تأثیر میکروبیوتای روده بر نوروپلاستیسیته و رشد عصبی

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، در مطالعه ای که اخیراً در مجله Neuropharmacology منتشر شده است، محققان در پیزا، ایتالیا، چگونگی تأثیر میکروبیوتای روده بر نوروپلاستیسیته را بررسی کردند.

Neuroplasticity توانایی مدارهای عصبی برای سازماندهی مجدد و انطباق با محیط در حال تغییر است. تلاش های تحقیقاتی مدت هاست که بر شناسایی مکانیسم هایی در مغز متمرکز شده اند که زمینه ساز نوروپلاستیسیته هستند، اما شواهد فزاینده ای نشان می دهند که سیگنال های درون زا از محیط نیز ممکن است درگیر باشند. میکروبیوتای روده یکی از این نمونه هاست که می تواند بر فیزیولوژی انسان تأثیر بگذارد.

مانند حواس دیگر، اطلاعات بین مغز و میکروبیوتا منتقل می شود. محور میکروبیوتا-روده-مغز یک شبکه پیام رسانی پیچیده است که شامل فرستنده های شیمیایی، مسیرهای عصبی و سیستم ایمنی است. این محور ممکن است در تعدیل فرآیندهای مرتبط با مغز، مانند میلین، پلاستیسیته عصبی و بلوغ میکروگلیا باشد و بر رفتارهای پیچیده تأثیر بگذارد.

اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه (SCFAs) متابولیت هایی هستند که عمدتاً توسط تخمیر میکروبی فیبرهای غذایی در روده بزرگ سنتز می شوند. این متابولیت ها به عنوان مهار کننده هیستون داستیلاز (HDAC) گزارش شده اند. SCFA ها می توانند استیلاسیون هیستون را تقویت کنند و به عوامل رونویسی اجازه دهند به DNA متصل شوند و رونویسی را فعال کنند.

یک مطالعه نشان داد که باکتری های روده بر استیلاسیون هیستون تأثیر می گذارند و تجویز SCFA به موش های بدون میکروب (GF) می تواند برنامه ریزی مجدد اپی ژنتیکی را که توسط میکروبیوتا هدایت می شود، خلاصه کند. مطالعه دیگری نشان داد که SCFA بر بیان ژن در آستروسیت های قشر اولیه تأثیر می گذارد. به طور جالبی، ژن های دخیل در مکانیسم های عصبی پلاستیسیته در میان رونوشت های تنظیم شده مثبت بودند.

متیلاسیون DNA یکی دیگر از علائم اپی ژنتیکی است که در شکل پذیری نورون ها نقش دارد. تغییرات متیلاسیون DNA هنگام یادگیری و شکل گیری حافظه رخ می دهد. دخالت آن در شکل پذیری وابسته به تجربه نشان داده شده است. در حالی که کومنسال ها در روده می توانند تغییرات متیلاسیون DNA را در سلول های اپیتلیال القا کنند، عملکرد میکروبیوتا بر روی رونویسی/متیلاسیون DNA در مغز هنوز ثابت نشده است.

میکروب های روده متابولیت های مختلفی را ارائه می کنند که به عنوان مولکول های عصبی فعال ضروری عمل می کنند. باکتری های روده می توانند انتقال دهنده های عصبی مانند هیستامین، دوپامین، تریپتوفان، اسید γ-آمینو بوتیریک (GABA)، سروتونین و پیش سازهای آنها (استات، کولین، تیروزین) را سنتز کنند. سد خونی مغزی (BBB) ​​در برابر مولکول های بزرگ مانند انتقال دهنده های عصبی که از پیش سازهای آنها در مغز تولید می شوند، نفوذ ناپذیر است.

توانایی باکتری های روده برای تولید پیش سازهایی که ممکن است به مغز برسد، نقش بالقوه ای را در تأثیرگذاری بر عملکرد و رفتار شناختی از طریق نوروپلاستیسیته نشان می دهد. تنها 10 درصد سروتونین در مغز سنتز می شود و بیشتر آن در دستگاه گوارش (GI) تولید می شود. در حالی که تغییرات در سنتز سروتونین در دستگاه گوارش بعید است بر سیستم عصبی مرکزی (CNS) تأثیر بگذارد، برخی شواهد نشان می دهند که میکروبیوتای روده ممکن است بر سروتونین مغز تأثیر بگذارد.

