Изучение влияния микробиоты кишечника на патогенез эпилепсии у крыс Крушинского–Молодкиной

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Ось кишечник–мозг — это двунаправленная коммуникационная система, которая включает в себя сложные взаимодействия между кишечником и мозгом. Дисбактериоз кишечной микробиоты, характеризующийся дисбалансом в ее составе, был связан с несколькими неврологическими расстройствами — депрессией, болезнью Альцгеймера, болезнью Паркинсона и другими. В этой статье мы ставим своей целью проанализировать микробиоту кишечника двух генетически различных линий крыс — Wistar и Крушинского–Молодкиной (КМ) — и оценить влияние киндлинга и связанного с ним нейровоспаления на микробиоту кишечника крыс КМ. Методы исследования включали в себя классические бактериологические, биологические на моделях крыс двух линий Wistar и КМ, масс-спектрометрический метод идентификации бактерий, вестерн-блоттинг для исследования срезов коры височной доли и белого вещества мозга крыс, статистические методы анализа данных. Результаты. Наши результаты свидетельствуют об изменениях в составе микробиоты у крыс разных линий: Enterococcus hirae преобладали у линии КМ, Streptococcus hyointestinalis — у крыс линии КМ (киндлинг). Низкая численность Lactobacillus murinus и Lactobacillus reuteri отмечена в контрольной группе по сравнению с крысами линии Wistar и крысами линии КМ, подвергнутых киндлингу. В белом веществе височной доли у крыс линии Wistar был обнаружен более низкий уровень экспрессии NF-κB p65 по сравнению с контрольной группой KM, и экспрессия этого белка в группе KM, подвергнутых киндлингу, была ниже по сравнению с контрольной группой KM. Эти изменения в экспрессии NF-κB p65 коррелируют с наблюдаемыми изменениями в численности Lactobacillus murinus и Lactobacillus reuteri, которые, будучи гетероферментирующими бактериями, могут продуцировать метаболиты, способствующие изменениям в биохимической среде организма. Обнаруженное размножение этих видов бактерий в ответ на аудиогенные стимулы может потенциально повлиять на уровень экспрессии NF-κB p65 в организме хозяина. Данные результаты подчеркивают роль кишечной микробиоты как перспективной терапевтической мишени при эпилепсии и указывают на возможность влияния на патогенез заболевания путем модуляции ее состава с помощью пробиотиков или коррекции диеты. Выводы. Результаты этого исследования могут способствовать лучшему пониманию сложных взаимодействий между генетикой хозяина, мозгом и микробиотой кишечника, а также их последствий для возникновения патологических состояний и сохранением или восстановлением здоровья.

Об авторах

Алим Зейтунович Биджиев

ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера

Автор, ответственный за переписку.
Email: alimbj09@gmail.com

младший научный сотрудник лаборатории медицинской бактериологии

Россия, Санкт-Петербург

Л. А. Краева

ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера; ФГБВОУ ВО Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова МО РФ

Email: alimbj09@gmail.com

д.м.н., доцент, зав. лабораторией медицинской бактериологии, профессор кафедры микробиологии

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

А. П. Ивлев

ФГБУН Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: alimbj09@gmail.com

младший научный сотрудник лаборатории сравнительной биохимии клеточных функций

Россия, Санкт-Петербург

А. Р. Гончарова

ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера; ФГБУ Федеральный научно-клинический центр инфекционных болезней ФМБА России

Email: alimbj09@gmail.com

младший научный сотрудник лаборатории медицинской бактериологии, младший научный сотрудник научно-исследовательского отдела медицинской микробиологии и молекулярной эпидемиологии

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Е. Д. Бажанова

ФГБУН Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: alimbj09@gmail.com

д.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории сравнительной биохимии клеточных функций

