نقش میکروبیوتای روده در بیماران مبتلا به زوال شناختی
دکتر سیدعلیرضا سجادی
دانشیار روانپزشکی، مرکز تحقیقات روانپزشکی و علوم رفتاری
بیمارستان ابن سینا، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی مشهد- ایران
چکیده
هدف: ارتباط بین ترکیب میکروبیوتای روده و بیومارکرهای فعال شدن ایمنی و التهاب در افراد سالخورده بررسی شد.
بیماران: مارکرهای سرمی التهاب در ۵۵ بیمار سرپایی (۲۹ زن و ۲۶ مرد در سنین 8/5 ± ۷۸) آنالیز شد. نمونه‌های مدفوع و اطلاعات مربوط به میکروبیوم روده از زیرگروه ۲۳ نفری (شامل ۹ زن و ۱۴ مرد) در دسترس بود.
نتایج: آتروفی سراسری مخ در همه اسکن‌های توموگرافی رزونانس مغناطیسی مشاهده شد. میانگین نمره آزمون بررسی مختصر وضعیــــــت شناختی (mini-mental-score examination) در بیماران مبـــــــتلا به آلزایمر 7/1 ± 18/8 و در بیمارانی با اختلال شناختی خفیف 1/5 ± 27/8 بود. غلظت نئوپترین سرم با غلظت S100A12 و آلفا-۱ آنتی‌تریپسین مدفوعی همبستگی داشت (به ترتیب 0/001 > P و 0/05 > P).
Faecalibacterium prausnitzii با MMSE (۰۵/۰ > P)، با Akkermansia muciniphila (۰۱/۰ > P) و با نئوپترین سرمی (0/05 > P) همبستگی دارد. زنولین مدفوع با Clostridium cluster I به‌طور معکوس همبستگی داشت (0/02 > P).
نتیجه‌گیری: نتایج ما مطالعات قبلی بر روی حیوانات و مطالعات in vitro را تأیید می‌کند؛ بدین معنا که زوال شناختی با تغییرات مرتبط به سن در میکروبیوتای روده و التهاب اعصاب همراهی دارد. اگرچه می‌توان تنها شواهد مربوط به همبستگی را گزارش کرد و رابطه علّی و معلولی همچنان باید اثبات شود.
کلمات کلیدی: میکروبیوتا، محور مغزی- روده‌ای، پیشگیری، زوال شناختی
۱- مقدمه
AD (بیماری آلزایمر) رایج‌ترین شکل زوال عقل است که سن، برجسته‌ترین ریسک فاکتور آن از میان سایر ریسک فاکتورهای متعدد است.
شیوع زوال عقل به‌طور تصاعدی با بالا رفتن سن افزایش می‌یابد و هر پنج سال شیوع آن دو برابر می‌شود به‌طوری‌که از حدود 1/5% در افراد ۶۹-۶۵ ساله به ۴۰% در افراد بالای ۹۰ سال می‌رسد. در هر سال تقریباً 4/6 میلیون مورد ابتلای جدید در سراسر جهان رخ می‌دهد.
سلامت دستگاه گوارش یکی از زمینه‌های جالب توجه در پزشکی پیشگیرانه است. مطالعات اخیر نشان می‌دهند که میکروبیوتای انسانی ممکن است بتواند بخش‌هایی از انتقال عصبی در سیستم عصبی مرکزی را در سلامتی و بیماری تنظیم کند. به نظر می‌رسد عملکرد سد مانند دستگاه گوارش و میکروبیوم روده، نقش کلیدی در سلامت روده دارد.
پره‌بیوتیک‌ها مواد غذایی غیرقابل هضمی هستند که با تحریک انتخابی رشد و فعالیت باکتری‌ها در کولون به‌طور سودمندی بر میزبان خود اثر می‌گذارند و سلامت میزبان را ارتقا می‌دهند، این مواد به‌ویژه در سالمندان حائز اهمیت هستند زیرا تنوع میکروبیوم روده به‌طور وابسته به سن کاهش می‌یابد.
پروبیوتیکها ارگانیسم‌های زنده‌ای هستند که اگر به مقدار مناسب تجویز شوند اثرات سودمندی بر سلامتی میزبان دارند: پروبیوتیکها پاتوژن‌ها را سرکوب می‌کنند، تکثیر سلول‌های اپی‌تلیال را تحریک می‌کنند، تمایز می‌یابند و سد گوارشی را تقویت می‌کنند و تعدیل ایمنی را میانجی‌گری می‌کنند. با این وجود کماکان بین مراجع بهداشتی در مورد اینکه آيا پروبیوتیکها دارو هستند یا غذا یا یک مکمل غذایی، اختلاف نظر وجود دارد.
