Lactobacillus Plantarum PS128 u pacientů s těžkou depresivní poruchou a vysokým stupněm zánětu

1. Pozadí Velká depresivní porucha (MDD) je komplexní a dlouhodobé onemocnění, které u postižených pacientů zahrnuje výrazné postižení. Je jednou z hlavních příčin globální zátěže nemocemi, zejména ve skupinách středního věku (GBD Lancet 2016; 388:1603-58). Je také běžnou komorbiditou u pacientů se syndromem dráždivého tračníku, kardiovaskulárním onemocněním a rakovinou (Musselman et al. 1998; Spiegel et al. 2003; Whitehead et al. 2002). Mechanismy odpovědné za depresi a její komorbiditu nejsou jasné, ale mohou se na ní podílet zánětlivé procesy. Metaanalýza ukázala, že pacienti s depresí mají vyšší hladiny zánětlivých markerů, jako je C-reaktivní protein (CRP), interleukin-1 (IL-1), interleukin-6 (IL-6) a tumor nekrotizující faktor (TNF )-alfa (Dowlati et al. 2010; Howren et al. 2009). Osa mikrobiota-střevo-mozek může vysvětlit vyšší zánětlivé cytokiny u pacientů s MDD. Hromadné údaje nyní ukazují, že střevní mikroflóra může komunikovat s CNS – možná prostřednictvím imunitních, nervových a endokrinních cest – a tím ovlivňuje mozkové funkce a chování (Cryan et al. 2012; Forsythe et al. 2016; Rogers et al. 2016). Probiotika, která jsou definována jako živý organismus, který při požití v přiměřeném množství vykazuje zdravotní přínos, může ovlivnit střevní mikrobiotu, neurochemii mozku, osu HPA a záněty a může být novou třídou psychotropních látek (Dinan et al. 2013).

1.1 Osa mikrobiota-střevo-mozek Dolní gastrointestinální trakt obsahuje téměř 100 bilionů mikroorganismů, z nichž většinu tvoří bakterie. Mikrobiota společně kóduje více než 3,3 milionu neredundantních genů, což je 150krát více než počet kódovaný lidským hostitelským genomem (Qin et al. 2010). Mnoho produktů mikrobiálních genů má důležité účinky na metabolismus a zdraví hostitele.

Existuje mnoho studií podporujících komunikaci mezi střevní mikroflórou a mozkem. Studie na zvířatech bez zárodků (GF) je dobrým modelem k prokázání vztahu mezi mikrobiotou a mozkem. Ve srovnání se specifickými myšmi bez patogenů (SPF) s normální střevní mikroflórou vykazují myši GF zvýšenou motorickou aktivitu a snížené úzkostné chování. U GF myší byl pozorován zvýšený obrat dopaminergních a serotonergních neurotransmiterů ve striatu (Diaz Heijtz et al. 2011). Navíc myši GF vykazovaly vyšší zvýšení adrenokortikotropního hormonu (ACTH) a kortikosteronu v reakci na omezovací stimul než myši SPF (Sudo et al. 2004). Naznačuje, že střevní mikroflóra může ovlivnit reakci hostitele na stres.

Několik studií ukázalo, že manipulace se střevní mikroflórou může ovlivnit prezentaci psychofyziologie hostitele. Například konzumace stravy s vysokým obsahem tuku (HFD) je spojena se změněnou mikrobiální diverzitou (Daniel et al. 2014) a sníženou synaptickou plasticitou (Liu et al. 2015). HFD také zvýšilo chování podobné úzkosti (Sharma et al. 2013). Dospělí samci myší C57BL/6, kterým byla podávána mikroflóra HFD, měli významné a selektivní poruchy v průzkumném, kognitivním a stereotypním chování ve srovnání s myšmi s kontrolní mikroflórou v dietě. Nebyly zaznamenány žádné významné rozdíly v tělesné hmotnosti. Byl zaznamenán rozdíl ve složení střevní mikroflóry mezi skupinami s HFD a skupinami s normální stravou (Bruce-Keller et al. 2015).

Podávání antibiotik je další způsob, jak ovlivnit složení střevní mikroflóry a změnit psychofyziologii hostitele. Perorální podání neabsorbovatelných antimikrobiálních látek přechodně změnilo složení střevní mikroflóry a zvýšilo explorační chování a hipokampální expresi BDNF mRNA u myší, ale intraperitoneální podání nemělo žádný vliv na chování (Bercik et al. 2011). V populační studii byla zvýšená expozice antibiotikům spojena s rizikem deprese a úzkosti (Lurie et al. 2015). Proto může být podávání probiotik přímým způsobem, jak změnit prostředí a složení střevní mikroflóry a sledovat její fyziologické účinky na hostitele.

