Role of short-chain fatty acids in the pathogenesis of Parkinson’s disease

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Parkinson’s disease is tightly related to enteric nervous system dysfunction and gut microbiota dysbiosis. Short-chain fatty acids are the main metabolites produced by the gut bacteria fermentation of dietary fiber and are suggested to play a key role in gut–brain cross-talk. The article presents a review of the literature on the contribution of short-chain fatty acids to the pathogenesis of Parkinson’s disease. Patients with Parkinson’s disease have higher plasma concentrations of acetate, propionate, and butyrate than controls. These changes correlate with the severity of the clinical picture of Parkinson’s disease, levels of pro-inflammatory gut bacteria and pro-inflammatory cytokines. The cause of these changes may be an over-population of the gut of Parkinson’s disease patients with bacteria such as clostridia and ruminococci, leading to regulatory immune reactions, intestinal inflammation, increased permeability of the intestinal barrier, excessive intake primarily of propionate in the central nervous system, and activation of neuroinflammation. The importance of further study of the relationship between changes in gut metabiotic, its metabolome, and the immune system T-cell in patients with Parkinson’s disease is demonstrated. Justified the study of blood plasma from patients with Parkinson’s disease using gas chromatography–mass spectrometry for the accurate, clinically relevant, assessment of the gut–brain crosstalk.

About the authors

Igor V. Krasakov

Military Medical Academy; Nikiforov All-Russian Center of Emergency and Radiation Medicine

Email: ikrasakov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6092-0659
SPIN-code: 9891-8300
Scopus Author ID: 26642102200
ResearcherId: I-8865-2016

M.D., Ph.D. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Igor V. Litvinenko

Military Medical Academy

Author for correspondence.
Email: litvinenkoiv@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-8988-3011
SPIN-code: 6112-2792
Scopus Author ID: 35734354000
ResearcherId: F-9120-2013

M.D., D.Sc. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Gennadiy G. Rodionov

Nikiforov All-Russian Center of Emergency and Radiation Medicine

Email: rodgengeor@yandex.ru
SPIN-code: 6471-3933

M.D., D.Sc. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Nataliya I. Davydova

Nikiforov All-Russian Center of Emergency and Radiation Medicine

Email: davydova777@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8644-905X
SPIN-code: 7914-5866

M.D., Ph.D. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Sergey S. Aleksanin

Nikiforov All-Russian Center of Emergency and Radiation Medicine

Email: medicine@nrcerm.ru
ORCID iD: 0000-0001-6998-1669
SPIN-code: 1256-5967

M.D., D.Sc. (Medicine), Professor, corresponding member of RAS

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Rietdijk CD, Perez-Pardo P, Garssen J, et al. Exploring Braak’s Hypothesis of Parkinson’s Disease. Front Neurol. 2017;8:37. doi: 10.3389/fneur.2017.00037
  2. Sampson TR, Debelius JW, Thron T, et al. Gut Microbiota Regulate Motor Deficits and Neuroinflammation in a Model of Parkinson’s Disease. Cell. 2016;167(6):1469–1480.e12. doi: 10.1016/j.cell.2016.11.018
  3. Unger MM, Spiegel J, Dillmann KU, et al. Short chain fatty acids and gut microbiota differ between patients with Parkinson’s disease and age-matched controls. Parkinsonism Relat Disord. 2016;32: 66–72. doi: 10.1016/j.parkreldis.2016.08.019
  4. Thursby E, Juge N. Introduction to the human gut microbiota. Biochem J. 2017;474(11):1823–1836. doi: 10.1042/BCJ20160510
  5. Louis P, Flint HJ. Formation of propionate and butyrate by the human colonic microbiota. Environ Microbiol. 2017;19(1):29–41. doi: 10.1111/1462-2920
  6. Dalile B, Van Oudenhove L, Vervliet B, Verbeke K. The role of short-chain fatty acids in microbiota-gut-brain communication. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2019;16(8):461–478. doi: 10.1038/s41575-019-0157-3
  7. Shin C, Lim Y, Lim H, Ahn TB. Plasma Short-Chain Fatty Acids in Patients with Parkinson’s Disease. Mov Disord. 2020;35(6): 1021–1027. doi: 10.1002/mds.28016
  8. He X, Qian Y, Xu S, et al. Plasma Short-Chain Fatty Acids Differences in Multiple System Atrophy from Parkinson’s Disease. J Parkinsons Dis. 2021;11(3):1167–1176. doi: 10.3233/JPD-212604
  9. Krasakov IV, Litvinenko IV, Rodionov GG, et al. Evaluation of gut microbiota in Parkinson’s disease using gas chromatography with mass spectrometric detection. Annals of clinical and experimental neurology. 2018;12(4):23–29. (In Russ.) doi: 10.25692/ACEN.2018.4.3
  10. Chen SJ, Chen CC, Liao HY, et al. Association of Fecal and Plasma Levels of Short-Chain Fatty Acids with Gut Microbiota and Clinical Severity in Patients with Parkinson Disease. Neurology. 2022;98(8): e848–e858. doi: 10.1212/WNL.0000000000013225
  11. Kelly LP, Carvey PM, Keshavarzian A, et al. Progression of intestinal permeability changes and alpha-synuclein expression in a mouse model of Parkinson’s disease. Mov Disord. 2014;29(8): 999–1009. doi: 10.1002/mds.25736
  12. Kim CH, Park J, Kim M. Gut microbiota-derived short-chain Fatty acids, T cells, and inflammation. Immune Netw. 2014;14(6):277–288. doi: 10.4110/in.2014.14.6.277
  13. Lindenberg F, Krych L, Fielden J, et al. Expression of immune regulatory genes correlate with the abundance of specific Clostridiales and Verrucomicrobia species in the equine ileum and cecum. Sci Rep. 2019;9(1):12674. doi: 10.1038/s41598-019-49081-5
  14. Krasakov IV, Davydova NI, Kalashnikova AA, et al. Features of innate and adaptive immunity in patients with Parkinson’s disease. Annals of clinical and experimental neurology. 2022;16(1):14–23. (In Russ.) doi: 10.54101/ACEN.2022.1.2

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2022 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

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».