میکروبیوم روده می‌تواند هورمون‌ها یا نوروترانسمیترهایی مانند SCFAها (اسیدهای چرب کوتاه زنجیره)، GABA، سروتونین، تریپتوفان و دیگر آمین‌های بیوژنیک مانند آدرنالین و نورآدرنالین را تولید کنند که با انواع تولیدشده توسط میزبان، یکسان هستند؛ بنابراین همه این مواد به همراه پره‌بیوتیک‌ها، سایکوبیوتیک نامیده می‌شوند که بر روی محور مغزی-روده‌ای عمل می‌کنند. این اثرات از طریق عصب واگ، طناب نخاعی و محور هیپوتالاموس- هیپوفیز- آدرنال میانجی‌گری می‌شوند.
دیس‌بیوسیس (اختلال و آشفتگی در ترکیب میکروبیوم) منجر به عدم تعادل نوروترانسمیترها شده و در نتیجه ریسک افسردگی، اضطراب، تغییر در درک درد و دیگر علائم مانند زوال شناختی و زوال عقل را افزایش می‌دهد.
تجویز پره‌بیوتیک‌ها و پروبیوتیکها ممکن است میکروبیوم روده را تغییر دهد و به نظر می‌رسد احتمالاً آنها می‌توانند بازجذب مختل شده‌ی نوروترانسمیترهای حائز اهمیت برای وضعیت روانی را در سالخوردگی بهبود ببخشند.
۲- بیماران و روش‌ها
۵۵ بیمار سرپایی متوالی از دپارتمان طب سالمندان
(gerontology) Neuromed Campus در Kepler University Clinic Upper Austria با علائم زوال شناختــی در مطالعه ما بررسی شدند (۲۹ زن، ۲۶ مرد در سنین 8/5 ± ۷۸ سال). ۴۵ بیمار معیارهای تشخیصی ICD-10 برای آلزایمر را دارا بودند (F 00.1) و ۱۰ بیمار معیارهای اختلال شناختی خفیف را داشتند (MCI, F06.7). تشخیص به‌وسیله تست‌های روتین آزمایشگاهی (الکترولیت‌ها، شمارش سلول‌های خونی، هموگلوبین، هماتوکریت، پلاکت‌ها، آنزیم‌های سرمی، آنالیز ادرار، گلوکز خون، HbA1c، بیلی‌روبین، بی‌کربنات، کراتینین، نیتروژن اوره خون، پروتئین واکنشگر C، پروتئين تام سرم، فولیک اسید، ویتامین B12، پارامترهای تیروئیدی) و MRT (توموگرافی رزونانس مغناطیسی) تأیید شد. نمره MMSE (بررســی مختصر وضعیت ذهنی) و CDT (Clock Drawing Test)، برای ارزیابی وضعیت شناختی بیماران بررسی شد. در زیرگروهی از بیماران، از ۲۳ بیمار (۹ زن و ۱۴ مرد) g۲ نمونه مدفوع گرفته شد و برای انجام آنالیزهای بعدی بر روی DNA باکتریایی (Clostridium cluster I، Faecalibacterium prausnitzii، Akkermansia muciniphila) و اندازه‌گیری S100A12، کالپروتکتین، آلفا-۱ آنتی‌تریپسین و زنولین توسط Biovis Diagnostik MVZ, Limburg an der Lahn-Offheim, Germany، بلافاصله در ۲۰- درجه سانتی‌گراد ذخیره گردید.
پارامترهای آزمایشگاهی زیر نیز در نمونه‌های سرم تهیه‌شده اندازه‌گیری شدند:
نئوپترین توسط الایزا (BRAHMS, Hennigsdorf, Germany) و تریپتوفان و کینورنین توسط HPLC از طریق تشخیص فلورسانس (تریپتوفان) و پایش جذب UV (کینورنین). نسبت کینورنین به تریپتوفان (Kyn/Trp) به عنوان شاخص تفکیک تریپتوفان، محاسبه شد. تیروزین و فنیل آلانین به‌وسیله HPLC و تشخیص فلورسانس اندازه‌گیری شدند و نسبت فنیل آلانین به تیروزین (Phe/Tyr) به عنوان شاخص فعالیت PHA (فنیل آلانین هیدروکسیلاز) محاسبه شد.
