Исследование пробиотического лечения бокового амиотрофического склероза (БАС)

01.09.2023 23:58

Найден защитный пробиотик от Бокового амиотрофического склероза (БАС) (?)

На фото авторы исследования Одри Лабарр и Алекс Паркер

Жирные кислоты, полученные из пробиотика Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 подавляют возраст-зависимую нейродегенерацию посредством митохондриального бета-окисления

Для оценки важности описанного ниже исследования, следует сначала вспомнить, что же представляет из себя боковой амиотрофический склероз (БАС)?

Боковой амиотрофический склероз (БАС) — прогрессирующее, неизлечимое дегенеративное заболевание центральной нервной системы, при котором происходит поражение как верхних, так и нижних двигательных нейронов. Нейроны моторные (иначе двигательные) – это большие нервные клетки, отвечающие за доставку нервного импульса к мышцам, мышечный тонус и координацию двигательных действий. БАС характеризуется прогрессирующим поражением этих нейронов, сопровождаемым параличом (парезом) конечностей и атрофией мышц. Смерть наступает от отказа дыхательной мускулатуры (реже от инфекций дыхательных путей).

Загадочное неврологическое заболевание. Загадочной считают эту болезнь не из-за обилия названий (БАС, болезнь Шарко, болезнь Лу Герига, болезнь моторных нейронов), а потому, что ни причины ее до конца неясны, ни методы лечения не найдены. БАС встречается в любом возрасте, чаще страдают мальчики и мужчины. Большинство случаев БАС (около 90%-95%) не имеют известной причины и называются спорадическим БАС. Однако считается, что в этом процессе участвуют как генетические, так и экологические факторы. Оставшиеся 5-10% случаев имеют генетическую причину, часто связанную с наличием заболевания в семье, и называются семейным БАС (наследственным). Поражение нейронов становится причиной параличей, а затем приводит к атрофии мышечных волокон и гибели пациента. Чаще всего пациент умирает от отказа дыхательных мышц и нарушения работы сердца. Реже – от резвившейся в органах дыхания бактериальной инфекции. Можно сказать, что боковой амиотрофический склероз – это заболевание, превращающее тело человека в его тюрьму, а затем и в убийцу. В тюрьму – потому что с потерей способности себя обслуживать, передвигаться и говорить, человек не теряет ясность рассудка. Слабоумие регистрируется лишь в 1–2% случаев. В убийцу – потому что тело теряет способность совершать дыхательные движения, сознание угасает от отсутствия кислорода. Человек просто задыхается.

1. Найден защитный пробиотик от БАС (?)

По материалам, предоставленным Больничным исследовательским центром Монреальского университета (CRCHUM).

Пробиотическая бактерия Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 предотвращает нейродегенерацию у червя Caenorhabditis elegans - животной модели, используемой для изучения бокового амиотрофического склероза (БАС).

Таковы результаты исследования, проведенного в канадском исследовательском центре CHUM (CRCHUM) под руководством профессора нейронаук Университета Монреаля Алекса Паркера (Alex Parker) и опубликованного в журнале Communications Biology еще в 2022 году. Профессор и его коллеги предполагают, что нарушение липидного обмена способствует дегенерации головного мозга, и показывают, что нейропротекция, обеспечиваемая штаммом HA-114 бактерии Lacticaseibacillus rhamnosus (ранее известной как Lactobacillus rhamnosus), некоммерческим пробиотиком, уникальна по сравнению с другими протестированными штаммами того же семейства бактерий.

«Когда мы добавляем его в рацион нашей животной модели, мы замечаем, что он подавляет прогрессирование дегенерации двигательных нейронов», - говорит Паркер, ведущий автор исследования. «Особенность штамма HA-114 заключается в содержании в нем жирных кислот».

Двигательные нейроны, представляющие собой нервные клетки, обеспечивают передачу сигналов к мышцам, заставляя их сокращаться, что позволяет нам произвольно двигать своим телом. У людей с БАС наблюдается постепенное разрушение двигательных нейронов. Это приводит к потере мышечной способности, вплоть до полного паралича, а средняя продолжительность жизни после постановки диагноза составляет всего 3-5 лет.

«Недавние исследования показали, что нарушение микробиоты кишечника, вероятно, связано с возникновением и прогрессированием многих неизлечимых нейро-дегенеративных заболеваний, включая БАС, - пояснил Паркер. Выявление нейро-протекторных штаммов бактерий может стать основой для создания новых методов лечения».

