Lactobacillus Plantarum PS128 bij patiënten met depressieve stoornis en een hoog niveau van ontsteking

1. Achtergrond Depressieve stoornis (MDD) is een complexe en langdurige ziekte die gepaard gaat met duidelijke handicaps bij getroffen patiënten. Het is een van de belangrijkste oorzaken van wereldwijde ziektelast geweest, vooral in de middelbare leeftijdsgroepen (GBD Lancet 2016; 388:1603-58). Het is ook een veel voorkomende comorbiditeit bij patiënten met het prikkelbaredarmsyndroom, hart- en vaatziekten en kanker (Musselman et al. 1998; Spiegel et al. 2003; Whitehead et al. 2002). De mechanismen die verantwoordelijk zijn voor depressie en de comorbiditeit ervan zijn niet duidelijk, maar ontstekingsprocessen kunnen een rol spelen. Meta-analyse heeft aangetoond dat patiënten met een depressie hogere niveaus van ontstekingsmarkers hebben, zoals C-reactief proteïne (CRP), interleukine-1 (IL-1), interleukine-6 ​​(IL-6) en tumornecrosefactor (TNF). )-alfa (Dowlati et al. 2010; Howren et al. 2009). Microbiota-darm-hersenas kan hogere inflammatoire cytokines verklaren bij patiënten met MDD. Accumulerende gegevens geven nu aan dat de darmmicrobiota kan communiceren met het CZS - mogelijk via immuun-, neurale en endocriene routes - en daardoor de hersenfunctie en het gedrag beïnvloedt (Cryan et al. 2012; Forsythe et al. 2016; Rogers et al. 2016). Probiotica, die worden gedefinieerd als een levend organisme dat, wanneer het in voldoende hoeveelheid wordt ingenomen, een gezondheidsvoordeel heeft, kan de darmmicrobiota, hersenneurochemie, HPA-as en ontsteking beïnvloeden, en kan een nieuwe klasse van psychotropen zijn (Dinan et al. 2013).

1.1 Microbiota-darm-hersenas Het onderste maagdarmkanaal bevat bijna 100 biljoen micro-organismen, waarvan de meeste bacteriën zijn. De microbiota codeert collectief voor meer dan 3,3 miljoen niet-redundante genen, waarmee het aantal dat wordt gecodeerd door het genoom van de menselijke gastheer 150 keer groter is (Qin et al. 2010). Veel microbiële genproducten hebben belangrijke effecten op het metabolisme en de gezondheid van de gastheer.

Er zijn talloze onderzoeken geweest die de communicatie tussen darmmicrobiota en hersenen ondersteunen. Studie met kiemvrij (GF) dier is een goed model om de relatie tussen microbiota en hersenen aan te tonen. Vergeleken met specifieke pathogeenvrije (SPF) muizen met een normale darmmicrobiota, vertonen GF-muizen een verhoogde motorische activiteit en verminderd angstgedrag. Een verhoogde omzet van dopaminerge en serotonerge neurotransmitters in striatum werd waargenomen bij GF-muizen (Diaz Heijtz et al. 2011). Bovendien vertoonden GF-muizen hogere verhogingen van adrenocorticotroop hormoon (ACTH) en corticosteron als reactie op dwangstimuli dan SPF-muizen (Sudo et al. 2004). Het suggereert dat de darmmicrobiota de reactie van de gastheer op stress kan beïnvloeden.

Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat manipulatie van de darmmicrobiota de presentatie van de psychofysiologie van de gastheer kan beïnvloeden. De consumptie van een vetrijk dieet (HFD) wordt bijvoorbeeld geassocieerd met een veranderde microbiële diversiteit (Daniel et al. 2014) en verminderde synaptische plasticiteit (Liu et al. 2015). HFD verhoogde ook angstachtig gedrag (Sharma et al. 2013). Volwassen mannelijke C57BL / 6-muizen die HFD-microbiota kregen, hadden significante en selectieve verstoringen in verkennend, cognitief en stereotiep gedrag in vergelijking met muizen met controle-dieetmicrobiota. Er werden geen significante verschillen in lichaamsgewicht opgemerkt. Het verschil in samenstelling van de darmmicrobiota tussen HFD en groepen met een normaal dieet werd opgemerkt (Bruce-Keller et al. 2015).

Toediening van antibiotica is een andere manier om de samenstelling van de darmmicrobiota te beïnvloeden en de psychofysiologie van de gastheer te veranderen. Orale toediening van niet-absorbeerbare antimicrobiële middelen veranderde tijdelijk de samenstelling van de darmmicrobiota en verhoogde het verkennend gedrag en hippocampale expressie van BDNF-mRNA bij muizen, maar intraperitoneale toediening had geen effect op het gedrag (Bercik et al. 2011). Verhoogde blootstelling aan antibiotica werd in verband gebracht met het risico op depressie en angst in een bevolkingsonderzoek (Lurie et al. 2015). Daarom kan toediening van probiotica een directe manier zijn om de omgeving en samenstelling van de darmmicrobiota te veranderen en de fysiologische effecten ervan op de gastheer te observeren.

