For all questions:

+7 495 274-22-22

UDK: 57.02-578-579.22-612.82-615.32616.8-616.8-09 DOI:10.33920/MED-12-2209-07

Role of gut microbiota in the pathogenesis of neurodegenerative diseases

Galina Vladimirovna Shavkuta PhD in Medicine, professor, head of the Department of General Medical Practice (Family Medicine) (with courses in geriatrics and physiotherapy), Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Rostov State Medical University" of the Ministry of Health of the Russian Federation, 29, Nakhichevansky lane, Rostov-on-Don, 344029, Russia, tel.: 89094069504, e-mail: semmed@mail.ru, ORCID 0000-0003-4160-8154
Nataliya Vladimirovna Yakovleva PhD Candidate in Medicine, associate professor of the Department of General Medical Practice (Family Medicine) (with courses in geriatrics and physiotherapy), Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Rostov State Medical University" of the Ministry of Health of the Russian Federation, 29, Nakhichevansky lane, Rostov-on-Don, 344029, Russia, tel.: 89508678290, e-mail: brungyl@yandex.ru, ORCID 0000-0002-0647-0084
Tatyana Viktorovna Shnyukova PhD Candidate in Medicine, associate professor of the Department of General Medical Practice (Family Medicine) (with courses in geriatrics and physiotherapy), Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Rostov State Medical University" of the Ministry of Health of the Russian Federation, 29, Nakhichevansky lane, Rostov-on-Don, 344029, Russia, tel.: 89281436633, e-mail: tshnukova@yandex.ru, ORCID 0000-0003-3932-868X

In the last decade, facts related to the role of the microbiota in the pathogenesis of neurodegenerative diseases have been established and the concept of the gut-microbiota-brain axis has been formulated. The gut-microbiota-brain axis has been shown to be a sensitive pathological marker of Alzheimer's disease and Parkinson's disease. Numerous works of Russian and foreign scientists and summarized data in scientific reviews indicate that one of the key reasons for the development of these diseases is a change in the gut microbiota. A number of published studies have focused on the pathogenic effects of altered gut microbiota and its metabolites on the nervous, endocrine, and immune systems. On the other hand, a growing body of fundamental work points to the ability of the gut microbiota to regulate the function of the central nervous system through the gut-microbiota-brain axis, to influence brain development and the integrity of the blood-brain barrier. This article presents an analysis of a number of systematic reviews and results of clinical studies conducted mainly in animal models and in vitro, proving the relationship between the intestinal microbiota, neurotransmitters, and associated pathophysiology. The paper shows the need for further study of the influence of the gut microbiota on the central nervous system, which can play an important role in the early recognition, prevention, and treatment of neurodegenerative diseases.

Концепция оси «микробиота — кишечник — мозг» сформировалась в течение последних десяти лет как результат множества научных исследований, проведенных учеными разных стран. Накоплен значительный объем информации о нарушениях вдоль оси «микробиота — кишечник — мозг», которые могут вносить существенный вклад в патогенез нейродегенеративных расстройств [1, 2]. Так, центральная нервная система (ЦНС) оказывает влияние на энтеральную нервную систему, мышечный и слизистый слои кишечника через эфферентные вегетативные нервные пути, регулируя секрецию, моторику и иммунитет пищеварительного тракта. Кишечная микробиота, в свою очередь, влияет на функции мозга через афферентные сигнальные пути и через секрецию биологически активных веществ [3]. Целый ряд исследований посвящен способности микробиоты синтезировать или имитировать нейротрансмиттеры ЦНС, которые включают ацетилхолин, мелатонин, гистамин, катехоламины, гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК), серотонин, дофамин, глутамин. Кроме того, влияние микробиоты на ЦНС обусловлено также продукцией нейротоксических веществ, например при ферментации углеводов молочнокислыми бактериями образуется D-лактат, который в случае повышения кишечной проницаемости оказывает нейротоксическое действие. Аммиак, продуцируемый из мочевины под действием бактериальной уреазы, также является нейротоксином, изменяющим функцию гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) и тормозящим синтез дофамина и серотонина [3–5].

Микробиота кишечника все чаще признается модифицируемым фактором окружающей среды, влияющим на развитие хозяина. Исследовалась гипотеза о том, что микробиота влияет как на фенотип роста, так и на развитие мозга. Модель трансфаунации мышей без микробов использовалась для изучения влияния микробиоты недоношенных младенцев, которые индуцируют фенотипы высокого или низкого роста, на постнатальное развитие мозга. Микробиота, которая индуцировала фенотип низкого роста, была связана со снижением нейронных маркеров NeuN и neurofilament-L, а также маркера миелинизации по сравнению с микробиотой, индуцировавшей фенотип высокого роста. Кроме того, плохая микробиота, связанная с фенотипом роста, способствовала усилению нейровоспаления, отмеченного увеличением Nos1, а также изменением пути IGF1, включая снижение циркулирующего и мозгового IGF-1, снижение циркулирующего IGFBP3 и увеличение экспрессии мРНК в мозге. Это исследование предполагает, что микробиота, связанная с ростом, может влиять на раннее развитие нейронов и олигодендроцитов и что этот эффект может быть опосредован воздействием на нейровоспаление и циркулирующий IGF-1 [6].

For citation:
Galina Vladimirovna Shavkuta, Nataliya Vladimirovna Yakovleva, Tatyana Viktorovna Shnyukova, Role of gut microbiota in the pathogenesis of neurodegenerative diseases. Therapist. 2022;9.
The full version of the article is available for subscribers of the journal
Article language:
Actions with selected: