บทบาทของจุลินทรีย์ในลำไส้ต่อความชราและความชราที่เกี่ยวข้องกับความผิดปกติของระบบประสาท: ข้อมูลเชิงลึกจากแบบจำลองดรอสโซฟิล่า ตอนที่ 3

3.4. elav-Gal4;รุ่น UAS-A 42

AD เช่นแบบจำลอง Drosophila สามารถสร้างได้โดยการแสดง A 42 โดยตรงในลักษณะ pan-neuronal กลุ่มของเราพบว่าความหลากหลายของจุลินทรีย์เพิ่มขึ้นอย่างมากด้วยการแสดงออกที่มากเกินไปของ A 42 [55]

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยพบว่าแบบจำลองแมลงวันผลไม้มีส่วนสำคัญต่อความจำ แม้ว่าเราจะปฏิเสธไม่ได้ว่าวิธีการทดลองของมันค่อนข้างโหดร้าย แต่นักวิทยาศาสตร์ได้สำรวจวิธีที่ร่างกายรับและจัดเก็บข้อมูลโดยการฆ่าแมลงวันผลไม้ และรบกวนประสาทสัมผัสของพวกมัน เช่น การมองเห็น กลิ่น และการเคลื่อนไหว ผลการวิจัยเหล่านี้มีความสำคัญมากในการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ความรู้ความเข้าใจของมนุษย์

จากการทดลองแมลงวันผลไม้ นักวิจัยได้เปิดเผยความเชื่อมโยงระหว่างความทรงจำและยีนกับระบบประสาท และทำให้เข้าใจกลไกการสร้างความทรงจำของมนุษย์ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น โดยการกระตุ้นระบบรับกลิ่นของแมลงวันผลไม้ นักวิจัยได้ค้นพบเซลล์ประสาทที่เกี่ยวข้องกับความจำระยะสั้นได้สำเร็จ การค้นพบนี้มีความสำคัญในการชี้นำทางสรีรวิทยาและพยาธิวิทยาที่สำคัญ และให้แนวคิดใหม่ๆ สำหรับการรักษาโรคที่เกี่ยวข้องกับมนุษย์

ในขณะเดียวกัน ผลการวิจัยเหล่านี้ยังเป็นแพลตฟอร์มที่เชื่อถือได้สำหรับการพัฒนายาตามแบบจำลองอีกด้วย จากการศึกษาที่เกี่ยวข้อง พบว่าเซลล์ประสาทบางชนิดของแมลงวันผลไม้มีความสำคัญอย่างยิ่ง หากเซลล์ประสาทเหล่านี้ถูกสารรบกวน ผลการรักษาโรคของมนุษย์จะดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

ดังนั้นในขณะที่สำรวจแบบจำลองแมลงวันผลไม้อย่างจริงจัง เราต้องปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านจริยธรรมและกฎหมายที่เกี่ยวข้องเพื่อลดอันตรายต่อสัตว์ทดลอง ท้ายที่สุดแล้ว เราเชื่อว่าภายใต้การคุ้มครองของหลักจริยธรรมและกฎหมายที่สมเหตุสมผล แบบจำลองแมลงวันผลไม้จะยังคงมีส่วนช่วยในการทำความเข้าใจความทรงจำของมนุษย์และการรักษาโรคของมนุษย์ได้มากขึ้น จะเห็นได้ว่าเราต้องปรับปรุงความจำ และ Cistanche สามารถปรับปรุงความจำได้อย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากมีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ต้านการอักเสบ และต่อต้านวัย ซึ่งสามารถช่วยลดปฏิกิริยาออกซิเดชันและการอักเสบในสมอง จึงช่วยปกป้องสุขภาพของ ระบบประสาท นอกจากนี้ Cistanche ยังสามารถส่งเสริมการเจริญเติบโตและการซ่อมแซมเซลล์ประสาท ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการเชื่อมต่อและการทำงานของโครงข่ายประสาทเทียม ผลกระทบเหล่านี้สามารถช่วยปรับปรุงความจำ ความสามารถในการเรียนรู้ และความเร็วในการคิด และยังสามารถป้องกันการเกิดความผิดปกติทางสติปัญญาและโรคทางระบบประสาทได้อีกด้วย

คลิกรู้เพื่อปรับปรุงหน่วยความจำระยะสั้น

เนื่องจากแบคทีเรียที่โดดเด่นในลำไส้ สัดส่วนของ Acetobacteraceae และ Lactobacillacea ในระดับครอบครัว ในขณะที่ Acetobacter และแลคโตบาซิลลัส ในระดับสกุลจะลดลงอย่างมากใน AD Drosophila

