Lactobacillus Plantarum PS128 potilailla, joilla on vakava masennushäiriö ja korkea tulehdustaso

1. Taustaa Masennushäiriö (MDD) on monimutkainen ja pitkäaikainen sairaus, johon liittyy merkittäviä vammoja sairastuneilla potilailla. Se on ollut yksi johtavista maailmanlaajuisen tautitaakan aiheuttajista, erityisesti keski-ikäryhmissä (GBD Lancet 2016; 388:1603-58). Se on myös yleinen komorbiditeetti potilailla, joilla on ärtyvän suolen oireyhtymä, sydän- ja verisuonitauti ja syöpä (Musselman et al. 1998; Spiegel ym. 2003; Whitehead ym. 2002). Masennuksesta ja sen liitännäissairaudesta johtuvat mekanismit eivät ole selvillä, mutta tulehdusprosessit voivat olla osallisia. Meta-analyysi on osoittanut, että masennuspotilailla on korkeampi taso tulehdusmarkkereita, kuten C-reaktiivinen proteiini (CRP), interleukiini-1 (IL-1), interleukiini-6 (IL-6) ja tuumorinekroositekijä (TNF). )-alfa (Dowlati ym. 2010; Howren ym. 2009). Mikrobiota-suoli-aivo-akseli voi selittää korkeammat tulehdukselliset sytokiinit potilailla, joilla on MDD. Kerääntyvät tiedot osoittavat nyt, että suoliston mikrobiota voi kommunikoida keskushermoston kanssa – mahdollisesti immuuni-, hermo- ja endokriinisten reittien kautta – ja siten vaikuttaa aivojen toimintaan ja käyttäytymiseen (Cryan ym. 2012; Forsythe ym. 2016; Rogers et al. 2016). Probiootit, jotka määritellään eläväksi organismiksi, joka riittävässä määrin nautittuna tuottaa terveyshyötyä, voivat vaikuttaa suoliston mikrobiotaan, aivojen neurokemiaan, HPA-akseliin ja tulehdukseen, ja ne voivat olla uusi psykotrooppisten luokka (Dinan et al. 2013).

1.1 Mikrobiota-suoli-aivo-akseli Ruoansulatuskanavan alaosassa on lähes 100 biljoonaa mikro-organismia, joista suurin osa on bakteereja. Mikrobiota koodaa yhdessä yli 3,3 miljoonaa ei-redundanttia geeniä, mikä ylittää 150-kertaisesti ihmisen isäntägenomin koodaaman määrän (Qin et al. 2010). Monilla mikrobigeenituotteilla on tärkeitä vaikutuksia aineenvaihduntaan ja isännän terveyteen.

On tehty lukuisia tutkimuksia, jotka tukevat suoliston mikrobiotan ja aivojen välistä kommunikaatiota. Tutkimus mikrobittomilla (GF) eläimillä on hyvä malli mikrobiotan ja aivojen välisen suhteen osoittamiseen. Verrattuna spesifisiin patogeenivapaisiin (SPF) hiiriin, joilla on normaali suoliston mikrobiota, GF-hiirillä on lisääntynyt motorinen aktiivisuus ja vähentynyt ahdistuneisuuskäyttäytyminen. Dopaminergisten ja serotonergisten välittäjäaineiden lisääntynyt vaihtuvuus striatumissa havaittiin GF-hiirillä (Diaz Heijtz et al. 2011). Lisäksi GF-hiirillä oli korkeampi adrenokortikotrooppisen hormonin (ACTH) ja kortikosteronin nousu vasteena pidätysärsykkeelle kuin SPF-hiirillä (Sudo et al. 2004). Se viittaa siihen, että suoliston mikrobiota voi vaikuttaa isännän reaktioon stressiin.

Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että suoliston mikrobiotan manipulointi voi vaikuttaa isännän psykofysiologian esitykseen. Esimerkiksi runsasrasvaisen ruokavalion (HFD) nauttiminen liittyy muuttuneeseen mikrobien monimuotoisuuteen (Daniel ym. 2014) ja synaptisen plastisuuden vähenemiseen (Liu ym. 2015). HFD lisäsi myös ahdistuneisuutta muistuttavaa käyttäytymistä (Sharma ym. 2013). Aikuisilla urospuolisilla C57BL/6-hiirillä, joille annettiin HFD-mikrobiota, oli merkittäviä ja selektiivisiä häiriöitä tutkivassa, kognitiivisessa ja stereotyyppisessä käyttäytymisessä verrattuna hiiriin, joilla oli kontrolliruokavalion mikrobiota. Ruumiinpainossa ei havaittu merkittäviä eroja. Suoliston mikrobiotan koostumuksessa havaittiin ero HFD- ja normaaliruokavalioryhmien välillä (Bruce-Keller ym. 2015).