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Бажанова Е.Д., Козлов А.А. Механизмы апоптоза при фармакорезистентной эпилепсии // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2022. Т. 122, № 5. С. 43–50. [Bazhanova E.D, Kozlov A.A. Mechanisms of apoptosis in drug-resistant epilepsy. Zhurnal nevrologii i psikhiatrii imeni S.S. Korsakova = S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry, 2022, vol. 122, no. 5, pp. 43–50. (In Russ.)] doi: 10.17116/jnevro202212205143
  2. Bagheri S., Heydari A., Alinaghipour A., Salami M. Effect of probiotic supplementation on seizure activity and cognitive performance in PTZ-induced chemical kindling. Epilepsy Behav., 2019, vol. 95, pp. 43–50. doi: 10.1016/j.yebeh.2019.03.038
  3. Bercik P., Collins S.M. The effects of inflammation, infection and antibiotics on the microbiota-gut-brain axis. Adv. Exp. Med. Biol., 2014, vol. 817, pp. 279–289. doi: 10.1007/978-1-4939-0897-4_13
  4. Borre Y.E., Moloney R.D., Clarke G., Dinan T.G., Cryan J.F. The impact of microbiota on brain and behavior: mechanisms & therapeutic potential. Adv. Exp. Med. Biol., 2014, vol. 817, pp. 373–403. doi: 10.1007/978-1-4939-0897-4_17
  5. Cattaneo A., Cattane N., Galluzzi S., Provasi S., Lopizzo N., Festari C., Ferrari C., Guerra U.P., Paghera B., Muscio C., Bianchetti A., Volta G.D., Turla M., Cotelli M.S., Gennuso M., Prelle A., Zanetti O., Lussignoli G., Mirabile D., Bellandi D., Gentile S., Belotti G., Villani D., Harach T., Bolmont T., Padovani A., Boccardi M., Frisoni G.B. Association of brain amyloidosis with pro-inflammatory gut bacterial taxa and peripheral inflammation markers in cognitively impaired elderly. Neurobiol. Aging, 2017, vol. 49, pp. 60–68. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2016.08.019
  6. Chen Y., Li R., Chang Q., Dong Z., Yang H., Xu C. Lactobacillus bulgaricus or Lactobacillus rhamnosus suppresses NF-κB signaling pathway and protects against AFB1-induced hepatitis: A novel potential preventive strategy for aflatoxicosis? Toxins, 2019, vol. 11, no. 1: 17. doi: 10.3390/toxins11010017
  7. Fröhlich E.E., Farzi A., Mayerhofer R., Reichmann F., Jačan A., Wagner B., Zinser E., Bordag N., Magnes C., Fröhlich E., Kashofer K., Gorkiewicz G., Holzer P. Cognitive impairment by antibiotic-induced gut dysbiosis: Analysis of gut microbiota-brain communication. Brain Behav. Immun., 2016, vol. 56, pp. 140–155. doi: 10.1016/j.bbi.2016.02.020
  8. Fung T.C. The microbiota-immune axis as a central mediator of gut-brain communication. Neurobiol. Dis., 2020, vol. 136: 104714. doi: 10.1016/j.nbd.2019.104714
  9. Gómez-Eguílaz M., Ramón-Trapero J.L., Pérez-Martínez L., Blanco J.R. The beneficial effect of probiotics as a supplementary treatment in drug-resistant epilepsy: a pilot study. Benef. Microbes, 2018, vol. 9, no. 6, pp. 875–881. doi: 10.3920/BM2018.0018
  10. Hofer U. Microbiome: pro-inflammatory Prevotella? Nat. Rev. Microbiol., 2014, vol. 12, no. 1: 5. doi: 10.1038/nrmicro3180
  11. Houser M.C., Tansey M.G. The gut-brain axis: is intestinal inflammation a silent driver of Parkinson’s disease pathogenesis? NPJ Parkinsons Dis., 2017, vol. 3: 3. doi: 10.1038/s41531-016-0002-0
