Tarmmikroorganismer og nevrologiske sykdomsperspektiver del 3

En annen studie av Parracho et al. ved bruk av fluorescerende in situ hybridisering viste forhøyede nivåer av Clostridiumhystolyticum hos barn med ASD sammenlignet med friske barn [85].

Clostridium histolyticum er en vanlig bakterie som vokser i menneskekroppen og som vanligvis finnes i munnen, tarmen osv. Studier har vist at det er en viss sammenheng mellom nivået av Clostridium histolyticum og hukommelsen.

I hjernen er det et stort antall mikroorganismer som danner den såkalte «tarm-hjerne-aksen» og påvirker menneskers helse og kognitiv funksjon. Studier har vist at Clostridium histolyticum er nært knyttet til hjerneaktivitet. Det kan påvirke de biokjemiske reaksjonene og nevroreguleringen av hjernen gjennom ulike veier, og disse effektene påvirker igjen menneskelig kognitiv funksjon.

Blant dem kan Clostridium histolyticum fremme produksjonen av serotonin, en nevrotransmitter som kan påvirke følelser og kognisjon. I tillegg kan Clostridium histolyticum også påvirke funksjonen til gamma-aminosmørsyre (GABA) reseptorer i hjernen. GABA er en av de viktigste nevrotransmitterne i hjernen. Det kan hemme aktiviteten til nevroner og regulere eksitabiliteten og hemmingen av hjernen. Dette betyr at endringer i nivået av Clostridium histolyticum direkte kan påvirke hjernens funksjon, og dermed påvirke vår kognitive evne.

En studie publisert i 2017 viste at sammenlignet med forsøkspersoner med normale nivåer av Clostridium histolyticum, presterte forsøkspersoner med lavere nivåer av Clostridium histolyticum dårligere i kognitive oppgaver, spesielt i oppmerksomhet og arbeidsminne. Denne konklusjonen antyder at nivået av Clostridium histolyticum kan være en nøkkelfaktor som kan påvirke menneskets kognitive funksjon og hukommelsesevne.

Følgelig, ved å endre kosthold, bruke probiotika, redusere stress, etc., kan folk være i stand til å forbedre hukommelsen og kognitiv funksjon ved å justere nivået av Clostridium histolyticum. Samtidig må vi også ta hensyn til det faktum at enhver alvorlig infeksjon, medisinering og eksterne faktorer kan påvirke balansen i tarmmikrofloraen, så det å opprettholde gode levevaner, spesielt et sunt kosthold og mental helse, er avgjørende for å effektivt opprettholde balansen i intestinal mikroøkologi.

Kort sagt, selv om nivået av Clostridium histolyticum er relatert til hukommelse, bør vi aktivt søke løsninger, forbedre levevanene våre, holde oss borte fra negative påvirkninger, gi full spill til vårt potensial, opprettholde god hukommelse og kognitiv evne, og bedre takle ulike utfordringer. Det kan sees at vi trenger å forbedre hukommelsen, og Cistanche kan forbedre hukommelsen betydelig fordi den også kan regulere balansen mellom nevrotransmittere, som å øke nivåene av acetylkolin og vekstfaktorer, som er svært viktige for hukommelse og læring. I tillegg kan Cistanche også forbedre blodstrømmen og fremme oksygentilførsel, noe som kan sikre at hjernen får tilstrekkelig næring og energi, og dermed forbedre hjernens vitalitet og utholdenhet.

Klikk vet kosttilskudd for å forbedre hukommelsen

Clostridia, som er kjente propionatprodusenter, har blitt antatt å være indusere av autisme siden de bidrar til nevrologiske endringer i rottemodeller [86,87].

Det har også blitt sett at gravide mus med tarmbakterie-indusert aktivering av maternalimmunsystemet (også kjent som maternal immunaktivering) produserer avkom med ASD-symptomer på svekket omgjengelighet og repeterende marmorbegravende atferd [85,88].

En annen studie som observerte forekomsten av fire typer gunstige bakterier – Bifidobacterium, Lactobacillus spp., E coli og Enterococcus – viste at ASD-barn hadde mye lavere nivåer av Bifidobacterium, litt lavere nivåer av Enterococcus og mye høyere nivåer av Lactobacillus, med mer Bacillus spp. og mindre Klebsiella oxytoca [89].

Den samme studien avslørte at lavere nivåer av SCFA ble funnet hos ASD-barn, og en mulig årsak kan være lavere sakkarolytisk gjæring av gunstige bakterier. Dette bidrar ytterligere til koblingen mellom tarmmikrobiomet og autisme [90].

