La evidencia emergente indica que la microbiota intestinal juega un papel importante en la regulación de la actividad cerebral y las funciones cognitivas. Las bacterias median la comunicación entre los sistemas metabólico, inmune periférico y nervioso central a través del eje microbiota-intestino-cerebro. Sin embargo, no se entiende bien cómo el microbioma intestinal y las neuronas del cerebro interactúan entre sí o cómo estas interacciones afectan al funcionamiento y la cognición normales del cerebro. Este artículo se centra en los mecanismos por los que la microbiota intestinal regula la producción, el transporte y el funcionamiento de los neurotransmisores. También se discute cómo la disbiosis del microbioma afecta a la función cognitiva, especialmente en enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson.
El tracto intestinal es el microecosistema más grande del cuerpo humano. Hay aproximadamente más de 2000 especies conocidas, que colectivamente contienen más de 100 veces el ADN genómico de los humanos. En un estado saludable, la microbiota intestinal está en un equilibrio muy delicado. Los cambios debidos a factores internos o externos que interrumpen este equilibrio microecológico pueden provocar trastornos o enfermedades. En consecuencia, los desequilibrios de la microbiota intestinal ocurren en varios trastornos neurológicos, incluidos la enfermedad de Alzheimer (AD), la enfermedad de Parkinson (PD), el trastorno del espectro autista, la epilepsia y el trastorno depresivo mayor.
La comunicación bidireccional entre el microbioma intestinal y el cerebro, que se refiere como "eje intestino-cerebro", está involucrada en el desarrollo neuronal, la función cerebral, la regulación cognitiva y el envejecimiento. El eje intestino-cerebro, que incluye los sistemas nervioso, endocrino e inmunológico, es una red de intercambio de información que conecta el intestino y el cerebro. Puede transmitir información bidireccionalmente: "de arriba hacia abajo" desde el cerebro hasta el intestino y "de abajo hacia arriba" desde el intestino hasta el cerebro. Además, la microbiota intestinal puede actuar sobre el sistema nervioso local (por ejemplo, nervios entéricos, nervio vago) para transmitir rápidamente señales al cerebro. Además, el lipopolisacárido y otras endotoxinas producidas por las bacterias pueden activar el sistema inmunitario periférico (por ejemplo, activación de células inmunitarias, liberación de citoquinas, etc.) para promover la infiltración de células inmunes periféricas en el cerebro, desencadenando así la inflamación del sistema nervioso central.
En cuanto a la relación entre la microbiota y los neurotransmisores, durante el largo proceso de evolución, los microbios que habitan el intestino han establecido relaciones simbióticas con sus huéspedes. La microbiota intestinal digiere los componentes dietéticos del huésped para satisfacer sus propias necesidades nutricionales y, al mismo tiempo, proporciona energía y nutrientes para el huésped. Sin embargo, la microbiota intestinal también produce algunos metabolitos neuroactivos como los neurotransmisores o sus precursores, que pueden afectar las concentraciones de neurotransmisores relacionados. Esto sugiere que la vía de síntesis de neurotransmisores en el intestino podría afectar directa o indirectamente a la actividad neuronal y las funciones cognitivas del cerebro.
Las actividades funcionales del cerebro dependen de la transmisión de señales entre diferentes tipos de neuronas y células gliales, que dependen principalmente de los neurotransmisores. Hay neurotransmisores excitatorios como el glutamato, la acetilcolina y la dopamina, así como neurotransmisores inhibitorios como el ácido γ-aminobutírico (GABA), la glicina y la serotonina. Los neurotransmisores participan activamente en varias funciones cerebrales, incluyendo el movimiento, la emoción, el aprendizaje y la memoria. Por lo tanto, investigar la desregulación de la síntesis de neurotransmisores en el sistema nervioso central y en los órganos periféricos puede proporcionar nuevos conocimientos en este campo.
Este documento también menciona la influencia de la síntesis de neurotransmisores regulados por microbios intestinales en la cognición. Los neurotransmisores son sustancias químicas que se pueden transportar entre las neuronas a través de sinapsis para transportar mensajes y controlar comportamientos. Estos mensajeros químicos pueden tener efectos excitatorios o inhibitorios en las neuronas. Algunos neurotransmisores contribuyen a las interacciones mutuas entre la microbiota intestinal y el huésped, y la síntesis de neurotransmisores está influenciada por el control microbiano de los precursores de los neurotransmisores.
Centrándonos en la síntesis y funciones de los neurotransmisores modulados por la microbiota intestinal, además de los ácidos grasos de cadena corta y los ácidos biliares, estudios recientes muestran que los metabolitos producidos por la microbiota intestinal también incluyen algunos neurotransmisores como el glutamato, el GABA, la serotonina y la dopamina. Además, algunas bacterias codifican genes para enzimas específicas que pueden catalizar la conversión de sustratos en neurotransmisores o sus precursores correspondientes. Mientras tanto, algunos metabolitos bacterianos pueden actuar como moléculas de señalización para inducir la síntesis y liberación de neurotransmisores por las células enteroendocrinas. Como los neurotransmisores como el glutamato, la GABA, la dopamina y la serotonina no penetran en la barrera hematoencefálica, deben sintetizarse en el cerebro a partir de grupos locales de precursores de neurotransmisores. La mayoría de estos precursores son aminoácidos (por ejemplo, tirosina y triptófano) derivados de la dieta, que entran en la sangre, se transportan a través de la barrera hematoencefálica y se absorben por las correspondientes células productoras de neurotransmisores. Los precursores se convierten en neurotransmisores funcionales, incluyendo dopamina, norepinefrina y serotonina a través de algunos pasos intermedios con la ayuda de varias enzimas del huésped. En consecuencia, los orígenes dietéticos de estos precursores permiten que el microbioma intestinal influya en el comportamiento del huésped regulando el metabolismo de los precursores.