داده‌ها با استفاده از نرم‌افزار پکیج آماری برای علوم اجتماعی (نسخه ۱۹، SPSS، Chicago، IL، USA) آنالیز شدند. برای در نظر گرفتن اینکه همه داده‌های جمع‌آوری‌شده از یک توزیع نرمال پیروی نمی‌کنند، آزمون غیر پارامتریک فریدمن و آزمون رتبه- علامتدار ویلکاکسون، انجام شد. برای بررسی ارتباط بین متغیرها، آنالیز همبستگی اسپیرمن انجام شد و مقادیر p کمتر از 0/05 به عنوان نشان‌دهنده معنادار بودن در نظر گرفته شد. این مطالعه توسط کمیته اخلاق مرکزی پذیرفته شد.
۳- نتایج
آتروفی سراسری مخ در تمام اسکن‌های MRT مشاهده شد، میانگین MMSE در ۴۵ بیمار مبتلا به آلزایمر 6/3 ± 18/8، میانگین CTD3/5 ± 2/6 بود.
در ۱۰ بیمار MCI میزان MMSE 27/8 ± 1/5، CTD 8/6 ±0/9 بود. نمونه‌های مدفوع از یک زیرگروه ۲۳ نفری از بیماران در دسترس بود. غلظت کالپروتکتین مدفـــوعی میانگین SME± برابر با ۱۱۴ ± ۸۵ میلی‌گرم بر لیتر، غلظت S100A12 مدفوعی µg/L3/3 ± 5/2، غلظت آلفا-۱ آنتی‌تریپسین مدفوع
mg/g 67/3± 54/5 و غلظت زنولین مدفوع ng/ml 75/1 ± 52/3 بود. میانگین غلظت CRP برابر mg/dl 1/6 ± 2/3، نئوپترین nmol/L 12/4 ± 9/6، تریپتوفان µmol/L 49/3 ± 13/9، کینورنین µmol/L 1/7 ±0/8، نسبت کینورنین به تریپتوفان µmol/mmol 39/4 ± 16/2، تیروزین µmol/L 119 ± 40/1، فنیل آلانین µmol/L 95/9 ± 100 و نسبت فنیل آلانین به تیروزین µmol/µmol 0/85 ± 0/94 بود (جدول ۱ را ببینید).
بین غلظت‌های سرمی نئوپترین و تریپتوفان (rs = – 0.517, p < 0.01)، کینورنین (rs = 0.429, p < 0.05) و نسبت کینورنین به تریپتوفان (rs = 0.762, p < 0.001) همبستگی وجود داشت و نتایج با مشاهدات پیشین مطابقت داشت و بیانگر نشانه‌های فعال شدن سیستم ایمنی بود، به عـــــــــــــــــــــلاوه S100A12 مدفــــوعی (rs = 0.816, p < 0.001; fig. 1) و آلفا-۱ آنتی‌تریپسین مدفوع (rs = 0.396, p < 0.05) با نئوپترین سرم همبستگی داشتند. (جدول ۲ را ببینید). همبستگی معناداری بین کالپروتکتین مدفوع و غلظت CRP یا نئوپترین در خون مشاهده نشد. همچنین ارتباط معناداری بین سطوح کالپروتکتین مدفوع و عملکرد شناختی بیماران وجود نداشت (CDT: rs = 0.027; MMSE: rs = 0.064; both n.s.).
اندازه‌گیری سویه Clostridium cluster I مقدار (RNA copy/g feces, log10) 7/4 ± 2/1، Faecalibacterium prausnitzii برابر با (RNA copy/g feces, log10) 7/4 ± 1/۷ و Akkermansia muciniphila برابر با (RNA copy/g feces, log10) 8/0 ± 1/6 را نشان داد.
Clostridium cluster I با زنولین (rs = – 0.523, p < 0.01) و Kyn/Trp (rs = – 0.530, p < 0.01) به‌طور معکوس همبستگی داشت. Faecalibacterium prausnitzii با MMSE (rs = 0.418, p < 0.05)، Akkermansia muciniphila (rs = 0.593, p < 0.01) و نئوپترین (rs = 0.358, p < 0.05) همبستگی داشت. همبستگی دیگری بین سایر پارامترهای بررسی‌شده مشاهده نشد.
