů se schizofrenií byla identifikována zvýšená produkce protilátek v reakci na Saccharomyces cerevisiae, o které je známo, že je markerem střevního zánětu a zvýšením bakteriálního translokačního markeru sCD14 [158,159].

Střevní mikrobiom také hraje roli v regulaci BBBpermeability; dysbióza proto může vést k infekci a zánětu CNS, což onemocnění usnadňuje [57160]. Kromě toho nepřítomnost GI mikrobů vede ke snížení centrálních hladin BDNF, což inhibuje udržení produkce N-methyl-D-aspartátového receptoru (NMDAR). .

Snížení vstupu NMDAR v interneuronech inhibujících GABA dále napomáhá glutamátergickému výstupu a vede k aberantnímu synaptickému chování a kognitivním deficitům. Protože se předpokládá, že NMDAR souvisí s rozvojem schizofrenie a dalších neurologických onemocnění, změna složení mikrobiomu může pomoci vysvětlit vývoj onemocnění [161].

V jiné studii, která zaznamenala souvislost mezi střevními mikroby a schizofrenií, vědci přenesli vzorky střevních mikrobů schizofrenních subjektů do střevních biomů skupiny zdravých kontrolních myší [162].

Transplantace střevních bakterií schizofrenních jedinců do zdravých kontrolních myší vyvolala některé symptomy, které byly charakteristické pro myší schizofrenii, včetně glutamátergické hypofunkce.

Myší modely také ukázaly nižší glutamát a vyšší hladiny glutaminu a GABA v hippocampu mozku. To poskytlo další důkaz o souvislosti mezi změnami ve složení střevní mikroflóry a schizofrenií, která byla specifická pro toto onemocnění a také korelovala se závažností příznaků. Nerovnováha v mikrobiomu vede k imunitní aktivaci a neuronální dysfunkci, o obou je známo, že jsou pravděpodobnými příčinami rozvoje schizofrenie. .

Kromě toho studie ukázaly, že snížení protektivních látek a zvýšení neurotoxinů by mohlo vést k neuronálnímu a synaptickému poškození pozorovanému u schizofrenních pacientů.

Parkinsonova nemoc

Parkinsonova nemoc (PD) je dlouhodobá degenerativní porucha CNS, která postihuje především neurony produkující dopamin přítomné ve specifické oblasti mozku známé jako substantia nigra. PD celosvětově postihuje přibližně 7–10 milionů jedinců a je známo, že je 1,5krát častější u mužů než u žen. Incidence PD se zvyšuje s věkem, postihuje asi 1 % jedinců ve věku 60 let a starších [163].

Onemocnění je charakterizováno několika symptomy, které zahrnují akinezi, svalovou rigiditu, třes, bradykinezi a potíže s chůzí a chůzí [164]. Kromě těchto motorických rysů zahrnují další příznaky demenci, depresi a senzorickou a autonomní dysfunkci. Kromě dopaminergní ztráty je PD také charakterizována synukleinopatií; to znamená ukládání nerozpustných polymerů -synukleinu v těle neuronů, tvořících kulaté, lamelované, eozinofilní, cytoplazmatické inkluze zvané Lewyho tělíska [165].

Tato Lewyho tělíska jsou zodpovědná za neurodegeneraci a neuronální smrt [166,167]. Několik studií prokázalo změny ve střevní mikrobiotě pacientů s PD, které mohou sloužit jako biomarkery PD i její možné spouštěcí chybné složení synukleinu, které spouští neurodegeneraci u jedinců s PD [168].

Je také známo, že pacienti s PD často vykazují známky a nemotorické příznaky gastrointestinální dysmotility, které mohou zahrnovat opožděné vyprazdňování žaludku a zácpu [169–173]. V jedné studii byla střevní mikroflóra pacientů s PD a zdravých dobrovolníků analyzována pomocí vysoce výkonné16S rRNA sekvenování bakteriálních genomů [174].

Pacienti s PD vykazovali snížené množství Bacteroides massiliensis, Stoquefichus massiliensis, Bacteroides copro cola, Blautia glukanasa, Dorea long catena, Bacteroides dorei, Prevotellacopri, Coprococcus eutectic a Ruminococcus callidus, Christensenella sliznice a Papminonocilcans, Lactoclibomansillus

Tento vzorec střevní mikroflóry může vyvolat lokální zánět následovaný agregací -synukleinu a tvorbou Lewyho tělísek. Další studie na pacientech s PD se střevním zánětem ukázala, že vykazovali zvýšenou expresi bakteriálního endotoxin-specifického ligandu TLR4 i CD3+ T buněk a expresi cytokinů v biopsiích tlustého střeva a snížení počtu SCFA produkujících bakterií tlustého střeva ve srovnání s ovládání [175].