Прим. ред.: Все больше данных свидетельствует о важной роли кишечной микробиоты в развитии и прогрессировании БАС. Примечательно, что у пациентов с БАС сообщалось о дисбактериозе кишечника, и было показано, что индуцирующие изменения в кишечной микробиоте влияют на тяжесть симптомов на мышиной модели заболевания.

Центральное место в этом научном проекте занимает Одри Лабарр (Audrey Labarre), первый автор исследования, постдокторант, которая упорно работает над продвижением исследований БАС, сосредоточившись на дегенерации двигательных нейронов у червей C. elegans. Эти черви (нематоды) длиной всего один миллиметр, имеющие 60% генетического строения от человека, были генетически модифицированы генами, связанными с БАС, для целей исследования в CRCHUM. Для изучения нейропротекторного действия пробиотической пищевой добавки на этой животной модели Лабарр протестировала 13 различных штаммов бактерий и три комбинации штаммов. Среди них выделялся штамм HA-114. Действие пробиотика способствовало уменьшению двигательных нарушений у моделей с БАС, а также с болезнью Хантингтона (Гентингтона), другим нейродегенеративным заболеванием.

Опираясь на данные генетического исследования, геномного профилирования, анализа поведения и микроскопических изображений, научная группа выявила два гена - acdh-1 и acs-20, которые играют ключевую роль в этом нейропротекторном механизме. Оба гена, существующие в эквивалентных формах и у человека, участвуют в липидном обмене и бета-окислении - процессе, в ходе которого жирные кислоты расщепляются до энергии в митохондриях - настоящих клеточных электростанциях.

Прим. ред.: Основными энергетическими станциями живых клеток служат митохондрии — внутриклеточные частицы размером 0,1–10μ, покрытые двумя мембранами. В митохондриях свободная энергия окисления продуктов питания превращается в свободную энергию АТФ. Когда АТФ соединяется с водой, при нормальных концентрациях реагирующих веществ, выделяется свободная энергия порядка 10 ккал/моль.

«Мы полагаем, что жирные кислоты, поставляемые бактериальным штаммом HA-114, попадают в митохондрии по независимому, нетрадиционному пути, - говорит Паркер. При этом они восстанавливают баланс нарушенного энергетического метаболизма при БАС и приводят к уменьшению нейродегенерации».

P.S. После проведения аналогичных исследований, но уже на мышах, ученые запланировали проверку в клинических условиях, может ли HA-114 стать терапевтическим дополнением к методам лечения БАС. По их словам, преимущество заключается в том, что пробиотики, в отличие от лекарств, вызывают мало побочных эффектов. В подтверждение этих планов в СМИ уже в 2022 г. появилась информация, что канадская исследовательская группа получила грант (почти 1,25 миллиона долларов США) от Фонда семьи Уэстон для изучения преимуществ конкретного пробиотика (Lacticaseibacillus rhamnosus НА-114) для цели замедления прогрессирования БАС у людей. Ожидается, что исследование начнется весной 2023 г. и охватит 100 пациентов с БАС и будет проходить в CHUM (подробные данные отсутствуют).

Дополнение от редактора:

2. Штамм молочнокислой бактерии оказывает нейропротекторное действие на модели БАС

Для интересующихся подробностями хода описанного выше исследования предлагаем ознакомиться с материалом из оригинальной статьи, опубликованной в журнале «Коммуникативная биология»

Аннотация… Считается, что микробиота человека влияет на здоровье. Дисбиоз микробиома может быть связан с неврологическими заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, боковой амиотрофический склероз и болезнь Хантингтона. Мы сообщаем о способности пробиотического бактериального штамма останавливать фенотипы нейродегенерации. Мы показываем, что Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 оказывает нейропротекторное действие на моделях C. elegans бокового амиотрофического склероза и болезни Хантингтона. Наши результаты показывают, что нейропротекция L. rhamnosus HA-114 уникальна по сравнению с другими штаммами L. rhamnosus и заключается в содержании в нем жирных кислот. Нейропротекция L. rhamnosus HA-114 требует наличия генов acdh-1/ACADSB, kat-1/ACAT1 и elo-6/ELOVL3/6, которые связаны с метаболизмом жирных кислот и митохондриальным β-окислением. Наши данные показывают, что нарушение липидного обмена способствует нейродегенерации и что диетическое вмешательство с использованием L. rhamnosus HA-114 восстанавливает липидный гомеостаз и энергетический баланс посредством митохондриального β-окисления. Наши результаты стимулируют изучение вмешательств на основе L. rhamnosus HA-114 для изменения прогрессирования нейродегенеративных заболеваний….

