- Jak inosyna produkowana przez probiotyki chroni neurony przed uszkodzeniami oksydacyjnymi i zapaleniem
- Które szlaki molekularne (Nrf2/HO-1, TLR4/MyD88/NF-κB) są modulowane przez inosynę w komórkach hipokampa
- Jakie stężenia inosyny wykazują działanie neuroprotekcyjne w badaniach in vitro
- Dlaczego metabolity jelitowe mogą stanowić przyszły cel terapeutyczny w chorobach neurodegeneracyjnych
Czy metabolity probiotyków mogą chronić neurony przed starzeniem?
Inosyna – metabolit probiotyku Lactiplantibacillus plantarum MWFLp-182 – znacząco łagodzi uszkodzenia neuronów wywołane D-galaktozą poprzez modulację kluczowych szlaków oksydacyjnych, zapalnych i apoptotycznych. Badania na modelu myszy BALB/c oraz komórkach hipokampa HT-22 wykazały, że podawanie tego probiotyku doustnie przez 8 tygodni regulowało poziomy inosyny w surowicy i kale, co korelowało z poprawą funkcji poznawczych i redukcją markerów neurodegeneracji.
Choroby neurodegeneracyjne związane ze starzeniem, w tym choroba Alzheimera, stanowią rosnące wyzwanie zdrowia publicznego. Uszkodzenia oksydacyjne neuronów i stan zapalny – napędzane przez reaktywne formy tlenu (ROS) oraz cytokiny prozapalne (IL-1β, TNF-α) – aktywują neurotoksyczne szlaki za pośrednictwem mikrogleju, przyspieszając uszkodzenia neuronów. Ostatnie badania metabolomiczne jelita wskazują, że metabolity mikrobioty mogą modulować funkcje mózgu poprzez oś jelito-mózg, przekraczając barierę krew-mózg i chroniąc komórki nerwowe.
Jakie metabolity reguluje probiotyk MWFLp-182?
Analiza metabolomiczna surowicy zidentyfikowała 636 metabolitów, wśród których dominowały lipidy (29,40%), kwasy organiczne (24,37%) oraz związki organoheterocykliczne (17,61%). Modele OPLS-DA wykazały wyraźne rozdzielenie między grupami eksperymentalnymi: LH vs LK (R2X=0,196, R2Y=0,916, Q2=0,704), LH vs LD (R2X=0,148, R2Y=0,927, Q2=0,569) oraz LK vs LD (R2X=0,15, R2Y=0,897, Q2=0,543).
Grupa otrzymująca L. plantarum MWFLp-182 (LH) wykazała znacząco wyższe stężenia czterech kluczowych metabolitów w porównaniu do grupy modelowej (LD): kwasu trans-3-indoloakrylowego, inosyny, kwasu fenaceturowego oraz histaminy (p<0,05). Analiza korelacji Spearmana ujawniła, że inosyna wykazywała dodatnią korelację z IL-10, PSD-95, wynikami testów behawioralnych (MWM, NOI) oraz Nrf2, a ujemną z Bax, IL-1β i TNF-α (p<0,05). Sugeruje to, że inosyna pośredniczy w działaniu przeciwzapalnym i neuroprotekcyjnym probiotyku.
Skąd pochodzi inosyna – z jelit czy z wątroby?
Analiza metabolomiczna kału wykazała, że wzorce stężeń kwasu trans-3-indoloakrylowego i histaminy nie różniły się istotnie między grupami (p>0,05), podczas gdy poziom kwasu fenaceturowego był najwyższy w grupie kontrolnej (LK). Inosyna w kale wykazywała podobny wzorzec jak w surowicy – jej stężenie było najwyższe w grupie LH. Rozbieżności między metabolitami w kale a surowicy mogą wynikać z metabolizmu wątrobowego tych związków.
Analiza korelacji Spearmana między metabolitami kałowymi a mikrobiotą jelitową na poziomie rodzaju ujawniła, że inosyna była istotnie dodatnio skorelowana z Bifidobacterium (p<0,01) i ujemnie z Escherichia-Shigella (p<0,05). Lactobacillus wykazywał nieistotne statystycznie dodatnie związki z kwasem trans-3-indoloakrylowym, inosyną i histaminą (p>0,05), co sugeruje złożone interakcje między mikrobiotą a metabolitami.
Jak inosyna chroni neurony przed stresem oksydacyjnym?