Etter det faktum at overfloden av bakterieproduserte metabolitter har potensial til å påvirke nevrale prosesser direkte, ble den økte urinutskillelsen av en unormal fenylalaninmetabolitt av Clostridia-arter kjent som HPHPA funnet hos ASD-pasienter [74].

Gjennom uttømming av katekolaminer påvirker Clostridia-arter symptomene på autisme, inkludert stereotyp atferd, hyperaktivitet og hyperreaktivitet, hos forsøksdyr.

Videre har en studie av Kang et al. ved bruk av 16S rRNA-genpyrosekvenseringsanalyse av fekale DNA-prøver avslørte lavere nivåer av Prevotella, Coprococcus og uklassifiserte Veillonellaceae hos barn med ASD [91].

I tillegg til en lekk tarm og inkorporering av visse matvarer i kostholdet til en person, kan metabolitter produsert av mikroorganismer i tarmen påvirke mulige ASD-lignende symptomer hos individer.

Dessuten er en overflod av eller reduksjon i visse mikroorganismer i tarmen kjent for å være en potensiell bidragsyter til nevrologiske lidelser som ASD, en kobling som styrkes ytterligere ved hjelp av ulike hypoteser.

Multippel sklerose

MS er en kronisk inflammatorisk og demyeliniserende nevrodegenerativ lidelse som påvirker CNS og resulterer i ukarakteristiske hjerne- og ryggmargslesjoner [92–95]. Denne lidelsen kan føre til tretthet, nummenhet, tap av koordinasjon, svimmelhet, synstap, svimmelhet, smerte, dysfunksjon i blæren og tarmen, og til og med depresjon [96]. Omtrent 2,1 millioner mennesker er rammet av MS over hele verden.

MS fører også til en økning i antall autoreaktive immunceller som retter seg mot CNS [97]. Siden tarmmikrobiotaen bidrar til å utdanne immunsystemet og spiller en nøkkelrolle ved flere autoimmune og metabolske lidelser, er det rimelig å koble tarmfloraen til MS-mottakelighet.

I en studie av Vartanian et al., ble menneskelig tarmkolonisering av Clostridium perfringens type B påvist hos en pasient med sitt første tilbakefall av MS, og dette avslørte at epsilon-toksinet frigjort av dette patogenet til mikroangiopati, lignende studier viste at dette kan forårsake BBB ytterligere. forstyrrelse, som fører til nevronal andoligodendrocyttskade [98–102].

Når MS-pasienter ble sammenlignet med kontroller, ble de sett å ha en økt prevalens av antistoffer mot epsilon-toksin i sera. Tilsvarende har Jhangi et al. viste en økning i konsentrasjonen av archaea Methanobrevibacter hos MS-pasienter [103].

Det var også en merkbar reduksjon i konsentrasjonen av Butyricimonas, Lachnospiraceae og Faecalibacterium hos MS-pasienter sammenlignet med kontroller, og den reduserte forekomsten av Faecalibacterium ble notert i mikrobiomet til pasienter med inflammatorisk tarmsykdom [104,105].

Faecalibacterium prausnitzii-bakterier er butyratproduserende organismer som fører til en økt Treg-cellepopulasjon; dette kan knytte endringene i tarmmikrobiota til MS-utvikling.

En annen studie avdekket ulike nivåer av Firmicutes, Bacteroidetes og Proteobacteria hos MS-pasienter, og behandling med avitamin D førte til økninger i Enterobacteriaceae hos både friske kontroller og MS-pasienter.

Videre har en studie av Tremlett et al. viste økte nivåer av Shigella, Escherichia og Clostridium, som er assosiert med infeksjon og betennelse, og reduserte nivåer av Eubacterium rectale og Corynebacterium når 20 pediatriske MS-pasienter ble undersøkt [106].

Baranzini et al. undersøkte 71 MS-pasienter og 71 friske kontroller ved bruk av 16S rRNA-gensekvensering, som avslørte at pasienter med MS hadde høyere nivåer av Akkermansia muciniphila og Acinetobactercalcoaceticus og lavere nivåer av Parabacteroides distasonis i tarmen sammenlignet med friske kontroller [1007].

De bakterielle ekstraktene av arter fra tarmmikrobiotaen til pasienter med MS styrket den proinflammatoriske Tcell-responsen i en in vitro-modell [109]. Etter dette, da forskeren transplanterte tarmbakterier fra anautoimmun encefalomyelitt-modell (en kunstig indusert musemodell av MS), ble det observert at MSmicrobiota gjorde encefalomyelitt verre.

Flere studier har vist at sammenlignet med friske kontroller kan en reduksjon eller økning i visse tarmmikroorganismer ha sammenheng med utviklingen av MS. Dessuten er det også observert et forhøyet nivå av visse antistoffer produsert som følge av toksiner frigjort av mikroorganismer hos MS-pasienter.

