Antecedentes de la investigación sobre el eje intestino-cerebro
La enfermedad de Parkinson es una enfermedad neurodegenerativa que no se puede curar por completo. Estudios recientes han demostrado que existen diferencias en las comunidades microbianas intestinales de pacientes con EP y personas sanas. Los ácidos grasos de cadena corta son los principales metabolitos de los microorganismos intestinales. Pueden transmitir señales de la flora intestinal al huésped y tienen un efecto positivo en la regulación de la función cerebral y la integridad de la barrera tisular sanguínea. neuroinflamación y α- Maestro regulador de nucleopatías. Por tanto, el estudio en profundidad de los microorganismos intestinales es de gran importancia para el tratamiento o mejora de la EP.
La osteocalcina (OCN) es una proteína secretada por los osteoblastos que regula la función cerebral, penetra la barrera hematoencefálica, se une directamente a las neuronas del área CA3 del hipocampo y restaura la función cognitiva en ratones. . role. Estudios anteriores han demostrado que la OCN puede afectar la composición de la comunidad bacteriana. Por lo tanto, este estudio plantea la hipótesis de que la OCN puede prevenir lesiones motoras y la pérdida de neuronas dopaminérgicas mediante la regulación de la flora intestinal de ratones con EP e investigar los efectos terapéuticos y los mecanismos de la OCN y la flora intestinal en la EP.
Métodos de investigación del eje intestino-cerebro
Plataforma de secuenciación: Plataforma de secuenciación de alto rendimiento Illumina.
Región de secuenciación: Región V3-V4 del gen 16S rRNA de bacterias microbianas.
Resultados de la investigación sobre el eje intestino-cerebro
El efecto neuroprotector del 1. Efecto de la OCN en ratones con enfermedad de Parkinson y su correlación con la flora intestinal
Los resultados experimentales en animales muestran que la OCN puede prevenir la enfermedad de Parkinson inducida por 6-hidroxidopamina (6-OHDA) en ratones. Deterioro motor y pérdida de neuronas dopaminérgicas. Después de que se usaron antibióticos para eliminar la flora intestinal 4 semanas antes de tomar OCN, el efecto protector de la OCN sobre la función motora y el daño de las neuronas de dopamina en ratones ya no fue efectivo, lo que indica que el efecto neuroprotector de la OCN en ratones con EP está mediado por la flora intestinal de. . Los experimentos de trasplante de microbiota fecal también llegaron a la misma conclusión.
Figura 1 La OCN puede prevenir el deterioro motor y la pérdida de neuronas dopaminérgicas en ratones con enfermedad de Parkinson inducida por 6-OHDA.
Figura 2 El tratamiento previo con antibióticos no logró prevenir el deterioro motor y la pérdida de neuronas dopaminérgicas en ratones con enfermedad de Parkinson.
Figura 3 Experimento de trasplante de microbiota fecal y prueba de trastornos del movimiento
2 Cambios en la comunidad microbiana intestinal de ratones con enfermedad de Parkinson y ratones después del tratamiento con OCN.
Los resultados de la secuenciación de la flora microbiana mostraron que la composición microbiana intestinal de los ratones con EP era significativamente diferente de la del grupo de control (P
El análisis de predicción funcional PICRUSt mostró que los microorganismos intestinales de los ratones con EP La capacidad pro-ácida producida se redujo significativamente y la abundancia relativa de KO asociada con la producción de butirato también cambió. En particular, la administración de OCN revirtió con éxito estos cambios en ratones con EP, lo que sugiere que la intervención con OCN puede alterar la composición microbiana de los ratones con EP. La comunidad también puede mejorar el potencial de las bacterias para producir ácido propiónico.
Figura 4 El efecto regulador de la OCN sobre la disbiosis intestinal en ratones con enfermedad de Parkinson >3.
Para estudiar más a fondo si los SCFA bacterianos han cambiado, los autores utilizaron cromatografía de gases/espectrometría de masas (GC/MS) para analizar los SCFA en las heces. Los resultados mostraron que el contenido de ácido propiónico fecal de 6-OHDA. Los ratones con EP inducida fueron significativamente más bajos que los del grupo de control, y el tratamiento con OCN revirtió significativamente este cambio. Los resultados del análisis de correlación mostraron que los niveles de ácido propiónico fecal estaban relacionados con S24-7 y S24-7. Hubo una correlación positiva con Graminaceae. y una correlación negativa con Lacnochaaceae y Clostridium spp.
