Lactobacillus Plantarum PS128 bei Patienten mit Major Depression und hochgradiger Entzündung

1. Hintergrund Major Depression (MDD) ist eine komplexe und langwierige Erkrankung, die bei betroffenen Patienten mit deutlichen Behinderungen einhergeht. Es ist eine der Hauptursachen für die globale Krankheitslast, insbesondere in den mittleren Altersgruppen (GBD Lancet 2016; 388:1603-58). Es ist auch eine häufige Komorbidität bei Patienten mit Reizdarmsyndrom, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs (Musselman et al. 1998; Spiegel et al. 2003; Whitehead et al. 2002). Die Mechanismen, die für Depressionen und ihre Komorbidität verantwortlich sind, sind nicht klar, aber entzündliche Prozesse können impliziert sein. Metaanalysen haben gezeigt, dass Patienten mit Depressionen höhere Spiegel an Entzündungsmarkern wie C-reaktives Protein (CRP), Interleukin-1 (IL-1), Interleukin-6 (IL-6) und Tumornekrosefaktor (TNF) aufweisen )-alpha (Dowlati et al. 2010; Howren et al. 2009). Die Mikrobiota-Darm-Hirn-Achse kann höhere entzündliche Zytokine bei Patienten mit MDD erklären. Anhäufende Daten weisen nun darauf hin, dass die Darmmikrobiota mit dem ZNS kommunizieren kann – möglicherweise über immunologische, neurale und endokrine Wege – und dadurch die Gehirnfunktion und das Verhalten beeinflusst (Cryan et al. 2012; Forsythe et al. 2016; Rogers et al. 2016). Probiotika, definiert als lebender Organismus, der bei Einnahme in ausreichender Menge einen gesundheitlichen Nutzen hat, kann die Darmmikrobiota, die Neurochemie des Gehirns, die HPA-Achse und Entzündungen beeinflussen und kann eine neue Klasse von Psychopharmaka darstellen (Dinan et al. 2013).

1.1 Mikrobiota-Darm-Hirn-Achse Der untere Gastrointestinaltrakt enthält fast 100 Billionen Mikroorganismen, von denen die meisten Bakterien sind. Die Mikrobiota codiert insgesamt mehr als 3,3 Millionen nicht-redundante Gene, was die Zahl, die vom menschlichen Wirtsgenom codiert wird, um das 150-fache übersteigt (Qin et al. 2010). Viele mikrobielle Genprodukte haben wichtige Auswirkungen auf den Stoffwechsel und die Gesundheit des Wirts.

Es gibt zahlreiche Studien, die die Kommunikation zwischen Darmmikrobiota und Gehirn belegen. Eine Studie mit keimfreien (GF) Tieren ist ein gutes Modell, um die Beziehung zwischen Mikrobiota und Gehirn aufzuzeigen. Im Vergleich zu spezifisch pathogenfreien (SPF) Mäusen mit einer normalen Darmmikrobiota zeigen GF-Mäuse eine erhöhte motorische Aktivität und ein reduziertes Angstverhalten. Bei GF-Mäusen wurde ein erhöhter Turnover von dopaminergen und serotonergen Neurotransmittern im Striatum beobachtet (Diaz Heijtz et al. 2011). Darüber hinaus zeigten GF-Mäuse eine höhere Erhöhung des adrenocorticotropen Hormons (ACTH) und Corticosteron als Reaktion auf einen Zurückhaltungsreiz als SPF-Mäuse (Sudo et al. 2004). Es deutet darauf hin, dass die Darmmikrobiota die Reaktion des Wirts auf Stress beeinflussen kann.

Mehrere Studien haben gezeigt, dass die Manipulation der Darmmikrobiota die Darstellung der Psychophysiologie des Wirts beeinflussen kann. Beispielsweise ist der Verzehr einer fettreichen Ernährung (HFD) mit einer veränderten mikrobiellen Diversität (Daniel et al. 2014) und einer verringerten synaptischen Plastizität (Liu et al. 2015) verbunden. HFD verstärkte auch angstähnliches Verhalten (Sharma et al. 2013). Erwachsene männliche C57BL/6-Mäuse, denen HFD-Mikrobiota verabreicht wurde, wiesen im Vergleich zu Mäusen mit Kontrolldiät-Mikrobiota signifikante und selektive Störungen des explorativen, kognitiven und stereotypen Verhaltens auf. Es wurden keine signifikanten Unterschiede im Körpergewicht festgestellt. Der Unterschied in der Zusammensetzung der Darmmikrobiota zwischen HFD- und Normalernährungsgruppen wurde festgestellt (Bruce-Keller et al. 2015).

