주요 우울 장애 및 높은 수준의 염증이 있는 환자의 Lactobacillus Plantarum PS128

1. 배경 주요 우울 장애(MDD)는 영향을 받는 환자의 현저한 장애를 포함하는 복잡하고 장기적인 질병입니다. 이는 특히 중년 그룹에서 세계적인 질병 부담의 주요 원인 중 하나였습니다(GBD Lancet 2016; 388:1603-58). 이는 또한 과민성 대장 증후군, 심혈관 질환 및 암을 앓는 환자에서 흔한 동반이환입니다(Musselman et al. 1998; Spiegel et al. 2003; Whitehead et al. 2002). 우울증과 동반질환의 원인이 되는 기전은 명확하지 않지만 염증 과정이 관련되어 있을 수 있습니다. 메타 분석에 따르면 우울증 환자는 C 반응성 단백질(CRP), 인터루킨-1(IL-1), 인터루킨-6(IL-6) 및 종양 괴사 인자(TNF)와 같은 염증 표지자 수치가 더 높습니다. )-알파(Dowlati 외. 2010; Howren 외. 2009). Microbiota-gut-brain axis는 MDD 환자에서 더 높은 염증성 사이토카인을 설명할 수 있습니다. 축적된 데이터는 이제 장내 미생물군이 아마도 면역, 신경 및 내분비 경로를 통해 CNS와 통신할 수 있고 따라서 뇌 기능과 행동에 영향을 미칠 수 있음을 나타냅니다(Cryan et al. 2012; Forsythe et al. 2016; Rogers et al. 2016). 프로바이오틱스는 적절한 양을 섭취했을 때 건강상의 이점을 발휘하는 살아있는 유기체로 정의되며 장내 미생물, 뇌 신경 화학, HPA 축 및 염증에 영향을 미칠 수 있으며 향정신성 약물의 새로운 종류일 수 있습니다(Dinan et al. 2013).

1.1 Microbiota-gut-brain axis 하부 위장관에는 거의 100조 개의 미생물이 포함되어 있으며 대부분이 박테리아입니다. 미생물군은 집합적으로 330만 개 이상의 비중복 유전자를 암호화하며, 이는 인간 숙주 게놈에 의해 암호화된 수를 150배 초과합니다(Qin et al. 2010). 많은 미생물 유전자 산물은 신진대사와 숙주의 건강에 중요한 영향을 미칩니다.

장내 미생물군과 뇌 사이의 통신을 지원하는 수많은 연구가 있었습니다. 무균(GF) 동물을 사용한 연구는 미생물군과 뇌의 관계를 보여주는 좋은 모델입니다. 정상적인 장내 미생물군을 가진 특정 병원균이 없는(SPF) 마우스와 비교하여 GF 마우스는 증가된 운동 활동과 감소된 불안 행동을 나타냅니다. 선조체에서 도파민성 및 세로토닌성 신경전달물질의 증가된 교체가 GF 마우스에서 관찰되었습니다(Diaz Heijtz et al. 2011). 또한, GF 마우스는 SPF 마우스보다 구속 자극에 대한 반응으로 더 높은 부신피질자극호르몬(ACTH) 및 코르티코스테론 상승을 나타냈다(Sudo et al. 2004). 이는 장내 미생물군이 스트레스에 대한 숙주의 반응에 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다.

여러 연구에서 장내 미생물의 조작이 숙주의 정신생리학적 표현에 영향을 미칠 수 있음을 보여주었습니다. 예를 들어, 고지방식이(HFD)의 섭취는 미생물 다양성의 변화(Daniel et al. 2014) 및 감소된 시냅스 가소성(Liu et al. 2015)과 관련이 있습니다. HFD는 또한 불안과 유사한 행동을 증가시켰습니다(Sharma et al. 2013). HFD 미생물군을 투여한 성체 수컷 C57BL/6 마우스는 대조군 식이 미생물군을 가진 마우스와 비교하여 탐색, 인지 및 틀에 박힌 행동에서 중요하고 선택적인 장애를 보였습니다. 체중의 유의한 차이는 관찰되지 않았다. HFD와 정상 식이 그룹 사이의 장내 미생물 구성의 차이가 주목되었습니다(Bruce-Keller et al. 2015).

항생제 투여는 장내 미생물 구성에 영향을 미치고 숙주의 정신 생리학을 변화시키는 또 다른 방법입니다. 비흡수성 항균제의 경구 투여는 장내 미생물 구성을 일시적으로 변화시켰고 마우스에서 탐색 행동 및 BDNF mRNA의 해마 발현을 증가시켰지만, 복강내 투여는 행동에 영향을 미치지 않았습니다(Bercik et al. 2011). 증가된 항생제 노출은 인구 연구에서 우울증 및 불안의 위험과 관련이 있었습니다(Lurie et al. 2015). 따라서 프로바이오틱스의 투여는 장내 미생물의 환경과 구성을 변화시키고 숙주에 미치는 생리적 영향을 관찰하는 직접적인 방법이 될 수 있습니다.

