Published December 18, 2018 | Version v1
Publication Open

Probiotics and Prebiotics as a Therapeutic Strategy to Improve Memory in a Model of Middle-Aged Rats

Creators

  • 1. Universidad Anáhuac
  • 2. Center for Research and Advanced Studies of the National Polytechnic Institute
  • 3. Universidad Nacional Autónoma de México
  • 4. Instituto Nacional de Cardiología
  • 5. University of South Florida

Description

Aging is associated with morphological, physiological and metabolic changes, leading to multiorgan degenerative pathologies, such as cognitive function decline. It has been suggested that memory loss also involves a decrease in neurotrophic factors, including brain-derived neurotrophic factor (BDNF). In recent years, microbiota has been proposed as an essential player in brain development, as it is believed to activate BDNF secretion through butyrate production. Thus, microbiota modulation by supplementation with probiotics and prebiotics may impact cognitive decline. This study aimed to evaluate the effects of probiotics and prebiotics supplementation on the memory of middle-aged rats. Sprague-Dawley male rats were randomized in four groups (n = 13 per group): control (water), probiotic (E. faecium), prebiotic (agave inulin), symbiotic (E. faecium + inulin), which were administered for 5 weeks by oral gavage. Spatial and associative memory was analyzed using the Morris Water Maze (MWM) and Pavlovian autoshaping tests, respectively. Hippocampus was obtained to analyze cytokines [interleukin (IL-1β) and tumor necrosis factor (TNF-α)], BDNF and γ-aminobutyric acid (GABA) by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Butyrate concentrations were also evaluated in feces. The symbiotic group showed a significantly better performance in MWM (p < 0.01), but not in Pavlovian autoshaping test. It also showed significantly lower concentrations of pro-inflammatory cytokines (p < 0.01) and the reduction in IL-1β correlated with a better performance of the symbiotic group in MWM (p < 0.05). Symbiotic group also showed the highest BDNF and butyrate levels (p < 0.0001). Finally, we compared the electrophysiological responses of control (n = 8) and symbiotic (n = 8) groups. Passive properties of CA1 pyramidal cells (PCs) exhibited changes in response to the symbiotic treatment. Likewise, this group showed an increase in the N-methyl-D-aspartate receptor (NMDA)/AMPA ratio and exhibited robust long-term potentiation (LTP; p < 0.01). Integrated results suggest that symbiotics could improve age-related impaired memory.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

ترتبط الشيخوخة بالتغيرات المورفولوجية والفسيولوجية والأيضية، مما يؤدي إلى أمراض تنكسية متعددة الأعضاء، مثل تدهور الوظيفة الإدراكية. وقد أشير إلى أن فقدان الذاكرة ينطوي أيضًا على انخفاض في عوامل التغذية العصبية، بما في ذلك عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF). في السنوات الأخيرة، تم اقتراح الميكروبات كلاعب أساسي في نمو الدماغ، حيث يُعتقد أنها تنشط إفراز BDNF من خلال إنتاج الزبدة. وبالتالي، قد يؤثر تعديل الكائنات الحية الدقيقة عن طريق المكملات مع البروبيوتيك والبريبايوتك على التدهور المعرفي. هدفت هذه الدراسة إلى تقييم آثار مكملات البروبيوتيك والبريبايوتك على ذاكرة الفئران في منتصف العمر. تم تقسيم ذكور فئران سبراغ داولي بشكل عشوائي إلى أربع مجموعات (العدد = 13 لكل مجموعة): التحكم (الماء)، البروبيوتيك (E. faecium)، البريبايوتك (إينولين الصبار)، التكافلي (E. faecium + إينولين)، والتي تم إعطاؤها لمدة 5 أسابيع عن طريق التزود عن طريق الفم. تم تحليل الذاكرة المكانية والارتباطية باستخدام متاهة موريس المائية (MWM) واختبارات بافلوفيان للتشكيل الذاتي، على التوالي. تم الحصول على الحصين لتحليل السيتوكينات [الإنترلوكين (IL -1 β) وعامل نخر الورم (TNF - α)] و BDNF وحمض γ - aminobutyric (GABA) عن طريق الفحص المناعي المرتبط بالإنزيم (ELISA). كما تم تقييم تركيزات البوتيرات في البراز. أظهرت المجموعة التكافلية أداءً أفضل بكثير في MWM (p < 0.01)، ولكن ليس في اختبار Pavlovian autoshaping. كما أظهر تركيزات أقل بكثير من السيتوكينات المؤيدة للالتهابات (p < 0.01) وانخفاض في IL -1 β مرتبط بأداء أفضل للمجموعة التكافلية في MWM (p < 0.05). أظهرت المجموعة التكافلية أيضًا أعلى مستويات BDNF و Butyrate (p < 0.0001). أخيرًا، قارنا الاستجابات الفيزيولوجية الكهربية للمجموعات الضابطة (n = 8) والتكافلية (n = 8). أظهرت الخصائص السلبية للخلايا الهرمية CA1 (PCS) تغييرات استجابة للعلاج التكافلي. وبالمثل، أظهرت هذه المجموعة زيادة في نسبة مستقبلات N - methyl - D - aspartate (NMDA)/AMPA وأظهرت تقوية قوية على المدى الطويل (LTP ؛ p < 0.01). تشير النتائج المتكاملة إلى أن التعايش يمكن أن يحسن الذاكرة الضعيفة المرتبطة بالعمر.

