Влияние бактериофагального инфицирования микробиоты на экспрессию альфа-синуклеина в стенке кишечника крыс

Цель работы – изучить влияние бактериофагального инфицирования микробиоты на экспрессию альфа-синуклеина (А-син) в клетках стенки различных отделов тонкой кишки крыс.

Материал и методы. Работа выполнена на крысах линии Вистар, которым один раз в сутки ректально вводили коктейль бактериофагов против патогенных бактерий (основная группа, n=6) или стерильный физиологический раствор (контрольная группа, n=6). Через 10 сут животных выводили из эксперимента, различные участки тонкой кишки замораживали на сухом льду и готовили криостатные срезы для иммуногистохимического выявления локализации А-син в клетках стенки кишечника. В предварительно отобранных пробах крови животных определяли концентрацию А-син в плазме при помощи иммуноферментного метода.

Результаты. Иммунопозитивные к А-син лимфоциты локализовались в собственной пластинке слизистой оболочки и подслизистой основе. Их общая численная плотность на стандартной площадке в подвздошной кишке достоверно превышала таковую в дистальном отделе тощей кишки. Через 10 сут ректального введения бактериофагов во всех изученных отделах тонкой кишки обнаруживалось достоверное количественное увеличение лимфоцитов, иммунопозитивных к А-син, и усиление экспрессии этого белка в нейронах межмышечных и подслизистых нервных сплетений. Измерение уровня А-син в плазме крови крыс экспериментальной группы показало достоверное увеличение концентрации этого белка относительно контроля.

Выводы. Бактериофагальное инфицирование микробиоты оказывает выраженное стимулирующее влияние на содержание А-син в нейронах, локализованных в нервных сплетениях стенки тонкой кишки и увеличивает количество инфильтрирующих слизистую оболочку лимфоцитов экспрессирующих А-син. Более высокие уровни А-син в плазме крови животных экспериментальной группы могут быть следствием его повышенной продукции в стенке кишечника как лимфоцитами, так и нейронами ЭНС в условиях повышения кишечной проницаемости, вызванной дисбалансом микробиоты.

1. Сергеева Т. Н., Белослудцева Н. С., Швецова М. А., Вежеева О. А., Сергеев В. Г. Отсроченные нейровоспалительные и поведенческие эффекты введения альфа-синуклеина в черную субстанцию мозга крыс. Вестник Удмуртского университета. Серия биология. Науки о земле. 2014; 2: 83–88.

2. Сергеева Т. Н., Сергеев В. Г., Толстолуцкая Т. О.Влияние бактериального эндотоксина на экспрессию aсинуклеина в лейкоцитах лимфатических узлов крыс. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2010; 150(9): 317–320.

3. Ashida H., Ogawa M., Kim M. et al.Bacteria and host interactions in the gut epithelial barrier. Nature Chemical Biology. 2011; 8: 36–45.

4. Conway K. A., Lee S. J., Rochet J. C. et al. Acceleration of oligomerization, not fibrillization, is a shared property of both alpha-synuclein mutations linked to early-onset Parkinson's disease: implications for pathogenesis and therapy. Proc Natl Acad Sci U S A. 2000; 97(2): 571–576.

5. Dalmasso M., Hill C., Ross R. Exploiting gut bacteriophages for human health. Trends Microbiol. 2014; 22: 399–405.

6. Farrer M. J. Genetics of Parkinson disease: paradigm shifts and future prospects. Nat Rev Genet. 2006; 7(4): 306–318 .

7. Forsyth C. B, Shannon K. M., Kordower J. H. et al. Increased intestinal permeability correlates with sigmoid mucosa alpha-synuclein staining and endotoxin exposure markers in early Parkinson’s disease. PLoS One. 2011; 6(12):e28032.

8. Holmqvist S., Chutna O., Bousset L. et al. Direct evidence of Parkinson pathology spread from the gastrointestinal tract to the brain in rats. Acta Neuropathol. 2014; 128(6): 805–820.

9. Ibáñez P., Bonnet A. M., Débarges B., et al.Causal relation between alpha-synuclein gene duplication and familial Parkinson's disease. Lancet. 2004; 364: 1169–1171.

10. Kelly L. P., Carvey P. M., Keshavarzian A. et al. Progression of intestinal permeability changes and alpha-synuclein expression in a mouse model of Parkinson’s disease. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 2014; 29(8): 999–1009.

11. Krüger R., Kuhn W., Müller T., et al. Ala30Pro mutation in the gene encoding alpha-synuclein in Parkinson's disease. Nat Genet. 1998. 18 (2): 106-108.

12. Natividad J., Verdu E. Modulation of intestinal barrier by intestinal microbiota: pathological and therapeutic implications. Pharmacol. Res. 2013; 69: 42–51.

13. Nemzek J. A., Hugunin K., Opp M. R. Modeling sepsis in the laboratory: merging sound science with animal well-being. Comp. med. 2008; 58: 120–128.

14. Paillusson S., Clairembault T., Biraud M., Neunlist M., Derkinderen P. Activity-dependent secretion of alpha-synuclein by enteric neurons. J Neurochem. 2013; 125(4): 512–517.

15. Polymeropoulos M. H., Lavedan C., Leroy E. et al. Mutation in the alpha-synuclein gene identified in families with Parkinson's disease. Science. 1997; 276:2045– 2047.

16. Sommer F., Bäckhed F. The gut microbiota — masters of host development and physiology. Nat. Rev. Microbiol. 2013; 11: 227–238.

17. Stolzenberg E., Berry D., Yang D. et al.A role for neuronal alpha synuclein in gastrointestinal immunity. J Innate Immun. 2017; 9(5): 456–463.

18. del Tredici K., Braak H.Review: Sporadic Parkinson’s disease: development and distribution of alpha-synuclein pathology. Neuropathol Appl Neurobiol. 2016; 42(1): 33–50.