Nejrozsáhleji je studována souvislost mezi PD a Helicobacter pylori a infekce H pylori byla pozorována jako vysoká u pacientů s PD, což způsobuje motorické poruchy tím, že brání vstřebávání léku levodopy, která se používá k léčbě PD [176,177]. Podobně bylo pozorováno, že bakteriální přerůstání tenkého střeva, porucha nadměrného bakteriálního růstu v tenkém střevě, je také spojeno s PD.

V jiné studii signifikantní snížení Prevotellaceae ve stolici pacientů s PD ve srovnání s kontrolami prokázalo další důkaz, že dysbióza střevního mikrobiomu souvisí s PD [178]. Navíc byla nalezena přímá korelace mezi četností Enterobacteriaceae a závažností posturální nestability a obtíží při chůzi.

U pacientů s PD bylo také pozorováno, že trpí zvýšenou permeabilitou sliznic a systémovou expozicí endotoxinům z koliformních bakterií [179]. Kromě toho byly bakterie rodu Blautia, Coprococcus, Faecalibacterium a Roseburia významně sníženy ve stolici pacientů s PD ve srovnání s kontrolami a bakterie patřící do rodu Ralstonia byly významně zvýšeny ve sliznici pacientů s PD. V další studii 34 pacientů s PD a 34 věkově odpovídajících kontrol byly vzorky stolice analyzovány pomocí plynové chromatografie ke kontrole koncentrací SCFA, které jsou jedním z hlavních metabolických produktů složení střevních bakterií a mikrobioty [180].

Bylo zjištěno, že koncentrace SCFA jsou významně sníženy u pacientů s PD ve srovnání s kontrolami. Toto snížení může vyvolat změny v ENS a přispět ke gastrointestinální dysmotilitě u pacientů s PD. Studie ukazují, že změny mohou být vyvolány změnami hladin mikroorganismů nebo jimi produkovaných metabolitů. Tyto změny vedou ke střevní dysbióze pozorované u pacientů s PD a také k agregaci -synukleinu, která dále vytváří Lewyho tělíska.

Úzkost

Úzkost je porucha, při které jedinec zažívá obavy a strach charakterizovaný fyzickými příznaky, jako je bušení srdce a pocení. Úzkost je často doprovázena svalovým napětím, neklidem, únavou a problémy s koncentrací. Příznaky úzkosti mohou být chronické (nebo generalizované) nebo akutní a mohou vést k panice.

Příznaky se také mohou lišit v počtu, intenzitě a frekvenci v závislosti na osobě [181]. Je známo, že přítomnost škodlivých mikrobů ovlivňuje úzkost a depresi spouštěním chronického zánětu, ke kterému dochází, když tyto škodlivé mikroby překonají prospěšné mikroby ve střevě. Když se tito škodliví obyvatelé střeva zmocní a způsobí zánět, mohou aktivovat nervus vagus, což vede k neuropsychologickým symptomům [182].

Tyto bakterie mohou také produkovat peptidy, o kterých je známo, že vysílají stresové signály, které ovlivňují genovou expresi i CNS. Bylo pozorováno, že vystavení hlodavců mikrobiálním patogenům během jejich vývojových fází má za následek úzkostné chování a zhoršené kognitivní funkce [183– 185]. Studie zahrnující myší modely ukázala zmírnění úzkostného chování v testech ve zvýšeném plus bludišti 2 dny po expozici subpatogenní infekci Campylobacter jejuni; toto bylo zaznamenáno jako významné kvůli absenci imunitní odpovědi v periferii [186].

Navíc studie Lyte et al. zahrnující Citrobacter rodentium a C jejuni odhalili zvýšení úzkostného chování 8 hodin po infekci, bez rozdílu v hladinách cytokinů v plazmě nebo střevním zánětu ve srovnání s kontrolními myšmi [187]. Tyto studie naznačují, že přítomnost škodlivých bakterií ve střevě po absenci systémové imunitní reakce spouští chování podobné úzkosti.

Takové chování bylo také zaznamenáno v experimentech, které vedly ke zvýšenému gastrointestinálnímu zánětu [188,189]. Myši s Trichurismurisem vykazovaly gastrointestinální zánět a zvýšené chování podobné úzkosti, když byly testovány pomocí testů světlo/tma a snižovací testy. Léčba zahrnující probiotikum B longum pomohla normalizovat chování podobné úzkosti u infikovaných myší.

Je známo, že BDNF ovlivňuje procesy, jako je přežívání a diferenciace neuronů, tvorba funkčních synapsí a neuroplasticita během vývoje a dospělosti [190–192]. V infekčních modelech, u kterých se předpokládalo, že povedou ke změnám v profilu mikrobioty, bylo zjištěno, že snížená exprese hipokampální mRNA nebo proteinu BDNF je spojena se zvýšeným chováním podobným úzkosti [193].

