Gut Microbiota as a Modulator of Post-Stress Neuroinflammation: Methodological Limitations of Existing Research Practices

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

According to the current hypothesis, gut microbiota has a significant impact on the central nervous system and behavior through various mechanisms, including modulation of the immune system and the hypothalamic-pituitary-adrenal axis (HPA axis), epigenetic regulation of gene expression, and production of metabolites. The gut-brain axis is one of the key targets for research into the mechanisms of Alzheimer’s disease, pathological anxiety, mood disorders, and autism. It is suggested that post-stress neuroinflammation, which may be related to changes in the microbiota, plays a role in the development of these pathologies. However, the discovered “dysbiotic patterns” in the microbiomes of animal models under different stress models and in patients suffering from psychopathologies are not specific and may be secondary to the disease. The lack of understanding of the mechanisms by which gut microbiota is involved in the pathogenesis of neuro- and psychopathologies hinders the translation of results obtained from animal models. The review discusses the main methodological problems of research on the “gut-brain axis” and explores ways to address them.

Full Text

Restricted Access

About the authors

I. G. Shalaginova

Immanuel Kant Baltic Federal University

Author for correspondence.
Email: shalaginova_i@mail.ru
Russian Federation, Kaliningrad

S. P. Luzikova

Immanuel Kant Baltic Federal University

Email: shalaginova_i@mail.ru
Russian Federation, Kaliningrad

A. E. Vylegzhanina

Immanuel Kant Baltic Federal University; Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences

