Использование фармабиотика на основе штамма Lactobacillus fermentum U-21 с целью модуляции нейродегенеративного процесса при экспериментальном паркинсонизме
- Авторы: Даниленко В.Н.1, Ставровская А.В.2, Воронков Д.Н.2, Гущина А.С.2, Марсова М.В.1, Ямщикова Н.Г.2, Ольшанский А.С.2, Иванов М.В.2, Иллариошкин С.Н.2
-
Учреждения:
- ФГБУН «Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова» РАН
- ФГБНУ «Научный центр неврологии»
- Выпуск: Том 14, № 1 (2020)
- Страницы: 62-69
- Раздел: Оригинальные статьи
- Дата подачи: 25.03.2020
- Дата публикации: 26.03.2020
- URL: https://annaly-nevrologii.com/journal/pathID/article/view/638
- DOI: https://doi.org/10.25692/ACEN.2020.1.7
- ID: 638
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. В экспериментальных и клинических исследованиях неоднократно показано взаимное влияние состояния кишечной микробиоты и нервной системы, при этом выявлена четкая связь изменений микробиоты с развитием нейродегенеративного процесса. Предполагается, что нарушение микрофлоры и воспаление провоцируют распространение патологических форм α-синуклеина в нервной системе, что признается основной причиной нейродегенерации при болезни Паркинсона.
Цель исследования: выявление эффектов препарата-фармабиотика на основе штамма Lactobacillus fermentum U-21 при введении крысам Вистар индуктора паркинсонизма — параквата.
Материал и методы. Две группы животных на фоне внутрибрюшинных инъекций параквата (8 доз по 10 мг/кг, через день в течение 15 дней) получали перорально 0,9% NaCl или препарат U-21 ежедневно в течение 15 дней, а контрольные группы получали инъекции 0,9% NaCl и перорально U-21 или 0,9% NaCl в том же режиме. Двигательную активность исследовали в тестах «открытое поле» и «сужающаяся дорожка». Морфологически оценивали изменения позитивных к тирозингидроксилазе волокон энтеральных сплетений и количество бокаловидных клеток ворсин тонкого кишечника.
Результаты. Введение параквата приводило к прогрессирующей гибели животных, но применение U-21 увеличивало их выживаемость и сохраняло двигательную активность на уровне контрольных крыс. Пероральное введение только фармабиотика не влияло на двигательную активность животных. Паракват снижал плотность позитивных к тирозингидроксилазе волокон и увеличивал число бокаловидных клеток, а исследуемый препарат частично ослаблял изменения, выявляемые под действием параквата.
Заключение. Препарат U-21 показал высокую биологическую активность на нейротоксической модели паркинсонизма, что обосновывает дальнейшие расширенные исследования его эффектов.
Ключевые слова
Об авторах
Валерий Николаевич Даниленко
ФГБУН «Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова» РАН
Email: alla_stav@mail.ru
Россия, Москва
Алла Вадимовна Ставровская
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Автор, ответственный за переписку.
Email: alla_stav@mail.ru
Россия, Москва
Дмитрий Николаевич Воронков
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: alla_stav@mail.ru
Россия, Москва
Анастасия Сергеевна Гущина
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: alla_stav@mail.ru
Россия, Москва
Мария Викторовна Марсова
ФГБУН «Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова» РАН
Email: alla_stav@mail.ru
Россия, Москва
Нина Гавриловна Ямщикова
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: alla_stav@mail.ru
Россия, Москва
Артем Сергеевич Ольшанский
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: alla_stav@mail.ru
Россия, Москва
М. В. Иванов
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: alla_stav@mail.ru
Россия, Москва
Сергей Николаевич Иллариошкин
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: alla_stav@mail.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Cacabelos R. Parkinson’s disease: from pathogenesis to pharmacogenomics. Int J Mol Sci 2017; 18: E551. doi: 10.3390/ijms18030551. PMID: 28273839.
- Potashkin J.A., Blume S.R., Runkle N.K. Limitations of animal models of Parkinson’s disease. Parkinsons Dis 2010; 2011: 658083. doi: 10.4061/2011/658083. PMID: 21209719.
- Иллариошкин С.Н. Современные представления об этиологии болезни Паркинсона. Неврологический журнал 2015; 4: 4–13.
- Dauer W., Przedborski S. Parkinson’s disease: mechanisms and models. Neuron 2003; 39: 889–909. doi: 10.1016/S0896-6273(03)00568-3. PMID: 12971891.
