Az emberi bélbaktériumok Escherichia coli és a Lactobacillus mucosae közötti kölcsönhatás egerek neuropszichiátriai rendellenességeinek előfordulásakor

Jeon-Kyung Kim

1 Neurobiota Kutatóközpont, Gyógyszerészeti Tanszék, Kyung Hee Egyetem, Szöul, Dél-Korea

2 Élettani és nanofarmáciai tudományok tanszék, Kyung Hee Egyetem, Szöul, Dél-Korea

Kyung-Eon Lee

1 Neurobiota Kutatóközpont, Gyógyszerészeti Tanszék, Kyung Hee Egyetem, Szöul, Dél-Korea

2 Élettani és nanofarmáciai tudományok tanszék, Kyung Hee Egyetem, Szöul, Dél-Korea

Sang-Ah Lee

1 Neurobiota Kutatóközpont, Gyógyszerészeti Tanszék, Kyung Hee Egyetem, Szöul, Dél-Korea

2 Élettani és nanofarmáciai tudományok tanszék, Kyung Hee Egyetem, Szöul, Dél-Korea

Hyo-Min Jang

1 Neurobiota Kutatóközpont, Gyógyszerészeti Tanszék, Kyung Hee Egyetem, Szöul, Dél-Korea

2 Élettani és nanofarmáciai tudományok tanszék, Kyung Hee Egyetem, Szöul, Dél-Korea

Dong-Hyun Kim

1 Neurobiota Kutatóközpont, Gyógyszerészeti Tanszék, Kyung Hee Egyetem, Szöul, Dél-Korea

2 Élettani és nanofarmáciai tudományok tanszék, Kyung Hee Egyetem, Szöul, Dél-Korea

Társított adatok

Az ehhez a tanulmányhoz generált adatok kérésre rendelkezésre állnak a megfelelő szerző számára.

Absztrakt

Bevezetés

Ezért izoláltuk a gyulladásos E. coli K1 és a gyulladáscsökkentő Lactobacillus mucosae (korábban Lactobacillus reuteri) NK41-t egészséges emberi bél mikrobiotából, és megvizsgáltuk, hogy a K1 okozhat-e megváltozott mikrobiotát, vastagbélgyulladást, kognitív hanyatlást és depressziót egerekben, és hogy az NK41 csökkenti-e a K1- megváltozott mikrobiotát, kognitív hanyatlást és depressziót váltott ki egerekben.

Eredmények

Az Escherichia coli K1 és a Lactobacillus mucosae NK41 hatása az NF-κB aktiválódására a makrofágokban

Annak megértése érdekében, hogy a bélbaktériumok hogyan szabályozzák a pszichiátriai rendellenességek előfordulását, izoláltuk a bélbaktériumokat, és mértük a gyulladásos és gyulladáscsökkentő baktériumokat az emberi székletből (1. ábra). Ezen baktériumok közül a K1 potenciálisan indukálta a tumor nekrózis faktor (TNF) -α expresszióját és az NF-KB aktivációt a makrofágokban, például az LPS-ben, míg az NK41 nem befolyásolta őket. Az NK41 erőteljesen elnyomta az LPS- vagy K1-indukálta TNF-a expressziót és az NF-KB aktivációt az aktivált makrofágban. Továbbá az NK41 hatásosan gátolta az LPS által indukált TNF-a expressziót a BV-2 sejtekben (S1. Ábra). A K1-et és az NK41-et E. coli és L. mucosae-ként azonosítottuk a Gram-festés, az API 50 CHL Kit (bioMerieux, Szöul, Dél-Korea) és a 16S rDNS szekvenálás (ABI 3730XL DNS-elemzés) eredményei alapján.

A K1 és NK41 bélbaktériumok hatása a TNF-α expresszióra és az NF-κB aktivációra makrofágokban. (A) Az NK41 és K1 hatása a TNF-α expresszióra és az NF-κB aktivációra makrofágokban. (B) Az NK41 hatása a TNF-α expresszióra és az NF-κB aktivációra LPS-stimulált makrofágokban. (C) A K1 hatása a TNF-α expresszióra és az NF-κB aktivációra LPS-stimulált makrofágokban. (D) Az NK41 hatása az NF-κB aktiválására K1-stimulált makrofágokban. A makrofág sejteket (1x106/ml) inkubáltuk K1-gyel vagy NK41-gyel (1x103 vagy 1x105 CFU/ml) LPS hiányában vagy jelenlétében 2 órán át (NF-KB esetén) vagy 20 órán át ( a TNF-a-hoz). A p-p65-et és a p65-et (NF-kB) immunblottozással mértük. A TNF-a-t ELISA kit segítségével mértük. Az adatértékek átlag ± SD (n = 4). # p 2. ábra). 1 × 10 8 és 1 × 109 9 kolóniaképző egység (CFU)/egér/nap dózisban a K1 szignifikáns depressziós viselkedést mutatott az EPM és az FS feladatokban (2B, C ábra). Memóriazavar-szerű viselkedést figyeltek meg a K1-gyel végzett kezelés után 1 × 109 CFU/egér/nap dózisban az Y-labirintus feladatban (2D. Ábra). A K1 1 × 109 CFU/egér/nap dózisban szintén növelte az Iba1 + sejtek behatolását a hippocampusba. Ezenkívül a K1 NF-KB aktivációt okozott a hippokampuszban, míg a BDNF expresszió és a CREB foszforiláció elnyomott (2E, F és S2A, B, S3 ábrák). Az NK41 kezelés azonban még az 1 × 10 9 CFU/egér/nap dózisban sem befolyásolta az Y-labirintus és a Banes labirintus feladatok kognitív csökkenését és a depressziós viselkedést az FS feladatban (2G – I. Ábra). Az NK41 1 × 109 CFU/egér/nap dózisban nem befolyásolta az Iba1 + sejtpopulációt, az NF-KB aktivációt és a BDNF expresszióját a hippocampusban (2J, K és S2C, D, S3 ábrák).

