Sự phát triển và hoàn thiện của hệ vi sinh trong các giai đoạn cuộc đời cũng ảnh hưởng đến các cơ quan ở xa, đặc biệt là với não bộ.
Ảnh hưởng của hệ vi sinh vật đường ruột đối với sự phát triển thần kinh đã được biết đến từ đầu những năm 2000. Các thí nghiệm ban đầu sử dụng chuột không chứa vi sinh vật (GF) hoặc không chứa mầm bệnh cụ thể (SPF) được cho dùng kháng sinh để giảm sự đa dạng của vi khuẩn trong ruột, cho thấy một số vấn đề về thần kinh xảy ra ở những con chuột có hệ vi sinh vật đường ruột bị giảm hoặc trưởng thành không thích hợp.
Cụ thể, so với những con chuột thể dại, chuột dùng kháng sinh cho thấy giảm biểu hiện của các protein hình thành mối nối kín, chất kết dính và claudin-5 trong não, tăng tính thấm hàng rào máu não (BBB), phản ứng hạn chế căng thẳng vùng dưới đồi- tuyến yên- thượng thận (HPA) thái quá, hành vi xã hội kém, suy giảm các hành vi giống lo âu và tăng hoạt động vận động và sinh dưỡng.
Một số hành vi và sự phát triển não bộ nhất định bị thay đổi một cách nhất quán được quan sát thấy, có thể được giải quyết/cải thiện khi động vật mới sinh được phục hồi với hệ sinh vật đa dạng và nguyên vẹn. Kiểu hình hành vi bị thay đổi có liên quan đến rối loạn điều hòa gen và các chất chuyển hóa được biết là có liên quan đến kiểm soát vận động và các con đường hành vi giống lo âu, như adrenaline, dopamine, 5-hydroxytryptophan (5-HT), protein mật độ sau khớp thần kinh 95 (PSD-95), và synaptophysin.
Gần đây, ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy vi khuẩn có thể tạo ra các phân tử hoạt động thần kinh góp phần trực tiếp vào quá trình giao tiếp giữa ruột và não.
Các chất dẫn truyền thần kinh, chẳng hạn như acetylcholine, GABA và serotonin, được sản xuất bởi vi khuẩn thuộc các loài Lactobacillus, Bifidobacteria, Enterococcus và Streptococcus, có thể ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sinh lý tế bào não. Điều đáng chú ý là 90% lượng serotonin cần thiết cho tâm trạng, hành vi, giấc ngủ và một số chức năng khác trong hệ thần kinh trung ương và đường tiêu hóa (GI) được sản xuất trong ruột. Sự liên kết của serotonin với các thụ thể 5-HT trên thần kinh đệm nhỏ tạo ra sự giải phóng các exosome mang cytokine, cung cấp một cơ chế khác để điều chỉnh tình trạng viêm thần kinh do ruột gây ra.
Một chất chuyển hóa khác của vi sinh vật ảnh hưởng đến hoạt động của thần kinh đệm nhỏ là tryptophan, một tiền chất của serotonin. Các chất chuyển hóa của vi khuẩn có nguồn gốc từ tryptophan trong chế độ ăn uống có thể kiểm soát tình trạng viêm của hệ thần kinh trung ương thông qua cơ chế được trung gian bởi thụ thể aryl hydrocarbon (Ahr) tác động lên hoạt hóa thần kinh đệm nhỏ và chương trình phiên mã của tế bào hình sao. Tầm quan trọng của chuyển hóa tryptophan trong việc duy trì cân bằng nội môi CNS đã được biết đến từ vài năm trước.