- Müller T. Catechol-o-methyltransferase inhibitors in Parkinson’s disease. Drugs 2015; 75:157–174. doi: 10.1007/s40265-014-0343-0. PMID: 25559423.
- Hughes A.J., Daniel S.E., Kilford L., Lees A.J. Accuracy of clinical diagnosis of idiopathic Parkinson’s disease: a clinicopathological study of 100 cases. J Neurol Neurosurg Psychiatry 1992; 55: 181–184. doi: 10.1136/jnnp.55.3.181. PMID: 1564476.
- Mink J.W. The basal ganglia: focused selection and inhibition of competing motor programs. Progr Neurobiol 1996; 50: 381–425. doi: 10.1016/S0301-0082(96)00042-1. PMID: 9004351.
- Milber J.M., Noorigian J.V., Morley J.F. et al. Lewy pathology is not the first sign of degeneration in vulnerable neurons in Parkinson disease. Neurology 2012; 79: 2307–2314. doi: 10.1212/WNL.0b013e318278fe32. PMID: 23152586.
- Scheperjans F., Aho V., Pereira P.A. et al. Gut microbiota are related to Parkinson’s disease and clinical phenotype. Mov Disord 2015; 30: 350–358. doi: 10.1002/mds.26069. PMID: 25476529.
- Keshavarzian A., Green S.J., Engen P.A. et al. Colonic bacterial composition in Parkinson’s disease. Mov Disord 2015; 30: 1351–1360. doi: 10.1002/mds.26307. PMID: 26179554.
- Jackson A., Forsyth C.B., Shaikh M. et al. Diet in Parkinson's disease: critical role for the microbiome. Front Neurol 2019; 10: 1245. doi: 10.3389/fneur.2019.01245. PMID: 31920905.
- Leclair-Visonneau L., Neunlist M., Derkinderen P., Lebouvier T. The gut in Parkinson's disease: bottom-up, top-down, or neither? Neurogastroenterol Motil 2020; 32: e13777. doi: 10.1111/nmo.13777. PMID: 31854093.
- Petrov V.A., Saltykova I.V., Zhukova I.A. et al. Analysis of gut microbiota in patients with Parkinson's disease. Bull Exp Biol Med 2017; 162: 734–737. doi: 10.1007/s10517-017-3700-7. PMID: 28429209.
- Heiss C.N., Olofsson L.E. The role of the gut microbiota in development, function and disorders of the central nervous system and the enteric nervous system. J Neuroendocrinol 2019; 31: e12684. doi: 10.1111/jne.12684. PMID: 30614568.
- Dutta S.K., Verma S., Jain V. et al. Parkinson's disease: the emerging role of gut dysbiosis, antibiotics, probiotics, and fecal microbiota transplantation. J Neurogastroenterol Motil 2019; 25: 363–376. doi: 10.5056/jnm19044. PMID: 31327219.
- Poewe W., Seppi K., Tanner C.M. et al. Parkinson disease. Nat Rev Dis Primers 2017; 3: 17013. doi: 10.1038/nrdp.2017.13. PMID: 28332488.
- Tulisiak C.T., Mercado G., Peelaerts W. et al. Can infections trigger alpha-synucleinopathies? Prog Mol Biol Transl Sci 2019; 168: 299–322. doi: 10.1016/bs.pmbts.2019.06.002. PMID: 31699323.
- Endres K., Schäfer K.H. Influence of commensal microbiota on the enteric nervous system and its role in neurodegenerative diseases. J Innate Immun 2018; 10: 172–180. doi: 10.1159/000488629. PMID: 29742516.
- Yunes R.A., Poluektova E.U., Vasileva E.V. et al. A multi-strain potential probiotic formulation of GABA-producing Lactobacillus plantarum 90sk and Bifidobacterium adolescentis 150 with antidepressant effects. Probiotics Antimicrob Proteins 2019. doi: 10.1007/s12602-019-09601-1. PMID: 31677091.
- Meredith G.E., Sonsalla P., Chesselet M.F. Animal models of Parkinson’s disease progression. Acta Neuropathol 2008; 115: 385–398. doi: 10.1007/s00401-008-0350-x. PMID: 18273623.
- Fahim M.A., Shehab S., Nemmar A. et al. Daily subacute paraquat exposure decreases muscle function and substantia nigra dopamine level. Physiol Res 2013; 62: 313–321. PMID: 23489189.