Die Verabreichung von Antibiotika ist eine weitere Möglichkeit, die Zusammensetzung der Darmmikrobiota zu beeinflussen und die Psychophysiologie des Wirts zu verändern. Die orale Verabreichung nicht resorbierbarer antimikrobieller Mittel veränderte vorübergehend die Zusammensetzung der Darmmikrobiota und erhöhte das Erkundungsverhalten und die hippocampale Expression von BDNF-mRNA bei Mäusen, aber die intraperitoneale Verabreichung hatte keine Auswirkung auf das Verhalten (Bercik et al. 2011). Erhöhte Antibiotika-Expositionen wurden in einer Bevölkerungsstudie mit dem Risiko von Depressionen und Angstzuständen in Verbindung gebracht (Lurie et al. 2015). Daher kann die Verabreichung von Probiotika ein direkter Weg sein, um die Umgebung und Zusammensetzung der Darmmikrobiota zu verändern und ihre physiologischen Auswirkungen auf den Wirt zu beobachten.

1.2 Verabreichung von Probiotika in Tierstudien Tierstudien haben gezeigt, dass Probiotika psychophysiologische Marker von Angst und Depression beeinflussen. Desbonnet et al. fanden keine signifikante Wirkung der Behandlung mit Bifidobacteria infantis auf das Schwimmverhalten an Tag 3 oder Tag 14 bei naiven Ratten. Die Behandlung mit Bifidobacteria infantis schwächte jedoch die entzündungsfördernden Immunantworten ab und erhöhte Tryptophan, was darauf hindeutet, dass dieses Probiotikum antidepressive Eigenschaften besitzen könnte (Desbonnet et al. 2008). In ihrer folgenden Studie verwendeten sie Ratten mit mütterlicher Trennung (MS) als Versuchstier. Sie fanden heraus, dass MS-Ratten im Vergleich zur Kontrolle ein verringertes Schwimmverhalten und eine erhöhte Immobilität im erzwungenen Schwimmtest (FST), einen verringerten Noradrenalin (NA)-Gehalt im Gehirn und eine erhöhte periphere IL-6-Freisetzung und eine erhöhte mRNA-Spiegel des Amygdala-Corticotropin-Releasing-Faktors (CRF) aufwiesen Ratten (Desbonnet et al. 2010). Die Behandlung mit Bifidobacteria infantis führte zu einer Normalisierung der Immunantwort, Umkehrung von Verhaltensdefiziten und Wiederherstellung der basalen NA-Konzentrationen im Hirnstamm. Diese Veränderungen waren mit denen vergleichbar, die in der Citalopram-Gruppe beobachtet wurden, was darauf hindeutet, dass einige probiotische Vorteile ähnlich wie antidepressive Wirkungen sind (Desbonnet et al. 2010). Liu et al. fanden heraus, dass Lactobacillus plantarum PS128 (PS128) angstähnliches, aber nicht depressionsähnliches Verhalten bei GF-Mäusen verbessern konnte, und signifikant erhöhte Serotonin- und Dopaminspiegel im Striatum, aber nicht im präfrontalen Cortex und Hippocampus (Liu WH et Al. 2016). Im MS-Modell reduzierte PS128 jedoch signifikant depressionsähnliche, aber nicht angstähnliche Verhaltensweisen. PS128 reduzierte angstähnliches, aber nicht depressionsähnliches Verhalten bei naiven Mäusen signifikant. Es reduzierte auch den Gehalt an entzündlichem Zytokin, IL-6, und erhöhte den Gehalt an entzündungshemmendem Zytokin, IL-10, bei MS-Mäusen (Liu YW et al. 2016). PS128 hatte eine offensichtlichere Wirkung auf die Psychophysiologie bei MS-Mäusen als bei naiven Mäusen, was darauf hindeutet, dass die probiotische Verabreichung eine stärkere Wirkung auf die Verhaltensänderung, die Neurochemie und die HPA bei Personen haben könnte, die unter höherem Stress leiden.

