In einer kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Rezension Pharmakologische Forschunguntersuchten Forscher in Brasilien die Rolle der Darmmikrobiota bei Kognition, Gehirnfunktion, Verhalten und der Pathogenese neurodegenerativer Erkrankungen.
Hintergrund
Immer mehr Beweise deuten darauf hin, dass das Darmmikrobiom eine wesentliche Funktion für die Gesundheit des Magen-Darm-Trakts und bei Stoffwechselprozessen wie Glukoseverarbeitung, Immunantworten, Entzündungen, Knochengesundheit sowie zentraler und peripherer Neurotransmission spielt.
Der Aufbau und das Gleichgewicht der Darmmikrobiota beginnen im Säuglingsalter durch den Kontakt mit mütterlichen Mikrobiomen und entwickeln sich während des gesamten Lebens des Individuums weiter, modifiziert durch Faktoren wie die Ernährung. Darüber hinaus haben neuere Forschungen die Beteiligung der Darmmikrobiota an der Homöostase des Gehirns hervorgehoben, wobei Studien in Neurophysiologie, Neurochemie und Neuropsychiatrie über die Rolle der Störung des Darmmikrobioms bei der Pathogenese von Gehirnerkrankungen berichten.
Veränderungen in der Zusammensetzung der Darmmikrobiota wurden mit einer Reihe von Krankheiten und Störungen wie Asthma, Diabetes, Autoimmunerkrankungen, Parkinson, Depression, Autismus-Spektrum-Störungen und Alzheimer in Verbindung gebracht. Angereicherte Diäten, die die Darmmikrobiota modulieren, haben positive Ergebnisse bei Adipositas- und Diabetespatienten gezeigt.
Es wird angenommen, dass die Exposition gegenüber gemeinsamen Peptiden zwischen Menschen und Darmmikroben das Risiko für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer bei Personen mit einer genetischen Prädisposition für die Krankheit erhöht.
Achse Mikrobiota-Darm-Gehirn
Die Übersicht diskutierte verschiedene Studien, die die Kommunikation zwischen dem Darm und dem zentralen Nervensystem untersuchten, die durch das Darmmikrobiom vermittelt wird, auch bekannt als Mikrobiota-Darm-Gehirn-Achse. Die Darmmikrobiota sondert Signalmoleküle ab und reguliert das Immunsystem, das den Vagusnerv aktiviert und das Gehirn beeinflusst. Veränderungen in der Darmmikrobiota können die optimale Funktion der Mikroglia des zentralen Nervensystems stören und indirekt zur Pathogenese neurodegenerativer Erkrankungen beitragen.
Studien zeigten, dass Veränderungen in der Zusammensetzung der Darmmikrobiota, insbesondere in Bezug auf bestimmte Bacteroides-, Lactobacillus-, Clostridium- und Bifidobacterium-Arten, die Gehirnfunktion in Nagetiermodellen und Menschen beeinflussten. Darüber hinaus zeigten Experimente mit Mausmodellen ohne Darmmikrobiota im Vergleich zu Wildtypmäusen erhöhte kognitive, räumliche und Arbeitsgedächtnisstörungen.
Darüber hinaus zeigten Rattenmodelle mit Ampicillin-induzierter Dysbiose Angst, Gedächtnisstörungen und erhöhte Entzündung. Die probiotische Behandlung stellte gesunde Darmmikroben wieder her und führte zu einer Verringerung kognitiver und Verhaltensstörungen. Die Ergebnisse dieser Studien unterstützen die potenzielle Rolle des Darmmikrobioms bei der Pathogenese von Krankheiten wie Parkinson und Alzheimer.
Sekretion von Neurotransmittern
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Das Darmmikrobiom ist durch die Sekretion von Neurotransmittern wie Serotonin und Gamma-Aminobuttersäure (GABA) und trophischen Faktoren wie dem aus dem Gehirn stammenden neurotrophen Faktor (BDNF) indirekt an der neuronalen Kommunikation beteiligt, was auf eine Gegenseitigkeit zwischen Wirt und Mikrobe hinweist, die über die gastrointestinale Homöostase hinausgeht .