- Marsova M.V., Abilev S.K., Poluektova E.U., Danilenko V.N. A bioluminescent test system reveals valuable antioxidant properties of lactobacillus strains from human microbiota. World J Microbiol Biotechnol 2018; 34: 27. doi: 10.1007/s11274-018-2410-2. PMID: 29344877.
- Даниленко В.Н., Марсова М.В., Полуэктова Е.У. и др. Штамм Lactobacillus fermentum U-21, продуцирующий комплекс биологически активных веществ, осуществляющих нейтрализацию супероксид-аниона, индуцируемого химическими агентами. Патент № 2705250 от.05.02.2018.
- Attia H.N., Maklad Y.A. Neuroprotective effects of coenzyme Q10 on paraquat-induced Parkinson’s disease in experimental animals. Behav Pharmacol 2018; 29: 79–86. doi: 10.1097/FBP.0000000000000342. PMID: 28902670.
- Руководство по лабораторным животным и альтернативным моделям в биомедицинских исследованиях / под ред. Н.Н. Каркищенко, С.В.Грачева. М., 2010. 358 с.
- Литвиненко И.В., Красаков И.В., Бисага Г.Н. и др. Современная концепция патогенеза нейродегенеративных заболеваний и стратегия терапии. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова 2017; 6(2): 3–10. doi: 10.17116/jnevro2017117623-10.
- Robinson S., Rainwater A.J., Hnasko T.S., Palmiter R.D. Viral restoration of dopamine signaling to the dorsal striatum restores instrumental conditioning to dopamine-deficient mice. Psychopharmacology (Berl) 2007; 191: 567–578. DOI: 10.1007s00213-006-0579-9. PMID: 17093978.
- Siderowf A., Lang A.E. Premotor Parkinson’s disease: concepts and definitions. Mov Disord 2012; 27: 608–616. doi: 10.1002/mds.24954. PMID: 22508279.
- Klingelhoefer L, Reichmann H. The gut and nonmotor symptoms in Parkinson's disease. Int Rev Neurobiol 2017; 134: 787–809. doi: 10.1016/bs.irn.2017.05.027. PMID: 28805583.
- Braak H., de Vos R.A., Bohl J., Del Tredici K. Gastric alpha-synuclein immunoreactive inclusions in Meissner’s and Auerbach’s plexuses in cases staged for Parkinson’s disease-related brain pathology. Neurosci Lett 2006; 396: 67–72. doi: 10.1016/j.neulet.2005.11.012. PMID: 16330147.
- Beach T.G., Adler C.H., Sue L.I. et al. Multi-organ distribution of phosphorylated alpha-synuclein histopathology in subjects with Lewy body disorders. Acta Neuropathol 2010; 119: 689–702. doi: 10.1007/s00401-010-0664-3. PMID: 20306269.
- Forsyth C.B., Shannon K.M., Kordower J.H. et al. Increased intestinal permeability correlates with sigmoid mucosa alpha-synuclein staining and endotoxin exposure markers in early Parkinson's disease. PLoS One 2011; 6: e28032. doi: 10.1371/journal.pone.0028032. PMID: 22145021.
- O'Donovan S.M., Crowley E.K., Brown J.R. et al. Nigral overexpression of α-synuclein in a rat Parkinson's disease model indicates alterations in the enteric nervous system and the gut microbiome. Neurogastroenterol Motil 2020; 32: e13726. doi: 10.1111/nmo.13726. PMID: 31576631.
- Campos-Acuña J., Elgueta D., Pacheco R. T-cell-driven inflammation as a mediator of the gut-brain axis involved in Parkinson's disease. Front Immunol 2019; 10: 239. doi: 10.3389/fimmu.2019.00239. PMID: 30828335.
- Sharma S., Awasthi A., Singh S. Altered gut microbiota and intestinal permeability in Parkinson's disease: Pathological highlight to management. Neurosci Lett 2019; 712: 134516. doi: 10.1016/j.neulet.2019.134516. PMID: 31560998.
- Barrenschee M., Zorenkov D., Böttner M. et al. Distinct pattern of enteric phospho-alpha-synuclein aggregates and gene expression profiles in patients with Parkinson‘s disease. Acta Neuropathol Commun 2017; 5: 1. doi: 10.1186/s40478-016-0408-2. PMID: 28057070.
- Breen D.P., Halliday G.M., Lang A.E. Gut-brain axis and the spread of α-synuclein pathology: vagal highway or dead end? Mov Disord 2019; 34: 307–316. doi: 10.1002/mds.27556. PMID: 30653258.