۴- بحث
بیماری آلزایمر شایع‌ترین شکل زوال عقل است و با این حال تاکنون درمانی برای آن وجود ندارد. در سال‌های اخیر، بررسی نقش میکروبیوتای انسانی در بیماری‌های بالینی مختلفی که تا حدی پاتولوژی‌های مشترکی با یکدیگر دارند مانند زوال عصبی و زوال عقل، مورد توجه قرار گرفته است. میکروبیوتای روده در مدل‌های موشی آلزایمر مورد بررسی قرار گرفته است، اما تاکنون در بیماران مبتلا به آلزایمر بررسی نشده است. ما مارکرهای التهابی و ایمنی در نمونه‌های سرم و مدفوع ۵۵ بیمار مبتلا به اختلالات شناختی، شامل ۴۵ بیمار آلزایمر و ۱۰ بیمار MCI به عنوان مرحله پری‌کلینیکال آلزایمر را بررسی کردیم.
همانند مطالعات پیشین، نشانه‌های فعال شدن سیستم ایمنی قابل تشخیص بود: نئوپترین سرم به همراه نسبت Kyn/Trp افزایش یافته بود، سطوح سرمی پیش‌سازهای نوروترانسمیترها یعنی تریپتوفان، فنیل آلانین و تیروزین، همانگونه که در مطالعات قبلی مشاهده شده بود، کاهش یافته بود و با کالپروتکتین مدفوع همبستگی غیرمستقیم داشت. کالپروتکتین- کمپلکسی از S100A8 و S100A9– یک مارکر التهابی برای التهاب موکوسی روده است. مطالعات پیشین نشان داده بودند که کالپروتکتین ممکن است تجمع بتا- آمیلوئید در بررسی‌های حیوانی را تحریک کند. جالب توجه است که در مطالعه حاضر، همبستگی نزدیکی بین S100A12 مدفوع و نئوپترین سرم (0/001 > p) وجود داشت که نشانگر همزمانی التهاب درجه پایین سیستمیک و التهاب روده است.
این یافته‌ها بار دیگر نقش التهاب عصبی را به عنوان یک فاکتور پاتوژنیک احتمالی در زوال شناختی و زوال عقل برجسته می‌کند. در یک مطالعه پیشین، نقش بالقوه پروتئین‌های پیش‌التهابی S100A9 و S100A12 در پاتوژنز AD توصیف شد. علاوه بر این، مشخص شده است که CRP در گردش، بر شناخت، اثر منفی دارد، همچنین ما در این مطالعه شاهد افزایش مقادیر آن (mg/L1/6 ± 2/3 بدون وجود نشانه‌های بالینی التهاب حاد) به عنوان نشانه‌ای از التهاب درجه پایین (inflammaging) بودیم. تغییرات وابسته به سن در میکروبیوتای روده ممکن است در inflammaging نقش داشته باشد.
در مورد اندازه‌گیری سویه‌های باکتریایی مدفوع در بیماران مبتلا به زوال شناختی، Clostridium Cluster I به‌طور معنی‌داری با Faecalibacterium prausnitzii همبستگی داشت (0/01< p). در یک مقاله اخیر، فراوانی مدفوعی گونه‌های باکتریایی منتخب از جمله Faecalibacterium prausnitzii و سطوح سایتوکاین‌های پیش‌التهابی و ضد التهابی در خون، در بیماران مبتلا به اختلال شناختی و در گروه کنترل اندازه‌گیری شد. بیماران آمیلوئید مثبت در مقایسه با گروه کنترل و بیماران آمیلوئید منفی، سطوح بالاتری از سیتوکین‌های پیش‌التهابی را نشان دادند. در اين مطالعه یک رابطه علّي و معلولی احتمالي بين التهاب ناشي از ميكروبیوتای روده و آميلوئيدوز وجود دارد. در مطالعات ما Faecalibacterium prausnitzii با MMSE (0/05 > p)، Akkermansia muciniphila (0/01 > p) و نئوپترین سرم (0/05 > p) همبستگی دارد.