Alzheimers sykdom

AD er en progressiv nevrodegenerativ lidelse som inkluderer patofysiologiske tegn som nedsatt kognisjon og akkumulering av atypisk amyloid beta (A) protein i det interstitielle rommet i hjernevev, noe som fører til tap av hukommelse [110,111].

Omtrent 44 millioner mennesker er diagnostisert med AD over hele verden, og det er mer sannsynlig at det rammer personer over 65 år. Symptomene på AD er kjent for å forverres over tid og føre til vanskeligheter med språk, desorientering, humørsvingninger, tap av motivasjon og manglende evne til å håndtere egenomsorg.

Tarmmikrobiota bidrar sterkt til å opprettholde vertens normale fysiologi og funksjoner; derfor kan endringer i tarmmikrobiota føre til endringer i hjernefunksjon etterfulgt av endringer i vertsadferd [112].

AD er fortsatt den vanligste årsaken til demens, med 36 millioner tilfeller rapportert i 2010, et tall som er spådd å øke til 66 millioner innen 2030 og 115 millioner innen 2050 [113].

Etiologien til AD er unnvikende og forklares mest som en interaksjon mellom genetiske og miljømessige faktorer [114]. En studie av Bray et al. uttalte at den menneskelige tarmens kommensal mikrobiota modulerer hjernens funksjon og atferd via mikrobiota-tarm-hjerne-aksen og derfor kan ha en rolle i AD-mekanismer [115].

Etter dette avslørte en annen studie som involverte bakteriefrie dyr og dyr utsatt for patogene mikrobielle infeksjoner, antibiotika, probiotika og fekal mikrobiotatransplantasjon en rolle for tarmmikrobiotaen i vertens kognisjon og AD-relatert patogenese [116].

Den økte permeabiliteten til tarmen og BBB på grunn av mikrobiota dysbiose samt ubalanse i tarmmikrobiotaen påvirker AD-patogenesen og andre nevrodegenerative lidelser.

Dessuten kan bakterier som finnes i tarmmikrobiotaen skille ut store mengder amyloider og LPS, noe som kan bidra til modulering av signalveier og produksjon av proinflammatoriske cytokiner, noe som kan føre til AD [116].

Videre antyder flere nylig utførte gnagerstudier en sammenheng mellom endringer i tarmmikrobiom og amyloidavsetning; mikroorganismene assosiert med AD har imidlertid ennå ikke blitt karakterisert hos mennesker [117,118]. DNA ble isolert fra fekale prøver for sammenligning av sammensetningen av tarmmikrobiomet hos deltakere med og uten diagnose demens på grunn av AD.

Denne studien utførte bakteriell 16S rRNA-gensekvensering på isolert DNA, og det ble avslørt at redusert mikrobielt mangfold og en distinkt sammensetning i kontroll alders- og kjønnsmatchede individer av AD-pasienters mikrobiom [119].

Aldring er også en viktig risikofaktor for AD og kan utløse overstimulering av det medfødte og adaptive immunsystemet, noe som fører til betennelse, noe som øker tarmens permeabilitet og bakteriell translokasjon [120–123].

Sammensetningen av tarmmikrobiota endres hos eldre, med en reduksjon i visse bakterier som anses som gunstige, inkludert Bacteroidetes, Lactobacillus og Bifidobacterium [124–126]. Flere bakteriegrupper, inkludert Bifidobacterium, Lactobacillus og Faecalibacterium, kan modulere betennelse på nivået av tarmepitelet [127–130].

Siden BBB er kompromittert som følge av alder, påvirker det ikke bare clearance av A fra hjernen, men også sekretomet og reseptormediert signalering involvert i nevroinflammasjonen som observeres i AD.

Derfor kan det sies at alder kan endre tarmmikrobiotaen og kan lette inflammatoriske prosesser som bidrar til nevroinflammatoriske effekter i AD [131–135]. Bakterier som bor i tarmen kan skille ut store mengder LPSer og amyloider som kan bidra til ADpatogenese som en resultat av økt permeabilitet av GI-kanalepitel og BBB med alderen.

LPS-er er en viktig komponent i den ytre membranen til gramnegative bakterier og har blitt sett å indusere de inflammatoriske og patologiske egenskapene observert i AD når de infunderes i den fjerde ventrikkelen til eksperimentelle rottemodeller [136]. Dessuten antydet en studie utført in vitro at bakterielle LPS-er potenserer fibrillogenesen av A-peptider [137].

I en annen studie ble mus som ble behandlet med flere intraperitoneale injeksjoner av LPS-er sett å ha høyere nivåer av A i hippocampus så vel som kognitive underskudd [138]. Jaeger et al. uttalte at intraperitoneale injeksjoner av LPS økte blod-til-hjerne-tilstrømningen og reduserte hjerne-til-blod-utstrømningen hos mus, noe som førte til A-akkumulering [139].