Antibioottien antaminen on toinen tapa vaikuttaa suoliston mikrobiston koostumukseen ja muuttaa isännän psykofysiologiaa. Imeytymättömien mikrobilääkkeiden oraalinen antaminen muutti ohimenevästi suoliston mikrobiston koostumusta ja lisäsi BDNF-mRNA:n tutkimuskäyttäytymistä ja hippokampuksen ilmentymistä hiirillä, mutta vatsaontelonsisäisellä annolla ei ollut vaikutusta käyttäytymiseen (Bercik et al. 2011). Lisääntynyt antibioottialtistus yhdistettiin väestötutkimuksessa masennuksen ja ahdistuneisuuden riskiin (Lurie et al. 2015). Siksi probioottien antaminen voi olla suora tapa muuttaa suoliston mikrobiotan ympäristöä ja koostumusta sekä tarkkailla sen fysiologisia vaikutuksia isäntään.

1.2 Probioottien antaminen eläinkokeissa Eläintutkimukset ovat osoittaneet, että probiootit vaikuttavat ahdistuksen ja masennuksen psykofysiologisiin markkereihin. Desbonnet et ai. eivät havainneet Bifidobacteria infantis -hoidon merkittävää vaikutusta uimakäyttäytymiseen päivänä 3 tai päivänä 14 naiiveilla rotilla. Bifidobacteria infantis -hoito kuitenkin heikensi tulehdusta edistäviä immuunivasteita ja kohonnut tryptofaanin, mikä viittaa siihen, että tällä probiootilla saattaa olla masennusta ehkäiseviä ominaisuuksia (Desbonnet et al. 2008). Seuraavassa tutkimuksessaan he käyttivät koe-eläimenä äidinerottelurottia (MS). He havaitsivat, että MS-rotat vähensivät uintikäyttäytymistä ja lisäsivät liikkumattomuutta pakkouintitestissä (FST), alensivat noradrenaliinin (NA) pitoisuutta aivoissa ja paransivat perifeeristä IL-6:n vapautumista ja amygdala kortikotropiinia vapauttavan tekijän (CRF) mRNA-tasoja kontrolliin verrattuna. rotat (Desbonnet et al. 2010). Bifidobacteria infantis -hoito johti immuunivasteen normalisoitumiseen, käyttäytymisvajeiden korjaamiseen ja NA:n peruspitoisuuksien palautumiseen aivorungossa. Nämä muutokset olivat verrattavissa sitalopraamiryhmässä havaittuihin, mikä viittaa siihen, että jotkin probioottiset hyödyt ovat samanlaisia ​​kuin masennuslääkevaikutukset (Desbonnet et al. 2010). Liu ym. havaitsivat, että Lactobacillus plantarum PS128 (PS128) voi parantaa ahdistuneisuutta muistuttavaa, mutta ei masennuksen kaltaista käyttäytymistä GF-hiirillä ja nostaa merkittävästi sekä serotoniinin että dopamiinin tasoja striatumissa, mutta ei esiotsakuoressa ja hippokampuksessa (Liu WH et al. 2016). MS-mallissa PS128 kuitenkin vähensi merkittävästi masennuksen kaltaista, mutta ei ahdistuksen kaltaista käyttäytymistä. PS128 vähensi merkittävästi ahdistuneisuutta muistuttavaa, mutta ei masennuksen kaltaista käyttäytymistä naiiveilla hiirillä. Se myös alensi tulehduksellisen sytokiinin, IL-6:n, tasoa ja nosti anti-inflammatorisen sytokiinin, IL-10, tasoa MS-hiirissä (Liu YW et al. 2016). PS128:lla oli ilmeisempi vaikutus psykofysiologiaan MS-hiirillä kuin naiiveilla hiirillä, mikä viittaa siihen, että probioottien antamisella voi olla voimakkaampi vaikutus käyttäytymisen, neurokemian ja HPA:n muutoksiin niillä, jotka kärsivät korkeammasta stressistä.

