Сигнальные пути, основанные на составе микробиома кишечника у пациентов с РАС

​

Путь кишечной проницаемости

Микробиота и продукты ее метаболитов модулируют функцию и целостность кишечного эпителиального барьера. Таким образом, изменение микробного разнообразия кишечника может повлиять на целостность кишечного барьера, что потенциально может привести к состоянию «протекающего кишечника». Действительно, нарушение кишечного барьера может повысить уровень кишечных микробных компонентов (например, липополисахаридов (ЛПС)) в крови; запускают ось гипоталамо-гипофиз-надпочечники (HPA); и стимулируют иммунные реакции, продуцируя цитокины, такие как интерферон-γ (IFN-γ), фактор некроза опухоли-α (TNF-α), интерлейкин-1β (IL-1β) и IL-4. Эти иммунные цитокины могут циркулировать и преодолевать гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), вызывая системное воспаление и воспаление ЦНС. Было обнаружено, что уровень ЛПС в сыворотке крови значительно повышен у лиц с РАС по сравнению со здоровыми людьми из контрольной группы. Это может быть связано с худшим показателем социального общения, который наблюдался у пациентов с РАС. В физиологических состояниях ЛПС может проникать в мозг, возможно, через механизм транспорта липопротеинов, и вызывать нервные нарушения, поведенческие изменения и нейровоспаление, запуская сигнальный путь ядерного фактора каппа B (NF-kB), который связан со стимуляцией микроглии и нейрональными нарушениями. потеря клеток. Ежедневное введение беременным крысам липополисахарида (ЛПС) приводило к развитию РАС-подобного поведения у потомства, включая гиперлокомоцию и социальные дефекты.

​

Многочисленные исследования показали, что пациенты с РАС имеют аномальную кишечную проницаемость в диапазоне от 43% до 76%, как с желудочно-кишечными симптомами, так и без них. Более того, кишечная проницаемость была зарегистрирована у 9 из 21 ребенка с аутизмом, но не у 40 детей, не страдающих аутизмом [26]. Де Магистрис и его коллеги обнаружили, что люди с РАС и их родственники первой степени родства имели измененную кишечную проницаемость в 36,7% и 21,2% соответственно, в то время как у обычных людей - только 4,8%. В соответствии с предыдущими исследованиями у самцов мышей BTBR (мышиная модель идиопатического аутизма) наблюдалось значительное снижение уровней мРНК окклюдина и зонулина. Окклюдин и зонулин представляют собой белки, модулирующие кишечную проницаемость, которые связаны с поддержанием кишечной проницаемости. Интересно, что кишечная проницаемость была значительно снижена у пациентов с аутизмом, которые придерживались безглютеновой и безказеиновой диеты.

​

По сравнению с вышеупомянутыми исследованиями, другие исследования не показали никаких изменений в проницаемости кишечника у

детей-аутистов, демонстрируя, что нарушение кишечного барьера не всегда является симптомом

аутизм, но в основном это наблюдалось у детей с РАС с кишечной аномалией. Таким образом, дополнительные исследования с

понять связь между проницаемостью кишечника и усилением симптомов аутизма.

​

Путь иммунной системы

Иммунологические пути играют жизненно важную функцию в двунаправленной связи между микробиотой, кишечником,

и мозг, позволяя кишечнику и мозгу влиять друг на друга. Микробный состав кишечника является важной частью регуляции иммунного гемостаза, поскольку поверхности слизистой оболочки кишечника постоянно подвергаются воздействию полезных и патогенных микроорганизмов и могут вызывать иммунологический ответ. Кроме того, поверхностные слои слизистой оболочки кишечника содержат различные типы иммунных клеток, включая лимфоидную ткань, связанную с кишечником (GALT). GALT использует лимфоциты для производства иммуноглобулинов (IgA). IgA может модифицировать врожденный иммунный ответ, когда микробные клетки вступают в контакт с дендритами ЭНС. В некоторых исследованиях у пациентов с РАС был выявлен высокий уровень IgA.

​

У лиц с РАС были обнаружены различные воспалительные признаки. Например, в мозгу детей с РАС были обнаружены повышенные уровни фактора некроза опухоли (TNF) и провоспалительных цитокинов, таких как интерферон (IFN), IL-1b, IL-6, IL-8 и IL-12p4, по сравнению с контрольной группой. . Более того, в мозге пациентов с РАС обнаружена закономерность запуска иммунологических реакций, включающая активацию клеток микроглии, которые отвечают за устранение патогенов.

