Deneysel otizm modelinde triptofan, probiyotik ve prebiyotik alımının davranışsal ve biyokimyasal parametreler ile bağırsak mikrobiyotası üzerine etkileri

Abstract

Çalışmanın amacı, otizm modeli oluşturulan ratlarda L-triptofan, probiyotik ve prebiyotik alımının davranışsal semptomlar, biyokimyasal bulgular ve bağırsak mikrobiyotası üzerine etkisini değerlendirmektir. Ratlarda otizm benzeri semptomları indüklemek için prenatal valproik asit müdahalesi gerçekleştirilmiştir. Tüm ratlar sağlıklı kontrol, otistik kontrol (VPA) ve yedi farklı otistik müdahale grubu (ayrı ayrı ve tüm tüm kombinasyonlarla L-triptofan, probiyotik ve prebiyotik müdahalesi) olmak üzere dokuz gruba ayrılmıştır. Sosyal etkileşim, anksiyete, uzamsal bellek, irkilme refleksi ve depresyon durumlarının değerlendirilmesinde sırasıyla üç odalı sosyallik ve sosyal yenilik testi, açık alanda lokomotor aktivite testi, Y-labirent testi, ön uyaran aracılı inhibisyon testi ve zorunlu yüzme testi kullanılmıştır. Ayrıca, otizmde düzeylerinin değiştiği bilinen serum inflamatuar biyobelirteç (IL-1β, IL-6, TNF-α ve IFN-γ) ve serotonin düzeyleri ile beyin serotonin ve beyin kaynaklı nörotrofik faktör (BDNF) konsantrasyonları da değerlendirilmiştir. Son olarak, mikrobiyal disbiyozun araştırılması için gaita numunelerinde bulunan bazı filum ve cinslerin kantite değerleri incelenmiştir. Prenatal valproik asit müdahalesinin sosyal etkileşim ve uzamsal bellek bozukluğu ile anksiyeteye neden olduğu, serum IL-6 ve TNF-α düzeylerini artırdığı, hipokampus ve prefrontal kortekste serotonin düzeylerini azalttığı ve BDNF düzeylerini artırdığı, son olarak bağırsak mikrobiyotasında Bacteroidetes/Firmicutes oranını düşürdüğü saptanmıştır (p<0.05). Sosyal etkileşim parametreleri açısından `Probiyotik`, `Triptofan+Probiyotik`, `Probiyotik+Prebiyotik` ve `Triptofan+Probiyotik+Prebiyotik` gruplarında anlamlı düzeyde iyileşmeler söz konusudur (p<0.05). Anksiyete düzeyleri bakımından ise `Probiyotik`, `Triptofan+Probiyotik` ve `Triptofan+Probiyotik+Prebiyotik` grupları VPA grubuna göre anlamlı düzeyde yüksek bulunmuştur (p<0.05). Ayrıca `Triptofan+Probiyotik`, `Probiyotik+Prebiyotik` ve `Triptofan+Probiyotik+Prebiyotik` müdahaleleri uzamsal bellek seviyelerini anlamlı düzeyde iyileştirmiştir (p<0.05). Serum IL-6 ve TNF-α düzeyleri bakımından VPA grubu ile müdahale grupları arasında anlamlı bir fark saptanmamıştır (p>0.05). Ancak, serum IL-6 konsantrasyonları açısından `Probiyotik` ve `Triptofan+Probiyotik` grupları, TNF-α konsantrasyonları açısından ise `Probiyotik+Prebiyotik` grubu kontrol grubuna oldukça yakın bulunmuştur. `Probiyotik+Prebiyotik` ve `Triptofan+Probiyotik+Prebiyotik` müdahaleleri prefrontal korteks serotonin düzeylerini anlamlı düzeyde artırmıştır (p<0.05). Genel olarak, prefrontal korteks ve hipokampus serotonin ve BDNF düzeyleri bakımından, probiyotik müdahalesi yapılan gruplar kontrol grubuna, yalnızca triptofan alan grup ise, VPA grubuna oldukça yakın bir konsantrasyon profili sergilemiştir. Ayrıca, Bacteroidetes/Firmicutes kantite oranını anlamlı düzeyde artıran müdahaleler ise `Probiyotik` ve `Triptofan+Prebiyotik` alımlarıdır (p<0.05). Özellikle davranışsal ve biyokimyasal bulgular açısından anlamlı iyileşmelerin olduğu grupların genellikle `Probiyotik` grubu ile kombine Probiyotik ve prebiyotik müdahalesi yapılan gruplar olduğu görülmektedir. Bu sonuçlar; farklı doz, suş ve suşa özel substratlara dayalı probiyotik/prebiyotik müdahalelerinin otizm ile ilişkili semptomlar üzerinde etkinlik gösterebileceğine işaret etmektedir.