Email: shalaginova_i@mail.ru
Russian Federation, Kaliningrad; Saint Petersburg

D. S. Katserov

Immanuel Kant Baltic Federal University

Email: shalaginova_i@mail.ru
Russian Federation, Kaliningrad

References

  1. Williams Z.A., Lang L., Nicolas S., Clarke G., Cryan J., Vauzour D., Nolan Y.M. // Microb. Biotechnol. 2024. Т. 17. № 4. e14462.
  2. Sherwin E., Bordenstein S.R., Quinn J.L., Dinan T.G., Cryan J.F. // Sci. 2019. T. 366. № 6465. eaar2016.
  3. Parashar A., Udayabanu M. // Europ. Neuropsychopharmacol. 2016. Т. 26. № 1. P. 78–91.
  4. Lachmansingh D.A., Lavelle A., Cryan J.F., Clarke G. // Curr. Top. in Behav. Neurosci. 2023. T. 66. P. 175–216.
  5. Sender R., Fuchs S., Milo R. // PLoS Biol. 2016. Т. 14. № 8. e1002533.
  6. Li X., Liu Y., Yang X., Li C., Song Z. // Front. Microbiol. 2022. Т. 13. 895537.
  7. Cryan J.F., O’Riordan K.J., Cowan C.S.M., Sandhu K.V., Bastiaanssen T.F.S., Boehme M., Codagnone M.G., Cussotto S., Fulling C., Golubeva A.V., Guzzetta K.E., Jaggar M., Long-Smith C.M., Lyte J.M., Martin J.A., Molinero-Perez A., Moloney G., Morelli E., Morillas E., O’Connor R., Cruz-Pereira J.S., Peterson V.L., Rea K., Ritz N.L., Sherwin E., Spichak S., Teichman E.M., van de Wouw M., Ventura-Silva A.P., Wallace-Fitzsimons S.E., Niall Hyland, Clarke G., Dinan T.G. // Physiol. Rev. 2019. Т. 99. № 4. P. 1877–2013.
  8. Шалагинова И.Г., Мацкова Л.В., Гуницева Н.М., Ваколюк И.А. // Экологич. генет. 2019. Т. 17. № 4. С. 91–102.
  9. Duvallet C., Gibbons S.M., Gurry T., Irizarry R.A., Alm E.J. // Nat. Comm. 2017. Т. 8. № 1. 1784.
  10. Foster J.A., Rinaman L., Cryan J.F. // Neurobiol. of Str. 2017. Т. 7. P. 124–136.
  11. Lozupone C.A., Stombaugh J.I., Gordon J.I., Jansson J.K., Knight R. // Nat. 2012. Т. 489. № 7415. P. 220–230.
  12. David L.A., Maurice C.F., Carmody R.N., Gootenberg D.B., Button J.E., Wolfe B.E., Turnbaugh P.J. // Nat. 2014. Т. 505. № 7484. P. 559–563.
  13. Goodrich J.K., Waters J.L., Poole A.C., Sutter J.L., Koren O., Blekhman R., Ley R.E. // Cell. 2014. Т. 159. № 4. P. 789–799.
  14. Walter J., Armet A.M., Finlay B.B., Shanahan F. // Cell. 2020. Т. 180. № 2. P. 221–232.
  15. Wang Y., Ullah H., Deng T., Ren X., Zhao Z., Xin Y., Qiu J. // Neurosci. Lett. 2024. Т. 826. 137714.
  16. Agranyoni O., Sur D., Amidror S., Shidlovsky N., Bagaev A., Yissachar N., Navon-Venezia S. // BMC Med. 2024. Т. 22. № 1. 182.
  17. Bairachnaya M., Agranyoni O., Antoch M., Michaelevski I., Pinhasov A. // Aging. 2019. Т. 11. № 21. P. 9901–9911.
  18. Sudo N., Chida Y., Aiba Y., Sonoda J., Oyama N., Yu X.N., Kubo C., Koga Y. // J. Physiol. 2004. Т. 558. P. 263–275.
  19. Alam R., Abdolmaleky H.M., Zhou J. // Am. J. Med. Genet. Part B Neuropsychiatr. Genet. 2017. Т. 174. № 6. P. 651–660.
  20. Gur T.L., Shay L., Palkar A.V., Fisher S., Varaljay V.A., Dowd S., Bailey M.T. // Brain. Behav. Immun. 2017. Т. 64. P. 50–58.
  21. Qu Q., Li H., Bai L., Zhang S., Sun J., Lv W., Ye C., Liu S., Shi D. // Indian J. Microbiol. 2021. Т. 61. P. 338–347.
  22. Gao X., Cao Q., Cheng Y., Zhao D., Wang Z., Yang H., Wu Q., You L., Wang Y., Lin Y., Li X., Wang Y., Bian J. S., Sun D., Kong L., Birnbaumer L., Yang Y. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2018. Т. 115. № 13. P. 2960–2969.
  23. O’Mahony S.M., Hyland N.P., Dinan T.G., Cryan J.F. // Psychopharmacol. (Berl). 2011. Т. 214. № 1. P. 71–88.
  24. Tannock G.W., Savage D.C. // Infect. Immun. 1974. Т. 9. № 3. P. 591–598.
  25. Bailey M.T., Coe C.L. // Dev. Psychobiol. 1999. Т. 35. P. 146–155.
  26. Nikolova V.L., Smith M.R.B., Hall L.J., Cleare A.J., Stone J.M., Young A.H. // JAMA Psychiat. 2021. Т. 78. № 12. С. 1343–1354.
  27. Hasler G. // Wor. Psychiat. 2010. Т. 9. № 3. P. 155–161.
  28. Barandouzi Z.A., Starkweather A.R., Henderson W.A., Gyamfi A., Cong X.S. // Front. Psychiat. 2020. Т. 11. 541.
  29. Aizawa E., Tsuji H., Asahara T., Takahashi T., Teraishi T., Yoshida S., Ota M., Koga N., Hattori K., Kunugi H. // J. Aff. Disord. 2016. Т. 202. P. 254–257.
  30. Jiang H., Ling Z., Zhang Y., Mao H., Ma Z., Yin Y., Wang W., Tang W., Tan Z., Shi J., Li L., Ruan B. // Brain Behav. Immun. 2015. Т. 48. P. 186–194.
  31. Kelly J.R., Borre Y., O’Brien C., Patterson E., El Aidy S., Deane J., Kennedy P.J., Beers S., Scott K., Moloney G., Hoban A.E., Scott L., Fitzgerald P., Ross P., Stanton C., Clarke G., Cryan J.F., Dinan T.G. // J. Psychiat. Res. 2016. Т. 82. P. 109–118.
  32. McBurney M.I., Davis C., Fraser C.M., Schneeman B.O., Huttenhower C., Verbeke K., Walter J., Latulippe M.E. // J. Nutr. 2019. Т. 149. № 11. P. 1882–1895.
  33. Bastiaanssen T.F.S., Quinn T.P., Loughman A. // Nat. Ment. Health. 2023. Т. 1. P. 930–938.
  34. Zhang Y., Zhang J., Wu J., Zhu Q., Chen C., Li Y. // Front. Microbiol. 2023. Т. 14. 1124454.
  35. Knight R., Vrbanac A., Taylor B.C., Aksenov A., Callewaert C., Debelius J., Gonzalez A., Kosciolek T., McCall L.-I., McDonald D., Melnik A.V., Morton J.T., Navas J., Quinn R.A., Sanders J.G., Swafford A.D., Thompson L.R., Tripathi A., Xu Z.Z., Zaneveld J.R., Qiyun Zhu, Caporaso J.G., Dorrestein P.C. // Nat Rev Microbiol. 2018. Т. 16. P. 410–422.
  36. Geng S., Yang L., Cheng F., Zhang Z., Li J., Liu W., Li Y., Chen Y., Bao Y., Chen L., Fei Z., Li X., Hou J., Lin Y., Liu Z., Zhang S., Wang H., Zhang Q., Wang H., Wang X., Zhang J. // Front. Microbiol. 2020. T. 10. 3067.
  37. Meng C., Feng S., Hao Z., Dong C., Liu H. // PLoS One. 2020. Т. 17. № 3. e0265430.
  38. Shevchenko A., Shalaginova I., Katserov D., Matskova L., Shiryaeva N., Dyuzhikova N. // PloS One. 2023. T. 18. № 12. e0295709.
  39. Long-Smith C., O’Riordan K.J., Clarke G., Stanton C., Dinan T.G., Cryan J.F. // Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2020 Т. 6. № 60. P. 477–502.
  40. Olavarría-Ramírez L., Cooney-Quane J., Murphy G., McCafferty C.P., Cryan J.F., Dockray S. // Neurosci. & Biobehav. Rev. 2023. Т. 145. 105013.
  41. Voikar V., Gaburro S, Meyer N. // Front. Behav. Neurosci. 2020. Т. 14. 575434.
  42. Vandeputte D., Kathagen G., D’hoe K., Vieira-Silva S., Valles-Colomer M., Sabino J., Wang J., Tito R.Y., De Commer L., Darzi Y., Vermeire S., Falony G., Raes J. // Nat. 2017. Т. 551. P. 507–511.
  43. Louca S., Doebeli M., Parfrey L.W. // Microb. 2018. Т. 6. № 1. 41.
  44. Zemb O., Achard C.S., Hamelin J., De Almeida M.L., Gabinaud B., Cauquil L., Verschuren L.M.G., Godon J.J. // Microbiol-open. 2020. Т. 9. № 3. e977.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».