  12. Khan I., Ullah N., Zha L., Bai Y., Khan A., Zhao T., Che T., Zhang C. Alteration of gut microbiota in inflammatory bowel disease (IBD): Cause or consequence? IBD treatment targeting the gut microbiome. Pathogens, 2019, vol. 8, no. 3: 126. doi: 10.3390/pathogens8030126
  13. Kim S.L., Choi H.S., Ko Y.C., Yun B.S., Lee D.S. 5-Hydroxymaltol derived from beetroot juice through Lactobacillus fermentation suppresses inflammatory effect and oxidant stress via regulating NF-kB, MAPKs pathway and NRF2/HO-1 expression. Antioxidants, 2021, vol. 10, no. 8: 1324. doi: 10.3390/antiox10081324
  14. Kong L., Chen J., Ji X., Qin Q., Yang H., Liu D., Li D., Sun M. Alcoholic fatty liver disease inhibited the co-expression of Fmo5 and PPARα to activate the NF-κB signaling pathway, thereby reducing liver injury via inducing gut microbiota disturbance. J. Exp. Clin. Cancer Res., 2021, vol. 40, no. 1: 18. doi: 10.1186/s13046-020-01782-w
  15. Kouchaki E., Tamtaji O.R., Salami M., Bahmani F., Daneshvar Kakhaki R., Akbari E., Tajabadi-Ebrahimi M., Jafari P., Asemi Z. Clinical and metabolic response to probiotic supplementation in patients with multiple sclerosis: A randomized, double-blind, placebo-controlled trial. Clin. Nutr., 2017, vol. 36, no. 5, pp. 1245–1249. doi: 10.1016/j.clnu.2016.08.015
  16. Li H., Wang Y., Zhao C., Liu J., Zhang L., Li A. Fecal transplantation can alleviate tic severity in a Tourette syndrome mouse model by modulating intestinal flora and promoting serotonin secretion. Chin. Med. J., 2022, vol. 135, no. 6, pp. 707–713. doi: 10.1097/CM9.0000000000001885
  17. Liu L., Huh J.R., Shah K. Microbiota and the gut-brain-axis: Implications for new therapeutic design in the CNS. EBioMedicine, 2022, vol. 77: 103908. doi: 10.1016/j.ebiom.2022.103908
  18. Mao J., Qi S., Cui Y., Dou X., Luo X.M., Liu J., Zhu T., Ma Y., Wang H. Lactobacillus rhamnosus GG attenuates lipopolysaccharide-induced inflammation and barrier dysfunction by regulating MAPK/NF-κB signaling and modulating metabolome in the piglet intestine. J. Nutr., 2020, vol. 150, no. 5, pp. 1313–1323. doi: 10.1093/jn/nxaa009
  19. Moradi K., Ashraf-Ganjouei A., Tavolinejad H., Bagheri S., Akhondzadeh S. The interplay between gut microbiota and autism spectrum disorders: A focus on immunological pathways. Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry, 2021, vol. 106: 110091. doi: 10.1016/j.pnpbp.2020.110091
  20. Peng A., Qiu X., Lai W., Li W., Zhang L., Zhu X., He S., Duan J., Chen L. Altered composition of the gut microbiome in patients with drug-resistant epilepsy. Epilepsy Res., 2018, vol. 147, pp. 102–107. doi: 10.1016/j.eplepsyres.2018.09.013
  21. Qiu X., Zhang M., Yang X., Hong N., Yu C. Faecalibacterium prausnitzii upregulates regulatory T cells and anti-inflammatory cytokines in treating TNBS-induced colitis. J. Crohns Colitis, 2013, vol. 7, no. 11: e558-e568. doi: 10.1016/j.crohns.2013.04.002
  22. Romijn J.A., Corssmit E.P., Havekes L.M., Pijl H. Gut-brain axis. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care, 2008, vol. 11, no. 4, pp. 518–521. doi: 10.1097/MCO.0b013e328302c9b0