Tilsvarende, i en studie som involverte Bacteroides fragilis, avslørte eksponering av LPS til humane primære hjerneceller at de var en ekstremt potent induser av en proinflammatorisk transkripsjonsfaktor som involverte atrigger som muliggjorde inflammatorisk nevrodegenerasjon i AD-hjernen [140].

Videre kan en stor mengde funksjonell amyloid også genereres sammen med LPS-er av mange bakteriestammer, inkludert E coli, Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Salmonella enterica, Mycobacterium tuberculosis og Staphylococcus aureus, og kan bidra til AD-patologi gjennom akkumulering av feilfoldet protein. oligomerer og fibriller [141,142].

Det har også blitt antatt at bakterielle amyloider kan lekke fra GItract og bidra til den systemiske og CNS amyloidbyrden. Disse amyloidene kan indusere proinflammatoriske cytokiner, som passerer gjennom GI-kanalen og BBB til hjernen, og utløser immunreaktivitet og signalering av flere komponenter som bidrar til nevrodegenerasjon [143–145].

LPS-er og amyloider produsert av mikroorganismer i tarmen utløser inflammatoriske effekter som kan bidra til AD-patogenesen, og hjelper til med akkumulering av A.

Schizofreni

Schizofreni er en kompleks og invalidiserende hjernelidelse som resulterer i en kombinasjon av atferdsavvik, inkludert hallusinasjoner, vrangforestillinger, apati, tilbakevendende episoder med psykose og ekstremt uorden i tenkning [146,147]. Schizofreni er kjent for å påvirke rundt 21 millioner mennesker over hele verden og fører til sosial og fysisk sykelighet [148,149].

Årsakene til schizofreni inkluderer både miljømessige og genetiske faktorer. Symptomene på schizofreni starter vanligvis mellom 16 og 30 år, og menn er mer sannsynlig å bli påvirket av sykdommen.

En studie av Nemani et al. representerte en sammenheng mellom forstyrrelse av tarmmikrobiom og schizofreni [150]. Schwarz et al. observert at når pasienter med førsteepisode psykose ble sammenlignet med ikke-psykiatriske sammenligningspersoner, ble de funnet å ha en økt forekomst av familiene Lactobacillaceae, Halothiobacilaceae, Brucellaceae og Micrococcineae og en redusert forekomst av familien Veillonellaceae [151].

Tarmmikrobiotaen spiller også en viktig rolle i å regulere nevrotransmisjon, immunhomeostase og hjerneutvikling, og en ubalanse i mikrobiomet kan føre til immunaktivering og dysfunksjon i tarm-hjerne-aksen, noe som ytterligere kan bidra til schizofreni.

Endringer i tarmmikrobiotaen kan redusere beskyttelsesmidler og øke nevrotoksiner og inflammatoriske mediatorer, forårsake nevronal og synaptisk skade, som induserer schizofreni. Clostridium sporogenes produserer metabolitten indolpropionsyre ved nedbrytning av tryptofan, som er avgjørende for å beskytte tarmbarrieren og opprettholde homeostase av monocytter/makrofager og T-celler [152].

Det bakterielle endotoksinet LPS kan skade tarmslimhinnebarrieren og aktivere immunsystemet, forårsake mild endotoksemi [153]. Dessuten er SCFA en viktig komponent i å opprettholde tarmimmunitet og mikroglia-mediert sentral immunitet [154,155], som bidrar til å opprettholde immunhomeostase; dysfunksjon i den ene kan imidlertid påvirke den andre, og begge påvirker utviklingen av schizofreni [156].

I tillegg er schizofreni knyttet til forhøyede nivåer av IL-6, IL-8 og TNF- samt reduksjoner i antiinflammatorisk IL-10 [157]. Økt produksjon av antistoffer som respons på Saccharomyces cerevisiae, som er kjent for å være en markør for tarmbetennelse og forhøyelse av den bakterielle translokasjonsmarkøren sCD14 har blitt identifisert hos pasienter med schizofreni [158,159].

Tarmmikrobiomet spiller også en rolle i reguleringen av BBB-permeabilitet; derfor kan dysbiose føre til CNS-infeksjon og betennelse, noe som letter sykdommen [57160]. Videre fører fravær av GI-mikrober til en reduksjon i sentrale BDNF-nivåer, og hemmer vedlikeholdet av N-metyl-D-aspartatreseptor (NMDAR) produksjon .

