Lactobacillus plantarum PS128 u pacjentów z dużą depresją i wysokim stanem zapalnym

1. Wstęp Duże zaburzenie depresyjne (MDD) jest złożoną i przewlekłą chorobą, która wiąże się ze znaczną niepełnosprawnością u dotkniętych nią pacjentów. Jest jedną z głównych przyczyn globalnego obciążenia chorobami, zwłaszcza w grupach w średnim wieku (GBD Lancet 2016; 388:1603-58). Jest to również częsta choroba współistniejąca u pacjentów z zespołem jelita drażliwego, chorobami układu krążenia i rakiem (Musselman i wsp. 1998; Spiegel i wsp. 2003; Whitehead i wsp. 2002). Mechanizmy odpowiedzialne za depresję i jej współwystępowanie nie są jasne, ale mogą mieć związek z procesami zapalnymi. Metaanaliza wykazała, że ​​pacjenci z depresją mają wyższy poziom markerów stanu zapalnego, takich jak białko C-reaktywne (CRP), interleukina-1 (IL-1), interleukina-6 (IL-6) i czynnik martwicy nowotworów (TNF). )-alfa (Dowlati i in. 2010; Howren i in. 2009). Oś mikrobiota-jelito-mózg może wyjaśniać wyższe cytokiny zapalne u pacjentów z MDD. Zgromadzone dane wskazują obecnie, że mikroflora jelitowa może komunikować się z ośrodkowym układem nerwowym – prawdopodobnie poprzez szlaki immunologiczne, nerwowe i hormonalne – i tym samym wpływać na funkcjonowanie i zachowanie mózgu (Cryan i wsp. 2012; Forsythe i wsp. 2016; Rogers i wsp. 2016). 2016). Probiotyki, które definiuje się jako żywy organizm, który po spożyciu w odpowiedniej ilości wywiera korzystny wpływ na zdrowie, może wpływać na mikroflorę jelitową, neurochemię mózgu, oś HPA i stan zapalny, i może stanowić nową klasę środków psychotropowych (Dinan i wsp. 2013).

1.1 Oś mikrobiota-jelito-mózg Dolny odcinek przewodu pokarmowego zawiera prawie 100 bilionów mikroorganizmów, z których większość to bakterie. Mikrobiota łącznie koduje ponad 3,3 miliona nieredundantnych genów, przekraczając liczbę kodowaną przez genom ludzkiego gospodarza 150-krotnie (Qin i in. 2010). Wiele produktów genów drobnoustrojów ma istotny wpływ na metabolizm i zdrowie gospodarza.

Przeprowadzono liczne badania potwierdzające komunikację między mikroflorą jelitową a mózgiem. Badanie z wykorzystaniem zwierząt wolnych od zarazków (GF) jest dobrym modelem do pokazania związku między mikrobiomem a mózgiem. W porównaniu do myszy wolnych od specyficznych patogenów (SPF) z normalną mikroflorą jelitową, myszy GF wykazują zwiększoną aktywność ruchową i zmniejszone zachowania lękowe. U myszy GF zaobserwowano zwiększony obrót neuroprzekaźników dopaminergicznych i serotonergicznych w prążkowiu (Diaz Heijtz et al. 2011). Ponadto myszy GF wykazywały wyższy poziom hormonu adrenokortykotropowego (ACTH) i kortykosteronu w odpowiedzi na bodziec powstrzymujący niż myszy SPF (Sudo i in. 2004). Sugeruje to, że mikroflora jelitowa może wpływać na reakcję gospodarza na stres.

Kilka badań wykazało, że manipulowanie mikroflorą jelitową może wpływać na prezentację psychofizjologii gospodarza. Na przykład spożywanie diety wysokotłuszczowej (HFD) wiąże się ze zmienioną różnorodnością drobnoustrojów (Daniel i in. 2014) i zmniejszoną plastycznością synaptyczną (Liu i in. 2015). HFD zwiększyło również zachowania podobne do lęku (Sharma i in. 2013). Dorosłe samce myszy C57BL / 6, którym podano mikroflorę HFD, miały znaczące i selektywne zakłócenia w zachowaniu eksploracyjnym, poznawczym i stereotypowym w porównaniu z myszami z mikrobiomem diety kontrolnej. Nie odnotowano istotnych różnic w masie ciała. Zaobserwowano różnicę w składzie mikroflory jelitowej między grupą z HFD a grupą o normalnej diecie (Bruce-Keller i wsp. 2015).