Como se ha mencionado anteriormente, algunos neurotransmisores, sus precursores, o ambos, son sintetizados en el intestino por células enteroendocrinas o por la microbiota intestinal. Sin embargo, se entiende de forma incompleta cómo estos neurotransmisores y precursores se transportan a otras partes del cuerpo y, finalmente, al cerebro. Algunos precursores sintetizados en el intestino que son lo suficientemente pequeños como para cruzar la barrera hematoencefálica podrían ser transportados al sistema nervioso central a través de la circulación sanguínea. Como su nombre indica, la barrera hematoencefálica existe entre los vasos sanguíneos y el cerebro, y evita selectivamente que algunas sustancias (en su mayoría dañinas) entren en el cerebro. Comprende endotelio capilar continuo alrededor del cerebro (y conexiones estrechas entre sus células), una membrana basal completa, pericitos y una membrana glial rodeada de astrocitos. La barrera hematoencefálica generalmente permite que moléculas pequeñas penetren en el cerebro, pero no moléculas más grandes como los neurotransmisores. La mayoría de los precursores de neurotransmisores son aminoácidos que se pueden transportar activamente al cerebro a través del sistema portador de células endoteliales capilares, que pueden transportar sustancias de la sangre a las células endoteliales.
Estos hallazgos indican una relación entre el metabolismo microbiano intestinal y la biosíntesis de neurotransmisores en el cerebro. En consecuencia, numerosos estudios demuestran que los cambios en la composición de la microbiota intestinal pueden afectar la biosíntesis y el metabolismo de los neurotransmisores o sus precursores. Tales cambios alteran las concentraciones de neurotransmisores y sus precursores en la sangre y posteriormente afectan sus respectivas concentraciones en el cerebro, lo que puede perturbar la función y la cognición del huésped.
Además, la atenuación de los niveles de microbiota intestinal por antibióticos se ha utilizado para investigar cómo influye en la función cerebral. Un estudio reciente demostró que la administración de antibióticos cambia la composición de la microbiota fecal y reduce significativamente los niveles de aminoácidos aromáticos (es decir, tirosina, triptófano y fenilalanina) en las heces, la sangre y el hipotálamo, junto con los niveles de neurotransmisores derivados de ellos como la serotonina. En un estudio siguiente, el consumo de carbohidratos mejoró la composición del microbioma intestinal y aumentó los niveles de aminoácidos aromáticos en las heces, la sangre y el sistema nervioso central, lo que en consecuencia aumentó los niveles de serotonina, dopamina y factores neurotrópicos derivados del cerebro en el hipotálamo, mejorando así la salud cerebral.
El artículo trata los trastornos neurológicos. En el caso de las enfermedades de Alzheimer y de Parkinson, la evidencia reciente indica que la composición microbiana intestinal se altera en estas enfermedades neurodegenerativas y que tales alteraciones van acompañadas de trastornos gastrointestinales. En las últimas décadas, numerosos estudios han demostrado una asociación entre la desregulación de los neurotransmisores, incluidos el glutamato, la acetilcolina, la dopamina, la GABA, la serotonina y la norepinefrina, y el deterioro cognitivo en la EA.
La desregulación de los niveles de serotonina, GABA, dopamina y glutamato en el sistema nervioso central se asocia con la patogénesis de trastornos de salud mental como la ansiedad . Además, estudios recientes proporcionan evidencia de que la microbiota intestinal afecta a los síntomas de ansiedad.
Por último, en relación a la microbiota intestinal como objetivo terapéutico, se acumula evidencia de que el microbioma intestinal puede influir directa o indirectamente en el sistema nervioso a través de varios mecanismos. Estos hallazgos apoyan la hipótesis del eje microbiota-intestino-cerebro y han llevado al descubrimiento de medicamentos derivados de microbios para el tratamiento de enfermedades cerebrales. En particular, se están desarrollando terapias microbianas basadas en bacterias intestinales productoras de GABA para el síndrome del colon irritable y el insomnio. Si bien la terapia microbiana es una inmensa promesa para el tratamiento de los trastornos cerebrales, los principales desafíos incluyen confirmar la causalidad de tales relaciones y desarrollar tratamientos individualizados.
Además, varios medicamentos, incluidos antidepresivos, antipsicóticos y anticolinérgicos, afectan en gran medida la fisiología microbiana y alteran la estructura del microbioma intestinal. Por lo tanto, el desarrollo de medicamentos para trastornos neurológicos debe tener en cuenta estos efectos, ya que que el metabolismo microbiano podría afectar positiva o negativamente la eficacia de los medicamentos.
Por lo tanto, la microbiota intestinal está empezando a ser apreciada como una fuente de posibles objetivos terapéuticos para los trastornos neurológicos y, debido a su papel crítico en el eje microbiota-intestino-cerebro, ofrece grandes oportunidades para el desarrollo de una medicina personalizada.
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