En reduksjon av NMDAR-tilførsel i GABA-hemmende interneuroner hjelper ytterligere glutamatergisk utgang og fører til avvikende synaptisk atferd og kognitive mangler. Siden NMDAR antas å være assosiert med utvikling av schizofreni og andre nevrologiske sykdommer, kan endring i mikrobiomsammensetning bidra til å forklare utviklingen av sykdommen [161].

I en annen studie som bemerket en sammenheng mellom tarmmikrober og schizofreni, overførte forskere tarmmikroprøver av schizofrene individer til tarmbiomene til en gruppe sunne kontrollmus [162].

Transplantasjon av tarmbakterier fra schizofrene individer til friske kontrollmus induserte noen symptomer som var karakteristiske for murin schizofreni, inkludert glutamaterg hypofunksjon.

Musemodellene viste også lavere glutamat og høyere glutamin- og GABA-nivåer i hippocampus i hjernen. Dette ga ytterligere bevis på en assosiasjon mellom endringer i tarmmikrobiotasammensetning og schizofreni som var spesifikk for sykdommen og også korrelert med symptomets alvorlighetsgrad. En ubalanse i mikrobiomet fører til immunaktivering og neuronal dysfunksjon, som begge er kjent for å være sannsynlige årsaker til utvikling av schizofreni. .

I tillegg har studier vist at en reduksjon i beskyttelsesmidler og en økning i nevrotoksiner kan føre til nevronale og synaptiske skader observert hos schizofrene pasienter.

Parkinsons sykdom

Parkinsons sykdom (PD) er en langvarig degenerativ lidelse i sentralnervesystemet som hovedsakelig påvirker dopaminproduserende nevroner som finnes i en bestemt region av hjernen kjent som substantia nigra. PD påvirker omtrent 7–10 millioner individer over hele verden og er kjent for å være 1,5 ganger mer utbredt hos menn enn kvinner. Forekomsten av PD øker med alderen, og påvirker omtrent 1 % av individene 60 år og eldre [163].

Sykdommen er preget av flere symptomer, som inkluderer akinesi, muskelstivhet, skjelvinger, bradykinesi og vanskeligheter med å gå og gange [164]. I tillegg til disse motoriske egenskapene inkluderer andre symptomer demens, depresjon og sensorisk og autonom dysfunksjon. Bortsett fra dopaminergt tap, er PD også preget av synukleinopati; det vil si avsetning av uløselige polymerer av -synuklein i nevronlegemet, som danner runde, lamellerte, eosinofile, cytoplasmatiske inneslutninger kalt Lewy-legemer [165].

Disse Lewy-legemene er ansvarlige for nevrodegenerasjon og nevronal død [166,167]. Flere studier har vist endringer i tarmmikrobiotaen til pasienter med PD, som kan tjene som både biomarkører for PD og dens mulige trigger-induserende feilfolding av -synuklein som utløser nevrodegenerasjon hos individer med PD [168].

PD-pasienter er også kjent for å ofte vise tegn og ikke-motoriske symptomer på gastrointestinal dysmotilitet, som kan inkludere forsinket gastrisk tømming og forstoppelse [169–173]. I en studie ble tarmmikrobiotaen til pasienter med PD og friske frivillige analysert ved hjelp av high-throughput16S rRNA sekvensering av bakterielle genomer [174].

Pasienter med PD viste reduserte mengder av Bacteroides massiliensis, Stoquefichus massiliensis, Bacteroides copro cola, Blautia glucanase, Dorea long catena, Bacteroides dorei, Prevotellacopri, Coprococcus eutectic og Ruminococcus callidus, Christensenella minute, Mucocillu c vorans.

Dette mønsteret av tarmmikroflora kan utløse lokal betennelse etterfulgt av aggregering av -synuklein og generering av Lewy-legemer. En annen studie på PD-pasienter med tarmbetennelse viste at de viste en økning i ekspresjon av den bakterielle endotoksinspesifikke liganden TLR4 samt CD3+ T-celler og cytokinekspresjon i kolonbiopsier og en reduksjon i SCFA-produserende kolonbakterier sammenlignet med kontroller [175].

Sammenhengen mellom PD og Helicobacter pylori er den mest omfattende studert, og H pylori-infeksjon har blitt sett å være høy blant PD-pasienter, noe som forårsaker motoriske svekkelser ved å hindre absorpsjonen av medikamentlevodopa, som brukes til PD-behandling [176,177]. Tilsvarende har bakteriell overvekst i tynntarmen, en forstyrrelse av overdreven bakterievekst i tynntarmen, også blitt observert å være assosiert med PD.

I en annen studie viste en signifikant reduksjon i Prevotellaceae i avføringen til PD-pasienter sammenlignet med kontroller ytterligere bevis på at tarmmikrobiom dysbiose er relatert til PD [178]. I tillegg ble det funnet en direkte korrelasjon mellom overflod av Enterobacteriaceae og alvorlighetsgraden av postural ustabilitet og gangvansker.