1.3 Zusammensetzung der Mikrobiota bei Patienten mit MDD Da die Zusammensetzung der Darmmikrobiota Entzündung, Neurochemie und Verhalten in Tierversuchen verändert, wurde in mehreren Humanstudien die Darmmikrobiota von Patienten mit MDD und gesunden Kontrollpersonen verglichen. Naseribafrouei et al. verglichen die Zusammensetzung der Darmmikrobiota bei 37 depressiven und 18 nicht depressiven Teilnehmern. Die Ergebnisse zeigten, dass Bacteroidales bei depressiven Teilnehmern überrepräsentiert waren, während Lachnospiraceae unterrepräsentiert waren. Auf niedrigen taxonomischen Ebenen wurden Oscillibacter und Alistipes mit Depressionen in Verbindung gebracht (Naseribafrouei et al. 2014). Jiang et al rekrutierten 29 aktive MDD (A-MDD), 17 reagierten auf MDD (R-MDD) und 30 gesunde Kontrollen (HC) und verglichen ihre Darmmikrobiota. Sie fanden heraus, dass die fäkale Bakterien-Alpha-Diversität in der A-MDD- vs. HC-Gruppe, aber nicht in der R-MDD- vs. HC-Gruppe, zunahm. Bacteroidetes, Proteobacteria und Actinobacteria nahmen signifikant zu, während die von Firmicutes in den A-MDD- und R-MDD-Gruppen im Vergleich zur HC-Gruppe signifikant reduziert war. MDD-Gruppen hatten erhöhte Konzentrationen von Enterobacteriaceae und Alistipes, aber verringerte Konzentrationen von Faecalibacterium (Jiang et al. 2015). Nicht nur Unterschiede in der Zusammensetzung der Darmmikrobiota zwischen Patienten mit MDD und gesunden Kontrollpersonen, die Transplantation einer Kotprobe von MDD-Patienten in Mäuse kann bei Empfängermäusen ein depressives Verhalten hervorrufen. Die Zusammensetzung der Darmmikrobiota in Empfängermäusen ähnelte der des menschlichen Wirts (Zheng et al. 2016). Diese Studie unterstützt, dass das Darmmikrobiom eine kausale Rolle bei der Entwicklung von depressiven Verhaltensweisen spielen könnte.