Podawanie antybiotyków to kolejny sposób wpływania na skład mikroflory jelitowej i zmiany psychofizjologii gospodarza. Doustne podanie niewchłanialnych środków przeciwdrobnoustrojowych przejściowo zmieniło skład mikroflory jelitowej i zwiększyło zachowanie eksploracyjne oraz ekspresję mRNA BDNF w hipokampie u myszy, ale podanie dootrzewnowe nie miało wpływu na zachowanie (Bercik i wsp. 2011). W badaniu populacyjnym zwiększona ekspozycja na antybiotyki wiązała się z ryzykiem depresji i lęku (Lurie i in. 2015). Dlatego podawanie probiotyków może być bezpośrednim sposobem na zmianę środowiska i składu mikrobioty jelitowej oraz obserwację jej fizjologicznego wpływu na gospodarza.

1.2 Podawanie probiotyków w badaniach na zwierzętach Badania na zwierzętach wykazały, że probiotyki wpływają na psychofizjologiczne markery lęku i depresji. Desbonnet i in. nie stwierdzili znaczącego wpływu leczenia Bifidobacteria infantis na zachowania związane z pływaniem w dniu 3 lub 14 u naiwnych szczurów. Jednak leczenie Bifidobacteria infantis osłabiło prozapalne odpowiedzi immunologiczne i podwyższyło poziom tryptofanu, co sugeruje, że ten probiotyk może mieć właściwości przeciwdepresyjne (Desbonnet i wsp. 2008). W kolejnym badaniu wykorzystali szczury z separacji matek (MS) jako zwierzęta badawcze. Odkryli, że szczury z SM miały zmniejszone zachowanie podczas pływania i zwiększoną bezruch w teście wymuszonego pływania (FST), obniżoną zawartość noradrenaliny (NA) w mózgu oraz zwiększone obwodowe uwalnianie IL-6 i poziomy mRNA czynnika uwalniającego kortykotropinę (CRF) w ciele migdałowatym w porównaniu z grupą kontrolną. szczury (Desbonnet i in. 2010). Leczenie Bifidobacteria infantis spowodowało normalizację odpowiedzi immunologicznej, odwrócenie deficytów behawioralnych i przywrócenie podstawowych stężeń NA w pniu mózgu. Zmiany te były porównywalne z obserwowanymi w grupie citalopramu, co sugeruje, że niektóre korzyści probiotyczne są podobne do efektów przeciwdepresyjnych (Desbonnet i wsp. 2010). Liu i wsp. stwierdzili, że Lactobacillus plantarum PS128 (PS128) może złagodzić zachowanie podobne do lęku, ale nie depresji u myszy GF i znacznie zwiększyć poziom zarówno serotoniny, jak i dopaminy w prążkowiu, ale nie w korze przedczołowej i hipokampie (Liu WH i in. al.2016). Jednak w modelu stwardnienia rozsianego PS128 znacznie zmniejszył zachowania podobne do depresji, ale nie lękowe. PS128 znacznie zmniejszyło zachowania lękowe, ale nie depresyjne u naiwnych myszy. Zmniejszył również poziom cytokiny zapalnej IL-6 i zwiększył poziom cytokiny przeciwzapalnej IL-10 u myszy z SM (Liu YW i wsp. 2016). PS128 miał bardziej oczywisty wpływ na psychofizjologię u myszy z SM niż u myszy naiwnych, co sugeruje, że podawanie probiotyków może mieć silniejszy wpływ na modyfikację zachowań, neurochemii i HPA u osób cierpiących na większy stres.