1.2 Toediening van probiotica in dierstudies Dierstudies hebben aangetoond dat probiotica psychofysiologische markers van angst en depressie beïnvloeden. Desbonnet et al. vond geen significant effect van behandeling met Bifidobacteria infantis op zwemgedrag op dag 3 of dag 14 bij naïeve ratten. De behandeling met Bifidobacteria infantis verzwakte echter pro-inflammatoire immuunresponsen en verhoogde tryptofaan, wat suggereert dat dit probioticum antidepressieve eigenschappen kan hebben (Desbonnet et al. 2008). In hun volgende studie gebruikten ze maternale scheidingsratten (MS) als proefdier. Ze ontdekten dat MS-ratten verminderd zwemgedrag en verhoogde immobiliteit in de geforceerde zwemtest (FST), verlaagd noradrenaline (NA) -gehalte in de hersenen en verbeterde perifere IL-6-afgifte en amygdala corticotrophin-releasing factor (CRF) mRNA-niveaus in vergelijking met controle ratten (Desbonnet et al. 2010). Behandeling met Bifidobacteria infantis resulteerde in normalisatie van de immuunrespons, omkering van gedragsstoornissen en herstel van basale NA-concentraties in de hersenstam. Deze veranderingen waren vergelijkbaar met die waargenomen in de citalopramgroep, wat suggereert dat sommige probiotische voordelen vergelijkbaar zijn met die van antidepressiva (Desbonnet et al. 2010). Liu et al ontdekten dat Lactobacillus plantarum PS128 (PS128) angstachtig, maar niet depressief gedrag bij GF-muizen kon verbeteren, en significant verhoogde niveaus van zowel serotonine als dopamine in het striatum, maar niet in de prefrontale cortex en de hippocampus (Liu WH et al. al. 2016). In het MS-model verminderde PS128 echter significant depressieachtig, maar niet angstachtig gedrag. PS128 verminderde significant angstachtig, maar niet depressief gedrag bij naïeve muizen. Het verlaagde ook het niveau van ontstekingscytokine, IL-6, en verhoogde het niveau van ontstekingsremmend cytokine, IL-10, bij MS-muizen (Liu YW et al. 2016). PS128 had een duidelijker effect op de psychofysiologie bij MS-muizen dan dat bij naïeve muizen suggereert dat toediening van probiotica een robuuster effect kan hebben op gedragsverandering, neurochemie en HPA bij mensen die lijden aan hogere stress.

1.3 Samenstelling van de microbiota bij patiënten met MDD Aangezien de samenstelling van de darmmicrobiota in dierstudies de ontsteking, neurochemie en het gedrag verandert, vergeleken verschillende studies bij mensen de darmmicrobiota tussen patiënten met MDD en gezonde controles. Naseribafrouei et al. vergeleek de samenstelling van de darmflora bij 37 depressieve en 18 niet-depressieve deelnemers. De resultaten toonden een oververtegenwoordiging van Bacteroidales, terwijl Lachnospiraceae ondervertegenwoordiging was bij depressieve deelnemers. Op lage taxonomische niveaus werden Oscillibacter en Alistipes in verband gebracht met depressie (Naseribafrouei et al. 2014). Jiang et al rekruteerden 29 actieve MDD (A-MDD), 17 reageerden op MDD (R-MDD) en 30 gezonde controles (HC) en vergeleken hun darmmicrobiota. Ze ontdekten dat de fecale bacteriële alfa-diversiteit in de A-MDD vs. de HC-groep toenam, maar niet in de R-MDD vs. de HC-groep. Bacteroidetes, Proteobacteria en Actinobacteria namen significant toe, terwijl die van Firmicutes significant was verminderd in de A-MDD- en R-MDD-groepen in vergelijking met de HC-groep. MDD-groepen hadden verhoogde niveaus van Enterobacteriaceae en Alistipes, maar verlaagde niveaus van Faecalibacterium (Jiang et al. 2015). Niet alleen verschillen in de samenstelling van de darmmicrobiota tussen patiënten met MDD en gezonde controle, het transplanteren van fecaal monster van MDD-patiënten in muizen kan depressief gedrag veroorzaken bij ontvangende muizen. De samenstelling van de darmmicrobiota bij ontvangende muizen was vergelijkbaar met die van menselijke gastheer (Zheng et al. 2016). Deze studie ondersteunt dat het darmmicrobioom een ​​oorzakelijke rol kan spelen bij de ontwikkeling van depressief gedrag.