GC – MS เผยว่าอะซิเตทเป็น SCFA ที่มีมากที่สุดและลดลงอย่างมากในกลุ่ม AD อย่างต่อเนื่อง ระดับของ SCFA รวมถึงอะซิเตตลดลงอย่างมีนัยสำคัญในตัวอย่างอุจจาระจากความบกพร่องทางสติปัญญาที่ไม่รุนแรงก่อนเริ่มมีอาการ (aMCI) และลดลงอย่างมากในผู้ป่วย AD [56] นักปาล และคณะ รายงานผู้ป่วยที่มีความบกพร่องทางสติปัญญาเล็กน้อย (MCI) ในอุจจาระลดลงเล็กน้อย [57]

การบริหารยาในกระเพาะอาหารช่วยลดความบกพร่องทางสติปัญญาและการกระตุ้น microglia ในหนู AD (APP/PS1) [58] ควรสังเกตว่าการศึกษาอื่นพบว่าไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่าง acetate และ propionate โดยมี butyrate ที่ลดลงในตัวอย่างอุจจาระของหนู AD [59]

มีรายงานว่า SCFAs ลดลงในหนู GF AD (APP/PS1) การเสริม SCFA ช่วยเพิ่มคราบจุลินทรีย์ การรับสมัคร microglia ที่เกี่ยวข้องกับคราบจุลินทรีย์ และ A ในเซลล์น้อยลงใน microglia [60]

จำเป็นต้องมีการทดลองเพิ่มเติมเพื่อชี้แจงบทบาทของ SCFAs และสารเมตาบอไลต์ของจุลินทรีย์อื่น ๆ ในการเกิดโรค AD โรค dysbiosis ในลำไส้อาจเกิดจากการติดเชื้อในช่องปากด้วย enterobacteria ที่ไม่ก่อให้เกิดโรค (Ecc15) ในแมลงวันตัวเต็มวัย [61]

ภาวะ dysbiosis ช่วยเพิ่มฟีโนไทป์ที่คล้ายกับ AD ใน Drosophilaexpression A 42 ในสมอง โดยไม่ส่งผลกระทบต่ออุปสรรคในลำไส้ รวมถึงอายุขัยที่ลดลง ความสามารถในการปีนเขา และการสูญเสียเส้นประสาทที่เพิ่มขึ้น

การติดเชื้อในลำไส้ส่งเสริมการควบคุมของ Drosophila TNF eiger และกิจกรรม JNK ขั้นปลาย เช่นเดียวกับการผลิต AMPs (Dpt, Drs, AttA และ CecA1) และ ROS

การรับสมัครพลาสมาโตไซต์ที่เกิดจาก ROS ซึ่งเป็นมาโครฟาจเชิงฟังก์ชันในดรอสโซฟิล่า จะเพิ่มขึ้นในสมองของแมลงวัน AD และกระตุ้นวิถีทาง TNF-JNK หลังจากภาวะ dysbiosis ในลำไส้ งานนี้เน้นย้ำถึงบทบาทที่สำคัญของ crosstalk ของลำไส้และสมองที่เป็นสื่อกลางของ microbiota ในการเกิดโรค AD

4. Gut Microbiota ใน Drosophila PD Model

4.1. ไมโครไบโอต้าในมนุษย์ PD

โรคพาร์กินสัน (PD) เป็นโรคที่เกิดจากความเสื่อมของระบบประสาทที่พบมากเป็นอันดับสองซึ่งส่งผลกระทบต่อประชากรสูงอายุ [62] ลักษณะทางพยาธิวิทยาที่โดดเด่นของมันคือการตายของเซลล์ประสาทโดปามิเนอร์จิค (DA) ใน substantia nigra pars Compacta และการสะสมในเซลล์ประสาทของร่างกายของ Lewy

จุลินทรีย์ในลำไส้มีการเปลี่ยนแปลงในผู้ป่วย PD [63] ความอุดมสมบูรณ์ของ Prevotellaceae, Blautia, Coprococcus, Roseburya, Faecalibacterium และ Prevotella ลดลงในขณะที่ Enterobacteriaceae, E. coli, Ralstonia, Lactobacillus, Bifidobacterium, Verrucomicrobiaceae, Bacteroides, Parabacteroides, Akkermansia, Butyricimonas, Veillonella, Odoribacter, Mucispirillum และ Bilophila เพิ่มจุลินทรีย์ในลำไส้ของผู้ป่วย PD [63–67]

ความสามารถในการซึมผ่านของลำไส้เพิ่มขึ้นตามมา [64] ในบรรดาสิ่งมีชีวิตจุลินทรีย์ที่ลดลง จำพวก Blautia, Coprococcus และ Rosebury สามารถผลิต butyrate ที่ต้านการอักเสบได้ [65]