​

Дефект иммунной системы у пациентов с аутизмом связан с изменением микробного состава кишечника. Например, у мышей, свободных от микробов, наблюдается более высокая плотность микроглии в различных областях мозга, чем у мышей, выращенных в специальной среде, свободной от патогенов (SPF). Кроме того, у этих мышей GF было замечено атипичное поведение социального избегания и низкий иммунный ответ против вирусной инфекции. Как дефекты микроглии, так и симптомы, связанные с РАС, были улучшены после добавления стерильным мышам микробных SCFAs. Это исследование показало, что микробиота кишечника может косвенно влиять на врожденную иммунную систему, которая может изменять циркулирующие уровни

провоспалительных и противовоспалительных цитокинов,

которые напрямую влияют на гомеостаз микроглии

 

Более того, в работе Hsiao et al. В исследовании повышенный

уровень IL-6 был обнаружен у взрослых потомков мышиной

модели материнской иммунной активации (MIA). Интересно,

что добавление потомству MIA Bacteroides fragilis NCTC 9343

восстанавливало состав микробиоты, уровни IL-6 и

целостность кишечной проницаемости. Было обнаружено,

что несколько цитокинов, включая IL-6, регулируют уровень

транскрипции плотных соединений и целостность кишечного

барьера путем модуляции уровней CLDN 8 и 15. Таким образом,

в этом отчете предполагается, что опосредованное

B. fragilis восстановление уровней IL-6 может

подтверждают роль IL-6 в проницаемости кишечника.

​

Метаболический путь

Микробиота кишечника генерирует различные метаболиты,

которые могут перемещаться по большому кругу

кровообращения и связываться с иммунными

клетками хозяина, влиять на метаболизм и/или влиять на ЭНС и афферентные сигнальные пути блуждающего нерва, которые посылают сигналы непосредственно в ЦНС. Метаболиты, полученные из микробиоты, включают множество продуктов, таких как короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), фенольные соединения и свободные аминокислоты (FAA). Масляная кислота (BA), пропионовая кислота (PAA) и уксусная кислота (AA) представляют собой типы жирных кислот с короткой цепью, которые образуются в результате анаэробной ферментации неперевариваемых углеводов. SCFAs играют жизненно важную функцию в организме, например, поддерживают гомеостаз энергии, улучшают метаболизм глюкозы, снижают массу тела и снижают вероятность рака толстой кишки. Кроме того, SCFA участвуют в регуляции иммунного ответа путем модуляции секреции цитокинов Т-клеток.

​

Несмотря на то, что данные немного противоречивы, было обнаружено, что ацетат и пропионат повышают уровень регуляции у людей с РАС, тогда как уровень бутирата значительно снижается. ПАА может действовать как нейротоксин, который влияет на цепь переноса электронов, ингибируя образование никотинамидадениндинуклеотида (НАДН), основного субстрата цепи переноса электронов. PAA также может запускать иммунный ответ и изменять экспрессию генов. Повышенные уровни ПАА были связаны с увеличением тяжести РАС. Например, в экспериментальных исследованиях крысы, получавшие ПАА в течение восьми дней, демонстрировали гиперактивность и стереотипные движения. Кроме того, у крыс, получавших ПАА, наблюдались значительные изменения в составе молекулярных видов фосфолипидов мозга и плазмы. Изменения в составе фосфолипидов плазмы мозга, особенно на протяжении развития, теоретически могут иметь серьезные последствия для функции ЦНС. В соответствии с этим исследованием у людей с РАС были обнаружены желудочно-кишечные симптомы и измененные профили фосфолипидов в крови. Таким образом, поскольку фосфолипиды являются основными структурными компонентами многих клеточных и нейрональных мембран, РАС как нарушение нервного развития может быть связано с функциональным дефицитом или дисбалансом метаболизма жирных кислот.