1.2 동물 연구에서 프로바이오틱스 투여 동물 연구에서는 프로바이오틱스가 불안과 우울증의 정신생리학적 지표에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. Desbonnetet al. 순진한 쥐에서 3일 또는 14일에 수영 행동에 대한 Bifidobacteria infantis 치료의 유의미한 효과를 발견하지 못했습니다. 그러나 비피도박테리아 인판티스 치료는 전염증성 면역 반응을 약화시키고 트립토판을 상승시켰으며, 이는 이 프로바이오틱스가 항우울 특성을 가질 수 있음을 시사합니다(Desbonnet et al. 2008). 다음 연구에서 그들은 모체 분리(MS) 쥐를 연구 동물로 사용했습니다. 그들은 MS 쥐가 대조군에 비해 강제 수영 테스트(FST)에서 수영 행동이 감소하고 부동성이 증가했으며, 뇌의 노르아드레날린(NA) 함량이 감소했으며, 말초 IL-6 방출 및 편도체 코르티코트로핀 방출 인자(CRF) mRNA 수준이 향상되었음을 발견했습니다. 쥐(Desbonnet et al. 2010). Bifidobacteria infantis 치료는 면역 반응의 정상화, 행동 결함의 역전, 뇌간에서 기본 NA 농도의 회복을 가져왔습니다. 이러한 변화는 시탈로프람 그룹에서 관찰된 것과 비슷했으며, 이는 일부 프로바이오틱 이점이 항우울제 효과와 유사함을 시사합니다(Desbonnet et al. 2010). Liu 등은 Lactobacillus plantarum PS128(PS128)이 GF 마우스에서 우울증과 같은 행동이 아니라 불안과 같은 행동을 개선할 수 있고 선조체에서 세로토닌과 도파민 수치를 유의하게 증가시킬 수 있지만 전두엽 피질과 해마에서는 그렇지 않음을 발견했습니다(Liu WH et al. 2016). 그러나 MS 모델에서 PS128은 우울증과 같은 행동을 상당히 감소시켰지만 불안과 같은 행동은 감소시키지 않았습니다. PS128은 순진한 쥐에서 불안과 같은 행동을 상당히 감소시켰지만 우울증과 같은 행동은 감소시키지 않았습니다. 또한 MS 마우스에서 염증성 사이토카인 IL-6 수준을 감소시켰고 항염증성 사이토카인 IL-10 수준을 증가시켰습니다(Liu YW et al. 2016). PS128은 나이브 마우스보다 MS 마우스에서 정신생리학에 더 분명한 영향을 미쳤으며, 이는 프로바이오틱스 투여가 더 높은 스트레스로 고통받는 사람들의 행동, 신경 화학 및 HPA의 수정에 더 강력한 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다.

1.3 MDD 환자의 미생물총 조성 동물 연구에서 장내 미생물총의 구성이 염증, 신경화학 및 행동을 변화시키기 때문에 몇몇 인간 연구에서는 MDD 환자와 건강한 대조군 간의 장내 미생물군을 비교했습니다. Naseribafroueiet al. 우울한 참가자 37명과 우울하지 않은 참가자 18명의 장내 미생물 구성을 비교했습니다. 결과는 우울한 참가자에서 Bacteroidales가 과장된 반면 Lachnospiraceae는 과소 표현되었음을 보여주었습니다. 낮은 분류학적 수준에서 Oscillibacter와 Alistipes는 우울증과 관련이 있었습니다(Naseribafrouei et al. 2014). Jiang 등은 29명의 활성 MDD(A-MDD), 17명의 응답 MDD(R-MDD) 및 30명의 건강한 대조군(HC)을 모집하여 장내 미생물군을 비교했습니다. 그들은 A-MDD 대 HC 그룹에서 분변 박테리아 알파 다양성이 증가했지만 R-MDD 대 HC 그룹에서는 그렇지 않다는 것을 발견했습니다. Bacteroidetes, Proteobacteria, Actinobacteria는 유의하게 증가한 반면, Firmicutes는 HC군에 비해 A-MDD와 R-MDD군에서 유의하게 감소하였다. MDD 그룹은 Enterobacteriaceae와 Alistipes의 수준이 증가했지만 Faecalibacterium의 수준은 감소했습니다(Jiang et al. 2015). MDD 환자와 건강한 대조군 사이의 장내 미생물 구성의 차이뿐만 아니라 MDD 환자의 배설물 샘플을 마우스에 이식하면 수용자 마우스에서 우울한 행동을 유발할 수 있습니다. 수용 마우스의 장내 미생물 구성은 인간 숙주와 유사했습니다(Zheng et al. 2016). 이 연구는 장내 마이크로바이옴이 우울증과 유사한 행동의 발달에 인과적 역할을 할 수 있음을 뒷받침합니다.