1.4 Auswirkungen von Probiotika auf die Stimmung in Humanstudien Zusätzlich zu den Unterschieden in der Verteilung der Darmmikrobiota zwischen depressiven und nicht depressiven Probanden haben mehrere Humanstudien gezeigt, dass Probiotika eine positive Wirkung auf die Stimmung haben können. Bentonet al. zeigten, dass kein signifikanter Unterschied in der Stimmungsänderung, gemessen anhand des Profils des Stimmungszustands, zwischen gesunden Teilnehmern, die 3 Wochen lang probiotische (mit Lactobacillus casei) Milch zu sich nahmen, und jenen, die Milch ohne Probiotikum einnahmen. Sie fanden jedoch heraus, dass es denjenigen, die zu Studienbeginn schlechte Laune hatten, nach der Verwendung von probiotikahaltiger Milch besser ging (Benton et al. 2007). Mohammadiet al. zeigten auch, dass Teilnehmer probiotische Joghurts (mit Lactobacillus acidophilus LA5 und Bifidobacterium lactis BB12) oder probiotische Kapseln (mit Actobacillus casei, L. acidophilus, L. rhamnosus, L. bulgaricus, .B. breve, B. longum, S. thermophiles) verwendeten. für 6 Wochen hatte eine signifikante Verbesserung der Stimmung, gemessen durch GHQ und Depressionsangst- und Stressskala, aber diejenigen, die konventionellen Joghurt verwendeten, hatten keine signifikante Veränderung bei diesen Messwerten. Zwischen diesen drei Gruppen gab es keine Unterschiede in den HPA-Achsen-Indizes wie Cortisol und ACTH (Mohammadi et al. 2016). Die Studie von Messaoudi, an der die Teilnehmer gesunde Freiwillige waren, zeigte, dass die Verabreichung von Probiotika (mit L. helveticus R0052 und B. longum R0175) die Stimmungssymptome der Teilnehmer verbessern konnte, gemessen anhand der Hopkins Symptom Checklist-90 und der Hospital Anxiety and Depression Scale, im Vergleich zu diesen verwendeten Placebo (Messaoudi et al. 2011). Eine erhöhte kognitive Reaktivität auf normale, vorübergehende Veränderungen in der traurigen Stimmung ist ein etablierter Marker für die Anfälligkeit für Depressionen und wird als wichtiges Ziel für Interventionen angesehen (Kruijt et al. 2013). Steenbergenet al. fanden heraus, dass die gesamte kognitive Reaktivität bei Teilnehmern ohne aktuelle Stimmungsstörungen nach 4-wöchiger Multispezies-Probiotika-Verabreichung signifikant reduziert war, was größtenteils auf reduzierte Grübel- und Aggressions-Subskalen zurückzuführen war. Da sie nicht-depressive Teilnehmer verwendeten, änderten sich BDI und BAI nach der Intervention nicht signifikant (Steenbergen et al. 2015). Die Wirksamkeit von Probiotika bei Stimmungssymptomen zeigt sich nicht nur bei gesunden Probanden, sondern auch bei klinischen Probanden. Bei Patienten mit chronischem Erschöpfungssyndrom haben Rao et al. fanden heraus, dass die Verabreichung von Lactobacillus casei über 2 Monate den BAI, aber nicht den BDI, im Vergleich zu Placebo verbessern konnte. Gleichzeitig nahmen die fäkalen Lactobacillus und Bifidobakterien nach 2-monatiger L. casei-Intervention zu (Rao et al. 2009). Akkasheh et al. verabreichten Multispezies-Probiotika, die Lactobacillus acidophilum, Lactobacillus casei und Bifidobacterium bifidum enthielten, oder Placebo an Patienten mit MDD für 8 Wochen. Sie fanden heraus, dass Multispezies-Probiotika die BDI-Werte bei Patienten mit schweren depressiven Störungen signifikant senken könnten (Akkasheh et al. 2016), aber welcher Stamm von Probiotika die positive Wirkung ausübt, ist nicht klar.

1.5 Kindheitstrauma, Entzündung und Darmpermeabilität bei Depression In Tierversuchen Stress im frühen Leben, wie z. . Eine aktuelle Metaanalyse zeigte, dass Kindheitstraumata zu einem entzündungsfördernden Zustand im Erwachsenenalter beitragen (Baumeister et al. 2016). Darüber hinaus erhöhte auch ein Kindheitstrauma das Risiko für depressive Störungen (Norman et al. 2012). Metaanalysen haben gezeigt, dass Patienten mit MDD erhöhte entzündliche Zytokine im Serum aufweisen (Dowlati et al. 2010; Howren et al. 2009). Ein möglicher Mechanismus, der zu einer systemischen Entzündung bei Patienten mit MDD beiträgt, ist die bakterielle Translokation aufgrund einer erhöhten Darmpermeabilität (Leaky Gut). Abbildung 2 zeigt die Beziehung zwischen Kindheitstrauma, Darmpermeabilität, Entzündung und Depression.

Jede Mikrobe besitzt ein Mikroben-assoziiertes molekulares Muster (MAMP) oder ein pathogen-assoziiertes molekulares Muster (PAMP). Aus dem Darm austretende Mikroben aktivieren die MAMPs und Mustererkennungsrezeptoren wie Toll-like-Rezeptoren (TLRs). Proinflammatorische Zytokine, wie IL-6, TNF-alpha, werden nach einer Reihe von Signalübertragungen aus Zellen freigesetzt.

Probiotika können die Darmpermeabilität beeinträchtigen. HFD-abgeleitete Darmmikrobiota erhöhten die Darmpermeabilität, systemische Entzündungen und Gehirnentzündungen (Bruce-Keller et al. 2015). Eine In-vitro-Studie zeigte, dass Lactobacillus rhamnosus GG die Dysfunktion der Darmbarriere und Entzündungen durch die Hemmung von NF-kappaB verbessert (Donato et al. 2010). Die Gabe von Lactobacillus farciminis konnte die Darmpermeabilität und Entzündung bei Ratten mit teilweiser Zurückhaltung lindern (Ait-Belgnaoui et al. 2012).