1.3 Mikrobiootan koostumus potilailla, joilla on MDD Koska suoliston mikrobiotan koostumukset muuttavat tulehdusta, neurokemiaa ja käyttäytymistä eläinkokeissa, useissa ihmistutkimuksissa verrattiin suoliston mikrobiotaa MDD-potilaiden ja terveiden kontrollien välillä. Naseribafrouei et ai. vertaili suoliston mikrobiota koostumuksia 37 masentuneella ja 18 ei-masennetulla osallistujalla. Tulokset osoittivat, että Bacteroidales oli yliedustettuna, kun taas Lachnospiraceae oli aliedustettuna masentuneilla osallistujilla. Matalilla taksonomisilla tasoilla Oscillibacter ja Alistipes liittyivät masennukseen (Naseribafrouei et al. 2014). Jiang et al rekrytoi 29 aktiivista MDD:tä (A-MDD), 17 reagoinutta MDD:tä (R-MDD) ja 30 tervettä kontrollia (HC) ja vertailivat heidän suoliston mikrobiotaa. He havaitsivat, että ulosteen bakteerien alfa-diversiteetti lisääntyi A-MDD vs. HC-ryhmässä, mutta ei R-MDD vs. HC-ryhmässä. Bacteroidetes, Proteobacteria ja Actinobacteria lisääntyi merkittävästi, kun taas Firmicutes väheni merkittävästi A-MDD- ja R-MDD-ryhmissä verrattuna HC-ryhmään. MDD-ryhmissä oli kohonneita Enterobacteriaceae- ja Alistipes-tasoja, mutta vähentyneet Faecalibacterium-tasot (Jiang et al. 2015). Ei vain erot suoliston mikrobiotan koostumuksessa MDD-potilaiden ja terveen kontrollin välillä, vaan MDD-potilaiden ulostenäytteen siirtäminen hiiriin voi aiheuttaa masennusta muistuttavaa käyttäytymistä vastaanottajahiirissä. Vastaanottajahiirten suolen mikrobiotan koostumus oli samanlainen kuin ihmisisännällä (Zheng et al. 2016). Tämä tutkimus tukee sitä, että suoliston mikrobiomilla voi olla syy-osuus masennusta muistuttavan käyttäytymisen kehittymisessä.