  23. Rothhammer V., Borucki D.M., Tjon E.C., Takenaka M.C., Chao C.C., Ardura-Fabregat A., de Lima K.A., Gutiérrez-Vázquez C., Hewson P., Staszewski O., Blain M., Healy L., Neziraj T., Borio M., Wheeler M., Dragin L.L., Laplaud D.A., Antel J., Alvarez J.I., Prinz M., Quintana F.J. Microglial control of astrocytes in response to microbial metabolites. Nature, 2018, vol. 557, no. 7707, pp. 724–728. doi: 10.1038/s41586-018-0119-x
  24. Round J.L., Mazmanian S.K. Inducible Foxp3+ regulatory T-cell development by a commensal bacterium of the intestinal microbiota. Proc. Natl Acad. Sci. USA., 2010, vol. 107, no. 27, pp. 12204–12209. doi: 10.1073/pnas.0909122107
  25. Rutsch A., Kantsjö J.B., Ronchi F. The Gut-Brain Axis: How Microbiota and Host Inflammasome Influence Brain Physiology and Pathology. Front. Immunol., 2020, vol. 11: 604179. doi: 10.3389/fimmu.2020.604179
  26. Schirmer M., Smeekens S.P., Vlamakis H., Jaeger M., Oosting M., Franzosa E.A., Ter Horst R., Jansen T., Jacobs L., Bonder M.J., Kurilshikov A., Fu J., Joosten L.A.B., Zhernakova A., Huttenhower C., Wijmenga C., Netea M.G., Xavier R.J. Linking the Human Gut Microbiome to Inflammatory Cytokine Production Capacity. Cell, 2016, vol. 167, no. 4, pp. 1125–1136. doi: 10.1016/j.cell.2016.10.020
  27. Secher T., Kassem S., Benamar M., Bernard I., Boury M., Barreau F., Oswald E., Saoudi A. Oral Administration of the Probiotic Strain Escherichia coli Nissle 1917 Reduces Susceptibility to Neuroinflammation and Repairs Experimental Autoimmune Encephalomyelitis-Induced Intestinal Barrier Dysfunction. Front. Immunol., 2017, vol. 8: 1096. doi: 10.3389/fimmu.2017.01096
  28. Serra D., Almeida L.M., Dinis T.C.P. The Impact of Chronic Intestinal Inflammation on Brain Disorders: the Microbiota-Gut-Brain Axis. Mol. Neurobiol., 2019, vol. 56, no. 10, pp. 6941–6951. doi: 10.1007/s12035-019-1572-8
  29. Sundman M.H., Chen N.K., Subbian V., Chou Y.H. The bidirectional gut-brain-microbiota axis as a potential nexus between traumatic brain injury, inflammation, and disease. Brain Behav. Immun., 2017, vol. 66, pp. 31–44. doi: 10.1016/j.bbi.2017.05.009
  30. Surina N.M., Fedotova I.B., Nikolaev G.M., Grechenko V.V., Gankovskaya L.V., Ogurtsova A.D., Poletaeva I.I. Neuroinflammation in Pathogenesis of Audiogenic Epilepsy: Altered Proinflammatory Cytokine Levels in the Rats of Krushinsky–Molodkina Seizure-Prone Strain. Biochemistry, 2023, vol. 88, no. 4, pp. 481–490. doi: 10.1134/S0006297923040041
  31. Tankou S.K., Regev K., Healy B.C., Cox L.M., Tjon E., Kivisakk P., Vanande I.P., Cook S., Gandhi R., Glanz B., Stankiewicz J., Weiner H.L. Investigation of probiotics in multiple sclerosis. Mult. Scler., 2018, vol. 24, no. 1, pp. 58–63. doi: 10.1177/1352458517737390
  32. Vos P., Garrity G., Jones D., Krieg N.R., Ludwig W., Rainey F.A., Schleifer K.H., Whitman W.B. Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology: Volume 3: The Firmicutes. Springer, New York, NY, 2009, pp. 464–513.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Биджиев А.З., Краева Л.А., Ивлев А.П., Гончарова А.Р., Бажанова Е.Д., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).