​

С другой стороны, было замечено, что бутират оказывает положительное влияние на поведение, связанное с РАС. Кроме того, бутират может защищать клетки от окислительного стресса и улучшать функцию митохондрий во время физиологического стресса. Интересно, что бутират восстанавливает недостатки ASD, вызванные PAA, вероятно, за счет повышения проницаемости ГЭБ. Мыши GF, колонизированные Clostridium tyrobutyricum (бактериями, продуцирующими бутират) или Bacteroides thetaiotaomicron, продуцирующими ацетат и пропионат, могут улучшить экспрессию окклюдинов, которые, как было обнаружено, связаны с пониженной проницаемостью ГЭБ.

​

Более того, п-крезол и его конъюгированные производные наблюдались в повышенном количестве в образцах мочи детей с РАС. P-крезол может усугубить тяжесть РАС и ухудшить функцию кишечника, поскольку он играет роль во многих метаболических процессах в организме человека. Кроме того, P-крезол связан с нарушениями нервной системы, включая повышение перекисного окисления липидов в мозге, снижение функции Na(+)-K+ АТФазы и ингибирование образования норадреналина. Clostridium difficile — один из наиболее типичных представителей микробов, известный тем, что образует п-крезол. C. difficile может индуцировать фермент п-гидроксифенилацетат (п-ГПА) и, следовательно, стимулировать ферментацию тирозина для производства п-крезола. Примечательно, что у мышей, получавших п-крезол с питьевой водой в течение четырех недель, наблюдались измененный состав микробиоты кишечника и социально-поведенческие дефекты. Вмешательство п-крезола также снижает возбудимость дофаминовых нейронов в вентральной покрышке (VTA) этих мышей, цепи, участвующей в системе социального вознаграждения. Влияние п-крезола на поведение было связано с микробным составом кишечника, поскольку трансплантация микробов от мышей, получавших п-крезол, контрольным мышам может стимулировать поведенческие дефекты. Однако было обнаружено, что трансплантация микробов от нормальных мышей мышам, получавшим п-крезол, восстанавливала нормальное социальное поведение.

В этом отчете предполагается, что микробный метаболит, такой как п-крезол, может провоцировать поведение, подобное РАС, у мышей.

.

​

В совокупности все эти предыдущие исследования согласуются с возникающей теорией нарушения возбуждающего/

тормозная функция нейронов при РАС.

​

Нейрональный сигнальный путь

Микробиота кишечника может вырабатывать такие молекулы, как серотонин (5-гидрокситриптамин, 5-НТ), γ-аминомасляная кислота (ГАМК) и ацетилхолин, которые могут действовать как типичные нейротрансмиттеры, влияющие на активность ЭНС и ЦНС. Серотонин является одним из важнейших нейротрансмиттеров головного мозга, который играет решающую роль в регулировании настроения и активности желудочно-кишечного тракта. Около 95% общего серотонина в организме человека образуется энтерохромаффинными клетками (Ecs) в желудочно-кишечном тракте, а около 5% оставшегося серотонина обнаруживается в мозге.

 

Интересно, что кишечные микробы, такие как виды Escherichia, виды Enterococcus, виды Streptococcus и виды Candida. Было показано, что они участвуют в производстве серотонина. Было высказано предположение, что на продукцию и секрецию 5-HT с помощью Ecs влияет микробный состав кишечника. Например, было обнаружено, что истощение микробиоты кишечника антибиотиками у мышей связано с нарушением обучения и повышенным депрессивно-подобным поведением. Это происходило с изменениями уровней концентрации 5-НТ в ЦНС, а также с изменениями уровней мРНК рецептора 1 кортикотропин-рилизинг-гормона и рецептора глюкокортикоида. Более того, выявлена положительная связь между уровнем 5-НТ в крови и выраженностью желудочно-кишечных симптомов.

​

С другой стороны, серотонин также может образовываться из незаменимой аминокислоты триптофана (Trp) Clostridia spp. стимулирует трансформацию триптофана в 5-НТ за счет повышения уровня мРНК триптофангидроксилазы

1 в Экс. Сокращение количества триптофана в рационе действительно увеличивает аутистическое поведение. Следовательно, эти

Исследования показывают, что микробиота кишечника может играть решающую роль в производстве и гомеостазе

5-НТ.