Más importante aún, los niveles de propionato fecal se correlacionaron con la prueba de campo abierto, la prueba del cilindro y la rotación. Los parámetros de función motora de la prueba de varilla se correlacionaron positivamente. Por tanto, el efecto neuroprotector mediado por microorganismos intestinales sobre el OCN puede estar relacionado con el ácido propiónico.
Figura 5 La administración de OCN puede aumentar los niveles de ácido propiónico fecal en ratones con enfermedad de Parkinson inducida por 6-OHDA.
4.? El ácido propiónico y el agonista de FFAR3 previenen el deterioro motor y la pérdida de neuronas dopaminérgicas en ratones con EP.
Para verificar aún más la relación entre el ácido propiónico y la mejora de la función motora de los ratones con EP, los autores agregaron propionato de sodio al agua potable de ratones con EP inducida por 6-OHDA. Los resultados muestran que el ácido propiónico oral puede mejorar eficazmente la función motora de ratones en la prueba de campo abierto y en la prueba de cilindro, y prevenir la pérdida de casi 40 neuronas dopaminérgicas en ratones con EP inyectados con 6-OHDA. Esto sugiere que el ácido propiónico puede ser una señal derivada de la comunidad microbiana intestinal, relacionada con el desarrollo de la enfermedad de Parkinson, y puede ser un objetivo de la OCN para mejorar la enfermedad de Parkinson.
Posteriormente, los ratones con EP fueron tratados adicionalmente con el agonista FFAR3 (el principal tipo de receptor que media el efecto protector del ácido propiónico), y su efecto neuroprotector fue similar al del ácido propiónico.
Figura 6 La administración oral de ácido propiónico previene la discinesia y la pérdida de neuronas dopaminérgicas en ratones con EP inducida por 6-OHDA.
Figura 7 La administración del agonista de FFAR3 previene la discinesia y la pérdida de neuronas dopaminérgicas en ratones con EP inducida por 6-OHDA.
5.? La correlación entre el sistema nervioso entérico y el efecto neuroprotector del ácido propiónico en ratones con enfermedad de Parkinson
Después de medir la expresión de FFAR3 en diferentes tejidos, se encontró que la expresión relativa de FFAR3 en yeyuno, íleon y el colon era mucho más alto que la corteza, el hipocampo y el cuerpo estriado. La administración intragástrica de cisplatino, una conocida neurotoxina entérica, demostró que el ácido propiónico no tenía ningún efecto protector significativo sobre la pérdida de neuronas dopaminérgicas en ratones con depleción de enterocitos. Esto sugiere que el efecto neuroprotector del ácido propiónico en la EP puede estar relacionado con el sistema nervioso entérico, es decir, el ácido propiónico puede actuar como un agonista de FFAR3 dirigido al sistema nervioso entérico para ejercer un efecto neuroprotector en ratones con EP.
Figura 8 El sistema nervioso entérico media el efecto neuroprotector del ácido propiónico en ratones con EP inducida por 6-OHDA.
En resumen, OCN puede promover la producción de ácido propiónico por microorganismos cambiando la comunidad microbiana intestinal, y el ácido propiónico puede activar FFAR3 en las neuronas intestinales, ejerciendo así su efecto protector sobre la enfermedad de Parkinson.
Conclusiones de la investigación sobre el eje intestino-cerebro
Este estudio adoptó la estrategia de investigación de correlación e integración multiómica, combinada con experimentos como el trasplante de bacterias fecales, para estudiar los efectos de OCN y flora intestinal sobre el efecto terapéutico y el mecanismo de la EP, se extraen las siguientes conclusiones:
①OCN puede mejorar significativamente la disfunción motora y la pérdida de neuronas dopaminérgicas en ratones con EP
②El tratamiento con OCN puede; restaurar la recuperación de ratones con EP Desequilibrio de la flora intestinal, aumentando la abundancia de Bacteroidetes y reduciendo la abundancia de Firmicutes, aumentando los niveles de bacterias productoras de ácido propiónico y ácido propiónico fecal;
③ Experimentos de tratamiento con antibióticos y bacterias fecales experimentos de trasplante Muestra que la flora intestinal media el efecto neuroprotector de OCN.
④La administración oral de propionato durante 2 meses puede restaurar la función motora y las neuronas dopaminérgicas en ratones con EP de una manera dependiente de las neuronas entéricas;
⑤Los agonistas de FFAR3 (receptor de propionato) tienen efectos neuroprotectores similares.
La secuenciación y parte del análisis de datos de la investigación del eje intestino-cerebro fueron completados por Shanghai Paisino Biotechnology Co., Ltd..