1.4 Effecten van probiotica op de stemming in studies bij mensen Naast de verschillen in verdeling van de darmmicrobiota tussen depressieve en niet-depressieve personen, hebben verschillende studies bij mensen aangetoond dat probiotica een gunstig effect kunnen hebben op de stemming. Benton et al. toonden aan dat er geen significant verschil in stemmingsverandering, gemeten aan de hand van het profiel van de gemoedstoestand, tussen gezonde deelnemers die gedurende 3 weken probiotische (met Lactobacillus casei) melk gebruikten en degenen die melk zonder probiotica gebruikten. Ze ontdekten echter dat degenen die bij aanvang een slecht humeur hadden, beter werden na het gebruik van probiotica-bevattende melk (Benton et al. 2007). Mohammadi et al. toonde ook aan dat deelnemers probiotische yoghurt (met Lactobacillus acidophilus LA5 en Bifidobacterium lactis BB12) of probiotische capsule (met Actobacillus casei, L. acidophilus, L. rhamnosus, L. bulgaricus, .B. breve, B. longum, S. thermophiles) gebruikten gedurende 6 weken hadden significante verbetering van de stemming, gemeten door GHQ en Depression Anxiety and Stress Scale, maar degenen die conventionele yoghurt gebruikten, hadden geen significante verandering in deze meting. Er waren geen verschillen in HPA-asindices, zoals cortisol en ACTH, tussen deze drie groepen (Mohammadi et al. 2016). Messaoudi's studie, waarin deelnemers gezonde vrijwilligers waren, toonde aan dat toediening van probiotica (met L. helveticus R0052 en B. longum R0175) de stemmingssymptomen van deelnemers kon verbeteren, gemeten met Hopkins Symptom Checklist-90 en Hospital Anxiety and Depression Scale, in vergelijking met die placebo gebruikt (Messaoudi et al. 2011). Verhoogde cognitieve reactiviteit op normale, voorbijgaande veranderingen in sombere stemming is een gevestigde indicator van kwetsbaarheid voor depressie en wordt beschouwd als een belangrijk doelwit voor interventies (Kruijt et al. 2013). Steenbergen et al. ontdekte dat de algehele cognitieve reactiviteit aanzienlijk verminderde, wat grotendeels werd verklaard door verminderde subschalen herkauwen en agressie, bij deelnemers zonder huidige stemmingsstoornissen na 4 weken multispecies probiotica-toediening. Omdat ze niet-depressieve deelnemers gebruikten, veranderden BDI en BAI niet significant na interventie (Steenbergen et al. 2015). De werkzaamheid van probiotica bij stemmingsklachten wordt niet alleen aangetoond bij gezonde vrijwilligers, maar ook bij klinische proefpersonen. Bij patiënten met chronisch vermoeidheidssyndroom, Rao et al. ontdekte dat toediening van Lactobacillus casei gedurende 2 maanden de BAI zou kunnen verbeteren, maar niet de BDI, in vergelijking met placebo. Tegelijkertijd namen fecale Lactobacillus en Bifidobacteriën toe na een L. casei-interventie van 2 maanden (Rao et al. 2009). Akkasheh et al. gaf gedurende 8 weken probiotica van meerdere soorten, met Lactobacillus acidophilum, Lactobacillus casei en Bifidobacterium bifidum, of placebo aan patiënten met MDD. Ze ontdekten dat probiotica met meerdere soorten de BDI-scores bij patiënten met een depressieve stoornis aanzienlijk konden verlagen (Akkasheh et al. 2016), maar welke probioticastam het gunstige effect uitoefent, is niet duidelijk.

1.5 Jeugdtrauma, ontsteking en darmpermeabiliteit bij depressie In dierstudies, stress in het vroege leven, zoals scheiding van de moeder, verhoogde IL-6-spiegel en toegenomen depressief gedrag (verhoogde immobiliteitstijd bij FST) (Liu YW et al. 2016) . Een recente meta-analyse toonde aan dat kindertrauma bijdraagt ​​aan een pro-inflammatoire toestand op volwassen leeftijd (Baumeister et al. 2016). Daarnaast verhoogde jeugdtrauma ook het risico op depressieve stoornissen (Norman et al. 2012). Meta-analyses hebben aangetoond dat patiënten met MDD verhoogde ontstekingscytokinen in het serum hebben (Dowlati et al. 2010; Howren et al. 2009). Een mogelijk mechanisme dat bijdraagt ​​aan systemische ontsteking bij patiënten met MDD is bacteriële translocatie als gevolg van verhoogde darmpermeabiliteit (lekkende darm). Figuur 2 toont de relatie tussen jeugdtrauma, darmpermeabiliteit, ontsteking en depressie.