PD-pasienter har også blitt observert å lide av økt slimhinnepermeabilitet og systemisk eksponering for endotoksiner fra koliforme bakterier [179]. Videre ble bakterier som tilhører slektene Blautia, Coprococcus, Faecalibacterium og Roseburia signifikant redusert i avføringen til PD-pasienter sammenlignet med kontroller, og de som tilhører slekten Ralstonia ble signifikant økt i slimhinnen til PD-pasienter. I en annen studie med 34 PD-pasienter. og 34 alderstilpassede kontroller ble fekale prøver analysert ved bruk av gaskromatografi for å sjekke for konsentrasjoner av SCFA, som er et av de viktigste metabolske produktene av tarmbakterier og mikrobiotasammensetning [180].

SCFA-konsentrasjonene ble funnet å være betydelig redusert hos PD-pasientene sammenlignet med kontrollene. Denne reduksjonen kan indusere endringer i ENS og bidra til gastrointestinal dysmotilitet hos PD-pasienter. Studier viser at endringer kan induseres gjennom endringer i nivåer av mikroorganismer eller metabolitter produsert av dem. Disse endringene fører til tarmdysbiosen observert hos PD-pasienter, så vel som aggregering av -synuklein, som ytterligere genererer Lewy-legemer.

Angst

Angst er en lidelse der en person opplever frykt og frykt preget av fysiske symptomer som hjertebank og svette. Angst er ofte ledsaget av muskelspenninger, rastløshet, tretthet og konsentrasjonsproblemer. Symptomer på angst kan være kroniske (eller generaliserte) eller akutte og kan føre til panikkanfall.

Symptomer kan også variere i antall, intensitet og frekvens, avhengig av personen [181]. Tilstedeværelsen av skadelige mikrober er kjent for å påvirke angst og depresjon ved å utløse kronisk betennelse, som oppstår når disse ondsinnede mikrobene utkonkurrerer gunstige mikrober i tarmen. Når disse skadelige innbyggerne tar over og forårsaker betennelse, kan de aktivere vagusnerven, noe som fører til nevropsykologiske symptomer [182].

Disse bakteriene kan også produsere peptider som er kjent for å sende stresssignaler, som påvirker genuttrykk så vel som CNS. Det har blitt observert at eksponering av gnagere for mikrobielle patogener i utviklingsfasene resulterer i angstlignende atferd og svekkede kognitive funksjoner [183– 185]. En studie som involverte musemodeller viste en økning i angstlignende oppførsel i forhøyede pluss labyrint-tester 2 dager etter eksponering for en subpatogen infeksjon av Campylobacter jejuni; dette ble bemerket å være signifikant på grunn av fraværet av en immunrespons i periferien [186].

Dessuten har en studie av Lyte et al. som involverte Citrobacter rodentium og C jejuni avslørte en økning i angstlignende oppførsel 8 timer etter infeksjon, uten forskjell vist i plasmacytokinnivåer eller tarmbetennelse sammenlignet med kontrollmus [187]. Disse studiene tyder på at tilstedeværelsen av skadelige bakterier i tarmen etter fravær av en systemisk immunrespons utløser angstlignende oppførsel.

Slik oppførsel ble også notert i eksperimenter som resulterte i økt gastrointestinal betennelse [188,189]. Mus med Trichurismuris viste gastrointestinal betennelse og økt angstlignende oppførsel når de ble testet ved bruk av både lys/mørke og nedtrappingstester. Behandling med det probiotiske B longum bidro til å normalisere den angstlignende oppførselen hos de infiserte musene.

BDNF er kjent for å påvirke prosesser som overlevelse og differensiering av nevroner, dannelse av funksjonelle synapser og nevroplastisitet under utvikling og voksen alder [190–192]. I infeksjonsmodeller som er spådd å føre til endringer i mikrobiotaprofilen, ble redusert ekspresjon av hippocampus BDNF mRNA eller protein funnet å være assosiert med økt angstlignende atferd [193].

Dessuten er dysfunksjon i signaleringen av GABA, som er en viktig hemmende nevrotransmitter i CNS, knyttet til angst og depresjon [194]. Et annet eksperiment med musemodeller demonstrerte forebygging av angstlignende oppførsel med et fettrikt kosthold og administrering av Lactobacillus helveticus i 21 dager [195].

Når det samme eksperimentet ble utført med mus med IL-10-mangel, ble ingen endringer i angst observert; disse resultatene beviste rollen til immunsystemet i tarm-hjerne-aksen. I et annet eksperiment som viser at mikrobiotaen direkte kan påvirke atferd, utførte forskere fekal transplantasjon fra voksne bakteriefrie BALB/c-mus (en høy-angst-musestamme) til voksne bakteriefrie NIH-sveitsiske mus (en lav-angst-musestamme), og BALB/c-musene mottok mikrobiotaen til NIH-sveitsiske mus [193].