The aim of the study was to evaluate the effect of L-tryptophan, probiotic and prebiotic intake on behavioral symptoms, biochemical findings and gut microbiota in a rat-model of autism spectrum disorder. Prenatal valproic acid intervention was carried out to induce autism-like symptoms in rats. All rats were divided into nine groups as healthy control, autistic control (VPA) and seven different autistic intervention groups (separately and combinedly L-tryptophan, probiotic and prebiotic intervention groups). Three-chamber sociability and social novelty, open field locomotor activity, Y-maze, prepulse inhibition and forced swimming tests were used to evaluate social interaction, anxiety, spatial memory, startle reflex and depression, respectively. In addition, serum inflammatory biomarker (IL-1β, IL-6, TNF-α and IFN-γ) and serotonin levels, and brain serotonin and brain-derived neurotrophic factor (BDNF) concentrations, which are known to change in autism, were also evaluated. Finally, the quantitative values of some phyla and genera found in stool samples were examined to investigate microbial dysbiosis. Prenatal valproic acid intervention caused social interaction and spatial memory impairment and anxiety, increased serum IL-6 and TNF-α levels, decreased serotonin levels and increased BDNF levels in the hippocampus and prefrontal cortex, and finally decreased the Bacteroidetes/Firmicutes ratio in the gut microbiota (p<0.05). In terms of social interaction parameters, there were significant improvements in the `Probiotic`, `Tryptophan+Probiotic`, `Probiotic+Prebiotic` and `Tryptophan+Probiotic+Prebiotic` groups (p<0.05). On the other hand, the `Probiotic`, `Tryptophan+Probiotic` and `Tryptophan+Probiotic+Prebiotic` groups were significantly higher than the VPA group in terms of anxiety levels (p<0.05). In addition, `Tryptophan+Probiotic`, `Probiotic+Prebiotic` and `Tryptophan+Probiotic+Prebiotic` interventions significantly improved spatial memory levels (p<0.05). There was no significant difference between the VPA group and the intervention groups, in terms of serum IL-6 and TNF-α levels (p>0.05). However, in terms of serum IL-6 concentrations `Probiotic` and `Tryptophan + Probiotic` groups, and in terms of TNF-α concentrations `Probiotic + Prebiotic` group were quite close to the control group. `Probiotic+Prebiotic` and `Tryptophan+Probiotic+Prebiotic` interventions significantly increased prefrontal cortex serotonin levels (p<0.05). In general, in terms of serotonin and BDNF levels in the prefrontal cortex and hippocampus, the groups treated with probiotics showed a close concentration profile to the control group, on the other hand the group that received only tryptophan showed a close concentration profile to the VPA group. In addition, the interventions those significantly increased the Bacteroidetes/Firmicutes quantitative ratio were the intakes of `Probiotic` and `Tryptophan+Prebiotic` (p<0.05). The groups with significant improvements, especially in terms of behavioral and biochemical findings, were generally the `Probiotic` group and the combined probiotic and prebiotic intervention groups. These results indicate that probiotic/prebiotic interventions based on different doses, strains and strain-specific substrates may have efficacy on autism-like symptoms.