1.4 Probioottien vaikutukset mielialaan ihmistutkimuksissa Sen lisäksi, että suoliston mikrobiotan jakautumisessa on eroja masentuneiden ja ei-masennettujen koehenkilöiden välillä, useat ihmistutkimukset ovat osoittaneet, että probiooteilla voi olla suotuisa vaikutus mielialaan. Benton et ai. osoitti, että mielialan muutoksessa ei ollut merkittävää eroa mielialan profiililla mitattuna terveiden osallistujien välillä, jotka käyttivät probioottista (sisältää Lactobacillus casei -maitoa) kolmen viikon ajan, ja niiden välillä, jotka käyttivät maitoa ilman probioottia. He havaitsivat kuitenkin, että ne, jotka olivat lähtötilanteessa huonolla tuulella, paranivat probioottia sisältävän maidon käytön jälkeen (Benton ym. 2007). Mohammadi et ai. osoittivat myös, että osallistujat käyttivät probioottista jogurttia (sisältää Lactobacillus acidophilus LA5:tä ja Bifidobacterium lactis BB12:ta) tai probioottista kapselia (sisältää Actobacillus casei -, L. acidophilus-, L. rhamnosus-, L. bulgaricus-, .B. breve-, B. longum-, S. thermophiles- 6 viikon ajan mieliala parani merkittävästi GHQ:lla ja masennuksen ahdistuneisuus- ja stressiasteikolla mitattuna, mutta tavanomaista jogurttia käyttävillä ei ollut merkittävää muutosta näissä mittauksissa. Näiden kolmen ryhmän välillä ei ollut eroja HPA-akselin indekseissä, kuten kortisoli ja ACTH (Mohammadi et al. 2016). Messaoudin tutkimus, jossa osallistujat olivat terveitä vapaaehtoisia, osoitti, että probioottien (sisältävät L. helveticus R0052 ja B. longum R0175) antaminen voi parantaa osallistujien mielialaoireita Hopkinsin oireiden tarkistuslistalla-90 ja sairaalan ahdistuneisuus- ja masennusasteikolla mitattuna. käytti lumelääkettä (Messaoudi ym. 2011). Lisääntynyt kognitiivinen reaktiivisuus normaaleihin, ohimeneviin surumielen muutoksiin on vakiintunut masennuksen haavoittuvuuden merkki, ja sitä pidetään tärkeänä interventioiden kohteena (Kruijt et al. 2013). Steenbergen et ai. havaitsi, että yleinen kognitiivinen reaktiivisuus väheni merkittävästi, mikä johtui suurelta osin vähentyneestä märehtimisen ja aggressiivisuuden ala-asteikoista, osallistujilla, joilla ei ollut tämänhetkisiä mielialahäiriöitä neljän viikon monilajiprobioottien antamisen jälkeen. Koska he käyttivät ei-masentaneita osallistujia, BDI ja BAI eivät merkittävästi muuttuneet interventioiden jälkeen (Steenbergen et al. 2015). Probioottien tehoa mielialaoireisiin ei ole osoitettu vain terveillä vapaaehtoisilla, vaan myös kliinisillä koehenkilöillä. Potilailla, joilla on krooninen väsymysoireyhtymä, Rao et al. havaitsi, että Lactobacillus casein antaminen 2 kuukauden ajan saattoi parantaa BAI:ta, mutta ei BDI:tä, verrattuna lumelääkkeeseen. Samanaikaisesti ulosteen Lactobacillus ja Bifidobacteria lisääntyivät 2 kuukauden L. casei -intervention jälkeen (Rao et al. 2009). Akkasheh et ai. antoi usean lajin probiootteja, jotka sisälsivät Lactobacillus acidophilum, Lactobacillus casei ja Bifidobacterium bifidum, tai lumelääkettä MDD-potilaille 8 viikon ajan. He havaitsivat, että usean lajin probiootit voisivat merkittävästi alentaa BDI-pisteitä potilailla, joilla on vakava masennushäiriö (Akkasheh et al. 2016), mutta mikä probioottikanta tuottaa hyödyllisen vaikutuksen, ei ole selvää.

1.5 Lapsuuden traumat, tulehdus ja suoliston läpäisevyys masennuksessa Eläintutkimuksessa varhaiselämän stressi, kuten äidin ero, kohonnut IL-6-taso ja lisääntynyt masennusta muistuttava käyttäytyminen (lisääntynyt liikkumattomuusaika FST:ssä) (Liu YW et al. 2016) . Eräs tuore metaanalyysi osoitti, että lapsuuden traumat myötävaikuttavat aikuisiän tulehdusta edistävään tilaan (Baumeister et al. 2016). Lisäksi lapsuuden traumat lisäsivät myös masennuksen riskiä (Norman ym. 2012). Metaananalyysit ovat osoittaneet, että MDD-potilailla seerumin tulehdussytokiinit ovat kohonneet (Dowlati ym. 2010; Howren et al. 2009). Yksi mahdollinen mekanismi, joka edistää systeemistä tulehdusta MDD-potilailla, on bakteerien translokaatio, joka johtuu lisääntyneestä suolen läpäisevyydestä (vuotava suolisto). Kuva 2 esittää yhteyttä lapsuuden trauman, suoliston läpäisevyyden, tulehduksen ja masennuksen välillä.

Jokaisella mikrobilla on mikrobeihin liittyvä molekyylikuvio (MAMP) tai patogeeniin liittyvä molekyylikuvio (PAMP). Suolistosta vuotavat mikrobit aktivoivat MAMP:ita ja kuviontunnistusreseptoreita, kuten Toll-like reseptoreita (TLR). Proinflammatoriset sytokiinit, kuten IL-6, TNF-alfa, vapautuvat soluista sarjan signaalinsiirtojen jälkeen.

Probiootit voivat vaikuttaa suoliston läpäisevyyteen. HFD-peräinen suoliston mikrobiota lisäsi suoliston läpäisevyyttä, systeemistä tulehdusta ja aivotulehdusta (Bruce-Keller ym. 2015). Yksi in vitro -tutkimus osoitti, että Lactobacillus rhamnosus GG parantaa suoliston esteen toimintahäiriötä ja tulehdusta estämällä NF-kappaB:tä (Donato et al. 2010). Lactobacillus farciminiksen antaminen voi lievittää suoliston läpäisevyyttä ja tulehdusta osittain pidätetyillä rotilla (Ait-Belgnaoui et al. 2012).

