Diet, microbiome and neuropsychiatry

Celem pracy było przedstawienie aktualnego stanu wiedzy na temat wpływu diety na kształtowanie się mikrobiomu jelitowego, sposobu komunikacji i funkcjonowania osi mikroflora-jelita-mózg oraz wykazanie zależności pomiędzy nimi oraz zaburzeniami neuropsychiatrycznymi. Wykazano, że mikroorganizmy jelitowe, mają zdolność dwukierunkowej komunikacji z centralnym układem nerwowym poprzez stymulację układu immunologicznego, ścieżki nerwowe (nerw błędny), syntezę neuroaktywnych molekuł (np. acetylocholina, histamina, melatonina), metabolizm tryptofanu, przepuszczalność bariery jelitowej oraz metabolity powstałe z fermentacji pożywienia np. krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe. Ponadto mikrobiom jelitowy wydziela neurotrofiny i białka np. neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego. Sugeruje się, że zarówno środowisko, w tym dieta, ekspozycja na antybiotyki i infekcje, oraz czynniki genetyczne mają silny wpływ na skład mikroorganizmów zamieszkujących ludzkie jelita, a rozwój flory bakteryjnej jelit jest ściśle powiązany z rozwojem układu nerwowego. Dlatego zaburzenia w obrębie mikroflory na wczesnym etapie rozwoju człowieka mogą przyczyniać się do zaburzeń rozwoju mózgu i zaburzeń psychicznych. Zaburzona homeostaza mikrobiomu jelitowego prowadzi do wydzielania cytokin prozapalnych i powstawania stanu zapalnego w ośrodkowym układzie nerwowym, który przyczynia się do patogenezy chorób umysłowych zawierających komponentę zapalną (np. depresji, autyzmu). Teorię zapalną depresji wydaje się tłumaczyć także szlak kinureninowy, w którym metabolizowany jest tryptofan dostarczany z pożywieniem. Stanowi on główne źródło neuroprzekaźników takich jak serotonina czy melatonina. Niektóre badania wskazują także na przeciwzapalne działanie prebiotyków dzięki modyfikacji składu mikrobiomu jelitowego. Typ diety i czas jej stosowania mogą wywierać odmienny wpływ na skład mikrobiomu jelitowego i ogólną fizjologię gospodarza. Dlatego prowadzone są obecnie liczne badania sprawdzające możliwość stosowania diety indywidualnie dopasowanej do danej osoby i aktualnego stanu jej mikrobiomu, tak aby móc przy jej pomocy przywrócić prawidłowy skład mikrobiomu lub wzbogacić mikroflorę jelitową w dany gatunek mikroorganizmów, a przez to wspomagać powrót do zdrowia czy zapobiegać zaburzeniom neuropsychiatrycznym.

The aim of the study was to present the current state of knowledge about the impact of diet on the composition of the intestinal microbiome, the effect of communication and the function of the microbiome-gut-brain axis and to show the relationship between them and neuropsychiatric disorders. Intestinal microorganisms have been shown to have the ability of two-way communication with the central nervous system through stimulation of the immune system, nerve pathways (vagus nerve), synthesis of neuroactive molecules (e.g. acetylcholine, histamine, melatonin), tryptophan metabolism, intestinal barrier permeability and food fermentation metabolites e.g. short chain acids. In addition, the intestinal microbiome secretes neurotrophins and proteins e.g. brain-derived neurotrophic factor. It is suggested that an environment including diet, exposure to antibiotics and infections, as well as genetic factors have strong impact on composition of microorganisms inhabiting the human intestines and that the development of intestinal bacterial flora is closely related to the development of the nervous system. Therefore, disruptions within the microflora at an early stage of human development can contribute to brain development disorders and mental disorders. Disturbed intestinal microbiome homeostasis may contribute to the secretion of proinflammatory cytokines and to inflammatory response in the central nervous system, which leads to the pathogenesis of mental diseases containing an inflammatory component (e.g. depression, autism). The inflammatory theory of depression also seems to be explained by the kynurenine pathway in which tryptophan obtained from food is metabolized. Tryptophan is the main source of neurotransmitters such as serotonin and melatonin. Some studies also indicate the anti-inflammatory effects of prebiotics due to modification of the composition of the intestinal microbiome. Different types and duration time of the diet use have different effect on the composition of the gut microbiome and the general physiology of the host. Therefore, an interesting and widely studied concept is the possibility of using a diet individually tailored to the patients and the current state of theirs microbiome, so that it can be used to restore the correct composition of the microbiome or enrich the microflora in a specific species of microorganisms, and thus help recovery and prevent various neuropsychiatric disorders.