1.3 Skład mikroflory u pacjentów z MDD Ponieważ skład mikroflory jelitowej zmienia stan zapalny, neurochemię i zachowanie w badaniach na zwierzętach, w kilku badaniach na ludziach porównano mikroflorę jelitową pacjentów z MDD i zdrowych osób z grupy kontrolnej. Naseribafrouei i in. porównali skład mikroflory jelitowej u 37 uczestników z depresją i 18 bez depresji. Wyniki wykazały nadreprezentację Bacteroidales i niedostateczną reprezentację Lachnospiraceae u uczestników z depresją. Na niskich poziomach taksonomicznych Oscillibacter i Alistipes były związane z depresją (Naseribafrouei i in. 2014). Jiang i wsp. zwerbowali 29 aktywnych MDD (A-MDD), 17 z odpowiedzią na MDD (R-MDD) i 30 zdrowych osób z grupy kontrolnej (HC) i porównali ich mikroflorę jelitową. Odkryli, że zwiększona różnorodność alfa bakterii w kale w grupie A-MDD w porównaniu z grupą HC, ale nie w grupie R-MDD w porównaniu z grupą HC. Bacteroidetes, Proteobacteria i Actinobacteria znacznie wzrosły, podczas gdy Firmicutes było znacznie zmniejszone w grupach A-MDD i R-MDD w porównaniu z grupą HC. Grupy MDD miały podwyższony poziom Enterobacteriaceae i Alistipes, ale obniżony poziom Faecalibacterium (Jiang i in. 2015). Nie tylko różnice w składzie mikroflory jelitowej między pacjentami z MDD a zdrową kontrolą, przeszczepienie próbki kału od pacjentów z MDD do myszy może wywoływać zachowania podobne do depresji u myszy biorców. Skład mikroflory jelitowej myszy biorców był podobny do składu flory bakteryjnej gospodarza ludzkiego (Zheng i wsp. 2016). To badanie potwierdza, że ​​mikrobiom jelitowy może odgrywać przyczynową rolę w rozwoju zachowań podobnych do depresji.

1.4 Wpływ probiotyków na nastrój w badaniach na ludziach Oprócz różnic w dystrybucji mikroflory jelitowej między osobami z depresją a osobami bez depresji, kilka badań na ludziach wykazało, że probiotyki mogą mieć korzystny wpływ na nastrój. Bentona i in. wykazali, że nie ma istotnej różnicy w zmianie nastroju, mierzonej Profilem Stanu Nastroju, pomiędzy zdrowymi uczestnikami stosującymi mleko probiotyczne (zawierające Lactobacillus casei) przez 3 tygodnie i tymi, którzy spożywali mleko bez probiotyku. Odkryli jednak, że ci, którzy byli w złym nastroju na początku badania, poprawili się po spożyciu mleka zawierającego probiotyki (Benton i wsp. 2007). Mohammadi i in. wykazali również, że uczestnicy stosujący jogurt probiotyczny (zawierający Lactobacillus acidophilus LA5 i Bifidobacterium lactis BB12) lub probiotyk w kapsułkach (zawierający Actobacillus casei, L. acidophilus, L. rhamnosus, L. bulgaricus, .B. breve, B. longum, S. thermophiles) przez 6 tygodni mieli znaczną poprawę nastroju, mierzoną za pomocą GHQ i Depression Anxiety and Stress Scale, ale ci, którzy używali konwencjonalnego jogurtu, nie mieli znaczącej zmiany w tych pomiarach. Pomiędzy tymi trzema grupami nie było różnic we wskaźnikach osi HPA, takich jak kortyzol i ACTH (Mohammadi et al. 2016). Badanie Messaoudiego, w którym uczestnicy byli zdrowymi ochotnikami, wykazało, że podawanie probiotyków (zawierających L. helveticus R0052 i B. longum R0175) może poprawić objawy nastroju uczestników, mierzone za pomocą listy kontrolnej objawów Hopkinsa-90 i szpitalnej skali lęku i depresji, w porównaniu z tymi stosowali placebo (Messaoudi i wsp. 2011). Zwiększona reaktywność poznawcza na normalne, przejściowe zmiany smutnego nastroju jest uznanym wskaźnikiem podatności na depresję i jest uważana za ważny cel interwencji (Kruijt i in. 2013). Steenbergena i in. stwierdzili, że ogólna reaktywność poznawcza znacznie się zmniejszyła, co było w dużej mierze spowodowane zmniejszonymi podskalami przeżuwania i agresji, u uczestników bez aktualnych zaburzeń nastroju po 4 tygodniach podawania wielogatunkowych probiotyków. Ponieważ wykorzystali uczestników bez depresji, BDI i BAI nie zmieniły się znacząco po interwencji (Steenbergen i in. 2015). Skuteczność probiotyków w leczeniu objawów nastroju wykazano nie tylko u zdrowych ochotników, ale także u osób klinicznych. U pacjentów z zespołem chronicznego zmęczenia Rao i in. stwierdzili, że podawanie Lactobacillus casei przez 2 miesiące może poprawić BAI, ale nie BDI, w porównaniu z placebo. W tym samym czasie bakterie Lactobacillus i Bifidobacterium w kale wzrosły po 2-miesięcznej interwencji L. casei (Rao et al. 2009). Akkaszeh i in. podawali wielogatunkowe probiotyki zawierające Lactobacillus acidophilum, Lactobacillus casei i Bifidobacterium bifidum lub placebo pacjentom z MDD przez 8 tygodni. Odkryli, że wielogatunkowe probiotyki mogą znacznie obniżyć wyniki BDI u pacjentów z dużą depresją (Akkasheh i wsp. 2016), ale nie jest jasne, który szczep probiotyków wywiera korzystny wpływ.