​

ГАМК – это аминокислота, которая действует как основной тормозной нейромедиатор в мозге. Изменение структуры ГАМК было обнаружено как ключевая особенность нейрофизиологии пациентов с РАС. Если тормозная ГАМКергическая передача изменена у людей с РАС, это может привести к нарушению баланса возбуждения/торможения в мозге и изменениям в нейронной коммуникации, обработке инструкций и реагировании. Действительно, Bifidobacterium spp. и Lactobacillus spp. иметь способность производить ГАМК; например, колонизация мышей Lactobacillus rhamnosus JB-1 повышает уровень ГАМК-рецепторов в блуждающем нерве и снижает стресс и депрессивное поведение.

​

В совокупности эти результаты подчеркивают важную функцию кишечной микробиоты в путях связи между кишечной микробиотой и мозгом, предполагая, что бактерии могут оказаться полезным лечением.

​

Нейроэндокринный сигнальный путь

Ось гипоталамо-гипофиз-надпочечники (HPA) является еще одним путем, с помощью которого мозг может контролировать активность эффекторных клеток кишечника, проницаемость кишечника, моторику, слизь и иммунитет, вызывая транслокацию микробных компонентов кишечника. В условиях стресса кортикотропин-рилизинг гормон (CRH) высвобождается из гипоталамуса и заставляет гипофиз секретировать адренокортикотропный гормон (АКТГ). Затем АКТГ регулирует работу надпочечников, производя и выделяя в кровь гормоны, такие как кортизол и глюкокортикоиды, которые влияют на многие органы тела, включая мозг. Это первоначальное исследование показало, что микробиота кишечника может напрямую влиять на ось HPA хозяина. У мышей GF, подвергшихся сдерживающему стрессу, наблюдалась повышенная концентрация в сыворотке двух обычно связанных гормонов стресса АКТГ и КРГ. Однако колонизация молодых мышей Bifidobacterium infantis обратила вспять гормональные нарушения. В том же исследовании экспрессия нейротрофического фактора головного мозга (BDNF) и рецептора N-метил-D-аспартата (NMDA) также снижалась в коре головного мозга и гиппокампе мышей GF, что влияло на экспрессию и высвобождение CRH и тем самым изменение функции оси HPA. Несколько исследований, особенно проведенных у людей с РАС, обнаружили измененные уровни мРНК в рецепторе глюкокортикоидов и рецепторе CRH 1, что, по сути, указывает на модификацию этого пути.

​

Роль эпигенетики при РАС

​

За последние несколько десятилетий «БЫСТРЫЙ РОСТ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАС ПРОДЕМОНСТРИРОВАЛ, ЧТО АУТИЗМ НЕ МОЖЕТ БЫТЬ ВЫЗВАН ТОЛЬКО ГЕНЕТИКОЙ». Поэтому ученые изучили взаимосвязь между генетикой и окружающей средой, особенно изучая роль эпигенетики в возникновении РАС. Эпигенетика исследует, каким образом факторы окружающей среды и образа жизни влияют на экспрессию ДНК без изменения последовательности ДНК, которая может передаваться от одного поколения к другому через клетки зародышевой линии. Эти эпигенетические модификации могут контролировать, когда или даже если конкретный ген включается и выключается в клетке или организме.

​

Метилирование ДНК, посттранскрипционные модификации гистонов и регуляция экспрессии генов с помощью некодирующих РНК являются примерами эпигенетической регуляции. Метилирование ДНК связано с этиологией нервных расстройств, включая РАС. Например, исследование метиломного анализа плаценты человека показало значительно более высокий уровень метильной группы у пациентов с РАС благодаря использованию пиросеквенирования.

​

Несколько убедительных доказательств того, что кишечное микробное сообщество несет прямую ответственность.

для инициации эпигенетических модификаций.

 

Обмен микробными метаболитами и внешними эффекторами, такими как антибиотики, питание и другие факторы окружающей среды, могут формировать эпигеном (температура, кислород и pH). Комменсальные бактерии в кишечнике могут синтезировать фолат, витамин B12 и холин, которые играют основополагающую роль в производстве донора метильной группы (6-метилтетрагидрофолата) и образовании S-аденозилметионина (SAM), который является основным донором метильной группы. в процессе метилирования ДНК. Например, виды Bifidobacteria и Lactobacillus известны синтезом фолата. Еще одним важным микробным метаболитом, влияющим на эпигенетику, является масляная кислота, мощный ингибитор деацетилаз гистонов, который удаляет ацетильную группу из белков-гистонов, позволяя белкам повторно ассоциироваться с ДНК и предотвращая транскрипцию ДНК. Более того, последнее предположение показывает, что некоторые эндосимбиотические бактерии производят небольшие некодирующие РНК, которые влияют на процессы хозяина.