Annak megértése érdekében, hogy az NK41 és a K1 befolyásolhatja-e a nyálkahártyák, például a MUC1 és a MUC2 bioszintézisét a belekben, megvizsgáltuk hatásukat a vastagbél mucin expressziójára (3H ábra). A K1 kezelés szignifikánsan a MUC2, nem pedig a MUC1 expresszióját indukálta, míg az NK41 kezelés nem befolyásolta a MUC1 és MUC2 expresszióját. Továbbá az NK41 kezelés szignifikánsan elnyomta a MUC1 és MUC2 expressziót. Amikor az egerek vastagbéljét alkíkkékkel festették, a K1-vel kezelt egerek vastagbélét erősen megfestették, ami megszakadt és megrövidült epitheliával nyilvánult meg (3I. Ábra).

A Lactobacillus mucosae NK41 enyhítette az Escherichia coli K1 által kiváltott vastagbélgyulladást egerekben

A K1 kezelés orális szondázása vastagbélgyulladást okozott egerekben (4. ábra). Így a K1 kezelés a vastagbél megrövidülését okozta, és myeloperoxidase aktivitást, IL-6 és TNF-α expressziót, valamint NF-κB aktivációt váltott ki a vastagbélben (4A – E. Ábra). Ezenkívül a K1 kezelés fokozta az NF-KB +/CD11b + és CD11b +/CD11c + sejtek (aktivált dendritikus sejtek [DC-k] és makrofágok) bejutását a vastagbélbe (4F., G. Ábra). Az NK41 kezelés szignifikánsan csökkentette a K1 által indukált vastagbél rövidülést, makroszkopikus pontszámot, mieloperoxidáz aktivitást, IL-6, TNF-α és MUC2 expressziót, NF-κB aktivációt és a CD11b + és/vagy CD11c + sejtek beszivárgását, míg a MUC1 érintett volt. Az NK41-kezelés a K1-szuppresszált claudin-1 és az occludin expresszióját is növelte (4E. Ábra). Továbbá az NK41 enyhítette a vastagbélben a K1 által indukált mucin réteg károsodását.

Vita

Az IL-6, a TNF-α és a kortikoszteron szorongást és depressziót szenvedő betegeknél erősen expresszálódik (28, 29). A túlzott IL-6 és kortikoszteron expressziót olyan stresszorok növelték, mint az immobilizáció és a patogén fertőzés a HPA tengely aktiválásán keresztül. Pszichiátriai rendellenességek terápiás gyógyszerekkel történő kezelése csökkenti a vér IL-6 és kortikoszteron szintjét, növeli a BDNF expresszióját és enyhíti a neuropszichiátriai rendellenességeket (10, 11, 30). A kortikoszteronnal végzett kezelés elnyomja a BDNF expresszióját az SH-SY5Y sejtekben in vitro és egerekben. A BDNF olyan fehérjék de novo szintézisét indukálja, mint a szinaptofizin és a drebrin, amelyek részt vesznek az idegi és a szinaptikus plaszticitásban (31, 32). Ezenkívül az LPS szisztémás expozíciója aktiválja a mikrogliát és a pro-gyulladásos citokinek fokozott expresszióját az egerek agyában (10, 11). Azt is megállapítottuk, hogy az E. coli orális szondázása egerekben endotoxémiát és hippocampus gyulladást okozott. Ezért az E. coli által kiváltott endotoxémia gyulladást okozhat az agyban, beleértve a hippocampust is. Az LPS szisztémás ideggyulladást okoz, ami az NF-KB által közvetített BDNF/CREB expresszió modulálásával memóriaromlást eredményez (15, 33). Ezért az endotoxemia által közvetített kortikoszteron és a BDNF expressziójának szabályozása hasznos lehet pszichiátriai rendellenességek kezelésében.

Összegzésképpen elmondható, hogy a bél mikrobiota, amely gyulladásos és gyulladáscsökkentő baktériumokból áll emberekben és állatokban, kétirányúan kapcsolódik az agyhoz: a gyulladásos baktériumok, például az E. coli gyomor-bél traktusban való túlszaporodása pszichiátriai rendellenességeket okozhat bélgyulladással és A gyulladáscsökkentő baktériumok, például az L. mucosae fölénye a megváltozott mikrobiota csillapításával enyhítheti a pszichiátriai rendellenességeket (6. ábra).