Hoe helpen darmmicroben muizen angstherinneringen te doven?
Nieuw onderzoek bij muizen laat zien hoe microben in de darmen het vermogen om angstreacties af te leren beïnvloeden. De studie levert gedetailleerde aanwijzingen op over de cellulaire en moleculaire mechanismen die de darm en de hersenen verbinden.
In de afgelopen 10-20 jaar hebben wetenschappers waargenomen hoe de bacteriën die in en op het menselijk lichaam leven de gezondheid beïnvloeden.
Er zijn aanwijzingen dat de verstoring van deze microbiële gemeenschappen verband houdt met ziekten en zelfs met gedragsveranderingen.
Deze associaties zijn ook duidelijk in de relaties tussen bepaalde auto-immuunziekten en psychiatrische aandoeningen.
Mensen met multiple sclerose of inflammatoire darmaandoening (IBD) kunnen bijvoorbeeld darmbacteriën hebben verstoord en last hebben van stemmingsstoornissen, angst en depressie.
Hoewel deze onderzoeken het bestaan van een darm-hersen-as hebben bevestigd, zijn de mechanismen die eraan ten grondslag liggen echter onduidelijk.
De nieuwe studie, die voorkomt in een recent Natuur papier, biedt ongekende details van de cellulaire en moleculaire processen die darmmicroben en hersencellen met elkaar verbinden.
"Niemand heeft nog begrepen hoe IBD en andere chronische gastro-intestinale aandoeningen het gedrag en de geestelijke gezondheid beïnvloeden", zegt co-senior studie auteur David Artis, een professor in immunologie en directeur van IBD-onderzoek bij Weill Cornell Medicine in New York City.
"Onze studie is het begin van een nieuwe manier om het hele plaatje te begrijpen", voegt hij eraan toe.
Leren en vergeten
Voor de studie gebruikten prof. Artis en collega's muizen om erachter te komen hoe verstoring van de darmmicrobe hersencellen beïnvloedt.
Ze putten uit hun expertise op het gebied van diergedrag, gensequentiebepaling en celchemie.
Het onderzoek was gericht op hoe goed de dieren in staat waren om een angsttrigger te leren en te vergeten met behulp van een experiment dat wetenschappers 'leren van angstconditionering en uitsterven' noemen.
In het experiment leren muizen een elektrische schok op de poot te associëren met het gelijktijdig klinken van een toon.
Uiteindelijk kan de toon op zichzelf dezelfde angstreactie opwekken als de elektrische schok.
Na herhaalde blootstelling aan de toon zonder een bijbehorende elektrische schok, hebben muizen de neiging de associatie te vergeten. Dit komt omdat hun hersenen zichzelf updaten naar het feit dat de dreiging niet langer bestaat.
De onderzoekers ontdekten echter dat muizen waarvan de ingewanden vanaf de geboorte kiemvrij waren, of waarvan de darmmicroben enorm waren verminderd als gevolg van een antibioticabehandeling, een duidelijke vermindering vertoonden in het vermogen om te leren dat de dreiging niet langer aanwezig was. Met andere woorden, hun hersenen waren niet aan het updaten naar de nieuwe omstandigheden.
Veranderde genen in microglia
Een genetisch onderzoek van de microglia in de hersenen van de dieren heeft enig licht geworpen op het moleculaire mechanisme achter dit effect.
De onderzoekers keken naar genexpressie in de mediale prefrontale cortex (mPFC), "een gebied van de hersenen waarvan bekend is dat het cruciaal is voor het leren van extinctie".
Microglia zijn immuuncellen die in de hersenen leven en tal van rollen spelen bij de ontwikkeling en functie ervan.
Een van hun taken is het stimuleren en snoeien van de verbindingen tussen neuronen of zenuwcellen om hersencircuits te hermodelleren.
De onderzoekers ontdekten dat de afwezigheid van darmmicroben de genexpressie van microglia in de mPFC van de muis zodanig veranderde dat het verstoorde hoe neuronen zich normaal vormen en verbindingen elimineren tijdens het leren en vergeten.
Het team vond ook substantiële veranderingen in hersenchemicaliën bij muizen zonder darmmicroben, zoals veranderde niveaus van moleculen die een rol spelen bij neuropsychiatrische aandoeningen zoals autisme en schizofrenie.
Het herstellen van darmbacteriën werkt alleen op jonge leeftijd
De onderzoekers deden ook experimenten waarbij ze op verschillende leeftijden darmbacteriën herstelden in de kiemvrije muizen.
Ze ontdekten dat het voor deze muizen mogelijk was om een geconditioneerde angstreactie af te leren, maar alleen als ze hun darmbacteriën net na de geboorte herstelden.
Ze zagen dit als een belangrijke vondst, aangezien veel psychiatrische aandoeningen die verband houden met auto-immuniteit ook verband houden met problemen die zich voordoen in de vroege stadia van de hersenontwikkeling.
"De darm-hersen-as beïnvloedt elk mens, elke dag van zijn leven", merkt prof. Artis op.
Hoewel het nog te vroeg is om zeker te zijn, suggereert co-hoofdonderzoeker Dr. Conor Liston dat deze bevindingen bij verdere studies uiteindelijk zullen leiden tot nieuwe behandelingsdoelen.
"Dat is iets dat we in de toekomst zullen moeten testen", zegt hij.
"We beginnen meer te begrijpen over de invloed van de darmen op ziekten die uiteenlopen van autisme, de ziekte van Parkinson, posttraumatische stressstoornis en depressie."
Prof.David Artis