1.5 Uraz dziecięcy, stan zapalny i przepuszczalność jelit w depresji W badaniach na zwierzętach stres we wczesnym okresie życia, taki jak separacja matki, podwyższony poziom IL-6 i zwiększone zachowania podobne do depresji (wydłużony czas bezruchu w FST) (Liu YW i in. 2016) . Jedna z niedawnych metaanaliz wykazała, że ​​trauma z dzieciństwa przyczynia się do stanu prozapalnego w wieku dorosłym (Baumeister i in. 2016). Ponadto trauma z dzieciństwa zwiększała również ryzyko wystąpienia zaburzeń depresyjnych (Norman i in. 2012). Metaanalizy wykazały, że pacjenci z MDD mają podwyższone cytokiny zapalne w surowicy (Dowlati i wsp. 2010; Howren i wsp. 2009). Jednym z możliwych mechanizmów przyczyniających się do ogólnoustrojowego stanu zapalnego u pacjentów z MDD jest translokacja bakteryjna spowodowana zwiększoną przepuszczalnością jelita (nieszczelne jelito). Rycina 2 pokazuje związek między urazami z dzieciństwa, przepuszczalnością jelit, stanem zapalnym i depresją.

Każdy drobnoustrój posiada wzór molekularny związany z drobnoustrojem (MAMP) lub wzór molekularny związany z patogenem (PAMP). Drobnoustroje wyciekające z jelit aktywują MAMP i receptory rozpoznawania wzorców, takie jak receptory Toll-like (TLR). Cytokiny prozapalne, takie jak IL-6, TNF-alfa, są uwalniane z komórek po serii transdukcji sygnału.

Probiotyki mogą wpływać na przepuszczalność jelit. Mikroflora jelitowa pochodząca z HFD zwiększa przepuszczalność jelit, ogólnoustrojowe zapalenie i zapalenie mózgu (Bruce-Keller i wsp. 2015). Jedno badanie in vitro wykazało, że Lactobacillus rhamnosus GG łagodzi dysfunkcję bariery jelitowej i stan zapalny poprzez hamowanie NF-kappaB (Donato i wsp. 2010). Podawanie Lactobacillus farciminis może złagodzić przepuszczalność jelit i stan zapalny u szczurów z częściowym unieruchomieniem (Ait-Belgnaoui i in. 2012).