1.2 Podávání probiotik ve studiích na zvířatech Studie na zvířatech prokázaly, že probiotika ovlivňují psychofyziologické markery úzkosti a deprese. Desbonnet a kol. nezjistili významný účinek léčby Bifidobacteria infantis na chování při plavání v den 3 nebo den 14 u naivních potkanů. Léčba Bifidobacteria infantis však oslabila prozánětlivé imunitní reakce a zvýšila hladinu tryptofanu, což naznačuje, že toto probiotikum může mít antidepresivní vlastnosti (Desbonnet et al. 2008). Ve své následující studii použili jako studijní zvíře krysy se separací matek (MS). Zjistili, že MS potkani snížili chování při plavání a zvýšili nehybnost v testu nuceného plavání (FST), snížili obsah noradrenalinu (NA) v mozku a zvýšili periferní uvolňování IL-6 a hladiny mRNA faktoru uvolňujícího kortikotropin (CRF) amygdaly ve srovnání s kontrolou. krysy (Desbonnet et al. 2010). Léčba Bifidobacteria infantis vedla k normalizaci imunitní odpovědi, zvratu behaviorálních deficitů a obnovení bazálních koncentrací NA v mozkovém kmeni. Tyto změny byly srovnatelné se změnami pozorovanými ve skupině s citalopramem, což naznačuje, že některé přínosy probiotik jsou podobné účinkům antidepresiv (Desbonnet et al. 2010). Liu et al zjistili, že Lactobacillus plantarum PS128 (PS128) může zlepšit úzkostné, ale ne depresivní chování u GF myší, a významně zvýšil hladiny serotoninu i dopaminu ve striatu, ale ne v prefrontální kůře a hippocampu (Liu WH et kol. 2016). V modelu MS však PS128 významně snížil chování podobné depresi, ale ne úzkosti. PS128 významně snížil chování podobné úzkosti, ale ne chování podobné depresi u naivních myší. Také snížil hladiny zánětlivého cytokinu, IL-6, a zvýšil hladinu protizánětlivých cytokinů, IL-10, u MS myší (Liu YW et al. 2016). PS128 měl zjevnější účinek na psychofyziologii u myší s RS než u naivních myší, což naznačuje, že podávání probiotik může mít robustnější účinek na modifikaci chování, neurochemii a HPA u těch, kteří trpí vyšším stresem.

1.3 Složení mikroflóry u pacientů s MDD Protože složení střevní mikroflóry mění zánět, neurochemii a chování ve studiích na zvířatech, několik studií na lidech porovnávalo střevní mikroflóru mezi pacienty s MDD a zdravými kontrolami. Naseribafrouei a kol. porovnávali složení střevní mikroflóry u 37 depresivních a 18 nedepresivních účastníků. Výsledky ukázaly nadměrné zastoupení Bacteroidales, zatímco Lachnospiraceae nedostatečné zastoupení u depresivních účastníků. Na nízkých taxonomických úrovních byly Oscillibacter a Alistipes spojovány s depresí (Naseribafrouei et al. 2014). Jiang et al přijali 29 aktivních MDD (A-MDD), 17 reagovalo MDD (R-MDD) a 30 zdravých kontrol (HC) a porovnali jejich střevní mikroflóru. Zjistili, že zvýšená fekální bakteriální alfa-diverzita ve skupině A-MDD vs. skupina HC, ale ne ve skupině R-MDD vs. skupina HC. Bacteroidetes, Proteobacteria a Actinobacteria významně vzrostly, zatímco u Firmicutes byl významně snížen ve skupinách A-MDD a R-MDD ve srovnání se skupinou HC. Skupiny MDD měly zvýšené hladiny Enterobacteriaceae a Alistipes, ale snížené hladiny Faecalibacterium (Jiang et al. 2015). Nejen rozdíly ve složení střevní mikroflóry mezi pacienty s MDD a zdravou kontrolou, transplantace vzorku stolice od pacientů s MDD do myší může vyvolat depresivní chování u příjemců myší. Složení střevní mikroflóry u recipientních myší bylo podobné jako u lidského hostitele (Zheng et al. 2016). Tato studie podporuje, že střevní mikrobiom může mít kauzální roli ve vývoji depresivního chování.

