Hintergrund: Asthma geht häufig mit Angstzuständen und Depressionen einher, doch die Mechanismen, die dieser Lungen-Hirn-Komorbidität zugrunde liegen, sind nach wie vor nicht klar. Die Darm-Lunge-Hirn-Achse hat sich als potenzieller Schlüsselvermittler herausgestellt.

Methoden: Anhand eines Ovalbumin (OVA)-induzierten Asthmamodells bei Mäusen verabreichten wir Melatonin oder Natriumbutyrat über das Trinkwasser. Wir untersuchten die Entzündung der Atemwege, die Lungenfunktion, angst- und depressionsähnliche Verhaltensweisen, die Zusammensetzung der Darmmikrobiota, den Gehalt an kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) und den MAPK/P65/NLRP3-Signalweg im Hippocampus und in BV2-Mikrogliazellen. Experimente mit fäkaler Mikrobiota-Transplantation (FMT) und Antibiotika-Depletion wurden durchgeführt, um die Kausalität zu ermitteln.

Ergebnisse: Sowohl Melatonin als auch Natriumbutyrat linderten signifikant die Entzündung der Atemwege, verbesserten die Lungenfunktion und verringerten angst- und depressionsähnliche Verhaltensweisen bei asthmatischen Mäusen. Melatonin erhöhte den Butyratspiegel im Darm und stellte das Gleichgewicht der Darmmikrobiota wieder her. FMT von Melatonin-behandelten Spendern wiederholte die therapeutischen Vorteile, während die durch Antibiotika verursachte Verarmung der Mikrobiota die Wirkung von Melatonin aufhob. Mechanistisch gesehen hemmten beide Behandlungen die Aktivierung des MAPK/P65/NLRP3-Signalwegs in Mikroglia des Hippocampus und LPS-stimulierten BV2-Zellen.

Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse zeigen, dass Melatonin die Asthma-bedingte Entzündung der Atemwege und die neuropsychiatrische Komorbidität mildert, indem es die Darmmikrobiota-SCFA-Achse moduliert und die Mikroglia-Aktivierung über den MAPK/P65/NLRP3-Weg unterdrückt. Diese Studie zeigt einen neuartigen systemischen Mechanismus und eine potenzielle therapeutische Strategie für Asthma und seine Begleiterkrankungen auf.