Maesin tutkimukset paljastivat todisteita lisääntyneestä suoliston läpäisevyydestä potilailla, joilla on MDD. Maes ym. havaitsivat, että seerumin IgM:n ja IgA:n mediaaniarvot gram-negatiivisten enterobakteerien LPS:ää vastaan ​​olivat merkittävästi korkeammat MDD-potilailla kuin normaaleilla vapaaehtoisilla, mikä viittaa siihen, että lisääntynyt suolen läpäisevyys johtaa gram-negatiivisen mikrobiotan lisääntyneeseen translokaatioon (Maes et al. al. 2008; Maes ym. 2012). Alkoholiriippuvaisilla potilailla, joilla oli lisääntynyt suolen läpäisevyys, joka mitattiin radioaktiivisella 51Cr-EDTA:lla, oli korkeampi masennus- ja ahdistuneisuuspisteet kuin niillä, joilla oli normaali suolen läpäisevyys. Mikrobiootan koostumus ja aktiivisuus muuttuivat potilailla, joilla oli lisääntynyt suolen läpäisevyys (Leclercq ym. 2014).

1.6 Nykyisen tutkimuksen perustelut PS128 löytyi perinteisestä fermentoidusta ruoasta, fu-tsaista, co-PI:n (Tsai YC) toimesta, ja sen genomiarkkitehtuuri on saatu valmiiksi ja osoittanut sen mahdollisen immunomoduloivan vaikutuksen. (Chao ym. 2009). Lactobacillus plantarum on yleisesti tunnustettu turvalliseksi (GRAS). PS128 voi alentaa IL-6-tasoja ja nostaa IL-10-tasoa, johon liittyy parantunut masennuksen kaltainen käyttäytyminen MS-hiirillä (Liu YW et al. 2016). Tässä tutkimuksessa haluamme tutkia PS128:n vaikutusta psykofysiologiaan, mukaan lukien suoliston mikrobiotan koostumus, suoliston läpäisevyys ja tulehdus, TLR-ilmentyminen, seerumin sytokiinitasot ja masennusoireet potilailla, joilla on MDD.

Metaananalyysit ovat osoittaneet, että MDD-potilailla on korkeammat tulehdukselliset sytokiinit (Dowlati et al. 2010; Howren et al. 2009), mutta vain jollakin MDD-potilaiden alaryhmällä on korkeampi tulehdustaso. Esimerkiksi korkean hs-CRP:n > 3 mg/l tulehduksen määritelmän mukaan (Pearson ym. 2003) korkeaa tulehdusta sairastavien potilaiden osuus oli 24 % MDD-potilaista (Rapaport ym. 2016) ja 45 %. % potilailla, joilla on hoitoresistentti masennus (Raison ym. 2011). Tulehduksen lähtötaso voi vaikuttaa hoitovasteeseen. Esimerkiksi potilailla, joilla oli korkea lähtötason tulehdus, oli parempi hoitovaste infliksimabiin (kasvainnekroositekijän antagonisti) (Raison ym. 2013) ja omega-3-rasvahappoihin (Rapaport ym. 2016) verrattuna potilaisiin, joilla oli matala lähtötasotulehdus. Raisonin tutkimuksessa infliksimabin vaikutus masennuksen oireisiin oli lumelääkettä huonompi niillä, joilla oli alhaisempi tulehdustaso lähtötasolla (Raison ym. 2013). Siksi rekrytoimme potilaita, joilla on MDD ja korkea tulehdustaso, PS128-interventiotutkimukseemme.

Oletamme, että PS128 voi (1) muuttaa suoliston mikrobiston koostumusta; (2) parantaa suoliston läpäisevyyttä, joka mitataan ulosteen zonuliinitasolla, ja tulehdusta, joka mitataan ulosteen kalprotektiinitasolla; (3) vähentää patogeenin siirtymistä verenkiertojärjestelmään, mikä osoitetaan vähentyneenä TLR-ilmentymisenä, (4) vähentää IL-6:ta ja TNF-alfaa sekä hs-CRP:tä ja nostaa IL-10-tasoa. Toivomme, että tulehdustason paraneminen voi vaikuttaa suotuisasti myös masennusoireisiin.