ความอุดมสมบูรณ์ของแบคเทอรอยเดสจะลดลงในผู้ป่วย PD ที่มีอาการสั่นเมื่อเปรียบเทียบกับผู้ที่ไม่มีอาการนี้ ซึ่งบ่งชี้ว่าความรุนแรงของ PD มีความสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์ [67] SCFAs ลดลงอย่างมีนัยสำคัญในลำไส้ของผู้ป่วย PD ซึ่งส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการอักเสบและความเสียหายของอุปสรรคในลำไส้ใน ความก้าวหน้าของ PD [68]

4.2. elav- Gal4;แบบจำลอง UAS-Synuclein

เนื่องจากเป็นองค์ประกอบหลักของ Lewy Bodies -synuclein มีส่วนทำให้เกิด PD โดยการรวมตัวเป็นเส้นใยที่ไม่ละลายน้ำ การคูณหรือการกลายพันธุ์ (A53T, A30P หรือ E46K) ของ -synucleinis ที่พบในรูปแบบครอบครัวของผู้ป่วย PD [62]

เส้น elavC155-GAL4 บริสุทธิ์ถูกข้ามไปยัง UAS- -synucleinA53T ตัวผู้เพื่อทำให้ลูกหลาน F1 แสดง A53T -synuclein ในสมองเป็นแบบจำลอง PD การบำบัดด้วยสารเมตาโบไลต์ของกรดฟีนอลิก รวมถึง 3-HBA, 3,4-diHBA และ 3-HPPA ยับยั้งการก่อตัวของ -synuclein dimers และ trimers ในหลอดทดลอง และปรับปรุงความสามารถในการปีนของ PD แมลงวันใน วีฟ [69]. บี.

ovatus สามารถแปลงฟลาโวนอล catechin และ epicatechin (C/EC) เป็น DHCA, 3,4-diHBA และ 3-HBA นอกจากนี้ B. ovatus, E.

Atlanta และ E. coli ยังสามารถสร้าง DHCA, 3-HPPA, 3,4-diHBA และ 3-HBA ผ่านกระบวนการที่ไม่ขึ้นกับ aC/EC การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์ในลำไส้อาจปรับฟลาโวนอลในอาหารเพื่อป้องกันการเกิดโรค PD

4.3. PINK1 มิวแทนท์โมเดล

ยีนที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของไมโตคอนเดรีย รวมถึง Parkin, DJ-1 และไคเนส 1 ที่เหนี่ยวนำให้เกิด PTEN (PINK1) ถูกระบุว่าเป็นยีนที่เกี่ยวข้องกับ PD PINK1 เป็นยีนที่เข้ารหัสนิวเคลียสและมีเป้าหมายไปที่ไมโตคอนเดรีย

แบบจำลองสัตว์ที่มีการกลายพันธุ์ของ PINK แสดงให้เห็นถึงคริสเตของไมโตคอนเดรียที่กระจัดกระจาย มีความไวต่อความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น พร้อมด้วยข้อบกพร่องในการเคลื่อนที่และการสูญเสียเซลล์ประสาท DA แมลงหวี่กลายพันธุ์ PINK1 (PINK1B9) แสดงให้เห็นถึงอายุการใช้งานที่ลดลง ข้อบกพร่องในการปีนเขาและการบิน กล้ามเนื้อการบินเสื่อม และการสูญเสียเซลล์ประสาท DA ในภูมิภาค PPL1 ซึ่งสามารถช่วยเหลือได้ด้วยการเสริม EGCG [70]

ความหลากหลายของจุลินทรีย์ที่ลดลงยังได้รับการช่วยเหลือโดย EGCG ในแมลงวัน PINK1B9 EGCG ลดโปรตีโอแบคทีเรียและเพิ่ม Firmicutes และ Bacteroidetes ในระดับไฟลัมใน PDfly

เนื่องจากเป็นสกุลที่โดดเด่นใน Drosophila microbiota ปริมาณ Acetobacter และ Lactobacillus จำนวนมากจึงถูกยับยั้งหลังการรักษาด้วย EGCG ในแมลงวัน PINK1B9 การเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์ในลำไส้ที่เกิดจากสายพันธุ์ Lactobacillus plantarum KJ01 ทำให้ผลกระทบการช่วยเหลือโดยอาศัย EGCG ต่อการเคลื่อนที่ของแมลงวันในแบบจำลอง PD ทางพันธุกรรม (แมลงวัน PINK1B9) และแบบจำลองทางพันธุกรรม×สิ่งแวดล้อม (แมลงวัน PINK1B9 ที่สัมผัส rotenone)