Результаты… Ранее мы создали штаммы БАС C. elegans (т.е. животные модели БАС на червях-нематодах Caenorhabditis elegans), экспрессирующие полноразмерные, немеченые мутанты человеческого белка FUS или TDP-43 в моторных нейронах под действием промотора unc-47 [→]. У трансгенных червей со специфичной для моторных нейронов экспрессией этих мутантных белков наблюдается возрастозависимый паралич и ГАМКергическая дегенерация со скоростью, значительно более высокой, чем у нетрансгенных штаммов червей, экспрессирующих FUS дикого типа или TDP-43 [→]. Эти фенотипы, связанные с заболеванием, обычно развиваются в течение 6-12 дней взросления у червей, культивируемых на чашках Петри и питаемых E. coli OP50, их обычным источником пищи в лабораторных условиях. Чтобы исследовать, могут ли диетические пробиотические вмешательства модулировать фенотипы, связанные с БАС, на наших трансгенных моделях C. elegans, мы провели скрининг 16 различных пробиотических препаратов, включая 13 отдельных штаммов и 3 комбинации [→]. Мы обнаружили, что L. rhamnosus HA-114 спасал фенотипы паралича на твердых средах в обеих наших моделях БАС, TDP-43 и FUS, не оказывая при этом существенного влияния на червей (нематод)….

Исследования микробиома подчеркивают важность оси "кишечник-мозг" для здоровья человека. Микрофлора кишечника изучалась в основном при воспалительных заболеваниях, однако появляющиеся данные начинают связывать компоненты микробиома с нейродегенеративными заболеваниями, включая болезни Паркинсона и Альцгеймера. Хотя некоторые штаммы бактерий предположительно играют роль в нейродегенерации, до сих пор лишь немногие из них были официально ассоциированы с этим процессом. Мы исследовали потенциальную благоприятную роль микробиома и диетических добавок при нейродегенеративных заболеваниях и обнаружили, что пробиотический штамм L. rhamnosus HA-114 способен положительно модулировать фенотипы заболеваний в нескольких моделях нейродегенерации, зависящих от возраста, на C. elegans. Наши результаты демонстрируют способность бактериального штамма восстанавливать многочисленные двигательные и нейродегенеративные фенотипы.

Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 - единственный из протестированных штаммов L. rhamnosus, показавший нейропротекторный эффект. В недавнем исследовании было показано, что HA-114 улучшает гиппокампально-зависимый дефицит познания в модели болезни Паркинсона у грызунов. Мы исключили вклад классических путей метаболизма и стрессовых реакций в благоприятный эффект HA-114 в наших моделях. Исследование сигнатур экспрессии генов под действием НА-114 указывает на липидный обмен как, возможно, ключевой механизм, связанный с нейропротекцией. Однако мы признаем, что для выявления штаммоспецифических профилей экспрессии генов потребуется более комплексное исследование с включением дополнительных бактериальных штаммов, в том числе штаммов L. rhamnosus, отличных от HA-114. Тем не менее, мы также определили гены acdh-1/ACADSB, kat-1/ACAT1 и elo-6/ELOVL3/6 как ключевые компоненты нейропротекции, обеспечиваемой штаммом HA-114. Два из этих генов участвуют в двух различных метаболических путях: метаболизме жирных кислот, точнее, митохондриальном β-окислении, и расщеплении аминокислот с разветвлёнными боковыми цепями (ВСАА)…

Мы исследовали потенциальную роль липидного обмена и окислительно-восстановительных биологических процессов в нейропротекции, осуществляемой бактериальным штаммом L. rhamnosus HA-114. Было установлено, что ген нематод acdh-1 играет ключевую роль в этом нейропротекторном механизме. Ген acdh-1 является ортологом человеческого ACADSB и членом семейства ACDH, который обладает оксидоредуктазной активностью и участвует в β-окислении жирных кислот. Мы использовали трансгенный репортерный штамм червей acdh-1::GFP для изучения возможного участия acdh-1 в нейропротекторном эффекте L. rhamnosus HA-114.