میکروبیوتای تغییریافته روده ممکن است با تجمع مغزی آمیلوئید-β در آلزایمر همراه باشد. نشان داده شده است که میکروبیوتای روده می‌تواند بتا آمیلوئید و لیپوپلی‌ساکاریدها را ترشح کند که ممکن است در تولید سیتوکین‌های پیش‌التهابی مرتبط به پاتوژنز آلزایمر نقش داشته باشد. Gold M و همکاران عمل ضد التهابی
آلفا-۱ آنتی‌تریپسین در التهاب عصبی با واسطه میکروگلیا را در شرایط آزمایشگاهی توصیف کردند. یک همبستگی قوی بین ضد التهاب آلفا-۱ آنتی‌تریپسین و فاکتور پیش‌التهاب S100A12 در نمونه‌های مدفوع بیماران مبتلا به اختلال شناختی ما پیدا شد (0/001 > p).
آلفا-۱ آنتی‌تریپسین نیز با زنولین همبستگی دارد (0/01 > p). زنولین پروتئینی است که نفوذپذیری اتصالات محکم (tight junction) بین سلول‌های مجرای گوارشی را تنظیم می‌کند. این یافته‌ها همچنین نشان می‌دهند تغییرات در محور میکروبیوتا- روده- مغز با التهاب عصبی همبستگی دارد. از آنجایی که التهاب عصبی یک رویداد اولیه در پاتوژنز زوال عقل است، این مارکرها می‌توانند در ابتدای این فرایند ویرانگر مهم باشند. Emry و همکاران بر اهمیت میکروگلیا در عملکرد مغز و اختلال عملکرد آن به عنوان عامل بیماری‌زای اولیه در اختلالات اعصاب و روان و تحلیل عصبی تأکید کردند. آنها بیان می‌کنند که میکروبیوتا به‌طور حیاتی عملکرد میکروگلیا را تنظیم می‌کند و این امر بار دیگر اهمیت محور روده– مغز را نشان می‌دهد.
ارتباط احتمالی همراهی تولید نئوپترین و تجزیه تریپتوفان حاصل از فعال‌سازی سیستم ایمنی، از مطالعات قبلی نتیجه‌گیری شده است؛ به‌ویژه هنگامی که مشخص شد سطح تریپتوفان سرم به‌طور معناداری با نمره‌های شناختی در بیماران آلزایمر ارتباط دارد. یافته‌های این مطالعه رابطه احتمالی بین ترکیب باکتری‌های روده و نشانه‌های فعال شدن سیستم ایمنی در پاتوژنز آلزایمر را بیشتر تقویت می‌کند. همان‌طور که با رابطه نزدیک بین S1900SA مدفوع و غلظت نئوپترین سرم نشان داده شد، افزایش فعال شدن سیستم ایمنی و التهاب در واقع می‌تواند به ترکیب میکروبیوتای روده مربوط باشد
به نظر می‌رسد نتایج اندازه‌گیری‌های ما با مطالعات آزمایشگاهی قبلی و یافته‌های موجود در مدل‌های حیوانی مطابقت داشته باشد که بین تغییرات وابسته به سن در میکروبیوتا و التهاب عصبی در زوال شناختی ارتباط وجود دارد. این مطالعه با این واقعیت که فقط شواهد همبستگی را می‌توان نشان داد، محدود می‌شود و وجود یک رابطه علت و معلولی کماکان باید اثبات شود. اندازه‌گیری این مارکرهای التهاب در جمعیت‌های بزرگ‌تر که شامل گروه کنترل طبیعی از نظر شناختی باشند و پایش گردند، ضروری است. تجزیه و تحلیل میکروبیوتا در ارتباط با وضعیت Apo E می‌تواند اطلاعات بیشتری را از نظر زوال شناختی پیشرونده و زوال عقل ارائه دهد.
۵- نتیجه‌گیری
دریافتیم که ترکیب باکتریایی موجود در روده با تغییرات ایمونولوژیکی در بیماران مبتلا به MCI و آلزایمر همبستگی دارد که این تغییرات با متابولیسم تریپتوفان و دیگر فرایندهای بیوشیمیایی مرتبط با حافظه و شناخت، ارتباط دارند. نقش درمانی پروبیوتیکها و پره‌بیوتیک‌ها در جلوگیری از زوال عقل باید در مطالعات آینده روشن شود. این مسئله می‌تواند در مراقبت از بیماران مبتلا به اختلال شناختی یا زوال عقل نقش داشته باشد.
برگردان از:
On the Role of Intestinal Microbiota in Patients with Cognitive Decline
Journal of Pharmacy and Pharmacology 5 (2017) 648-653
آلزایمر: علت و یافته‌های آزمایشگاهی
برای دانلود فایل pdf بر روی لینک زیر کلیک کنید
ورود / ثبت نام