Microbiome-derived indole-3-lactic acid reduces amyloidopathy through aryl-hydrocarbon receptor activation

芳香烃受体 罗伊乳杆菌 微生物群 受体 信号转导 小胶质细胞 肠道菌群 药理学 生物化学 炎症 生物 免疫学 乳酸菌 生物信息学 基因 转录因子 发酵
作者
Hyun Kim,Eun‐Kyung Lee,Min-Cheol Park,Kyungchan Min,Yen N. Diep,Jin-Hong Kim,Hyeok Ahn,Eulgi Lee,Sujeong Kim,Yun-Jae Kim,You Jung Kang,Joon Hyung Jung,Min Soo Byun,Young Hoon Joo,Chanyeong Jeong,Dong Young Lee,Hansang Cho,Hansoo Park,Tae Kim
出处
期刊:Brain Behavior and Immunity [Elsevier]
卷期号:122: 568-582
标识
DOI:10.1016/j.bbi.2024.08.051
摘要

Alzheimer's disease (AD) pathogenesis has been associated with the gut microbiome and its metabolites, though the specific mechanisms have remained unclear. In our study, we used a multi-omics approach to identify specific microbial strains and metabolites that could potentially mitigate amyloidopathy in 5xFAD mice, a widely used model for AD research. Among the microbial strains tested, three showed promising results in reducing soluble amyloid-beta (Aβ) levels. Plasma metabolomics analysis revealed an enrichment of tryptophan (Trp) and indole-3-lactic acid (ILA) in mice with reduced soluble Aβ levels, suggesting a potential preventative role. The administration of a combined treatment of Trp and ILA prevented both Aβ accumulation and cognitive impairment in the 5xFAD mice. Our investigation into the mechanism revealed that ILA's effect on reducing Aβ levels was mediated through the activation of microglia and astrocytes, facilitated by the aryl hydrocarbon receptor (AhR) signaling pathway. These mechanisms were verified through experiments in 5xFAD mice that included an additional group with the administration of ILA alone, as well as in vitro experiments using an AhR inhibitor. Clinical data analysis revealed a greater abundance of Lactobacillus reuteri in the gut of healthy individuals compared to those at early stages of Aβ accumulation or with mild cognitive impairment. Additionally, human post-mortem brain analyses showed an increased expression of genes associated with the AhR signaling pathway in individuals without AD, suggesting a protective effect against AD progression. Our results indicate that ILA from gut microbes could inhibit the progression of amyloidopathy in 5xFAD mice through activation of AhR signaling in the brain.
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