Структура микробного сообщества при деменции и депрессии как зеркало старения оси «микробиота кишечника - иммунная система - мозг»

Цель. Оценить изменения структуры микробного сообщества тонкой кишки в контексте оси «микробиота кишечника - иммунная система - мозг» при здоровом старении, депрессии позднего возраста и деменции. Материалы и методы. Обследовано 74 человека старческого возраста, включенных в группы: «Здоровая старость», «Депрессия», «Деменция». Оценку 5 основных типов микроорганизмов тонкой кишки (Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria) проводили методом газовой хроматографии - масс-спектрометрии микробных маркеров. Для статистической обработки данных применяли иерархический кластерный анализ с построением тепловой карты. Результаты. Для микробного сообщества тонкой кишки при нейродегенеративных нарушениях старости (группы «Деменция» и «Депрессия») было характерно изменение численности 15 из 30 изученных видов бактерий, относящихся к типам: Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, по отношению к группе «Здоровая старость». При депрессии позднего возраста увеличено количество всех видов бактерий, участвующих в ферментации пищевых полисахаридов, по отношению к группе «Здоровая старость». При деменции показан низкий уровень Clostridium spp., Eubacterium spp., Bifidobacterium spp., по отношению к депрессии, на фоне повышенного, как и при депрессии, количества C. perfringens, С. difficile и факультативных анаэробов: Streptococcus spp., Enterococcus spp., Lactobacillus spp., S. aureus, S. epidermidis. Заключение. Показатели систем, входящих в ось «микробиота кишечника - иммунная система - мозг», свидетельствовали о выраженной дезинтеграции оси при деменции по отношению к депрессии и здоровой старости. Полученные результаты могут использоваться в качестве биологических маркеров в дифференциальной диагностике указанных патологий (деменция/депрессия), имеющих общие факторы риска и общность клинических симптомов.

микробиота тонкой кишки, ось «микробиота кишечника - иммунная система - мозг», старение, деменция, депрессия

1. López-Otín C., Galluzzi L., Freije J. M.P., et al. Metabolic Control of Longevity. Cell. 2016; 166(4): 802-821. doi: 10.1016/j.cell.2016.07.031.

2. Watanabe H., Fujisawa T., Holstein T. W. Cnidarians and the evolutionary origin of the nervous system. Dev Growth Differ. 2009; 51(3): 167-83. doi: 10.1111/j.1440-169X.2009.01103.x.

3. Cani P.D., Knauf C. How gut microbes talk to organs: the role of endocrine and nervous routes. Mol Metab. 2016; 5(9): 743-52. doi: 10.1016/j.molmet.2016.05.011.

4. Sampson T.R., Mazmanian S. K. Control of brain development, function, and behavior by the microbiome. Cell Host Microbe. 2015; 17(5): 565-76. doi: 10.1016/j.chom.2015.04.011.

5. Dominguez-Bello M.G., Godoy-Vitorino F., Knight R., Blaser M. J. Role of the microbiome in human development. Gut. 2019; 68(6): 1108-1114. doi: 10.1136/gutjnl-2018-317503.

6. Osipov G.A., Boyko N. B., Novikova V. P., et al. Method of mass spectrometry of microbial markers as a method for assessing the intestinal parietal microbiota in diseases of the digestive system. St. Petersburg. 2013. (In Russ.)@@ Осипов Г. А., Бойко Н. Б., Новикова В. П., и др. Методика масс-спектрометрии микробных маркеров как способ оценки пристеночной кишечной микробиоты при заболеваниях органов пищеварения. Санкт-Петербург. 2013.