Test CCK-8 wykazał, że inosyna w stężeniu 500 µg/mL utrzymywała żywotność komórek HT-22 na poziomie 92±1%, podczas gdy D-galaktoza (20 mg/mL) redukowała ją do 49,28±3,8%. W modelu uszkodzenia D-gal, intensywność fluorescencji ROS w grupie D-gal była trzykrotnie wyższa niż w grupie kontrolnej. Leczenie inosyną znacząco obniżyło poziomy ROS, przy czym grupa otrzymująca wysoką dawkę (500 µg/mL) wykazywała niższe poziomy ROS niż grupa z niską dawką (250 µg/mL).
D-galaktoza redukowała ekspresję mRNA Nrf2 i HO-1, co przyczyniało się do podwyższonych poziomów ROS i uszkodzeń oksydacyjnych w komórkach HT-22. Leczenie inosyną zwiększyło ekspresję HO-1 o 4,3-krotnie i Nrf2 o 8,7-krotnie w porównaniu do grupy D-gal (p<0,05). Wyniki te potwierdzają, że inosyna łagodzi stres oksydacyjny indukowany D-gal poprzez regulację szlaku sygnałowego Nrf2/HO-1, kluczowego mechanizmu obronnego komórki przed uszkodzeniami oksydacyjnymi.
Czy inosyna hamuje stan zapalny w neuronach?
D-galaktoza znacząco obniżała ekspresję IL-10 i podwyższała ekspresję IL-1β oraz TNF-α (p<0,05), co wskazuje na aktywację prozapalną. Równocześnie D-gal istotnie zwiększała ekspresję TLR4, MyD88 i NF-κB (p<0,05), regulując szlak sygnałowy TLR4/MyD88/NF-κB i nasilając stan zapalny. Grupa leczona inosyną wykazała redukcje o 41,75% dla TLR4, 28,29% dla MyD88 i 32,17% dla NF-κB w porównaniu do grupy D-gal.
Współpodawanie inosyny znacząco obniżyło ekspresję TLR4, MyD88 i NF-κB w porównaniu do grupy modelowej (p<0,05), jednocześnie zwiększając ekspresję przeciwzapalnej IL-10 i zmniejszając poziomy IL-1β oraz TNF-α. Wyniki te wskazują, że inosyna hamuje szlak TLR4/MyD88/NF-κB, łagodząc uszkodzenia komórek HT-22 wywołane D-gal i przywracając równowagę cytokinową.
Jak inosyna zapobiega śmierci neuronów?
Leczenie D-gal istotnie zwiększało poziomy mRNA Bax, Caspase-9 i Caspase-3, jednocześnie obniżając ekspresję Bcl-2 (p<0,05), indukując apoptozę poprzez szlak Bax-Caspase-9-Caspase-3. Współleczenie inosyną (500 µg/mL) znacząco zwiększyło ekspresję Bcl-2 i zmniejszyło ekspresję Bax, Caspase-9 oraz Caspase-3 (p<0,05), wskazując na silne działanie przeciwapoptotyczne.
Barwienie Hoechst 33258 ujawniło wyraźne wzorce apoptotyczne w badanych grupach. Po 24 godzinach grupa kontrolna wykazywała minimalną apoptozę, podczas gdy grupa leczona D-gal charakteryzowała się rozległą apoptozą. Obie grupy leczone inosyną (250 i 500 µg/mL) wykazały znacząco zmniejszoną liczbę komórek apoptotycznych, potwierdzając, że inosyna skutecznie hamuje apoptozę indukowaną D-gal w komórkach HT-22 poprzez regulację osi Bax-Caspase-9-Caspase-3 i promowanie sygnalizacji przeciwapoptotycznej za pośrednictwem Bcl-2.
Czy inosyna wspiera regenerację neuronów?
BDNF i NGF są kluczowymi czynnikami neurotroficznymi wspierającymi wzrost, różnicowanie i przeżycie neuronów, a także procesy uczenia się, pamięci i regulacji emocji. RT-qPCR wykazało, że D-gal znacząco obniżało transkrypcję obu czynników neurotroficznych (p<0,05). Współleczenie inosyną istotnie zwiększyło poziomy mRNA BDNF i NGF (p<0,05), sugerując efekt regeneracyjny na ekspresję genów neurotroficznych.