1.4 인간 연구에서 기분에 대한 프로바이오틱스의 효과 우울한 피험자와 우울하지 않은 피험자 사이의 장내 미생물 분포의 차이 외에도 여러 인간 연구에서 프로바이오틱스가 기분에 유익한 영향을 미칠 수 있음을 보여주었습니다. Bentonet al. 3주 동안 프로바이오틱스(락토바실러스 카제이 포함) 우유를 사용한 건강한 참가자와 프로바이오틱스 없는 우유를 사용한 참가자 사이에 기분 상태 프로파일로 측정한 기분 변화에 유의미한 차이가 없음을 입증했습니다. 그러나 그들은 베이스라인에서 기분이 좋지 않은 사람들이 프로바이오틱스 함유 우유를 사용한 후에 더 좋아졌다는 것을 발견했습니다(Benton et al. 2007). Mohammadiet al. 또한 프로바이오틱 요구르트(Lactobacillus acidophilus LA5 및 Bifidobacterium lactis BB12 포함) 또는 프로바이오틱 캡슐(Actobacillus casei, L. acidophilus, L. rhamnosus, L. bulgaricus, .B. breve, B. longum, S. thermophiles 포함)을 사용하는 참가자도 나타났습니다. 6주 동안 GHQ와 우울증 불안 및 스트레스 척도로 측정한 기분이 크게 개선되었지만 기존 요구르트를 사용한 사람들은 이러한 측정에서 큰 변화가 없었습니다. 이 세 그룹 간에 코티솔 및 ACTH와 같은 HPA 축 지수에는 차이가 없었습니다(Mohammadi et al. 2016). 참가자가 건강한 지원자를 대상으로 한 Messaoudi의 연구는 프로바이오틱스(L. helveticus R0052 및 B. longum R0175 포함) 투여가 참가자의 기분 증상을 개선할 수 있음을 보여주었습니다. 위약을 사용했습니다(Messaoudi et al. 2011). 슬픈 기분의 정상적이고 일시적인 변화에 대한 인지 반응성 증가는 우울증에 대한 취약성의 확립된 지표이며 개입의 중요한 대상으로 간주됩니다(Kruijt et al. 2013). Steenbergen et al. 4주간 다종 프로바이오틱스 투여 후 현재 기분 장애가 없는 참가자의 반추 및 공격성 하위 척도 감소로 인해 전반적인 인지 반응성이 크게 감소한 것으로 나타났습니다. 우울하지 않은 참가자를 사용했기 때문에 BDI와 BAI는 개입 후 크게 변하지 않았습니다(Steenbergen et al. 2015). 기분 증상에 대한 프로바이오틱스의 효능은 건강한 지원자뿐만 아니라 임상 대상에서도 나타납니다. 만성 피로 증후군 환자에서 Rao et al. 2개월 동안 락토바실러스 카제이를 투여하면 위약에 비해 BAI가 개선되지만 BDI는 개선되지 않는 것으로 나타났습니다. 동시에 대변 Lactobacillus와 Bifidobacteria는 L. casei 개입 2개월 후에 증가했습니다(Rao et al. 2009). Akkashehet al. 8주 동안 MDD 환자에게 Lactobacillus acidophilum, Lactobacillus casei 및 Bifidobacterium bifidum이 포함된 다종 프로바이오틱스 또는 위약을 제공했습니다. 그들은 다종 프로바이오틱스가 주요 우울 장애가 있는 환자의 BDI 점수를 상당히 감소시킬 수 있다는 것을 발견했지만(Akkasheh et al. 2016), 어떤 종류의 프로바이오틱스가 유익한 효과를 발휘하는지는 명확하지 않습니다.

1.5 우울증의 어린 시절 외상, 염증 및 장 투과성 동물 연구에서 모성 분리, IL-6 수치 상승 및 우울 유사 행동 증가(FST에서 부동 시간 증가)와 같은 초기 생애 스트레스(Liu YW et al. 2016) . 최근의 한 메타 분석에서는 어린 시절의 외상이 성인기의 전 염증 상태에 기여한다는 것을 보여주었습니다(Baumeister et al. 2016). 또한 어린 시절의 외상은 우울 장애의 위험도 증가시켰습니다(Norman et al. 2012). 메타분석에서 MDD 환자는 혈청 염증성 사이토킨이 상승한 것으로 나타났습니다(Dowlati et al. 2010; Howren et al. 2009). MDD 환자의 전신 염증에 기여하는 한 가지 가능한 메커니즘은 증가된 장 투과성(장 누수)으로 인한 박테리아 전위입니다. 그림 2는 어린 시절 외상, 장 투과성, 염증 및 우울증 간의 관계를 보여줍니다.