Atferdsprofilen til giveren var synlig i mottakermusene. Selv om flere tarmbakterier er kjent for å lindre stress, depresjon og angst, tyder flere studier også på at tarmmikrobiotaen er en medvirkende faktor i utviklingen av angstlignende atferd. Eksperimenter som involverer eksponering for patogener så vel som en reduksjon i BDNF mRNA eller protein og dysfunksjoner av GABA-signalering har avslørt en økning i angstlignende oppførsel. Tallrike studier har også avslørt mulige veier eller hypoteser som antyder sannsynlige assosiasjoner av tarmmikrobiotaen med de nevnte nevrologiske lidelsene (tabell 2).

Nåværende utsikter og fremtidsperspektiv

Ved hjelp av en bedre forståelse av mikrobiomforskning samt strategisk støtte fra ulike land gjennom årene, har flere organisasjoner og institusjoner som bidrar til tarmmikrobiomforskning blitt etablert. Lawson Health Research Institute, Bioaster Technology Research Institute, Broad Institute og European Society of Neurogastroenterology and Motility er noen av organisasjonene som bidrar til denne forskningen. Den iboende kompleksiteten og heterogeniteten til det menneskelige mikrobiomet krever at et økt antall eksperimenter utføres for å motvirke begrensningene til empiriske metoder for å undersøke årsakssammenhenger eller korrelasjonsforbindelser mellom dysbiose og menneskelige sykdommer [197].

Inntil de siste tiårene forble egenskapene til humanmikrobiomet så vel som vert-mikrobiota-interaksjoner ukjente på grunn av begrensninger i teknologi. Det økte antallet muligheter for forskning på dette spesielle feltet ble gitt av den raske utviklingen av biologiske forskningsteknologier, som inkluderer bakteriefrie dyremodeller, neste generasjons sekvenseringsteknikker og multiomikk-tilnærminger [198]. Utviklingen og anvendelsen av disse teknologiene hjelper til med analysen av tarmmikrobiomets struktur og sammensetning samt funksjon og dets assosiasjon med helse og sykdom fra forskjellige tverrfaglige perspektiver.

The Human Microbiome Project var et amerikansk forskningsinitiativ fra NIH [199 200]. Den ble lansert i 2007 for å bidra til å forbedre forståelsen av den mikrobielle floraen involvert i både menneskers helse og sykdom.

Metagenomics of the Human Intestinal Tract-konsortiet, finansiert av EU-kommisjonen, fokuserer på forskning på den menneskelige GI-kanalen og forholdet mellom den menneskelige GI-kanalen til fedme og inflammatorisk tarmsykdom [201].

Industrialisering og kommersialisering av relevante mikrobiomapplikasjoner har også utviklet seg, og dette har ført til etableringen av flere bioteknologiselskaper med betydelige globale investeringer. Med den nyeste forståelsen av tarmmikrobiomet samt neste generasjons sekvensering, identifisering av spesifikke biomarkører assosiert med årsak til lidelser kan hjelpes.

Denne identifiseringen kan gjøre oss i stand til å bruke målrettede terapeutiske tilnærminger/legemidler og gi muligheter for tidlig oppdagelse med stor prognostisk verdi. Legemidler kan hjelpe i behandlinger for kreft så vel som metabolske, nevrodegenerative og psykiatriske lidelser. Mangelen på effektive kurer og den begrensede tilgjengeligheten av medisiner som tilbyr forbedring understreker ytterligere behovet for å forebygge lidelser med tidlige diagnostiske tiltak som gjør bruk av visse biomarkører.

Imidlertid viser eksistensen av flere forvirrende variabler i tidligere utførte eksperimenter behovet for større prøvestørrelser i studier som involverer metagenomisk biomarkørscreening.

Selv om dyremodeller brukes i prekliniske eksperimenter for å validere funksjonene til visse mikrobielle arter, viser de også flere begrensninger, inkludert det faktum at det menneskelige genomet kan dele mer enn 85 % av dets genomiske sekvenser med musegenomet, men uttrykksmønstre, proteinfunksjoner og andre faktorer er ikke de samme.

Probiotika har en gunstig effekt på helsen til både mennesker og dyr ved å opprettholde en riktig balanse mellom gunstige og skadelige mikrober mellom GI-kanalen og immunsystemet. Probiotika er også involvert i syntesen og frigjøringen av antibakterielle peptider og gel-dannende mucin, som letter smøring av epiteloverflater og gir beskyttelse mot bakterier og antigener.

