Нездоровый микробиом кишечника снижает синаптическую обрезку мозга,

ухудшает обучение Новое исследование Weill Cornell Medicine и Корнельского университета дало больше объяснений того, как кишечные микробы взаимодействуют с нейронами мозга. Изучение, опубликовано в журнале Природа 23 октября, 2019, исследовали мозг моделей мышей и обнаружили, что, когда микробиом кишечника значительно снижается, есть изменения в экспрессии генов в микроглиальных клетках мозга. Эти изменения влияют на синаптическую обрезку, деятельность, которая обычно происходит для развития межнейронных связей и обучения.

Предыдущие исследования

Микробиота кишечника влияет на функционирование многих процессов в организме, например, иммунная функция, нормальный обмен веществ, и развитие организма. Это также влияет на поведение хозяина, включая социальную активность и реакцию на стресс, которые связаны со многими различными расстройствами мозга и / или разума. Тем не мение, мало известно об основных механизмах, с помощью которых кишечные бактерии могут изменять способ функционирования клеток головного мозга, или поведение более крупного организма.

Более ранние исследования убедительно свидетельствуют о связи между здоровьем кишечника и рядом заболеваний, таких как РАС и посттравматическое стрессовое расстройство. Многие исследования показали, что аутоиммунные заболевания связаны с аномальным микробиомом кишечника, а также к нескольким психическим и неврологическим состояниям. Например, воспалительное заболевание кишечника, рассеянный склероз и псориаз - это нарушения аутоиммунитета, и эти люди имеют более высокий риск иметь меньшее количество различных кишечных бактерий, а также больше шансов на беспокойство, расстройства настроения и депрессия. Общие гены также присутствуют как при психических, так и при аутоиммунных заболеваниях.

Нездоровый микробиом кишечника и плохая способность к обучению

В данном исследовании, ученые изучили мозг двух типов мышей с аномальной микробиотой кишечника:мышей, которым вводили антибиотики для уменьшения роста бактерий в кишечнике, или мышей, выращенных в полностью стерильной среде, свободной от микробов (GF). Они первыми подвергли эти популяции мышей опасности, а затем удалил его. Изучая обучающие реакции в этих популяциях мышей, они обнаружили, что оба показали пониженную способность понимать, что опасности, которая им угрожала, больше не следует бояться (так называемое обучение угасанию страха). Другими словами, у нормальных мышей развивается рефлекторная реакция страха на угрожающую опасность, но со временем, поскольку стимул не причинил никакого вреда после воздействия, их условные реакции страха снижаются. Это обучение не было очевидным у мышей, получавших GF или антибиотики, которые продолжали проявлять условные реакции страха с течением времени.

Визуализация мозга. Медиальная префронтальная кора, демонстрирующая корковые нейроны (зеленый), микроглия (красная), и постсинаптический маркер PSD95 (синий). Изображение любезно предоставлено доктором. Кристофер Паркхерст и Дэвид Артис (WCM).

Причина по которой

Чтобы узнать почему, исследователи секвенировали РНК в микроглии, иммунные клетки мозга. РНК - это промежуточная молекула между генетическим планом в ядре и конечным белком в цитоплазме, производится из закодированного гена. Таким образом, последовательность РНК показывает ген, экспрессируемый в этой конкретной клетке.

Синаптическая обрезка

Секвенирование РНК показало другой паттерн экспрессии генов в клетках мозга этих популяций мышей, что, в свою очередь, повлияло на нормальное ремоделирование, происходящее в процессе обучения. Клетки мозга образуют связи или синапсы для передачи информации между собой. Тем не мение, по мере обучения, одни синапсы удаляются, а другие добавляются, в соответствии с движением импульсов по этому пути. Это называется обрезкой синапсов и является важным процессом в обучении.

Изучая различия в экспрессии генов в медиальной префронтальной коре головного мозга мышей, ученые обнаружили, что в отличие от микроглии у здоровых мышей, эти микроглии не показали нормальных изменений обрезки, а это, в свою очередь, уменьшило количество новых синапсов, образовавшихся в процессе обучения. Это изменение отрицательно сказалось на их способности к обучению.

Постсинаптические дендритные шипы также не были реконструированы нормально, и нейроны, кодирующие сигналы в этой части мозга, не смогли показать нормальный уровень активности. Наряду с микроглией, возбуждающие нейроны и другие типы клеток мозга показали аналогичные изменения.

Измененные нейрохимические вещества

Кроме того, исследователи обнаружили изменения в уровнях четырех химических веществ в мозге мышей GF. Эти химические вещества обычно связаны с нервно-психическими заболеваниями, такими как шизофрения и расстройство аутистического спектра. Следовательно, изменения в этих химических веществах тесно связаны с изменениями в работе мозга, что, в свою очередь, определяет, как мы ощущаем окружающее и как на него реагируем. Тот факт, что измененный микробиом кишечника связан с чем-то столь же фундаментальным, как химия мозга, поэтому важен для раскрытия основной закономерности. Как говорит исследователь Фрэнк Шредер:«Химия мозга по существу определяет, как мы себя чувствуем и реагируем на окружающую среду, и появляются доказательства того, что химические вещества, полученные из кишечных микробов, играют важную роль ».

Восстановление здоровой микробиоты кишечника и последствия

Переходим к стадии 3 - теперь исследователи пытались восстановить нормальную способность к обучению у мышей, возвращая кишечные организмы, чтобы заменить те, которые были потеряны, в первой группе, или путем пересадки нормальных микробиомов, в популяции ГФ. Им это удалось, если микробиом кишечника был восстановлен до нормального состояния сразу после рождения. с обработанными мышами, показывающими нормальные модели обучения. С другой стороны, Отсутствие улучшений при более поздних вмешательствах предполагает существенную потребность в сигналах от здорового кишечного микробиома развивающемуся мозгу сразу после рождения ребенка.

Подразумеваемое

Исследователь Конор Листон комментирует:«Это была интересная находка, учитывая, что многие психические заболевания, связанные с аутоиммунными заболеваниями, связаны с проблемами на раннем этапе развития мозга ».

Исследователь Дэвид Артис говорит:«Ось кишечник-мозг влияет на каждого человека каждый день в его жизни. Никто еще не понял, как ВЗК и другие хронические желудочно-кишечные заболевания влияют на поведение и психическое здоровье. Наше исследование дает новое понимание того, как работают механизмы ».

Выяснение того, каким образом дисбактериоз кишечника влияет на функционирование мозга на молекулярном и клеточном уровне, будет, с надеждой, ускорить идентификацию молекул-мишеней или путей для лечения пораженных людей в будущем.

• Микробиом кишечника также присутствует в жизни плода.
• Мутация белка, вызывающая воспалительные заболевания кишечника, перестает функционировать