การศึกษานี้นำเสนอหน้าที่หลักของจุลินทรีย์ในบทบาทการปกป้องระบบประสาทของ EGCG ใน PD

5. ข้อสรุปและมุมมองในอนาคต

ควรสังเกตว่าการศึกษาส่วนใหญ่ที่กล่าวถึงข้างต้นดำเนินการในเพศหญิง [20,22,27,32,33,37,39,55,69] หรือชาย [21,24–26,28,29,34,35 ,41,52,53,61,70] รุ่น พบว่ามีความอุดมสมบูรณ์ของ A.

pasteurianus, L. plantarum และ L. fructivoransalter คล้ายกันทั้งในดรอสโซฟิล่าตัวผู้และตัวเมียอายุมาก [71] อย่างไรก็ตาม แมลงวันเพศเมียทั้ง w1118 และ Canton S มี Enterococcus มากขึ้น ซึ่งอาจรบกวนการตั้งอาณานิคมของ Acetobacter และ Lactobacillus ในช่วงอายุ

แมลงวันตัวเมียจะมีอายุยืนยาวกว่าตัวผู้มากทั้งในยีสต์ต่ำและยีสต์สูง [72] เพศชายยังแสดงให้เห็นถึงการสูญเสียเซลล์ประสาท DA และข้อบกพร่องในการเคลื่อนไหวที่ขึ้นอยู่กับอายุมากขึ้น [73]

จำเป็นต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติมเพื่อตรวจสอบว่าไมโครไบโอต้ามีส่วนทำให้เกิดความแตกต่างโดยขึ้นอยู่กับเพศในด้านความชราและการเสื่อมของระบบประสาทหรือไม่ ด้วยข้อดีขององค์ประกอบชุมชนจุลินทรีย์อย่างง่าย ดรอสโซฟิล่าจึงเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการชี้แจงการมีส่วนร่วมของไมโครไบโอต้าต่อความชราและการเสื่อมของระบบประสาทที่เกี่ยวข้องกับความชรา

การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากอายุของจุลินทรีย์ก่อนที่ลำไส้จะถูกทำลาย อาจส่งผลต่อเส้นทางการส่งสัญญาณต่างๆ ผ่านทางสารเมตาโบไลต์ และออกฤทธิ์ที่เป็นประโยชน์หรือเป็นผลเสียต่อการมีอายุยืนยาวและการเสื่อมของระบบประสาท (รูปที่ 1)

กลยุทธ์การแทรกแซงที่มุ่งเป้าไปที่ไมโครไบโอต้าดรอสโซฟิล่าไม่ว่าจะด้วยการบำบัดทางเคมีหรือกายภาพได้รับการพัฒนาเพื่อปรับปรุงการสูงวัยอย่างมีสุขภาพดี การค้นพบมากมายจากดรอสโซฟิล่าได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถอนุรักษ์ไว้ได้อย่างสูงในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งช่วยยืนยันคุณค่าของแบบจำลองนี้ในการวิจัยจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับการชราภาพและการเสื่อมของระบบประสาท

ผลงานของผู้เขียน: แนวความคิด, YK; การเตรียมร่างการเขียนต้นฉบับ YK และ LW การเขียน-การตรวจทานและการแก้ไข YK และ BJ; การบริหารโครงการ YK; การจัดหาเงินทุน YK Allauthors ได้อ่านและตกลงกับต้นฉบับที่ตีพิมพ์แล้ว

เงินทุน: งานวิจัยนี้ได้รับทุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติของจีน หมายเลขทุน 31200804; กองทุนวิจัยพื้นฐานสำหรับมหาวิทยาลัยกลาง, กระทรวงศึกษาธิการของมหาวิทยาลัยตะวันออกเฉียงใต้, ประเทศจีน, หมายเลขทุน 2242020K40127; ห้องปฏิบัติการหลักด้านการทดลองวิทยาของกระทรวงศึกษาธิการ มหาวิทยาลัยซานตง

คำชี้แจงของคณะกรรมการพิจารณาสถาบัน: ไม่เกี่ยวข้อง

คำชี้แจงความยินยอม: ไม่เกี่ยวข้อง

คำชี้แจงความพร้อมใช้งานของข้อมูล: ไม่เกี่ยวข้อง

กิตติกรรมประกาศ: เราขอขอบคุณเพื่อนร่วมงานของเราที่ SEU สำหรับคำแนะนำที่เป็นประโยชน์