1.4 Účinky probiotik na náladu ve studiích na lidech Kromě rozdílů v distribuci střevní mikroflóry mezi subjekty s depresí a subjekty bez deprese, několik studií na lidech ukázalo, že probiotika mohou mít příznivý vliv na náladu. Benton a kol. prokázali, že mezi zdravými účastníky užívajícími probiotické (obsahující Lactobacillus casei) mléko po dobu 3 týdnů a těmi, kteří užívali mléko bez probiotik, nebyl žádný významný rozdíl ve změně nálady, měřeno pomocí Profilu stavu nálady. Zjistili však, že ti, kteří měli na začátku špatnou náladu, se po použití mléka obsahujícího probiotika zlepšili (Benton et al. 2007). Mohammadi a kol. také ukázali, že účastníci užívající probiotický jogurt (obsahující Lactobacillus acidophilus LA5 a Bifidobacterium lactis BB12) nebo probiotickou kapsli (obsahující Actobacillus casei, L. acidophilus, L. rhamnosus, L. bulgaricus, .B. breve, B. longum, S. thermophiles) po dobu 6 týdnů měli významné zlepšení nálady, měřeno pomocí GHQ a Depression Anxiety and Stress Scale, ale ti, kteří užívali konvenční jogurt, nezaznamenali významnou změnu v tomto měření. Mezi těmito třemi skupinami nebyly žádné rozdíly v indexech osy HPA, jako je kortizol a ACTH (Mohammadi et al. 2016). Messaoudiho studie, jejíž účastníci byli zdraví dobrovolníci, ukázala, že podávání probiotik (obsahujících L. helveticus R0052 a B. longum R0175) by mohlo zlepšit symptomy nálad účastníků, měřené pomocí Hopkins Symptom Checklist-90 a Hospital Anxiety and Depression Scale, ve srovnání s těmi. užívali placebo (Messaoudi et al. 2011). Zvýšená kognitivní reaktivita na normální, přechodné změny smutné nálady je zavedeným markerem zranitelnosti vůči depresi a je považována za důležitý cíl pro intervence (Kruijt et al. 2013). Steenbergen a kol. zjistili, že celková kognitivní reaktivita významně snížena, což bylo do značné míry způsobeno sníženým přežvykováním a subškálami agrese, u účastníků bez aktuálních poruch nálady po 4 týdnech podávání vícedruhových probiotik. Protože používali nedepresivní účastníky, BDI a BAI se po intervenci významně nezměnily (Steenbergen et al. 2015). Účinnost probiotik u symptomů nálady se neprokazuje pouze u zdravých dobrovolníků, ale také u klinických subjektů. U pacientů s chronickým únavovým syndromem Rao et al. zjistili, že podávání Lactobacillus casei po dobu 2 měsíců by mohlo zlepšit BAI, ale ne BDI, ve srovnání s placebem. Současně došlo ke zvýšení fekálních Lactobacillus a Bifidobacteria po 2měsíční intervenci L. casei (Rao et al. 2009). Akkasheh a kol. podávali pacientům s MDD po ​​dobu 8 týdnů vícedruhová probiotika obsahující Lactobacillus acidophilum, Lactobacillus casei a Bifidobacterium bifidum nebo placebo. Zjistili, že vícedruhová probiotika mohou významně snížit skóre BDI u pacientů s velkou depresivní poruchou (Akkasheh et al. 2016), ale není jasné, který kmen probiotik má příznivý účinek.

1.5 Dětské trauma, zánět a propustnost střeva při depresi Ve studii na zvířatech stres v raném věku, jako je oddělení matky, zvýšená hladina IL-6 a zvýšené chování podobné depresi (zvýšená doba imobility u FST) (Liu YW et al. 2016) . Jedna nedávná metaanalýza ukázala, že trauma z dětství přispívá k prozánětlivému stavu v dospělosti (Baumeister et al. 2016). Kromě toho trauma z dětství také zvýšila riziko depresivních poruch (Norman et al. 2012). Metaanalýzy ukázaly, že pacienti s MDD mají zvýšené sérové ​​zánětlivé cytokiny (Dowlati et al. 2010; Howren et al. 2009). Jedním z možných mechanismů přispívajících k systémovému zánětu u pacientů s MDD je bakteriální translokace v důsledku zvýšené permeability střeva (děravé střevo). Obrázek 2 ukazuje vztah mezi dětským traumatem, propustností střeva, zánětem a depresí.