Disse egenskapene som vises av probiotika indikerer deres potensielle bruk som terapeutika ved nevrologiske lidelser påvirket av tarmmikrobiomet. Videre kan utforskning og evaluering av biomarkører ytterligere demonstrere korrelerende veier som kan hjelpe til med forståelsen av mekanismene som ligger til grunn for lidelser. Studier av tarmmikrobiom flytter fokus fra korrelasjon til årsakssammenheng for å adressere mekanismene som mikrobiomet påvirker vertens helse.

En bedre forståelse av disse mekanismene ved å bruke neste generasjons sekvenseringsteknologier blant andre avanserte teknologier kan hjelpe videre i utviklingen av nye diagnostiske og terapeutiske intervensjoner; produksjon av bredere og mer fordelaktige utvalg av probiotika i fremtiden kan også føre til muligheter for forbedrede helseforhold.

Konklusjon

Et gjensidig forhold eksisterer mellom tarmmikrobiotaen og verten som hjelper til med fordøyelsen, legemiddelmetabolismen, fremmedfiendtlig metabolisme og kampen mot patogener og forbedrer hjernens funksjon. Selv om tarmmikrobiotaen er kjent for å være gunstig, kan en ubalanse i skadelige og ikke-skadelige mikrober bidra til flere helseproblemer.

En ubalanse i tarmmikrober, som påvirkes av interne og eksterne faktorer, fører til dysbiose av mikrobiotaen, som til slutt fører til utvikling av flere nevrologiske lidelser samt vektøkning, kardiovaskulær sykdom og gastrointestinale lidelser.

Leveringsmønstre som keisersnitt og normal fødsel kan påvirke sammensetningen av tarmmikrober. Flere studier har kun vist mulige hypoteser eller koblinger når det gjelder ubalanse i mikrobiell sammensetning og mangler noen direkte assosiasjon med utviklingen av nevrologiske lidelser; derfor kreves det ytterligere forskning innen hvert respektive felt.

Anerkjennelser

Forfatterne takker medlemmene av Swift Integrity Computational Lab (Dhaka, Bangladesh), en virtuell plattform for unge forskere, for deres støtte under utarbeidelsen av dette manuskriptet.

Finansielle og konkurrerende interesser

Forfatterne har ingen relevante tilknytninger eller økonomisk engasjement med noen organisasjon eller enhet med en økonomisk interesse i eller økonomisk konflikt med emnet eller materialet som er omtalt i dette manuskriptet. Ingen skrivehjelp ble brukt i produksjonen av dette manuskriptet.

Åpen tilgang

Dette verket er lisensiert under Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Unported License. For å se en kopi av denne lisensen, besøkhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Referanser

Artikler av spesiell merknad er uthevet som • av interesse; •• av betydelig interesse

1. Thursby E, Juge N. Introduksjon til menneskets tarmmikrobiota. Biochem. J. 474(11), 1823–1836 (2017).

2. Donaldson G, Lee S, Mazmanian S. Gut biogeografi av bakteriell mikrobiota. Nat. Rev. Microbiol. 14(1), 20–32 (2015).

3. Zhu S, Jiang Y, Xu K et al. Fremdriften av tarmmikrobiomforskning relatert til hjernesykdommer. J. Neuroinflammation 17(1), 25 (2020).• Diskuterer mulige hypoteser, og forklarer hvordan tarmmikroorganismer kan påvirke utviklingen av flere nevrologiske lidelser.

4. Ghaisas S, Maher J, Kanthasamy A. Tarmmikrobiom i helse og sykdom: kobling av mikrobiom-tarm-hjerne-aksen og miljøfaktorer i patogenesen av systemiske og nevrodegenerative sykdommer. Pharmacol. Ther. 158, 52–62 (2016).• Diskuterer koordineringen av mikrobiom-tarm-hjerne-aksen og korrelerer den med patogenesen til systemiske og nevrodegenerative sykdommer.

5. Mai V, Draganov PV. Nylige fremskritt og gjenværende hull i vår kunnskap om assosiasjoner mellom tarmmikrobiota og menneskers helse. World J. Gastroenterol. 15(1), 81 (2009).

6. Lozupone CA, Stombaugh JI, Gordon JI, Jansson JK, Knight R. Mangfold, stabilitet og motstandskraft i den menneskelige tarmmikrobiota. Nature489(7415), 220–230 (2012).

7. Laterza L, Rizzatti G, Gaetani E, Chiusolo P, Gasbarrini A. Forholdet mellom tarmmikrobiota og immunsystem i humangraft-versus-host-sykdom. Mediterr. J. Hematol. Infisere. Dis. 8(1), e2016025 (2016).

For more information:1950477648nn@gmail.com