Bağırsak Mikrobiyotası ve Hafıza
Nurhayat Kayar - Biyoloji Öğretmeni, Muzaffer Çil Anadolu Lisesi
Yaşlanma süreci, genellikle hem hafızada hem de bilişte düşüşe yol açan hipokampusun kademeli nöron kaybı da dahil olmak üzere canlı vücutta ortaya çıkan birçok dejeneratif bozukluğun altında yatmaktadır. Son kanıtlar, bağırsak mikrobiyotası ile beyin fonksiyonu arasında önemli bir bağlantı olduğunu göstermiş durumda olduğundan mikroorganizmalar tarafından bütirat üretiminin, beyin kaynaklı nörotrofik faktör (BDNF)’nin salgılanmasını aktive ettiğine inanılmaktadır. Bağırsak mikrobiyotasının modifikasyonunun etkileyip etkilemediğini araştırmak için yaşlanan beyinde bilişsel gerileme için Romo‑Araiza ve ark. ne kadar probiyotik olduğunu test etmek için bir araştırma yaptı. Prebiyotik takviyesi, orta yaşlı sıçanlarda uzamsal ve ilişkisel hafızayı etkiledi. Sonuçları simbiyotik (hem probiyotik hem de prebiyotik) tedavi uygulanan farelerin çağrışımsal bellek testinde olmasa da, uzamsal bellek testinde diğer gruplardan önemli ölçüde daha iyi hafıza sonucunu verdi. Bütirat hipokampüste kromatin ve böylece BDNF ekspresyonunu arttırarak gevşemeyi sağlar. Pro-inflamatuar salgı sitokinler ayrıca BDNF tarafından da inhibe edilebilir. BDNF IV geninin ifadesi, görünüşe göre, uzun süreli hafıza oluşumu için gereklidir. Ve (ilk 24 saat) anıların konsolidasyonu sırasında ve öncesinde hipokampal-neokortikal etkileşimleri uyarmak için BDNF'nin bulunması gerekir. Mikrobiyota değişikliklerine BDNF seviyelerinin yanıt verdiği gösterilmiştir. Hem probiyotiklerin hem de prebiyortiklerin hipokampüste BDNF seviyelerini arttırdığını gözlemlendi. Özellikle de probiyotik Bifidobacterium longum’un bu nörotrofik faktörün seviyelerinin yükselmesi ile bağlantılıdır. Daha önce bahsedilen çalışmalarla ilgili olarak, daha yüksek probiyotik ve prebiyotik takviyeleri tarafından indüklenen BDNF seviyeleri Clostridium butyricum gibi asit üreten bakterilerin bütirat salgısıyla ilişkilidir. C. butyricum'un hem hipokampal BDNF'de hem de dışkı butirat konsantrasyonlarında artış rapor edilen vasküler demans farelerinde hipokampüsün CA1 bölgesinde histopatolojik değişiklikler ve bilişsel gerilemeye karşı koyuş gözlendi[1].
Bilişsel gerileme bir grup heterojen hastalığı ifade etse de, nedensel tedavi yöntemlerinin oluşturulmasında çok faktörlü patogenezleri en önemli engellerden biridir. İnsan sağlığının son zamanlarda vurgulanan yönleri bilişsel düşüşle bağlantılı olarak insülin direnci, obezite ve nöroinflamasyona yol açan kronik düşük dereceli inflamasyon ile ilgilidir. Bu yönler, aralarında yeni bir terapötik hedef oluşturan bağırsaklarında bulunduğu sayısız faktöre bağlı kalır[2].
Diyabet, kardiyometabolik hastalık ve kansere neden olmasının yanı sıra, obezite hafıza azalması dahil bilişsel bozukluklar için risk faktörü olarak tanınmaktadır. Ancak, obezite ile ilişkili hafıza kaybı ve onun kilo kaybıyla potansiyel geri döndürülebilirliği konusunda altında altta yatan mekanizmalarla ilgili insanlarda az veri mevcuttur. Obezitenin bilişsel işlevi etkileyebileceği yol ile ilgili bir potansiyel mekanizma, bağırsak mikrobiyotasındaki değişikliklerdir. Gerçekten de bağırsak mikrobiyota disbiyozu obezitede iyi belgelenmiştir. Hiperkalorik diyetler güçlü bağırsak mikrobiyota bozukluklarını (veya disbiyozu) ve hayvanlardan elde edilen kanıtları tetikler. İnsanlar, bağırsak mikrobiyotasının beyin yapısını ve bilişsel işlevi etkilediğini ima eder. Son zamanlarda yapılan bir çalışma, aromatik amino asit ve tek karbon metabolizması içeren spesifik bir mikrobiyota profilini önemli ölçüde hafıza ile ilişkilendirilmiştir ve obezite ile modüle edilmiştir[3].