7. Burmistrova A.L., Cazaux M. E., Alekseeva A. S., Filippova Yu. Yu. Peripheral molecular messages - cytokines and stress hormones - in the context of cognitive aging phenotypes: healthy ageing-depression-dementia.Russian Journal of Immunology. 2021; 24(4): 215-222. (in Russ.) doi: 10.46235/1028-7221-1061-PMM.@@ Бурмистрова А. Л., Казо М. Е., Алексеева А. С., Филиппова Ю. Ю. Молекулярные месседжи периферии - цитокины и гормоны стресса - в контексте фенотипов когнитивного старения: здоровая старость/депрессия/деменция. Российский иммунологический журнал, 2021; Т. 24(4): 215-222. doi: 10.46235/1028-7221-1061-PMM.

8. Rampelli S., Candela M., Turroni S., et al. Functional metagenomic profiling of intestinal microbiome in extreme ageing. Aging (Albany NY). 2013; 5(12): 902-912. doi: 10.18632/aging.100623.

9. Morrison D.J., Preston T. Formation of short chain fatty acids by the gut microbiota and their impact on human metabolism. Gut Microbes. 2016; 7(3): 189-200. doi: 10.1080/19490976.2015.1134082.

10. Riaz Rajoka M. S., Zhao H., Li N., et al. Origination, change, and modulation of geriatric disease-related gut microbiota during life. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2018; 102(19): 8275-8289. doi: 10.1007/s00253-018-9264-2.

11. Biagi E., Candela M., Turroni S., et al. Ageing and gut microbes: perspectives for health maintenance and longevity. Pharmacol. Res. 2013; 69(1): 11-20. doi: 10.1016/j.phrs.2012.10.005.

12. Quigley E.M., Abu-Shanab A. Small intestinal bacterial overgrowth. Infect Dis. Clin. North. Am. 2010; 24(4): 943-959. doi: 10.1016/j.idc.2010.07.007.

13. Ramsey M.M., Freire M. O., Gabrilska R. A., et al. Staphylococcus aureus shifts toward commensalism in response to Corynebacterium species. Front. Microbiol. 2016; 7: 1230. doi: 10.3389/fmicb.2016.01230.

14. Thorburn A.N., Macia L., Mackay C. R. Diet, metabolites, and “western-lifestyle” inflammatory diseases. Immunity. 2014; 40(6): 833-842. doi: 10.1016/j.immuni.2014.05.014.

15. Cornforth D.M., Foster K. R.Competition sensing: the social side of bacterial stress responses. Nat. Rev. Microbiol. 2013; 11(4): 285-93. doi: 10.1038/nrmicro2977.

16. Faust K., Sathirapongsasuti J. F., Izard J., et al. Microbial co-occurrence relationships in the human microbiome. PLoS Comput. Biol. 2012; 8(7): e1002606. doi: 10.1371/journal.pcbi.1002606.

17. Koh A., De Vadder F., Kovatcheva-Datchary P., Bäckhed F. From dietary fiber to host physiology: short-chain fatty acids as key bacterial metabolites. Cell. 2016; 165(6): 1332-1345. doi: 10.1016/j.cell.2016.05.041.

18. Lopetuso L.R., Scaldaferri F., Petito V., Gasbarrini A.Commensal Clostridia: leading players in the maintenance of gut homeostasis. Gut Pathog. 2013; 5(1): 23. doi: 10.1186/1757-4749-5-23.

19. Adair K.L., Douglas A. E. Making a microbiome: the many determinants of host-associated microbial community composition. Curr Opin Microbiol. 2017; 35:23-29. doi: 10.1016/j.mib.2016.11.002.

20. Tsavkelova E.A., Klimova S. Iu., Cherdyntseva T. A., Netrusov A. I. Hormones and hormone-like substances of microorganisms: a review. Prikl Biokhim Mikrobiol. 2006; 42(3): 261-268. doi: 10.1134/S000368380603001X.

21. Bukharin O.V., Perunova N. B. [Microsymbiocenosis]. Ekaterinburg; 2014. 260 P. (in Russ.)@@ Бухарин О. В., Перунова Н. Б. Микросимбиоценоз. Екатеринбург: УрО РАН, 2014. 260 с.