Studien von Maes ergaben Hinweise auf eine erhöhte Darmpermeabilität bei Patienten mit MDD. Maes et al. fanden heraus, dass die mittleren Werte für Serum-IgM und -IgA gegen LPS von gramnegativen Enterobakterien bei Patienten mit MDD signifikant höher waren als bei normalen Probanden, was darauf hindeutet, dass eine erhöhte Darmpermeabilität zu einer erhöhten Translokation von gramnegativen Mikrobiota führt (Maes et al al. 2008; Maes et al. 2012). Bei Patienten mit Alkoholabhängigkeit hatten diejenigen mit erhöhter Darmpermeabilität, die mit der radioaktiven Sonde 51Cr-EDTA gemessen wurde, höhere Depressions- und Angstwerte als Patienten mit normaler Darmpermeabilität. Die Zusammensetzung und Aktivität der Mikrobiota war bei Patienten mit erhöhter Darmpermeabilität verändert (Leclercq et al. 2014).

1.6 Begründung der aktuellen Studie PS128 wurde von unserem Co-PI (Tsai YC) in traditionellem fermentiertem Essen, Fu-Tsai, gefunden und seine Genomarchitektur wurde fertiggestellt und wies auf seine potenzielle immunmodulatorische Wirkung hin. (Chao et al. 2009). Lactobacillus plantarum ist allgemein als sicher anerkannt (GRAS). PS128 kann bei MS-Mäusen den IL-6-Spiegel senken und den IL-10-Spiegel erhöhen, was mit einem verbesserten depressionsähnlichen Verhalten einhergeht (Liu YW et al. 2016). In der aktuellen Studie möchten wir die Wirkung von PS128 auf die Psychophysiologie untersuchen, einschließlich der Zusammensetzung der Darmmikrobiota, der Darmpermeabilität und -entzündung, der TLR-Expression, der Serum-Zytokinspiegel und der depressiven Symptome bei Patienten mit MDD.

Metaanalysen haben gezeigt, dass Patienten mit MDD höhere Entzündungszytokine aufweisen (Dowlati et al. 2010; Howren et al. 2009), aber nur eine Untergruppe von Patienten mit MDD hat ein höheres Entzündungsniveau. Beispielsweise betrug gemäß der Definition einer hohen Entzündung von hs-CRP > 3 mg/l (Pearson et al. 2003) der Anteil der Patienten mit hoher Entzündung 24 % bei Patienten mit MDD (Rapaport et al. 2016) und 45 % % bei Patienten mit behandlungsresistenter Depression (Raison et al. 2011). Das Ausgangsniveau der Entzündung kann das Ansprechen auf die Behandlung beeinflussen. Zum Beispiel sprachen Patienten mit hohem Ausgangswert der Entzündung besser auf die Behandlung mit Infliximab (Antagonist des Tumornekrosefaktors) (Raison et al. 2013) und Omega-3-Fettsäuren (Rapaport et al. 2016) an als Patienten mit niedrigem Ausgangswert der Entzündung. In Raisons Studie war die Wirkung von Infliximab auf Depressionssymptome bei Patienten mit einem niedrigeren Entzündungsniveau zu Studienbeginn schlechter als Placebo (Raison et al. 2013). Daher werden wir Patienten mit MDD und hohem Entzündungsgrad in unsere PS128-Interventionsstudie rekrutieren.

Wir nehmen an, dass PS128 (1) die Zusammensetzung der Darmmikrobiota verändern kann; (2) Verbesserung der Darmpermeabilität, die durch den fäkalen Zonulinspiegel gemessen wird, und der Entzündung, die durch den fäkalen Calprotectinspiegel gemessen wird; (3) reduzieren die Translokation des Pathogens in das Kreislaufsystem, was durch reduzierte TLR-Expression gezeigt wird, (4) reduzieren IL-6 und TNF-alpha und hs-CRP und erhöhen den IL-10-Spiegel. Wir hoffen, dass sich die Verbesserung des Entzündungsgrades auch positiv auf depressive Symptome auswirken kann.