Translated Description (French)

Le vieillissement est associé à des changements morphologiques, physiologiques et métaboliques, conduisant à des pathologies dégénératives multi-organes, telles que le déclin de la fonction cognitive. Il a été suggéré que la perte de mémoire implique également une diminution des facteurs neurotrophiques, y compris le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF). Ces dernières années, le microbiote a été proposé comme un acteur essentiel du développement du cerveau, car on pense qu'il active la sécrétion de BDNF par la production de butyrate. Ainsi, la modulation du microbiote par la supplémentation en probiotiques et prébiotiques peut avoir un impact sur le déclin cognitif. Cette étude visait à évaluer les effets de la supplémentation en probiotiques et prébiotiques sur la mémoire des rats d'âge moyen. Les rats mâles Sprague-Dawley ont été randomisés en quatre groupes (n = 13 par groupe) : témoin (eau), probiotique (E. faecium), prébiotique (inuline d'agave), symbiotique (E. faecium + inuline), qui ont été administrés pendant 5 semaines par gavage oral. La mémoire spatiale et associative a été analysée à l'aide des tests Morris Water Maze (MWM) et Pavlovian autoshaping, respectivement. L'hippocampe a été obtenu pour analyser les cytokines [interleukine (IL-1β) et facteur de nécrose tumorale (TNF-α)], BDNF et acide γ-aminobutyrique (GABA) par dosage immuno-enzymatique (ELISA). Les concentrations de butyrate ont également été évaluées dans les selles. Le groupe symbiotique a montré une performance significativement meilleure en MWM (p < 0,01), mais pas dans le test de mise en forme automatique pavlovien. Il a également montré des concentrations significativement plus faibles de cytokines pro-inflammatoires (p < 0,01) et la réduction de l'IL-1β corrélée à une meilleure performance du groupe symbiotique en MWM (p < 0,05). Le groupe symbiotique a également montré les niveaux les plus élevés de BDNF et de butyrate (p < 0,0001). Enfin, nous avons comparé les réponses électrophysiologiques des groupes contrôle (n = 8) et symbiotique (n = 8). Les propriétés passives des cellules pyramidales CA1 (PC) ont montré des changements en réponse au traitement symbiotique. De même, ce groupe a montré une augmentation du rapport récepteur N-méthyl-D-aspartate (NMDA)/AMPA et a présenté une potentialisation robuste à long terme (LTP ; p < 0,01). Les résultats intégrés suggèrent que les symbiotiques pourraient améliorer la mémoire altérée liée à l'âge.

Translated Description (Spanish)