Analiza immunofluorescencyjna pozwoliła na bezpośrednią wizualizację zmian na poziomie białkowym. Dla NGF grupa D-gal wykazywała znacząco zmniejszoną intensywność fluorescencji (0,36±0,03) w porównaniu z grupą kontrolną (1,0±0,03; p<0,05). Grupy leczone inosyną (250 µg/mL: 0,49±0,05; 500 µg/mL: 0,79±0,08) wykazały zależny od dawki wzrost fluorescencji NGF (p<0,05 vs D-gal). Podobnie fluorescencja BDNF ujawniła spadek intensywności w grupie D-gal (0,40±0,03 vs K: 1,0±0,07; p<0,05), który został odwrócony przez inosynę (250 µg/mL: 0,44±0,04; 500 µg/mL: 0,72±0,06; p<0,05 vs D-gal), potwierdzając łagodzenie uszkodzeń białka BDNF.
Co to oznacza dla strategii neuroprotekcyjnych?
Badanie to wykazało, że inosyna – metabolit regulowany przez probiotyk L. plantarum MWFLp-182 – skutecznie chroni neurony hipokampa przed uszkodzeniami wywołanymi stresem oksydacyjnym, stanem zapalnym i apoptozą. Mechanizm ochronny obejmuje aktywację szlaku Nrf2/HO-1 (zwiększenie ekspresji o 4,3-8,7-krotnie), hamowanie osi TLR4/MyD88/NF-κB (redukcja o 28-42%) oraz modulację równowagi Bcl-2/Bax, a także zwiększenie ekspresji czynników neurotroficznych BDNF i NGF.
Wyniki te otwierają perspektywę wykorzystania probiotyków produkujących inosynę jako naturalnej strategii wspomagającej zdrowie mózgu i przeciwdziałającej neurodegeneracji związanej ze starzeniem. Szczególnie obiecujące jest zastosowanie u pacjentów z zaburzeniami poznawczymi, w tym chorobą Alzheimera. Konieczne są jednak dalsze badania translacyjne na modelach ludzkich oraz weryfikacja mechanizmów molekularnych na poziomie białkowym (Western blot, ELISA), aby potwierdzić potencjał terapeutyczny tej interwencji probiotycznej w praktyce klinicznej.
Pytania i odpowiedzi
❓ Jakie stężenie inosyny wykazuje działanie neuroprotekcyjne?
W badaniach in vitro na komórkach HT-22 stężenie 500 µg/mL inosyny utrzymywało żywotność komórek na poziomie 92±1% i wykazywało najsilniejsze działanie przeciwoksydacyjne, przeciwzapalne oraz przeciwapoptotyczne. Niższe stężenie 250 µg/mL również wykazywało efekt ochronny, ale słabszy niż przy wyższej dawce.
❓ Jak inosyna wpływa na szlaki sygnałowe w neuronach?
Inosyna moduluje dwa kluczowe szlaki: aktywuje szlak antyoksydacyjny Nrf2/HO-1 (zwiększenie ekspresji o 4,3-8,7-krotnie) oraz hamuje prozapalny szlak TLR4/MyD88/NF-κB (redukcja o 28-42%). Dodatkowo reguluje równowagę między białkami pro- i przeciwapoptotycznymi (Bax/Bcl-2) oraz zwiększa ekspresję czynników neurotroficznych BDNF i NGF.
❓ Czy probiotyki produkujące inosynę mogą mieć zastosowanie kliniczne?
Wyniki badań podstawowych są obiecujące, jednak przed zastosowaniem klinicznym konieczne są badania translacyjne na modelach ludzkich. Szczególnie interesujące jest potencjalne zastosowanie u pacjentów z zaburzeniami poznawczymi i chorobą Alzheimera, ale mechanizmy molekularne wymagają potwierdzenia na poziomie białkowym metodami Western blot lub ELISA.
❓ Skąd pochodzi inosyna wykrywana w surowicy?
Analiza metabolomiczna wykazała, że inosyna obecna w surowicy koreluje dodatnio z Bifidobacterium (p<0,01) i ujemnie z Escherichia-Shigella (p<0,05) w jelicie. Rozbieżności między poziomami w kale a surowicy sugerują, że część metabolitów może być przetwarzana przez wątrobę przed wejściem do krążenia systemowego.
❓ Jakie są ograniczenia tego badania?
Główne ograniczenie stanowi fakt, że badanie przeprowadzono wyłącznie na modelach zwierzęcych i komórkowych in vitro. Analiza mechanizmów molekularnych opierała się głównie na poziomie transkrypcyjnym (RT-qPCR), co wymaga potwierdzenia zmian na poziomie białkowym. Brakuje również danych z modeli naturalnego starzenia oraz badań na ludziach.