Dysfunkce signalizace GABA, která je hlavním inhibičním neurotransmiterem v CNS, je navíc spojena s úzkostí a depresí [194]. Další experiment s použitím myších modelů prokázal prevenci úzkostného chování pomocí vysoce tučné stravy a podávání Lactobacillus helveticus po dobu 21 dnů [195].

Když byl stejný experiment proveden na myších s deficitem IL{0}}, nebyly pozorovány žádné změny úzkosti; tyto výsledky prokázaly roli imunitního systému v ose střevo-mozek. V dalším experimentu demonstrujícím, že mikroflóra může přímo ovlivňovat chování, provedli výzkumníci fekální transplantaci z dospělých bezmikrobních myší BALB/c (kmen vysoce úzkostných myší) na dospělé bezmikrobní myši NIH Swiss (kmen myší s nízkou úzkostí) a myši BALB/c obdržely mikrobiotu švýcarských myší NIH [193].

Profil chování dárce byl viditelný u recipientních myší. Ačkoli je známo, že několik střevních bakterií zmírňuje stres, depresi a úzkost, několik studií také naznačuje, že střevní mikroflóra je faktorem přispívajícím k rozvoji chování podobného úzkosti. Experimenty zahrnující expozici patogenům, stejně jako snížení mRNA nebo proteinu BDNF a dysfunkce signalizace GABA odhalily nárůst chování podobného úzkosti. Četné studie také odhalily možné cesty nebo hypotézy, které naznačují pravděpodobné souvislosti střevní mikroflóry s výše uvedenými neurologickými poruchami (tabulka 2).

Současné vyhlídky a výhled do budoucna

S pomocí lepšího porozumění výzkumu mikrobiomu a také strategické podpory z různých zemí v průběhu let bylo založeno několik organizací a institucí přispívajících k výzkumu střevního mikrobiomu. Lawson Health Research Institute, Bioaster Technology Research Institute, Broad Institute a European Society of Neurogastroenterology and Motility jsou některé z organizací přispívajících k výzkumu. Inherentní složitost a heterogenita lidského mikrobiomu vyžaduje, aby byl proveden zvýšený počet experimentů, které by čelily omezením empirických metod při zkoumání příčinných nebo korelačních vazeb mezi dysbiózou a lidskými nemocemi [197].

Až do posledních desetiletí zůstávaly vlastnosti lidského mikrobiomu a také interakce hostitel-mikrobiota neznámé kvůli omezením v technologii. Zvýšený počet příležitostí pro výzkum v této konkrétní oblasti byl poskytnut rychlým rozvojem biologických výzkumných technologií, které zahrnují bezmikrobní zvířecí modely, sekvenační techniky nové generace a multiomické přístupy [198]. Vývoj a aplikace těchto technologií pomáhají při analýze struktury a složení gutmikrobiomu, stejně jako funkce a jejich spojení se zdravím a nemocemi z různých interdisciplinárních perspektiv.

Human Microbiome Project byla výzkumná iniciativa USA NIH [199 200]. Byl spuštěn v roce 2007, aby pomohl zlepšit porozumění mikrobiální flóře, která se podílí na lidském zdraví i nemocech.

Konsorcium Metagenomics of the Human Intestinal Tract, financované Evropskou komisí, se zaměřuje na výzkum lidského GI traktu a vztahu lidského GI traktu k obezitě a zánětlivým střevním onemocněním [201].

Pokročila také industrializace a komercializace příslušných mikrobiomových aplikací, což vedlo k založení několika biotechnologických společností se značnými globálními investicemi. poruchám lze pomoci.

Tato identifikace nám může umožnit využít cílené terapeutické přístupy/léky a poskytnout možnosti pro včasnou detekci s velkou prognostickou hodnotou. Léky mohou pomoci při léčbě rakoviny, stejně jako metabolických, neurodegenerativních a psychiatrických poruch. Nedostatek účinných léků a omezená dostupnost léků nabízejících zlepšení dále zdůrazňuje potřebu předcházet poruchám včasnými diagnostickými opatřeními, která využívají určité biomarkery.

Existence více matoucích proměnných v dříve provedených experimentech však ukazuje potřebu větších velikostí vzorků ve studiích zahrnujících screening metagenomických biomarkerů.

Ačkoli jsou zvířecí modely používány v preklinických experimentech pro ověřování funkcí určitých mikrobiálních druhů, vykazují také několik omezení, včetně skutečnosti, že lidský genom může sdílet více než 85 % svých genomových sekvencí s myším genomem, ale expresní vzory, funkce proteinů a ostatní faktory nejsou stejné.

Probiotika mají příznivý vliv na zdraví lidí i zvířat tím, že udržují správnou rovnováhu prospěšných a škodlivých mikrobů mezi GI traktem a imunitním systémem. Probiotika se také podílejí na syntéze a uvolňování antibakteriálních peptidů a gelotvorného mucinu, které usnadňují lubrikaci epiteliálních povrchů a poskytují ochranu před bakteriemi a antigeny.

