Microbiologie in hapklare porties

Zomerblues: Een microbiële link tussen warm weer en angst

Written by

Het is zomer! De kinderen zijn uit school, de zon schijnt en de weekenden zijn gereserveerd voor het perfecte leesvoer aan het water. Maar nu de temperaturen wereldwijd stijgen, kan de zomer nieuwe uitdagingen met zich meebrengen. Een nieuw onderzoek onder leiding van Huandi Weng van de Universiteit van Jinan suggereert dat langdurige blootstelling aan een warme en vochtige omgeving angstachtige stoornissen bij muizen kan bevorderen door de darmmicrobiota aan te tasten en ontstekingen in de hersenen te stimuleren.

De opwarming van de aarde is een bedreiging voor de volksgezondheid

Volgens NASA is de temperatuur op aarde gestaag gestegen, met de tien meest recente jaren als de warmste ooit gemeten [1]. Extreme hitte heeft dodelijke gevolgen, hittegerelateerde ziekten en verergeringen van aandoeningen zoals beroertes en hartaanvallen hebben ervoor gezorgd dat extreme hitte de nummer één weer-gerelateerde doodsoorzaak is in de Verenigde Staten [2]. Tegelijkertijd neemt de bezorgdheid toe over de toename van neuropsychiatrische aandoeningen, zoals angst en depressie, die nu de zesde belangrijkste oorzaak zijn van invaliditeit in zowel hoge- als lage-inkomenslanden. Hoewel eerdere onderzoeken hebben gesuggereerd dat hoge temperaturen samengaan met een toename van het aantal patiënten met angst en depressie, hebben we nog steeds een beperkt begrip van het biologische mechanisme achter deze correlatie, waardoor het moeilijk is om goede therapeutische opties te identificeren.

Weng et al. hebben nu een verrassend mechanistisch verband aangetoond tussen het veranderende klimaat en de toename van angststoornissen dat afhangt van metabolische en ontstekingssignalering vanuit het darmmicrobioom.

Een angstig gevoel in de darmen

In dit onderzoek onderwierpen de auteurs muizen 45 dagen lang aan een warm-vochtige omgeving (HHE-muizen) of normale omstandigheden (NC-muizen) en evalueerden veranderingen in hun gedrag en het darmmicrobioom. Ze ontdekten dat de HHE-muizen consistent angstig gedrag vertoonden, waarbij ze zich het grootste deel van de tijd verstopten in afgesloten delen van een doolhof. Om dit te ondersteunen gebruikten de onderzoekers elektroden om de synaptische stromen in hersenplakjes op te nemen, waaruit bleek dat de HHE muizen een significante toename hadden in de frequentie van excitatoire synaptische stromen.

Naast angst vertoonden de HHE muizen significante dalingen in het totale lichaamsgewicht, wat suggereert dat de samenstelling van het darmmicrobioom anders was bij de HHE muizen.

Met behulp van een techniek genaamd 16s rRNA sequencing, die bacteriën in een monster onderscheidt door het sequencen van een deel van het genoom dat regio’s bevat die uniek zijn voor elke bacteriesoort, ontdekten de auteurs dat Lactobacillus soorten opvallend afwezig waren in het microbioom van de HHE muizen in vergelijking met de NC muizen. Zonder Lactobacillus-soorten misten de HHE-muizen ook metabolieten geproduceerd door Lactobacilli die deelnemen aan chemische processen in het muizenlichaam.

Vanwege de complexiteit van het microbioom kan het moeilijk zijn om aan te tonen dat veranderingen in het microbioom daadwerkelijk de waargenomen effecten veroorzaken. Om aan te tonen dat het verlies van Lactobacilli in de darm een directe oorzaak was van angst, kregen kiemvrije muizen (die geen eigen microbioom hebben) een fecale microbiota transplantatie (FMT) met uitwerpselen van de HHE muizen. Na FMT ontwikkelden de kiemvrije muizen hetzelfde microbioom als de HHE muizen, gevolgd door angstig gedrag. Dit suggereerde dat de ontregeling in de darm alleen al genoeg was om angst bij muizen te bevorderen.

“Hallo hersenen, het is het darmmicrobioom dat belt”.

Maar hoe geven de veranderingen in de darmen het signaal af aan de hersenen om angstig gedrag te starten? De auteurs suggereren dat de sleutel een ontstekingsreactie is die via de bloedbaan naar de hersenen gaat. Wanneer bacteriële producten in de bloedbaan terechtkomen, hebben ze een wisselwerking met immuuncellen, waardoor de productie van ontstekingssignalen wordt gestimuleerd. Om vanuit de darm in de bloedbaan naar de hersenen te komen, moeten bacteriële producten eerst door een barrière van cellen heen. Deze barrière wordt normaal gesproken zeer strak bij elkaar gehouden door eiwitten die een nauwe verbinding vormen. Met behulp van Western Blots om de expressie van eiwitten te meten, ontdekten de auteurs echter dat de HHE muizen een verminderde expressie van tight junction eiwitten hadden. Het verlies van tight junction-eiwitten zorgt ervoor dat zowel de darm als de bloed-hersenbarrière lek raken, waardoor bacteriële producten makkelijker kunnen passeren, waardoor de ontstekingsreactie in de hersenen van de HHE-muizen toeneemt en het angstachtige gedrag wordt bevorderd.

A simplified graphical summary of the role of Lactobacilli in the gut microbiome in promoting inflammation and anxiety-like behaviors in mice in response to hot and humid temperatures. Image created with BioRender.com. — Een vereenvoudigde grafische samenvatting van de rol van Lactobacillen in het darmmicrobioom bij het bevorderen van ontstekingen en angstig gedrag bij muizen als reactie op warme en vochtige temperaturen. Afbeelding gemaakt met BioRender.com.

Probiotica als therapeutische aanpak

Probiotische behandelingen zijn aantrekkelijke therapeutische middelen voor ziekten waarbij het microbioom betrokken is, omdat ze niet-invasief en gemakkelijk toe te dienen zijn. In dit onderzoek werd Lactobacillus murinus met succes gebruikt als probiotische behandeling. HHE muizen die gevoerd werden met L. murinus kregen weer een normaal darmmicrobioom en gingen zich weer normaal gedragen.

Nu de opwarming van de aarde onomkeerbaar doorgaat, heeft dit onderzoek een verband aangetoond tussen warme temperaturen en geestelijke gezondheidsproblemen, waarbij het darmmicrobioom een cruciale rol speelt. Hoewel dit werk beperkt was tot muizen, is het een belangrijke eerste stap om de rol van het darmmicrobioom bij neuropsychiatrische stoornissen bloot te leggen en probiotica te evalueren als effectieve therapeutica.

Link to the original post: Weng, H., Deng, L., Wang, T., Xu, H., Wu, J., Zhou, Q., Yu, L., Chen, B., Huang, L., Qu, Y., Zhou, L., & Chen, X. (2024). Humid heat environment causes anxiety-like disorder via impairing gut microbiota and bile acid metabolism in mice. Nature Communications, 15(1).

Featured image: Featured image created using AI generated images and BioRender.

Additional references