W najnowszym badaniu opublikowanym w Journal of the Alzheimer's Association (AA), naukowcy sprawdzili wpływ niskowęglowodanowej, zmodyfikowanej śródziemnomorskiej diety ketogenicznej (MMKD) na mikrobiom jelitowy i metabolom pacjentów zagrożonych chorobą Alzheimera (AD). Chociaż patologia AD obejmuje kilka zmian systemowych, dysregulacja metaboliczna jest podstawową zmianą obserwowaną w AD. Jednak identyfikacja metabolitów związanych z chorobą Alzheimera nie jest jednoznaczna, ponieważ jej sygnatury metaboliczne różnią się w zależności od płci i genotypu apolipoproteiny E (APOE). Badania wykazały korelację pomiędzy występowaniem AD a metabolitami, takimi jak ciało ketonowe β-hydroksymaślan, walina i aceton. Dodatkowo, triglicerydy są powiązane z łagodnymi zaburzeniami poznawczymi (MCI) i początkiem AD. Co ciekawe, odkrycie osi jelito-mózg (GBA) doprowadziło do zbadania zmienionego mikrobiomu jelitowego w AD. Kwasy żółciowe są odpowiedzialne za eliminację cholesterolu w mózgu, którego nagromadzenie może prowadzić do encefalopatii wątrobowej, choroby wątroby zwiększającej ryzyko rozwoju AD. Ponieważ mikrobiota jelitowa przekształca kwasy żółciowe, jest to kolejny fascynujący obszar w badaniach nad AD. Wątkiem jednoczącym mikrobiom jelitowy, stan neurokognitywny i zaburzenia metaboliczne jest ich związek z dietą. W poprzednim badaniu naukowcy zaobserwowali, że MMKD zwiększył poziom amyloidu β 42 (Aβ42), a zmniejszył poziom tau w płynie mózgowo-rdzeniowym (CSF). Zwiększył również poziom hemoglobiny A1c (Hb1Ac), insuliny i triglicerydów u pacjentów z MCI. Dodatkowo, pacjenci ci wykazywali zwiększoną perfuzję mózgową i wychwyt ketonów, oba metryki funkcji mózgu. Co więcej, MMKD znacząco wpłynął na populacje mikrobiomu jelitowego, w tym mikobiomu i metabolitów stolca. Na przykład, MMKD zwiększyła względną obfitość taksonów bakteryjnych Enterobacteriaceae, Akkermansia, itp. oraz gatunków grzybów Agaricus i Mrakia u pacjentów z MCI. Metabolicznie, dieta ta była związana ze zwiększoną ilością maślanu i propionianu w stolcu. W obecnym badaniu naukowcy wykorzystali sekwencjonowanie metagenomiczne typu shotgun i metabolomikę do badania tych samych próbek pacjentów, które były używane w poprzednim badaniu. Pomogło im to w dalszej charakterystyce złożonego związku pomiędzy dietą, statusem poznawczym, a mikrobiomem jelitowym i metabolomem pacjentów z MCI i osób normalnych poznawczo (CN). Wyodrębnili kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) do sekwencjonowania metagenomicznego i metabolity do analizy metodą nieukierunkowanej tandemowej spektrometrii mas (MS/MS). Zespół wykorzystał wytyczne National Institute on Aging (NIA)-AA do klinicznego wykrywania pacjentów z MCI oraz kryteria AD Neuroimaging Initiative (ADNI) do identyfikacji pacjentów z CN. Ponadto, zastosowali randomizowany projekt krzyżowy i pozwolili wszystkim uczestnikom spożywać albo MMKD lub niskotłuszczową dietę American Heart Association (AHAD) przez sześć tygodni, czyli dietę kontrolną. Po sześciotygodniowym wypłukaniu, uczestnicy ci spożywali drugą dietę przez sześć tygodni. Następnie badacze szeroko ocenili mikrobiom, foodome, i metabolom stowarzyszenia z dietą i stanem poznawczym poprzez redukcję wymiarowości. Uaktualnili tę metodę i wykorzystali bayesowską regresję inferencyjną, aby odczytać konkretne mikroby, pokarmy i metabolity związane z dietą, stanem poznawczym lub obydwoma. Wreszcie, zespół zebrał próbki stolca od uczestników przy rozpoczęciu i zaprzestaniu każdej interwencji dietetycznej i sześć tygodni po zmyciu diety podjętej później. Kohorta badawcza obejmowała 23 dorosłych uczestników, z których 20 ukończyło pełną interwencję. Autorzy stwierdzili wyższą względną obfitość Akkermansia sp. na MMKD niż AHAD oraz podobny wzrost względnej obfitości Dialister i Bacteriodes sp. w grupach CN vs MCI. Dodatkowo wykryto, że wiele podgatunków Akkermansia muciniphila było wzbogaconych na MMKD, ale nie AHAD. Wśród osób z CN na MMKD wzbogacony był Dialister invisus oraz wiele szczepów Bacteriodes fragilis. Ponieważ dieta ta poprawia metabolizm i wrażliwość na insulinę, wzbogacenie Akkermansia muciniphila nie było specyficznie związane ze składem diety. Mogła zostać wzbogacona, aby poprawić regulację metaboliczną związaną z wrażliwością na insulinę. Stosunek Alistipes sp. CAG:514 do Bifidobacterium adolescentis był znacząco różny pomiędzy grupami MCI i CN, ale po rozpoczęciu AHAD, a nie MMKD, podkreślając, że interwencja dietetyczna może zmienić mikrobiom i metabolity/cząsteczki sygnalizacyjne. Ta obserwacja była specyficzna dla uczestników z zaburzeniami poznawczymi, co sugeruje, że osoby w całym spektrum poznawczym mogą różnie reagować na interwencje wpływające na mikrobiom. Ponadto autorzy zauważyli, że osoby APOE4-dodatnie miały więcej mikrobów jelitowych syntetyzujących GABA i odpowiednio więcej GABA w płynie mózgowo-rdzeniowym. Bezpośrednie implikacje tych zmian jelitowych na ośrodkowy układ nerwowy (OUN) pozostają niejasne. Potrzebne są przyszłe badania oceniające mikrobiom u pacjentów z zaburzeniami poznawczymi i jego modyfikację przez interwencję. Wyraźnie widać, że dysfunkcja GABA w jelitach i mózgu prawdopodobnie występuje inaczej, zwłaszcza we wcześniejszych stadiach AD badanych w tym badaniu. Zauważmy, że Alistipes syntetyzują kwas gamma-aminomasłowy (GABA); AHAD prawdopodobnie zwiększa produkcję GABA u pacjentów z MCI poprzez zwiększenie ilości produkujących GABA Alistipes sp. Z drugiej strony, MMKD reguluje produkcję GABA zarówno u osób z MCI, jak i CN poprzez zwiększenie względnej ilości regulujących GABA Akkermansia muciniphila. Kwasy żółciowe regulują metabolizm cholesterolu. Autorzy znaleźli specyficzne dla MMKD związki między mikrobami zawierającymi hydrolazę soli żółciowych (BSH) a niektórymi kwasami żółciowymi. Nie zaobserwowali jednak specyficznych dla diety związków między szerszymi klasyfikacjami kwasów żółciowych. Tak więc, zawartość tłuszczu w diecie lub status poznawczy jednostki najprawdopodobniej nie miał wpływu na kategorie kwasów żółciowych, np. niesprzężone i sprzężone kwasy żółciowe.