Lactobacillus- und Bifidobacterium-Arten produzieren den hemmenden Neurotransmitter GABA aus Mononatriumglutamat. Eine Dysbiose, an der Bakterien dieser beiden Gattungen beteiligt sind, führt zu einer verminderten Produktion von GABA, was zu einer Exzitotoxizität des zentralen Nervensystems führt. Die anschließende Akkumulation von Glutamat führt auch zur Herunterregulierung der Boten-Ribonukleinsäure (mRNA)-Expression des N-Methyl-D-Aspartat-Rezeptors.
Serotonin ist ein essentieller Neurotransmitter im enterischen und zentralen Nervensystem und wird aus der in Nahrungsproteinen vorkommenden Aminosäure Tryptophan synthetisiert. Nahezu 90 % der Serotoninsynthese findet in den enterochromaffinen Zellen des Magen-Darm-Epithels statt und erfordert ein Gleichgewicht zwischen der Tryptophanaufnahme in den Epithelien und der bakteriellen Verwendung der Aminosäure. Es wird angenommen, dass Enterokokken und Escherichia coli eine Rolle bei der Modulation der Verfügbarkeit von Tryptophan für die Serotoninsynthese spielen.
Darüber hinaus ist die Darmmikrobiota auch an der Produktion von Protein und mRNA des trophischen Faktors BDNF beteiligt, der für das Überleben und Funktionieren von Neuronen im zentralen und peripheren Nervensystem unerlässlich ist.
Mikrobiom und Alzheimer
Die Alzheimer-Krankheit ist durch die übermäßige Produktion und Aggregation von Amyloid-beta (Aβ)-Peptiden gekennzeichnet, was zur Bildung von extrazellulären unlöslichen Plaques führt. Darmmikrobiota setzen Nebenprodukte wie Amyloide und Lipopolysaccharide in die Darmumgebung frei, deren Absorption die Signalwege von entzündlichen Zytokinen verändern und zur Pathogenese der Alzheimer-Krankheit und Aβ-Akkumulation beitragen könnte.
Verschiedene Studien mit Probiotika und diätetischen Interventionen haben eine verbesserte kognitive Funktion und eine verringerte Aβ-Akkumulation bei Alzheimer-Patienten gezeigt. Studien haben auch eine Korrelation zwischen Amyloidose, kognitiver Beeinträchtigung und vom Darmmikrobiom ausgeschiedenen entzündungsfördernden Zytokinen nahegelegt. Darüber hinaus wird angenommen, dass Darmpeptide wie Leptin und Ghrelin Nervenfunktionen wie Gedächtnis und Lernen beeinflussen, und es wird beobachtet, dass Veränderungen des Darmmikrobioms den Ghrelinspiegel im Plasma beeinflussen.
Schlussfolgerungen
Insgesamt diskutierte diese umfassende Übersicht die Rolle der Darmmikrobiota bei der neuronalen Kommunikation zwischen Darm und Gehirn und berichtete über die Ergebnisse verschiedener Studien, die den Zusammenhang zwischen Mikrobiomdiversität und kognitiver Funktion untersuchten.
Darüber hinaus untersuchten die Autoren auch die Beteiligung der Darmmikrobiota an der Synthese von Neurotransmittern und den Zusammenhang zwischen der Funktion des Darmmikrobioms und der Pathogenese der Alzheimer-Krankheit.
Warum ist das Darmmikrobiom wichtig?
Warum ist das Darmmikrobiom wichtig?Spiel Referenz:
- de JR De-Paula, V., Forlenza, AS, & Forlenza, OV (2018). Relevanz der Darmmikrobiota für Kognition, Verhalten und Alzheimer. Pharmakologische Forschung, 136, 29–34. https://doi.org/10.1016/j.phrs.2018.07.007
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