Dowody na zwiększoną przepuszczalność jelit u pacjentów z MDD zostały ujawnione w badaniach Maesa. Maes i wsp. odkryli, że mediany wartości IgM i IgA w surowicy przeciwko LPS Gram-ujemnych enterobakterii były znacznie większe u pacjentów z MDD niż u zdrowych ochotników, co sugeruje, że zwiększona przepuszczalność jelita skutkuje zwiększoną translokacją mikroflory Gram-ujemnej (Maes i wsp. wsp. 2008; Maes i wsp. 2012). U pacjentów uzależnionych od alkoholu osoby ze zwiększoną przepuszczalnością jelit, którą mierzono radioaktywną sondą 51Cr-EDTA, miały wyższe wyniki w zakresie depresji i lęku niż osoby z prawidłową przepuszczalnością jelit. Skład i aktywność mikrobiomu były zmienione u pacjentów ze zwiększoną przepuszczalnością jelit (Leclercq et al. 2014).

1.6 Uzasadnienie obecnego badania PS128 został znaleziony w tradycyjnej fermentowanej żywności, fu-tsai, przez naszego współ-PI (Tsai YC), a jego architektura genomu została zakończona i wskazuje na jego potencjalny efekt immunomodulacyjny. (Chao i in. 2009). Lactobacillus plantarum jest ogólnie uznawany za bezpieczny (GRAS). PS128 może obniżać poziomy IL-6 i zwiększać poziom IL-10, co towarzyszyło poprawie zachowań przypominających depresję u myszy z SM (Liu YW i wsp. 2016). W obecnym badaniu chcielibyśmy zbadać wpływ PS128 na psychofizjologię, w tym skład mikroflory jelitowej, przepuszczalność jelit i stan zapalny, ekspresję TLR, poziomy cytokin w surowicy i objawy depresyjne u pacjentów z MDD.

Metaanalizy wykazały, że pacjenci z MDD mają wyższy poziom cytokin zapalnych (Dowlati i wsp. 2010; Howren i wsp. 2009), ale tylko podgrupa pacjentów z MDD ma wyższy poziom zapalenia. Na przykład, zgodnie z definicją wysokiego stanu zapalnego hs-CRP > 3 mg/l (Pearson i wsp. 2003), odsetek pacjentów z wysokim stanem zapalnym wynosił 24% wśród pacjentów z MDD (Rapaport i wsp. 2016), a 45 % u pacjentów z depresją lekooporną (Raison et al. 2011). Wyjściowy poziom stanu zapalnego może wpływać na odpowiedź na leczenie. Na przykład pacjenci z wysokim wyjściowym stanem zapalnym wykazywali lepszą odpowiedź na leczenie infliksymabem (antagonistą czynnika martwicy nowotworów) (Raison i wsp. 2013) oraz kwasami tłuszczowymi omega-3 (Rapaport i wsp. 2016) w porównaniu z pacjentami z niskim początkowym stanem zapalnym. W badaniu Raison wpływ infliksymabu na objawy depresji był gorszy niż placebo u osób z niższym wyjściowym poziomem stanu zapalnego (Raison i wsp. 2013). Dlatego będziemy rekrutować pacjentów z MDD i wysokim poziomem zapalnym do naszego badania interwencyjnego PS128.

Stawiamy hipotezę, że PS128 może (1) zmieniać skład mikroflory jelitowej; (2) poprawiają przepuszczalność jelit, którą mierzy się poziomem zonuliny w kale, oraz stanem zapalnym, który mierzy się poziomem kalprotektyny w kale; (3) zmniejszyć translokację patogenu do układu krążenia, o czym świadczy zmniejszona ekspresja TLR, (4) zmniejszyć poziom IL-6 i TNF-alfa oraz hs-CRP i zwiększyć poziom IL-10. Mamy nadzieję, że poprawa stanu zapalnego może mieć również korzystny wpływ na objawy depresyjne.