Každý mikrob má molekulární vzor spojený s mikrobem (MAMP) nebo molekulární vzor spojený s patogenem (PAMP). Mikroby unikající ze střev aktivují MAMP a receptory rozpoznávající vzory, jako jsou Toll-like receptory (TLR). Prozánětlivé cytokiny, jako je IL-6, TNF-alfa, se uvolňují z buněk po sérii signálních transdukcí.

Probiotika mohou ovlivnit propustnost střev. Střevní mikrobiota odvozená od HFD zvýšila propustnost střev, systémový zánět a zánět mozku (Bruce-Keller et al. 2015). Jedna studie in vitro ukázala, že Lactobacillus rhamnosus GG zlepšuje dysfunkci střevní bariéry a zánět prostřednictvím inhibice NF-kappaB (Donato et al. 2010). Podávání Lactobacillus farciminis by mohlo zmírnit střevní propustnost a zánět u potkanů ​​s částečným omezením (Ait-Belgnaoui et al. 2012).

Důkazy o zvýšené propustnosti střeva u pacientů s MDD odhalily Maesovy studie. Maes et al zjistili, že střední hodnoty sérových IgM a IgA proti LPS gramnegativních enterobakterií byly významně vyšší u pacientů s MDD než u normálních dobrovolníků, což naznačuje, že zvýšená propustnost střeva vede ke zvýšené translokaci gramnegativní mikroflóry (Maes et al. al. 2008; Maes et al. 2012). U pacientů se závislostí na alkoholu měli pacienti se zvýšenou propustností střeva, která byla měřena radioaktivní sondou 51Cr-EDTA, vyšší skóre deprese a úzkosti než pacienti s normální propustností střeva. Složení a aktivita mikrobioty byly změněny u pacientů se zvýšenou permeabilitou střeva (Leclercq et al. 2014).

1.6 Odůvodnění současné studie PS128 byl nalezen v tradiční fermentované potravině, fu-tsai, naším co-PI (Tsai YC) a jeho architektura genomu byla dokončena a naznačila jeho potenciální imunomodulační účinek. (Chao et al. 2009). Lactobacillus plantarum je obecně uznáván jako bezpečný (GRAS). PS128 může u MS myší snížit hladiny IL-6 a zvýšit hladinu IL-10, což je doprovázeno zlepšeným chováním podobným depresi (Liu YW et al. 2016). V současné studii bychom chtěli prozkoumat účinek PS128 na psychofyziologii, včetně složení střevní mikroflóry, střevní propustnosti a zánětu, exprese TLR, hladin sérových cytokinů a depresivních symptomů u pacientů s MDD.

Metaanalýzy ukázaly, že pacienti s MDD mají vyšší zánětlivé cytokiny (Dowlati et al. 2010; Howren et al. 2009), ale pouze podskupina pacientů s MDD má vyšší úroveň zánětu. Například podle definice vysokého zánětu hs-CRP > 3 mg/l (Pearson et al. 2003) byl podíl pacientů s vysokým zánětem 24 % u pacientů s MDD (Rapaport et al. 2016) a 45 % u pacientů s depresí rezistentní na léčbu (Raison et al. 2011). Základní úroveň zánětu může ovlivnit odpověď na léčbu. Například pacienti s vysokou výchozí hodnotou zánětu měli lepší léčebnou odpověď na infliximab (antagonista faktoru nekrózy nádorů) (Raison et al. 2013) a omega-3 mastné kyseliny (Rapaport et al. 2016) ve srovnání s pacienty s nízkou výchozí hodnotou zánětu. V Raisonově studii byl účinek infliximabu na příznaky deprese horší než placebo u pacientů s nižší úrovní zánětu na začátku (Raison et al. 2013). Proto do naší intervenční studie PS128 přijmeme pacienty s MDD a vysokou úrovní zánětu.

Předpokládáme, že PS128 může (1) změnit složení střevní mikroflóry; (2) zlepšit propustnost střeva, která je měřena hladinou fekálního zoulinu, a zánět, která je měřena hladinou fekálního kalprotektinu; (3) snížit translokaci patogenu do oběhového systému, což se projeví sníženou expresí TLR, (4) snížit IL-6 a TNF-alfa a hs-CRP a zvýšit hladinu IL-10. Doufáme, že zlepšení úrovně zánětu může mít také příznivý vliv na příznaky deprese.