Elke microbe heeft een microbe-geassocieerd moleculair patroon (MAMP) of pathogeen-geassocieerd moleculair patroon (PAMP). Microben die uit de darm lekken, activeren de MAMP's en patroonherkenningsreceptoren, zoals Toll-like receptoren (TLR's). Pro-inflammatoire cytokines, zoals IL-6, TNF-alfa, worden na een reeks signaaltransductie uit cellen vrijgegeven.

Probiotica kunnen de darmpermeabiliteit beïnvloeden. Van HFD afgeleide darmmicrobiota verhoogde de darmpermeabiliteit, systemische ontsteking en hersenontsteking (Bruce-Keller et al. 2015). Een in-vitro-onderzoek toonde aan dat Lactobacillus rhamnosus GG disfunctie en ontsteking van de darmbarrière verbetert door remming van NF-kappaB (Donato et al. 2010). Toediening van Lactobacillus farciminis zou de darmpermeabiliteit en -ontsteking kunnen verlichten bij ratten met gedeeltelijke fixatie (Ait-Belgnaoui et al. 2012).

Bewijs van verhoogde darmpermeabiliteit bij patiënten met MDD werd onthuld door de studies van Maes. Maes et al ontdekten dat de mediane waarden voor serum IgM en IgA tegen LPS van gramnegatieve enterobacteriën significant hoger waren bij patiënten met MDD dan bij normale vrijwilligers, wat suggereert dat verhoogde darmpermeabiliteit resulteert in een verhoogde translocatie van gramnegatieve microbiota (Maes et al. al. 2008; Maes et al. 2012). Bij patiënten met alcoholafhankelijkheid hadden degenen met een verhoogde darmpermeabiliteit, gemeten met de radioactieve sonde 51Cr-EDTA, hogere depressie- en angstscores dan degenen met een normale darmpermeabiliteit. De samenstelling en activiteit van de microbiota waren veranderd bij patiënten met een verhoogde darmpermeabiliteit (Leclercq et al. 2014).

1.6 Rationale van huidige studie PS128 werd gevonden in traditioneel gefermenteerd voedsel, fu-tsai, door onze co-PI (Tsai YC) en de genoomarchitectuur ervan is voltooid en wees op het potentiële immunomodulerende effect. (Chao et al. 2009). Lactobacillus plantarum wordt algemeen erkend als veilig (GRAS). PS128 kan IL-6-niveaus verlagen en het IL-10-niveau verhogen, wat gepaard gaat met verbeterd depressie-achtig gedrag, bij MS-muizen (Liu YW et al. 2016). In de huidige studie willen we het effect van PS128 op de psychofysiologie onderzoeken, inclusief de samenstelling van de darmmicrobiota, darmpermeabiliteit en -ontsteking, TLR-expressie, serumcytokineniveaus en depressieve symptomen bij patiënten met MDD.

Meta-analyses hebben aangetoond dat patiënten met MDD hogere inflammatoire cytokines hebben (Dowlati et al. 2010; Howren et al. 2009), maar slechts een subgroep van patiënten met MDD heeft een hogere mate van ontsteking. Volgens de definitie van hoge ontsteking van hs-CRP > 3 mg/l (Pearson et al. 2003), was het aandeel patiënten met hoge ontsteking bijvoorbeeld 24 % bij patiënten met MDD (Rapaport et al. 2016) en 45 % bij patiënten met therapieresistente depressie (Raison et al. 2011). Baseline ontstekingsniveau kan de respons op de behandeling beïnvloeden. Patiënten met een hoge inflammatie bij aanvang hadden bijvoorbeeld een betere behandelingsrespons op infliximab (tumornecrosefactorantagonist) (Raison et al. 2013) en omega-3-vetzuren (Rapaport et al. 2016) in vergelijking met patiënten met een lage inflammatie bij aanvang. In de studie van Raison was het effect van infliximab op depressiesymptomen erger dan placebo bij degenen met een lager ontstekingsniveau bij baseline (Raison et al. 2013). Daarom zullen we patiënten met MDD en een hoog ontstekingsniveau rekruteren voor onze PS128-interventiestudie.

We veronderstellen dat PS128 (1) de samenstelling van de darmmicrobiota kan veranderen; (2) verbetering van de darmpermeabiliteit, die wordt gemeten aan de hand van fecaal zonuline-niveau, en ontsteking, die wordt gemeten aan de hand van fecaal calprotectine-niveau; (3) verminder de translocatie van pathogeen naar het circulatiesysteem, wat zal worden aangetoond door verminderde TLR-expressie, (4) verminder IL-6 en TNF-alfa, en hs-CRP, en verhoog het IL-10-niveau. We hopen dat de verbetering van het ontstekingsniveau ook een gunstig effect kan hebben op depressieve symptomen.