- Sampson T.R., Debelius J.W., Thron T. et al. Gut microbiota regulate motor deficits and neuroinflammation in a model of Parkinson’s disease. Cell 2016; 167: 1469–1480.e12. doi: 10.1016/j.cell.2016.11.018. PMID: 27912057.
- Borghammer P., Van Den Berge N. Brain-first versus gut-first Parkinson's disease: a hypothesis. J Parkinsons Dis 2019; 9: S281–S295. doi: 10.3233/JPD-191721. PMID: 31498132.
- Westfall S., Lomis N., Kahouli I. et al. Microbiome, probiotics and neurodegenerative diseases: deciphering the gut brain axis. Cell Mol Life Sci 2017; 74: 3769–3787. doi: 10.1007/s00018-017-2550-9. PMID: 28643167
- Fung T.C. The microbiota-immune axis as a central mediator of gut-brain communication. Neurobiol Dis 2019; 136: 104714.doi: 10.1016/j.nbd.2019.104714. PMID: 31846737.
- Zheng W., He R., Yan Z. et al. Regulation of immune-driven pathogenesis in Parkinson's disease by gut microbiota. Brain Behav Immun 2020: S0889–S1591(19)30526–4. doi: 10.1016/j.bbi.2020.01.009. PMID: 31931152.
- Dinan T.G., Cryan J.F. Gut instincts: microbiota as a key regulator of brain development, ageing and neurodegeneration. J Physiol 2017; 595: 489–503. doi: 10.1113/JP273106. PMID: 27641441.
- Sadler R., Cramer J.V., Heindl S. et al. Short-chain fatty acids improve post-stroke recovery via immunological mechanisms. J Neurosci 2019; 40: 1162–1173. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1359-19.2019. PMID: 31889008.
- Musgrove R.E., Helwig M., Bae E.J. et al. Oxidative stress in vagal neurons promotes parkinsonian pathology and intercellular α-synuclein transfer. J Clin Invest 2019; 130: 3738–3753. doi: 10.1172/JCI127330. PMID: 31194700.
- Luczynski P., McVey Neufeld K.A., Oriach C.S. et al. Growing up in a bubble: using germ-free animals to assess the influence of the gut microbiota on brain and behavior. Int J Neuropsychopharmacol 2016; 19: 11–17. doi: 10.1093/ijnp/pyw020. PMID: 26912607.
- Cerdó T., Diéguez E., Campoy C. Impact of gut microbiota on neurogenesis and neurological diseases during infancy. Curr Opin Pharmacol 2019; 18: 33–37. doi: 10.1016/j.coph.2019.11.006. PMID: 31864102.
- Lombardi V.C., De Meirleir K.L., Subramanian K. et al. Nutritional modulation of the intestinal microbiota; future opportunities for the prevention and treatment of neuroimmune and neuroinflammatory disease. J Nutr Biochem 2018; 61: 1–16. doi: 10.1016/j.jnutbio.2018.04.004. PMID: 29886183.
- Булатова Е.М., Богданова Н.М., Лобанова Е.А., Габрусская Т.В. Пробиотики: клинические и диетологические аспекты применения. Педиатрия 2010; 89(3): 84−90.
- Johnson M.E., Stringer A., Bobrovskaya L. Rotenone induces gastrointestinal pathology and microbiota alterations in a rat model of Parkinson’s disease. Neurotoxicology 2018; 65: 174–185. doi: 10.1016/j.neuro.2018.02.013. PMID: 29471018.
- Li Y., Zhang Y., Zhang X.L. et al. Dopamine promotes colonic mucus secretion through dopamine D 5 receptor in rats. Am J Physiol Cell Physiol 2019; 316: C393–C403. doi: 10.1152/ajpcell.00261.2017. PMID: 30624983.
- Naudet N., Antier E., Gaillard D. et al. Oral exposure to paraquat triggers earlier expression of phosphorylated α-synuclein in the enteric nervous system of A53T mutant human α-synuclein transgenic mice. J Neuropathol Exp Neurol 2017; 76: 1046–1057. doi: 10.1093/jnen/nlx092. PMID: 29040593.
- Anselmi L., Bove C., Coleman F.H. et al. Ingestion of subthreshold doses of environmental toxins induces ascending Parkinsonism in the rat. NPJ Parkinsons Disease 2018; 4: 30. doi: 10.1038/s41531-018-0066-0. PMID: 30302391.