Ketojenik diyetin yaşlı sıçanlarda aquaporin-4 (AQP4) aracılı glimfatik sistem üzerindeki etkisinde bağırsak mikrobiyotasının rolünün araştırılması
Investigation of the role of gut microbiota in the effect of a ketogenic diet on the aquaporin-4 (AQP4) mediated glymphatic system in elderly rats
Yazar: RABİA ILGIN
Danışman: DOÇ. DR. FERDA ULVİYE HOŞGÖRLER ; PROF. DR. NAZAN UYSAL HARZADIN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: Bilişsel yaşlanma = Cognitive aging ; Diyet-ketojenik = Diet-ketogenic

Özet:
Yaşlanma, nörodejeneratif hastalıkların (NDH) gelişiminde en önemli risk faktörlerinden biridir. Ketojenik diyet (KD) yüksek yağlı, orta miktarda protein ve düşük karbonhidrat içerikli diyet tipidir ve NDH'ye neden olan Aβ gibi toksik proteinleri azalttığı bilinmektedir ancak mekanizması tam olarak aydınlatılamamıştır. Bu çalışmanın amacı, zeytinyağlı KD'nin yaşlı sıçanlarda AQP4 aracılı glimfatik sistem, öğrenme-bellek, davranış, Aβ1-42 ve kan lipidleri üzerindeki etkilerini ve bağırsak mikrobiyotasının bu etkideki rolünü araştırmaktır.
Sprague-Dawley erkek sıçanlar 5 gruba ayrıldı. Genç-standart-diyet (G-Kontrol), yaşlı-standart-diyet (Kontrol), yaşlı-ketojenik-diyet (KD), yaşlı-antibiyotik-standart-diyet (AB) ve yaşlı-antibiyotik-ketojenik-diyet(KDAB), (n=45). Sıçanlara 10-hafta boyunca ad libitum zeytinyağlı-KD ve standart-diyet uygulandı. Son hafta geniş spektrumlu antibiyotik tedavisi (ampisilin (1 g/l), neomisin (1 g/l), metronidazol (1 g/l) ve vankomisin (0,5 g/l), 1 litre içme suyu)  7-gün uygulandı. Öğrenme-bellek (Morris su tankı) ve anksiyete-lokomotor aktivite (açık alan (OFT) ve yükseltilmiş-artı-labirent (EPM) testleri) davranışları değerlendirildikten sonra kan ve beyin dokuları alındı.
Morris su tankında, Kontrol'e göre KD'de ve AB'ye göre KDAB'de platformu bulma süresi göre azaldı. KDAB'nin karşı kadrana geçirdiği süre AB'ye göre azaldı. Açık alan testinde, kenarda geçirilen süre KDAB'de AB'ye göre azaldı, KD ve Kontrol arasında anlamlı fark yoktu. Yükseltilmiş artı labirentte, KDAB'nin AB'ye göre açık kollarda geçirdiği süre artarken kapalı kollarda geçirdiği süre azaldı. KD ve Kontrol arasında fark yoktu.
KD ve KDAB'de β-hidroksi bütirat (BHB) seviyeleri Kontrol ve AB'ye göre arttı. KD'de LDL ve total kolesterol düzeyleri Kontrol'e göre arttı. FITC-dextran 500'ün beyin korteksinden geçişi yaşlılarda gençlere göre azaldı ancak KD bu geçirgenliğini arttırdı. KD'de serebellum AQP4 seviyeleri ve ekspresyonu azaldı, GFAP ekspresyonu ise hipokampüste Kontrol'e göre azaldı. KDAB'de hipokampüs ve serebellumda AQP4 ve GFAP ekspresyonu azaldı AB'ye göre azaldı. Kontrol'e göre KD'de hipokampüs ve serebellumda Aβ1-42 seviyeleri azaldı. AB'ye göre KDAB'de serum Aβ1-42 seviyeleri azaldı.  
Kısacası, KD glimfatik fonksiyonu arttırarak yaşlılarda kognitif fonksiyonu iyileştirdi. KD, bağırsak disbiyozu iyileştirerek bu sistem üzerinde etkilerini arttırdı. KD'nin ve bağırsak mikrobiyotasının bu sistem üzerindeki etki mekanizmaların anlaşılması için daha fazla araştırma yapılmasına ihtiyaç duyulmaktadır.

Abstract:
Aging is one of the most important risk factors for the development of neurodegenerative diseases (NDDs). Ketogenic diet (KD) is a high-fat, moderate protein and low-carb diet-type, and it is known to reduce toxic proteins such as Aβ that cause NDDs, but its mechanism has not been fully elucidated. The aim of this study was to investigate the effects of KD with olive oil on AQP4-mediated glymphatic system, learning-memory, behavior, Aβ1-42 and blood lipids in aged rats, and the role of gut microbiota in this effect.
Sprague-Dawley male rats were divided into 5 groups. Young-standard-diet (G-Kontrol), old-standard-diet (Kontrol), old-ketogenic-diet (KD), old-antibiotic-standard-diet (AB) and old-antibiotic-ketogenic-diet (KDAB) groups, (n=45). Rats were given KD with KD and standard-diet ad libitum for 10-weeks. In the last week, broad-spectrum antibiotic treatment (ampicillin(1 g/l), neomycin-sulfate(1 g/l), metronidazole(1 g/l) and vancomycin(0.5 g/l), 1 liter of drinking water) was administrated during 7 days. After evaluating learning-memory (Morris water tank) and anxiety-locomotor activity (open field test (OFT) and elevated plus maze test (EPM)) behaviors, blood and brain tissues were collected.
In the Morris water maze, the time to find the platform decreased in KD compared to Control, it decreased in KDAB compared to AB. The time spent in the opposite quadrant in KDAB decreased compared to AB. In OFT, the time spent in periphery decreased in KDAB compared to AB however there was no significant difference between KD and Control. In EPM, time spent in open arms in KDAB increased while time spent in closed arms decreased compared to AB and there was no difference between KD and Control. 
Βeta-hydroxy butyrate (BHB) levels increased in KD and KDAB compared to Control and AB. LDL and total-cholesterol levels increased in KD compared to Control. The permeability of FITC-dextran 500 into the cerebral cortex decreased in the aged rats compared to young rats however KD increased this permeability. AQP4 levels and its expression decreased in cerebellum in KD, and GFAP expression decreased in hippocampus in KD compared to Kontrol. AQP4 and GFAP expression decreased in hippocampus and cerebellum in KDAB compared to AB. Aβ1-42 levels decreased in hippocampus and cerebellum in KD compared to Kontrol. Aβ1-42 levels decreased in plasma in KDAB compared to AB. 
In conclusion, KD improved cognitive function in aged via increasing glymphatic function. KD enhanced its effects on this system by improving intestinal dysbiosis. Further research is needed to understand the mechanisms of action of KD and the gut microbiota on this system.