Прим. ред.: Репортерный штамм червей acdh-1::GFP обозначает, что для выявления уровня экспрессии гена acdh-1, в нематоде используется GFP (зеленый флуоресцентный белок). GFP - это белок, который проявляет ярко-зеленую флуоресценцию при воздействии света в диапазоне от синего до ультрафиолетового. В клеточной и молекулярной биологии ген GFP часто используется в качестве репортера экспрессии. Он используется в модифицированных формах для создания биосенсоров (т.е. червь acdh-1::GFP был специально создан для проверки экспрессии гена acdh-1). Иными словами авторы оценивали интенсивность флуоресценции GFP взрослых червей первого дня жизни, которых кормили E. coli OP50 или L. rhamnosus HA-114. Трансгенные репортерные штаммы червей acdh-1::GFP показали более значительное изменение флуоресценции при кормлении HA-114 (см. рис.1.).

Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 значительно увеличивает экспрессию зеленого флуоресцентного белка (GFP) у червей acdh-1GFP

Рис.1. Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 значительно увеличивает экспрессию зеленого флуоресцентного белка (GFP) у червей acdh-1::GFP (см. примечание выше) по сравнению с теми же червями, которых кормили E. coli OP50.

Наши результаты показывают, что для воспроизведения положительного эффекта, наблюдаемого при использовании HA-114, недостаточно белкового экстракта из HA-114. Интересно, что жирных кислот, полученных из HA-114, оказалось достаточно для восстановления двигательного фенотипа в нашей модели БАС на C. elegans. Эти результаты позволяют предположить, что в данном случае предпочтительным путем является β-окисление. Нарушения β-окисления митохондриальных жирных кислот связаны со многими симптомами, включая нейропатию. Более того, мы выявили дисрегуляцию липидного гомеостаза в различных моделях C. elegans при возраст-зависимой нейродегенерации. Увеличение количества липидных капель часто связано с неправильным β-окислением, что отражает неспособность митохондрий окислять жирные кислоты и использовать их в качестве источника энергии.

Наконец, мы определили acs-20/SLC27A, альтернативную точку входа длинноцепочечных жирных кислот в митохондрии, как существенный модулятор продолжительности жизни в нашей модели БАС у Caenorhabditis elegans, а также как важный фактор, способствующий нейродегенерации.

acs-20 – ген Caenorhabditis elegans из семейство КоА-синтетаз жирных кислот, кодирует одноименный белок (АМФ-связывающий домен-содержащий белок). Предсказано, что он обеспечивает активность транспортера длинноцепочечных жирных кислот и активность КоА-лигазы длинноцепочечных жирных кислот, а также участвует в гомеостазе триглицеридов. Расположен во внутриклеточной органелле, ограниченной мембраной (митохондрии). Следует отметить, что белок ASC-20 является ортологом человеческих SLC27A1 и SLC27A4 (транспортных белков длинноцепочечных жирных кислот).

Рис. 2. Механизм нейропротекции Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114. В моделях БАС нарушен т.н. "карнитиновый челнок" (CPT-1) - механизм переноса длинноцепочечных жирных кислот через мембрану митохондрий для производства энергии путем β-окисления. Предполагается, что жирные кислоты, поставляемые пробиотическими бактериями, попадают в митохондрии независимо от карнитинового челнока и участвуют в нескольких раундах β-окисления, способствуя стабилизации энергетического обмена, что приводит к снижению нейродегенерации и улучшению липидного гомеостаза.

Заключение… Мы признаем, что для полного понимания механизма нейропротекторного действия HA-114 необходимо более полное исследование β-окисления. Для достижения этой цели ведутся дальнейшие работы. Важной особенностью многих возрастных нейродегенеративных заболеваний является накопление и агрегация в цитозоле неправильно сформованных белков, что позволяет предположить наличие общих патогенетических механизмов. Мы продемонстрировали, что L. rhamnosus HA-114 не способен предотвратить агрегацию, но при этом эффективно защищает нейроны от дегенерации. Нейродегенерация может быть частично обусловлена метаболическим и энергетическим дисбалансом, связанным с экспрессией мутантных генов в стареющих нейронах. Вмешательства, компенсирующие потерю выработки энергии, могут повысить способность клетки восстанавливать липидный гомеостаз и выработку энергии, что в конечном итоге приведет к замедлению или остановке нейродегенерации. Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что диетическая добавка L. rhamnosus HA-114 обеспечивает ключевые питательные вещества, способствующие выработке энергии, и помогает смягчить метаболическую дисфункцию, приводящую к нейродегенерации (рис.2.).

Дополнительная информация:

Ось кишечник-мозг (при БАС)

Отдельно см.:

Будьте здоровы!

Перейти к ссылкам к основным разделам

Исследование пробиотического лечения бокового амиотрофического склероза (БАС)

Найден защитный пробиотик от Бокового амиотрофического склероза (БАС) (?)

Комментарии