اگرچه تعدیل انعطاف پذیری مغز وابسته به میکروبیوتا از طریق تغییرات در GABA مشاهده نشده است، GABA مشتق شده از میکروبیوتا ممکن است به طور غیرمستقیم عملکرد مغز را از طریق عصب واگ یا با اثر بر روی سیستم عصبی روده تعدیل کند. علاوه بر این، استات مشتق شده از باکتری برای تعدیل سطح GABA در هیپوتالاموس نشان داده شده است.

در یک مطالعه، میکروبیوتا مورفولوژی تغییر یافته و امضای رونویسی نابالغ را در غیاب میکروبیوتای روده نشان داد که پس از تجویز SCFA نجات یافت. علاوه بر این، میکروبیوتای روده بر تراکم و شکل خارهای دندریتیک تأثیر می گذارد. اخیراً، مطالعه ای بر روی گورخرماهی GF مشاهده کرد که اختلال در رفتار اجتماعی با هدف گیری دقیق تر نورون ها در جلو مغز و کاهش پیچیدگی نوریت همراه است.

این با تغییرات در تعداد سلول های میکروگلیال و بیان آبشار مکمل همراه بود، و نشان می دهد که میکروبیوتا ممکن است فرآیندهای مربوط به انعطاف پذیری ساختاری و رفتار را با تأثیرگذاری بر اقدامات میکروگلیال روی سیناپس ها تعدیل کند. علاوه بر این، میکروبیوتای روده ممکن است از طریق سلول های میکروگلیال بر مدارهای عصبی بزرگسالان تأثیر بگذارد.

چندین مطالعه وجود بالقوه میکروب ها را در جفت و مایع آمنیوتیک گزارش می کنند و اینکه کلونیزاسیون میکروبی دستگاه گوارش ممکن است در طول بارداری شروع شود. از آنجایی که کلونیزاسیون همزمان با بلوغ CNS است، دوره پس از تولد ممکن است به عنوان پنجره ای برای میکروبیوم برای شکل دادن به رشد مغز عمل کند.

اختلالات رشد عصبی با اختلالات رشد/عملکرد مغز مشخص می شود که منجر به نقص حرکتی، عاطفی و شناختی می شود. برخی از نمونه ها عبارتند از اسکیزوفرنی، اختلال طیف اوتیسم (ASD)، سندرم رت (RTT)، اختلال کمبود کیناز 5 وابسته به سیکلین (CDKL5) و اختلال نقص توجه و بیش فعالی (ADHD).

علاوه بر شرایط عصبی روانپزشکی در ASD، افراد اوتیستیک ممکن است خطر ابتلا به بیماری های همراه مانند اختلالات عملکرد دستگاه گوارش، پاسخ های پیش التهابی، دیابت، چاقی و ناهنجاری های ایمنی را داشته باشند. اختلالات گوارشی در ASD می تواند با دیس بیوزیس همراه باشد. داده ها از ادبیات نشان دهنده ناهمگنی بین فردی قابل توجهی در میکروب های مبتلا به ASD است.

با این وجود، افزایش گونه های کلستریدیوم و Firmicutes و کاهش Bacteroidetes به طور مداوم در بیماران ASD مشاهده شده است. مداخلات غیرتهاجمی مانند پروبیوتیک ها، پری بیوتیک ها، تغییرات رژیم غذایی و آنتی بیوتیک ها باعث بهبود علائم ASD در بیماران و مدل های موش شده است. مانند بیماران ASD، بسیاری از بیماران مبتلا به RTT مشکلات گوارشی را تجربه می کنند و کاهش تنوع میکروبی روده در بیماران RTT مشاهده شده است.

اجماع کلی بر این است که میکروبیوتای روده در متابولیسم و ​​ایمنی نقش دارد. در حالی که برقراری تعامل بین مغز و روده دشوار است، چندین مسیر دیگر تداخل بین آنها را تسهیل می کند. در مورد توانایی میکروبیوتای روده برای تأثیرگذاری بر رفتار و انعطاف پذیری عصبی توافق نظر وجود دارد. تحقیقات آینده در مورد نوروپلاستیسیته و عملکرد عصبی ممکن است موضوعات غیرقابل توضیح را روشن کند.