- Исследования показали, что кишечный микробиом нарушается у людей с болезнью Альцгеймера, и исследователи из Огайо теперь предполагают, что это может быть целью лечения.
- Они предполагают, что рецепторы, присутствующие в кишечнике и мозге, могут быть ключом к воздействию на ось кишечник-мозг.
- Используя существующие инструменты искусственного интеллекта (ИИ), исследователи предсказали, какие метаболиты, побочные продукты бактерий в кишечнике, будут связываться с какими рецепторами, предсказывая их форму.
- Затем они использовали инструменты машинного обучения, чтобы предсказать, какие рецепторы и метаболиты могут оказать влияние на болезнь Альцгеймера, и протестировали созданные в лаборатории нейроны, чтобы наблюдать влияние двух метаболитов на уровни тау — белка, избыточное накопление которого связано с когнитивными нарушениями.
Машинное обучение использовалось для прогнозирования того, как метаболиты, образующиеся в кишечнике, связываются с рецепторами, обнаруженными в кишечнике и мозге.
Библиотека метаболитов и пар связывания рецепторов, недавно созданная исследователями, может быть использована исследователями, чтобы пролить свет на роль микробиома в болезни Альцгеймера.
Исследователи из Кливлендской клиники, штат Огайо, недавно оценили форму более 1 миллиона потенциальных пар метаболитов и рецепторов, чтобы определить, какие из них могут связываться вместе.
Определив, какие метаболиты связываются с конкретными рецепторами, исследователи смогли определить биологические пути, на которые могут влиять эти метаболиты, а также определить назначение некоторых рецепторов.
Ведущий автор исследования, которое опубликовано в Отчеты о ячейках — Фейсюн Ченг, доктор философии, директор Центра генома клиники Кливленда, объяснил в пресс-релизе:
«Кишечные метаболиты являются ключом ко многим физиологическим процессам в нашем организме, и на каждом ключе есть замок, отвечающий за здоровье и болезни человека. Проблема в том, что в нашей системе есть десятки тысяч рецепторов и тысячи метаболитов, поэтому выяснение вручную, какой ключ к какому замку подходит, было медленным и дорогостоящим. Вот почему мы решили использовать ИИ».
Как здоровье кишечника влияет на здоровье мозга?
Присутствие определенных метаболитов в кишечнике частично указывает на присутствие в нем определенных бактерий, поскольку эти метаболиты образуются в результате расщепления пищи бактериями в кишечнике.
Ранее болезнь Альцгеймера была
Стив Гендрон, доктор философии, специализирующийся на иммунологии и эндокринологии и не принимавший участия в недавнем исследовании, провел следующую аналогию, объясняя потенциальные механизмы Медицинские новости сегодня:
«Представьте себе кишечник как оживленный рынок, на котором обмениваются всевозможными химикатами. Эти химические вещества могут попасть в кровоток и попасть на центральную станцию мозга. Ученые считают, что такая линия связи может повлиять на здоровье мозга, потому что, если рынок (кишечник) начнет продавать неправильные продукты (например, воспалительные химические вещества), это может способствовать ухудшению работы мозга, что наблюдается при болезни Альцгеймера. Это немного похоже на то, как если бы в торте были использованы плохие ингредиенты: в итоге выпечка провалилась бы».
Хотя роль иммунной системы в развитии болезни Альцгеймера до конца не изучена, исследования связывают воспаление с повышенным риском развития болезни Альцгеймера, а хроническое воспаление может играть роль в возникновении заболевания.
Ченг, ведущий автор исследования, рассказал МНТ что «болезнь Альцгеймера является сложной болезнью из-за отсутствия эффективного лечения».
Однако, добавил он, «ось «(б)дождевой кишечник» продемонстрировала потенциал для лечения заболеваний головного мозга».
«Мы полагаем, что «ось мозг-кишечник» может быть хорошей мишенью для разработки лекарств от болезни Альцгеймера, поскольку нам не нужно доставлять молекулы/соединения в мозг посредством улучшения здоровья кишечника».
– Фейсюн Ченг, доктор философии
Использование ИИ для изучения путей развития болезни Альцгеймера
Если можно было бы предотвратить потенциально вредное связывание метаболитов с рецепторами, то потенциально риск болезни Альцгеймера можно было бы снизить. Чтобы идентифицировать пары связывания, исследователи, стоящие за нынешним исследованием, сначала провели генетический анализ, чтобы выявить взаимосвязь между 408 рецепторами и болезнью Альцгеймера.
Используя генетический код этих рецепторов, исследователи использовали существующие ресурсы искусственного интеллекта (ИИ), чтобы предсказать форму белков, которые они кодируют. Это дало хорошее представление о форме областей связывания рецепторов.
Затем исследователи смогли предсказать, какие метаболиты будут связываться с этими рецепторами и каким образом. Большинство обнаруженных метаболитов были липидными или липидоподобными метаболитами.
Новые цели лечения болезни Альцгеймера?
Они также изучили, как эти рецепторы могут реагировать на микробиом человека с болезнью Альцгеймера. Исследуя бактерии, которые, как известно, широко распространены в микробиоме человека, страдающего болезнью Альцгеймера, исследователи выявили два метаболита — агматин и фенэтиламин, которые в большом количестве вырабатываются Бактероид ломкий и Руминококксоответственно.
Затем исследователи решили наблюдать за влиянием этих метаболитов на нейроны людей с болезнью Альцгеймера, создав нейроны переднего мозга с использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток людей с болезнью Альцгеймера.
Они обнаружили, что агматин снижает уровни p-tau181, p-tau205 и общего тау. Дальнейшие исследования фенэтиламина показали, что он значительно снижает уровни p-tau181, p-tau205 и общего тау в индуцированных человеком плюрипотентных нейронах переднего мозга дозозависимым образом.
Это многообещающая находка, поскольку избыточное накопление тау связано с развитием болезни Альцгеймера.
«В текущих исследованиях мы только количественно определяли фосфорилирование тау, потому что фосфорилирование тау является более надежным анализом, установленным нашей лабораторией и другими учеными», — сказал Ченг.
«Мы проводим больше доклинических исследований (на животных) для дальнейшего тестирования эффективности кишечных метаболитов (т. эффективность», — добавил он.
Авторы исследования отмечают, что 99% клинических испытаний фармацевтических препаратов для лечения болезни Альцгеймера не увенчались успехом, и Ченг говорит, что их результаты могут указать на новую цель:
«Это в точности наша гипотеза: улучшение здоровья кишечника может повлиять на уровень тау в мозге и в дальнейшем предотвратить или даже лечить болезнь Альцгеймера. Однако в будущем нам необходимо провести дополнительные исследования для дальнейшего изучения этой гипотезы, и сейчас мы работаем над ней, используя образцы животных и людей».
Ресурс открытого доступа для исследователей болезни Альцгеймера
Другие исследователи могут использовать результаты этого исследования в надежде, что это поможет будущим исследованиям, сказал нам Ченг.
«Мы работаем над открытыми научными подходами, чтобы помочь сообществу исследователей болезни Альцгеймера и помочь нашим коллегам получить свободный доступ ко всем нашим результатам «больших данных», чтобы направлять их будущие исследования по борьбе с кризисом болезни Альцгеймера», — сказал Ченг.