​

На основании приведенных выше данных об участии эпигенетики в развитии РАС можно предположить, что «ДИСБИОЗ В СОСТАВЕ МИКРОБИОТЫ КИШЕЧНИКА, ОСОБЕННО НА РАННИХ ПЕРИОДАХ РАЗВИТИЯ, МОЖЕТ НАПРЯМУЮ ВКЛЮЧАТЬ ИЛИ ВЫКЛЮЧАТЬ ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ГЕН».

​

В этой ситуации чрезмерное использование антибиотиков может повлиять на микробное разнообразие и активировать определенный ген, связанный с аутизмом.

​

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ

 

Кишечник человека состоит из миллионов микроорганизмов, и было высказано предположение, что хорошо сбалансированный микробный состав кишечника помогает поддерживать микробный гомеостаз. В то же время «ИЗМЕНЕНИЯ МИКРОБНОГО СОСТАВА ЧАСТО ЗАКАНЧИВАЮТСЯ НЕГАТИВНЫМ ВЛИЯНИЕМ НА СОСТОЯНИЕ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА. В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНЫЙ (ЖЕЛОТОЧНЫЙ) ТРАКТ СЧИТАЕТСЯ НОВЫМ ОРГАНОМ, ПРОИЗВОДЯЩИМ МНОГОЧИСЛЕННЫЕ МЕТАБОЛИТЫ И НЕЙРОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА. ОКОЛО 40% ВСЕХ ВЕЩЕСТВ. МЕТАБОЛИТЫ ЧЕЛОВЕКА ПРОИЗВОДЯТСЯ МИКРОБИОМОМ КИШЕЧНИКА, В РЕЗУЛЬТАТЕ ЛЮБОЙ ДИСБАЛАНС В СООБЩЕСТВЕ И КОЛИЧЕСТВЕ МИКРОБИОТЫ КИШЕЧНИКА В КРИТИЧЕСКИЙ ВРЕМЯ РАЗВИТИЯ РЕБЕНКА МОЖЕТ ПОРАЖАТЬ НА ЦЕНТРАЛЬНУЮ НЕРВНУЮ СИСТЕМУ (ЦНС) И КИШЕЧНУЮ НЕРВНУЮ СИСТЕМУ (ЭНС), КОТОРЫЕ СОСТАВЛЯЮТ МИКРОБНАЯ ОСЬ КИШЕЧНИК-МОЗГ. ЭТА ОСЬ ОПИСЫВАЕТ, КАК ФЛОРА КИШЕЧНИКА МОЖЕТ ВЗАИМОДЕЙСТВОВАТЬ С МОЗГОМ И КАК ОНИ МОГУТ ВЛИЯТЬ ДРУГ НА ДРУГА».

​

Рост заболеваемости аутизмом показывает острую необходимость выявления этиологии и патогенеза аутизма. За последние несколько десятилетий накопились данные о том, что микробный дисбиоз кишечника является причиной этиологии аутизма, поскольку он играет важную роль в различных важных функциях организма, включая развитие центральной нервной системы (ЦНС) и нейропсихологический гомеостаз, а также здоровье. желудочно-кишечного (ЖКТ) тракта. Существует несколько путей, по которым микробиота кишечника или ее компоненты; МЕТАБОЛИТЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА МОЗГ.

​

       В настоящее время не существует широко известного надежного метода лечения пациентов с РАС. Тем не менее, наша компания, чьи исследователи, члены Научного совета, некоторые из которых были номинированы в качестве кандидатов на Нобелевскую премию по науке, в NVL SMART THERAPEUTICS CORPORATION, открыла и внедрила новую парадигму модулирующего терапевтического препарата, полученного из природы, в сочетании с передовыми технологиями для лечения аутизма в его основе. коренные причины путем модуляции микробного сообщества кишечника для достижения собственного уникального оптимального гомеостаза кишечного микробиома, чтобы больше не страдать аутизмом.