ความขัดแย้งทางผลประโยชน์: ผู้เขียนประกาศว่าไม่มีความขัดแย้งทางผลประโยชน์

อ้างอิง

1. โลเปซ-โอติน, ซี.; บลาสโก, แมสซาชูเซตส์; พาร์ทริดจ์, ล.; เซอร์ราโน ม.; Kroemer, G. จุดเด่นของความชรา เซลล์ 2013, 153, 1194–1217.[CrossRef]

2. บาร์เทลส์ ต.; เดอ เชปเปอร์ ส.; Hong, S. Microglia ปรับการเสื่อมของระบบประสาทในโรคอัลไซเมอร์และพาร์กินสัน วิทยาศาสตร์2020, 370, 66–69. [ครอสอ้างอิง]

3. คิม ส.; Jazwinski, SM The Gut Microbiota และ Healthy Aging: มินิรีวิว ผู้สูงอายุ 2018, 64, 513–520. [ครอสอ้างอิง]

4. เออร์โคซาร์ บ.; Leulier, F. microbiota สำหรับผู้ใหญ่ชั่วคราว, สภาวะสมดุลของลำไส้และการมีอายุยืนยาว: ข้อมูลเชิงลึกใหม่จากแบบจำลอง Drosophila FEBS Lett 2014, 588, 4250–4257. [ครอสอ้างอิง]

5. บานา บ.; Cabreiro, F. Microbiome และ Aging แอนนู. สาธุคุณเจเนท. 2019, 53, 239–261. [ครอสอ้างอิง]

6. แมคเกิร์ก แอล.; เบอร์สัน, อ.; Bonini, NM Drosophila เป็นแบบจำลอง In Vivo สำหรับโรคระบบประสาทเสื่อมของมนุษย์ พันธุศาสตร์ 2015, 201,377–402 [ครอสอ้างอิง]

7. ไพเพอร์, MDW; นกกระทา, L. Drosophila ต้นแบบแห่งวัย ไบโอชิม. ชีวฟิสิกส์ แอกต้า (BBA)-โมล โรคพื้นฐาน 2018, 1864, 2707–2717.[CrossRef]

8. ชิน เซาท์แคโรไลนา; คิม ส.-ช.; คุณฮ.; คิม บ.; คิม เอซี; ลี ก.-ก.; ยุน เจ.-H.; ริว เจ.-H.; ลี ดับเบิลยู.-เจ. Drosophila Microbiome ปรับเปลี่ยนโฮสต์การพัฒนาและการเผาผลาญสภาวะสมดุลผ่านการส่งสัญญาณอินซูลิน วิทยาศาสตร์ 2011, 334, 670–674 [CrossRef] [PubMed]

9. สตอเรลลี่ ก.; ดีฟาเย, อ.; เออร์โคซาร์ บ.; โฮลส์, พี.; รอยเอ็ต เจ.; Leulier, F. Lactobacillus plantarum ส่งเสริมการเจริญเติบโตของระบบดรอสโซฟิล่าโดยการปรับสัญญาณฮอร์โมนผ่านการตรวจจับสารอาหารที่ขึ้นกับ TOR Metab ของเซลล์ 2011, 14, 403–414. [CrossRef] [PubMed]

10. ชวาร์เซอร์ ม.; มักกิ เค.; สตอเรลลี, G.; มาชูกา-กาเยต์, I.; สรุตโควา ด.; เฮอร์มาโนวา, ป.; มาร์ติโน, เมน; บัลมันด์ ส.; ฮัดโควิช, T.;Heddi, A.; และคณะ สายพันธุ์แลคโตบาซิลลัสฝ่าเท้ารักษาการเจริญเติบโตของหนูทารกในช่วงภาวะโภชนาการไม่เพียงพอเรื้อรัง วิทยาศาสตร์ 2016, 351,854–857 [CrossRef] [PubMed]

11. ยัตสึเนนโก ต.; เรย์ เฟอริงส์; มานารี ม.; เทรฮาน ฉัน.; โดมิงเกซ-เบลโล, MG; คอนเตรราส ม.; มากริส ม.; อีดัลโก ก.; บัลดัสซาโน, RN; อโนคิน อ.; และคณะ ไมโครไบโอมในลำไส้ของมนุษย์พิจารณาตามอายุและภูมิศาสตร์ ธรรมชาติ 2012, 486, 222–227. [CrossRef] [PubMed]

12. รากอนเนาด์ อี.; Biragyn, A. Gut microbiota เป็นตัวควบคุมหลักของการสูงวัยที่ "ดีต่อสุขภาพ" ของผู้สูงอายุ ภูมิคุ้มกัน อายุ 2021, 18,1–11 [CrossRef] [PubMed]

For more information:1950477648nn@gmail.com