Short-Chain Fatty Acids Analysis in Brain by GC/MS to Determine the Effect of Bioactive Food in a Mouse Model of Alzheimer’s Disease

Význam tématu

Role střevní mikrobioty a jejich metabolitů, zejména krátkých mastných kyselin, je stále více zkoumána v kontextu patogeneze Alzheimerovy choroby. Změny v dietě mohou ovlivnit složení mikrobiomu a produkci těchto látek, což má vliv na neurozánět, oxidativní stres a kognitivní funkce. Analýza SCFA v mozkových tkáních a výkalech přináší nové poznatky o spojení mezi střevem a mozkem.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo prokázat, zda dlouhodobá konzumace bioaktivní stravy změní hladiny propionátu v mozku a výkalech u ženských transgenních myší modelu Alzheimerovy choroby 3×Tg-AD a následně ovlivní patologické změny spojené s ukládáním amyloidu, hyperfosforylací tau proteinu, neurozánětem a kognitivním deficitem.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky mozku a výkalů byly analyzovány bez předběžné chemické úpravy za použití tepelného separačního sondovacího modulu GC/MS. Hmotnostně spektrometrická analýza byla prováděna na systému Agilent Intuvo 9000 s detektorem 5977B MSD a kolonou DB-WAX UI (30 m × 0,25 mm × 0,5 μm). Parametry analýzy:

• Vstřik 0,4 μL v split módu 20:1
• Přenášecí plyn helium, průtok 1 mL/min
• Teplotní program: 60 °C pro 0,05 min, rampa 900 °C/min na 250 °C, držení 3 min
• Solventní zpoždění 6 min

V chování zvířecích modelů byly použity ženské transgenní myši 3×Tg-AD a wild-type B6129SF1/J, které byly po dobu sedmi měsíců krmeny buď standardní AIN potravou, nebo AIN obohacenou bioaktivními látkami. Kognitivní výkon byl hodnocen T-bludištěm.

Hlavní výsledky a diskuse

Výsledky ukázaly významně vyšší koncentrace propionátu a zvýšenou expresi receptoru FFAR3/GPR41 v prefrontální kůře u transgenních myší na standardní dietě. Ingerence bioaktivní stravy vedla k normalizaci hladin propionátu, snížení FFAR3 a ke zlepšení pracovního i prostorového paměťového výkonu v T-bludišti. Dále bylo prokázáno potlačení neurozánětlivých signálů, snížení hyperfosforylace tau proteinu a agregace amyloidu, spolu se stabilizací glutamát-glutaminového metabolického cyklu.

Přínosy a praktické využití metody

Vyvinutá metoda přímé analýzy SCFA v mozkové tkáni a výkalech bez nutnosti složité vzorkové přípravy umožňuje rychlou a citlivou detekci metabolitů souvisejících se střevně-mozkovou osou. Postup lze využít při hodnocení výživových intervencí, sledování farmakologických účinků i při studiích patofyziologie neurodegenerativních onemocnění.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření analýzy dalších SCFA a jejich poměrů v různých mozkových oblastech
• Přechod k menšímu objemu vzorků a miniaturizovaným GC modulům pro in vivo měření
• Integrace s metabolomikou a mikrobiomovými daty pro komplexní pohled na osu střev-mozek
• Pilotní klinické studie u lidí se zvýšeným rizikem neurodegenerace

Závěr

Studie demonstrovala, že bioaktivní strava moduluje střevní mikrobiotu, snižuje produkci neurotoxického propionátu a zmírňuje patologické změny a kognitivní deficity u modelu Alzheimerovy choroby. Předložená GC/MS metoda nabízí efektivní nástroj pro další výzkum nutričních a farmakologických intervencí.

Reference

1. Syeda T, Sanchez-Tapia M, Pinedo-Vargas L et al Bioactive food abates metabolic and synaptic alterations by modulation of gut microbiota in a mouse model of Alzheimer’s disease J Alzheimers Dis 66 1657-1682 2018
2. Lauderback CM et al The glial glutamate transporter GLT-1 is oxidatively modified by 4-hydroxy-2-nonenal in the Alzheimer’s disease brain J Neurochem 78 413-416 2001
3. Lacor PN et al A-beta oligomer induced aberrations in synapse composition shape and density provide a molecular basis for loss of connectivity in Alzheimer’s disease J Neurosci 27 796-807 2007
4. Busche MA Konnerth A Impairments of neural circuit function in Alzheimer’s disease Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 371 20150429 2016
5. Nebel RA et al Understanding the impact of sex and gender in Alzheimer’s disease Alzheimers Dement 14 1171-1183 2018