Những phát hiện cho thấy rằng tuần hoàn hệ thống có thể là con đường mà hệ vi sinh vật ảnh hưởng đến sự dẫn truyền thần kinh serotonergic của CNS. Cách tiếp cận này một lần nữa nhấn mạnh tầm quan trọng của hệ vi sinh vật nguyên vẹn và đa dạng từ khi sinh ra. Gần đây hơn, người ta cũng đã báo cáo rằng quá trình chuyển hóa tryptophan bởi vì tế bào thần kinh đệm được kích hoạt sẽ tạo ra chất độc thần kinh axit quinolinic, chất chủ vận N -methyl- D- aspartate, liên quan đến một số tình trạng thần kinh, bao gồm bệnh Huntington và trầm cảm.
Khi tái tổ hợp chuột GF với vi khuẩn cụ thể thuộc họ Clostridia như Clostridium tyrobutyricum, được biết là xâm chiếm lớp chất nhầy ruột, điều chỉnh cân bằng nội môi và hàng rào miễn dịch đường ruột thông qua việc sản xuất các chất chuyển hóa chống viêm (ví dụ butyrate), gây ra sự gia tăng của chất kết dính và claudin -5 trong não của chuột GF và khôi phục tính toàn vẹn BBB của chúng về mức của chuột SPF.
Hơn nữa, việc bổ sung men vi sinh, như Lactobacillus rhamnosus (JB-1), ở những con chuột thể dại, làm giảm hành vi giống lo âu và trầm cảm trong điều kiện ổn định. Lý do cho sự thay đổi phản ứng hành vi này trong trường hợp không có hệ vi sinh vật đa dạng và nguyên vẹn đã được giải thích lại thành những thay đổi trong các con đường liên quan đến sự hình thành khớp thần kinh và tín hiệu canxi, ở cấp độ chủ yếu là tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm.
Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng những thay đổi qua trung gian hệ vi sinh vật trong quá trình hình thành khớp thần kinh và hành vi dập tắt sợ hãi không phải là kết quả của trục vùng dưới đồi-tuyến yên-thượng thận mà là do mức độ giảm của các chất chuyển hóa thần kinh tiềm tàng (phenyl sulfat, pyrocatechol sulfat, 3-(3-sulfooxyphenyl) axit propanoic và indoxyl sulfat) trong dịch não tủy, huyết thanh và trong các mẫu phân của chuột GF so với chuột SPF. Tuy nhiên, các loại tế bào (vật chủ hoặc vi khuẩn) tạo ra các chất chuyển hóa này vẫn chưa được khám phá.
Ảnh hưởng của vi sinh vật đối với hệ thống thần kinh và miễn dịch của vật chủ
Một số yếu tố môi trường chưa được hiểu rõ, bao gồm các yếu tố về chế độ ăn uống và thói quen, có liên quan đến việc dễ mắc các rối loạn thần kinh và thay đổi hệ vi sinh vật đường ruột. Thành phần hệ vi sinh vật khác biệt đáng kể giữa người khỏe mạnh kiểm soát và bệnh nhân bị ảnh hưởng bởi rối loạn thoái hóa thần kinh (chẳng hạn như bệnh đa xơ cứng (MS), bệnh Alzheimer (AD) và bệnh Parkinson (PD) và các rối loạn tâm thần kinh (NPS) như rối loạn tâm trạng và trầm cảm nặng.
Liên quan mật thiết với đó là hệ vi sinh vật bị thay đổi của người bệnh có thể truyền bệnh từ vật chủ là người sang vật chủ là chuột. Hình 2 trình bày các cơ chế do vi khuẩn gây ra các bệnh thần kinh khác nhau. Hiện đang ở giai đoạn đầu của con đường khám phá này và đối với phần lớn các tình trạng bệnh lý, vẫn chưa biết liệu chứng rối loạn vi khuẩn là nguyên nhân hay là hậu quả của nó.
Tài liệu tham khảo:
Andrina Rutsch, Johan B. Kantsjö, và Francesca Ronchi. “The Gut-Brain Axis: How Microbiota and Host Inflammasome Influence Brain Physiology and Pathology”
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7758428/
Website: https://inrd.vn/
Fanpage: https://www.facebook.com/inrd2022