El envejecimiento se asocia con cambios morfológicos, fisiológicos y metabólicos, que conducen a patologías degenerativas multiorgánicas, como el deterioro de la función cognitiva. Se ha sugerido que la pérdida de memoria también implica una disminución de los factores neurotróficos, incluido el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF). En los últimos años, la microbiota se ha propuesto como un actor esencial en el desarrollo del cerebro, ya que se cree que activa la secreción de BDNF a través de la producción de butirato. Por lo tanto, la modulación de la microbiota mediante la suplementación con probióticos y prebióticos puede afectar el deterioro cognitivo. Este estudio tuvo como objetivo evaluar los efectos de la suplementación con probióticos y prebióticos en la memoria de ratas de mediana edad. Las ratas macho Sprague-Dawley se aleatorizaron en cuatro grupos (n = 13 por grupo): control (agua), probiótico (E. faecium), prebiótico (inulina de agave), simbiótico (E. faecium + inulina), que se administraron durante 5 semanas por sonda oral. La memoria espacial y asociativa se analizó utilizando las pruebas Morris Water Maze (MWM) y Pavlovian autoshaping, respectivamente. El hipocampo se obtuvo para analizar citocinas [interleucina (IL-1β) y factor de necrosis tumoral (TNF-α)], BDNF y ácido γ-aminobutírico (GABA) mediante ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA). También se evaluaron las concentraciones de butirato en las heces. El grupo simbiótico mostró un rendimiento significativamente mejor en MWM (p < 0,01), pero no en la prueba de autoconformación pavloviana. También mostró concentraciones significativamente más bajas de citocinas proinflamatorias (p < 0,01) y la reducción de IL-1β se correlacionó con un mejor rendimiento del grupo simbiótico en MWM (p < 0,05). El grupo simbiótico también mostró los niveles más altos de BDNF y butirato (p < 0,0001). Finalmente, comparamos las respuestas electrofisiológicas de los grupos control (n = 8) y simbiótico (n = 8). Las propiedades pasivas de las células piramidales (PC) CA1 mostraron cambios en respuesta al tratamiento simbiótico. Asimismo, este grupo mostró un aumento en la relación receptor de N-metil-D-aspartato (NMDA)/AMPA y mostró una potenciación robusta a largo plazo (LTP; p < 0,01). Los resultados integrados sugieren que los simbióticos podrían mejorar la memoria deteriorada relacionada con la edad.

Files

pdf.pdf

Files (2.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:0513fc385769cd7d7c38612c8e3ecca9
2.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
البروبيوتيك والبريبايوتك كاستراتيجية علاجية لتحسين الذاكرة في نموذج الفئران في منتصف العمر
Translated title (French)
Probiotiques et prébiotiques en tant que stratégie thérapeutique pour améliorer la mémoire dans un modèle de rats d'âge moyen
Translated title (Spanish)
Probióticos y prebióticos como estrategia terapéutica para mejorar la memoria en un modelo de ratas de mediana edad

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2904229523
DOI
10.3389/fnagi.2018.00416

Is supplement to
https://openalex.org/W4387187984 (Other)
https://openalex.org/W3185813709 (Other)
https://openalex.org/W2955036713 (Other)
https://openalex.org/W2788661288 (Other)
https://openalex.org/W2534956694 (Other)
https://openalex.org/W2389814045 (Other)
https://openalex.org/W2130489472 (Other)
https://openalex.org/W2052769790 (Other)
https://openalex.org/W2052301509 (Other)
https://openalex.org/W2008064637 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Mexico

References

  • https://openalex.org/W1492795942
  • https://openalex.org/W1493226253
  • https://openalex.org/W1526640848
  • https://openalex.org/W1876232886
  • https://openalex.org/W1964244234
  • https://openalex.org/W1967626297
  • https://openalex.org/W1970685218
  • https://openalex.org/W1980592651
  • https://openalex.org/W1984718847
  • https://openalex.org/W1994630863
  • https://openalex.org/W1997396304
  • https://openalex.org/W2006182088
  • https://openalex.org/W2010924473
  • https://openalex.org/W2012472811
  • https://openalex.org/W2014447462
  • https://openalex.org/W2016352369
  • https://openalex.org/W2016472313
  • https://openalex.org/W2023010834
  • https://openalex.org/W2027973075
  • https://openalex.org/W2048740905
  • https://openalex.org/W2052411522
  • https://openalex.org/W2059856205
  • https://openalex.org/W2063894277
  • https://openalex.org/W2095551600
  • https://openalex.org/W2109309568
  • https://openalex.org/W2114102190
  • https://openalex.org/W2114140319
  • https://openalex.org/W2126011476
  • https://openalex.org/W2127257837
  • https://openalex.org/W2127761251
  • https://openalex.org/W2128635872
  • https://openalex.org/W2164015729
  • https://openalex.org/W2169208062
  • https://openalex.org/W2193872559
  • https://openalex.org/W2256778397
  • https://openalex.org/W2338401678
  • https://openalex.org/W2397067657
  • https://openalex.org/W2493905583
  • https://openalex.org/W2512235203
  • https://openalex.org/W2583472300
  • https://openalex.org/W2727962952
  • https://openalex.org/W2773940622
  • https://openalex.org/W2791088286
  • https://openalex.org/W2796819893
  • https://openalex.org/W2951577229
  • https://openalex.org/W4247538071
  • https://openalex.org/W4293247451
  • https://openalex.org/W4386898379
  • https://openalex.org/W82227697