Şekil 1- Beyin üzerinde bağırsak mikrobiyota etkisine dahil olan yollar. Bağırsak mikrobiyotası (Ach), serotonin (5-HT), dopamin (D) gama-aminobütirik asit (GABA), asetilkolin gibi nörotransmitterlerin veya B ve K vitamini üzerinden zihinsel sağlığı destekleyebilir. Bununla birlikte, uygun olmayan bağırsak mikrobiyomu inflamatuar yanıt ile ilişkili olarak örneğin bileşimi lipopolisakkaritler (LPS) gibi bağırsak toksinlerinin üretimine neden olabilir. LPS etkinleştirirken hipotalamus-hipofiz-adrenal (HPA) ekseni, bağırsak disbiyoz, kortizol seviyelerinin yükselmesine neden olur. Bu aktive edilmiş HPA ekseni sadece beyin fonksiyonlarını etkilemez aynı zamanda bağırsak mikrobiyotasında bileşim ve bağırsak bariyeri geçirgenliğinde daha fazla değişikliğe neden olur[2].
Nöroinflmasyon ve Sinaptik Plastitite
Bilişsel işlev ve hafızada azalma, nöroinflamasyon ile ilişkilidir, sinaptik iletimdeki ve plastititedeki değişimler hipokampüsün inflamasyonu nedeniyle zararlı olma eğilimindedir. Azalan plastisite, hipokampusun CA1 ve CA3 bölgeleri ve dentat girus içindeki N‑metil‑D‑aspartat reseptörü (NMDAR) ve glutamatın eksik sentezine yol açabilir. Sinaptik plastisitenin ve hafıza konsolidasyonunun deneysel kanıtını temsil eden uzun vadeli güçlendirme (LTP) oluşumunu değiştirmek için bu reseptörlerin daha az sayıda olduğu görülüyor. Nöroinflamasyon beyin kaynaklı hipokampal gen ekspresyonunu azaltır bu yüzden nörotrofik faktör (BDNF) bellek birleştirme ve sinaptik plastisite ile yakından bağlantılıdır. BDNF, LTP'yi sürdürmeye ve geliştirmeye yardımcı olduğu için, bilişsel işlev olarak önemli bir rol oynar. Yaşlanma düşük seviyeleri ile ilgilidir. BDNF'nin yeterli düzeyde sürdürülmesini öneren BDNF konsantrasyonları bilişsel bozulmanın başlamasını geciktirir veya potansiyel olarak engellemeye yardımcı olabilir [1].
Görüldüğü gibi gut mikrobiyotasının mekanizmaları beyinden kaynaklı BDNF ve glutamat sentezinde rol oynamakta ve hafıza üzerine etki etmektedir. Ayrıca birçok hastalık gut mikrobiyotası ile ilgilidir. Bir çok hastalık konusunda gut mikrobiyotası terapötik olarak inceleme alanıdır. Hafıza üzerinde gut mikrobiyotasının araştırılması beslenme ile ilgili yeni odak noktalarını ortaya çıkarmaya adaydır.
Referanslar
Heyck, M., & Ibarra, A. (2019). Microbiota and memory: A symbiotic therapy to counter cognitive decline? Brain Circulation.
Łuc, M., Misiak, B., Pawłowski, M., Stańczykiewicz, B., Zabłocka, A., Szcześniak, D., Pałęga, A., & Rymaszewska, J. (2021). Gut microbiota in dementia. Critical review of novel findings and their potential application. In Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry.
Enaud, R., Cambos, S., Viaud, E., Guichoux, E., Chancerel, E., Marighetto, A., Etchamendy, N., Clark, S., Mohammedi, K., Cota, D., Delhaes, L., & Gatta-Cherifi, B. (2021). Gut microbiota and mycobiota evolution is linked to memory improvement after bariatric surgery in obese patients: A pilot study. Nutrients.