Tyto vlastnosti vykazované probiotiky naznačují jejich potenciální využití jako léčiva u neurologických poruch ovlivněných střevním mikrobiomem. Kromě toho průzkum a hodnocení biomarkerů může dále demonstrovat korelační cesty, které mohou pomoci při pochopení mechanismů, které jsou základem poruch. Studie střevních mikrobiomů přesouvají své zaměření z korelace na kauzalitu, aby se zabývaly mechanismy, kterými mikrobiom ovlivňuje zdraví hostitele.

Lepší porozumění těmto mechanismům využívajícím sekvenační technologie nové generace spolu s dalšími pokrokovými technologiemi může dále pomoci ve vývoji nových diagnostických a terapeutických intervencí; Produkce širšího a prospěšnějšího sortimentu probiotik v budoucnu může také vést k možnostem zlepšení zdravotního stavu.

Závěr

Mezi střevní mikroflórou a hostitelem existuje vzájemný vztah, který napomáhá trávení, metabolismu léčiv, metabolismu xenobiotik a boji proti patogenům a zlepšuje funkci mozku. Ačkoli je známo, že střevní mikrobiota je prospěšná, nerovnováha mezi škodlivými a neškodnými mikroby může přispět k několika zdravotním problémům.

Nerovnováha střevních mikrobů, která je ovlivněna vnitřními a vnějšími faktory, vede k dysbióze mikroflóry, která nakonec vede k rozvoji několika neurologických poruch, stejně jako přibírání na váze, kardiovaskulárním onemocněním a gastrointestinálním poruchám.

Vzorce porodu, jako je císařský řez a normální porod, mohou ovlivnit složení střevních mikrobů. Několik studií prokázalo pouze možné hypotézy nebo souvislosti ve smyslu nerovnováhy v mikrobiálním složení a postrádají jakoukoli přímou souvislost s rozvojem neurologických poruch; proto je zapotřebí další výzkum v každé příslušné oblasti.

Poděkování

Autoři děkují členům Swift Integrity Computational Lab (Dháka, Bangladéš), virtuální platformě pro mladé výzkumníky, za podporu při přípravě tohoto rukopisu.

Zveřejnění finančních a konkurenčních zájmů

Autoři nemají žádné relevantní vztahy ani finanční zapojení s žádnou organizací nebo subjektem s finančním zájmem nebo finančním konfliktem s předmětem nebo materiály diskutovanými v tomto rukopisu. Při výrobě tohoto rukopisu nebyla použita žádná pomoc při psaní.

Otevřený přístup

Toto dílo je licencováno pod licencí Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Unported License. Chcete-li zobrazit kopii této licence, navštivtehttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Reference

Papíry zvláštní pozornosti byly označeny jako zajímavé; •• značného zájmu

1. Thursby E, Juge N. Úvod do lidské střevní mikrobioty. Biochem. J. 474(11), 1823–1836 (2017).

2. Donaldson G, Lee S, Mazmanian S. Biogeografie střev bakteriální mikrobioty. Nat. Microbiol. 14(1), 20–32 (2015).

3. Zhu S, Jiang Y, Xu K a kol. Pokrok ve výzkumu střevního mikrobiomu souvisejícího s poruchami mozku. J. Neuroinflammation 17(1), 25 (2020).• Diskutuje o možných hypotézách a vysvětluje, jak mohou střevní mikroorganismy ovlivnit vývoj několika neurologických poruch.

4. Ghaisas S, Maher J, Kanthasamy A. Střevní mikrobiom ve zdraví a nemoci: propojení osy mikrobiom-střevo-mozek a environmentálních faktorů v patogenezi systémových a neurodegenerativních onemocnění. Pharmacol. Ther. 158, 52–62 (2016).• Diskutuje o koordinaci osy mikrobiom-střevo-mozek a koreluje ji s patogenezí systémových a neurodegenerativních onemocnění.

5. Mai V, Draganov PV. Nedávné pokroky a zbývající mezery v našich znalostech o souvislostech mezi střevní mikroflórou a lidským zdravím. Svět J. Gastroenterol. 15(1), 81 (2009).

6. Lozupone CA, Stombaugh JI, Gordon JI, Jansson JK, Knight R. Diverzita, stabilita a odolnost mikrobioty lidského střeva. Nature489(7415), 220–230 (2012).

7. Laterza L, Rizzatti G, Gaetani E, Chiusolo P, Gasbarrini A. Vztah střevní mikroflóry a imunitního systému u onemocnění lidský štěp proti hostiteli. Mediterr. J. Hematol. Infikovat. Dis. 8(1), e2016025 (2016).

For more information:1950477648nn@gmail.com