모든 미생물은 미생물 관련 분자 패턴(MAMP) 또는 병원체 관련 분자 패턴(PAMP)을 가지고 있습니다. 장에서 누출된 미생물은 MAMP 및 TLR(Toll-like receptors)과 같은 패턴 인식 수용체를 활성화합니다. IL-6, TNF-알파와 같은 전염증성 사이토카인은 일련의 신호 전달 후 세포에서 방출됩니다.

프로바이오틱스는 장 투과성에 영향을 줄 수 있습니다. HFD 유래 장내 미생물군은 장 투과성, 전신 염증 및 뇌 염증을 증가시켰습니다(Bruce-Keller et al. 2015). 한 체외 연구에서는 Lactobacillus rhamnosus GG가 NF-kappaB의 억제를 통해 장 장벽 기능 장애와 염증을 완화시키는 것으로 나타났습니다(Donato et al. 2010). Lactobacillus farciminis의 투여는 부분 구속 쥐의 장 투과성과 염증을 완화할 수 있었습니다(Ait-Belgnaoui et al. 2012).

MDD 환자의 장 투과성 증가에 대한 증거는 Maes의 연구에서 밝혀졌습니다. Maes 등은 그람 음성 장내세균의 LPS에 대한 혈청 IgM 및 IgA의 중앙값이 정상 지원자보다 MDD 환자에서 유의하게 더 컸음을 발견했으며, 이는 증가된 장 투과성이 그람 음성 미생물총의 전좌를 증가시킨다는 것을 시사합니다(Maes et al. 외 2008, Maes 외 2012). 알코올 의존 환자에서 방사성 프로브 51Cr-EDTA로 측정한 장 투과성이 증가한 환자는 정상적인 장 투과성 환자보다 우울 및 불안 점수가 더 높았습니다. 장 투과성이 증가한 환자에서 미생물군의 구성과 활동이 변경되었습니다(Leclercq et al. 2014).

1.6 현재 연구의 근거 PS128은 공동 PI(Tsai YC)에 의해 전통 발효 식품인 fu-tsai에서 발견되었으며 게놈 구조가 완료되었으며 잠재적인 면역 조절 효과를 나타냈습니다. (차오 외 2009). 락토바실러스 플란타룸은 일반적으로 안전하다고 인정됩니다(GRAS). PS128은 MS 마우스에서 IL-6 수준을 감소시키고 IL-10 수준을 증가시킬 수 있으며 이는 우울증과 유사한 행동을 개선합니다(Liu YW et al. 2016). 본 연구에서는 PS128이 MDD 환자의 장내 미생물 구성, 장 투과성 및 염증, TLR 발현, 혈청 사이토카인 수준 및 우울 증상을 포함한 정신생리학에 미치는 영향을 조사하고자 합니다.

메타분석에 따르면 MDD 환자는 염증성 사이토카인이 더 높지만(Dowlati et al. 2010; Howren et al. 2009), MDD 환자의 하위 그룹만이 염증 수준이 더 높습니다. 예를 들어, hs-CRP > 3 mg/l의 고염증 정의(Pearson et al. 2003)에 따르면, 고염증 환자의 비율은 MDD 환자에서 24%(Rapaport et al. 2016), 45%였습니다. 치료 저항성 우울증 환자의 %(Raison et al. 2011). 기준선 염증 수준은 치료 반응에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 기준선 염증이 높은 환자는 기준선 염증이 낮은 환자에 비해 infliximab(종양 괴사 인자 길항제)(Raison et al. 2013) 및 오메가-3 지방산(Rapaport et al. 2016)에 대한 치료 반응이 더 좋았습니다. Raison의 연구에서 우울증 증상에 대한 infliximab의 효과는 베이스라인에서 염증 수준이 낮은 사람들에게서 위약보다 더 나빴습니다(Raison et al. 2013). 따라서 우리는 PS128 개입 연구에 MDD 및 염증 수준이 높은 환자를 모집할 것입니다.

우리는 PS128이 (1) 장내 미생물군의 구성을 변화시킬 수 있다는 가설을 세웁니다. (2) 대변 조눌린 수준으로 측정되는 장 투과성 및 대변 칼프로텍틴 수준으로 측정되는 염증을 개선하고; (3) TLR 발현 감소에 의해 입증될 순환계로 병원체의 전위를 감소시키고, (4) IL-6 및 TNF-알파 및 hs-CRP를 감소시키고, IL-10 수준을 증가시킨다. 염증 수준의 개선이 우울 증상에도 유익한 효과를 줄 수 있기를 바랍니다.