腸道微生態(tài)與帕金森病的相關(guān)性研究進展

王 倩，陳卓友

(南京醫(yī)科大學附屬常州第二人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，江蘇 常州 213000)

帕金森病(Parkinson′s disease,PD)又稱震顫麻痹，多發(fā)生于50～60歲以上的中老年人，主要表現(xiàn)為靜止性震顫、肌張力升高、運動遲緩及姿勢步態(tài)異常等運動癥狀[1]。另外，PD還經(jīng)常表現(xiàn)為各種非運動癥狀(non-motor symptoms,NMS)，如胃腸道疾病、嗅覺減退、快速眼動睡眠行為障礙、自主神經(jīng)功能障礙、焦慮抑郁等。胃腸道功能障礙是PD患者最主要的NMS，臨床表現(xiàn)為吞咽困難、胃排空延遲、便秘等，其中以便秘最為常見。一項薈萃分析顯示，50%的PD患者存在便秘癥狀，其發(fā)生率是普通人的2倍多；而與正常男性相比，便秘(大便次數(shù)≤每周 3次)男性在6年內(nèi)發(fā)展為PD的風險增加5倍，女性則增加3倍[2]，且便秘癥狀可較運動癥狀提前10年出現(xiàn)[3]，提示PD可能起源于腸道。目前，已有文獻報道了腸道菌群構(gòu)成變化與PD的關(guān)系[4]，但其具體病理機制，尤其是與PD起病及進展之間的關(guān)系，包括小膠質(zhì)細胞活性變化、血腦屏障完整性改變、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和神經(jīng)遞質(zhì)的產(chǎn)生等[5]尚未有定論。現(xiàn)就腸道微生態(tài)與PD的相關(guān)性研究進展予以綜述。

1 PD的腸道起源

1.1菌群-腸-腦軸與腦-腸軸 在哺乳動物中，腦和腸道看似相距較遠，卻均起源于早期胚胎的神經(jīng)嵴[6]。共同的胚胎起源提示，這兩個器官之間存在內(nèi)在聯(lián)系。腦-腸軸是連接腸神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system，ENS)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)的動態(tài)雙向神經(jīng)內(nèi)分泌通路，它由ENS、交感及副交感系統(tǒng)、下丘腦-垂體-腎上腺軸、CNS組成[7]。腸道菌群和腦-腸軸不僅分別對胃腸道起調(diào)節(jié)作用，還通過神經(jīng)-免疫-內(nèi)分泌的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控方式相互作用，協(xié)同發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，稱為菌群-腸-腦軸[8]。該軸主要包含以下4層[9]：第一層為ENS的局部調(diào)節(jié)，ENS由肌間神經(jīng)叢和黏膜下神經(jīng)叢組成，其運動神經(jīng)元和感官神經(jīng)元相互連接以執(zhí)行獨立的信息整合和處理功能，這與大腦和脊髓的情況相似；第二層位于椎前神經(jīng)節(jié)，它接收來自ENS及CNS傳遞的信息；第三層為CNS，當接收到關(guān)于內(nèi)部或外部環(huán)境變化的信號時，CNS整合來自大腦和脊髓不同中心的各種信息，將調(diào)節(jié)信息傳送到ENS，或直接通過統(tǒng)一的神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)來調(diào)節(jié)平滑肌、腺體和血管；第四層由高級腦中樞組成，來自皮質(zhì)和皮質(zhì)下區(qū)域的信息向下傳遞到特定基底神經(jīng)核的腦干核團。這種連接胃腸道和CNS不同水平的神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)是菌群-腸-腦軸功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。任何級別的神經(jīng)控制紊亂均會影響腸道和大腦的功能，腸道通過迷走神經(jīng)與大腦有直接的神經(jīng)聯(lián)系，而細菌可以刺激ENS的傳入神經(jīng)元。

1.2α-突觸核蛋白(α-synuclein,α-SYN)沿腦-腸軸傳播 PD的突出病理改變?yōu)橹心X黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的變性死亡、紋狀體多巴胺水平顯著降低及黑質(zhì)殘存神經(jīng)元胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)嗜酸性包涵體，即路易小體(Lewy bodies,LBs)，LBs的主要成分為α-SYN[10]。α-SYN存在于全身許多細胞中，尤其高表達于神經(jīng)元的突觸前膜，調(diào)節(jié)突觸小泡的釋放[11]。其在ENS中正常表達，并隨年齡的增長表達增加[12]。研究表明，α-SYN在PD患者腸道黏膜、黏膜下神經(jīng)纖維和腸道神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)節(jié)中的檢出率高于同齡健康對照者，且如果健康對照者的腸道活檢提示α-SYN具有免疫活性，則可能會發(fā)展為PD，說明異常的腸道α-SYN沉積早于中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變的發(fā)生[13-14]。

ENS有2億多個神經(jīng)元，被稱作“第二大腦”。在從胃腸道到腦的信息傳遞中，神經(jīng)途徑占據(jù)最主要地位。其中，迷走神經(jīng)是最長、分布最廣的一對腦神經(jīng)。胃腸腔滲透壓、糖含量、黏膜損傷、細菌產(chǎn)物等信息即由迷走神經(jīng)傳遞至CNS[15]。Braak等[16]在迷走神經(jīng)背核發(fā)現(xiàn)LBs沉積，證實病理性α-SYN不斷侵犯鄰近的正常神經(jīng)組織，并沿迷走神經(jīng)逆向傳至腦干，到達中腦黑質(zhì)前影響藍斑核和中縫核，進一步向上延伸累及黑質(zhì)，這一理論很好地解釋了PD的運動癥狀和NMS的演變，如嗅覺減退、便秘、抑郁、焦慮、快速眼動睡眠行為障礙可以出現(xiàn)在運動障礙前。同時該研究表明，腸道α-SYN沉積可能是PD的一個相對敏感和特異的病理指標。Svensson等[17]對約15 000例接受迷走神經(jīng)切斷術(shù)治療的患者進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，進行迷走神經(jīng)干切除的患者在手術(shù)治療20年后發(fā)生PD的風險較部分切斷患者降低一半，說明PD的發(fā)生可能始于胃腸道，并通過迷走神經(jīng)傳播至大腦。

Freeman等[18]研究發(fā)現(xiàn)，α-SYN的聚集及其在神經(jīng)細胞中的內(nèi)吞作用可誘導溶酶體破裂，而溶酶體破裂導致的線粒體功能障礙及炎癥反應是導致PD的兩個重要機制。同時，該研究還觀察到α-SYN可激活小膠質(zhì)細胞的炎癥反應，并通過誘發(fā)神經(jīng)炎癥及多巴胺神經(jīng)元凋亡，最終導致PD的發(fā)生。有學者認為，腸道微生態(tài)的改變可引起腸道的炎癥反應，從而觸發(fā)α-SYN的錯誤折疊[19]。因此，腸道微生態(tài)變化為PD潛在的危險因素及可能的發(fā)病機制。

然而，也有學者提出腸道中的磷酸化α-SYN和LBs并不特異存在于PD[20]，也存在于其他疾病(賁門失弛緩癥、路易體癡呆、阿爾茨海默病等)中，這些疾病與PD均有共同病理特征，其中一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病可能出現(xiàn)PD的早期NMS。

2 PD與腸道菌群

2.1腸道菌群組成 腸道微生物組成存在高度的個體差異，但整體功能是一致的[21]。腸道微生物可作為一種自身“器官”，負責機體代謝、神經(jīng)發(fā)育、能量平衡、免疫調(diào)節(jié)、維生素合成和消化等多種生理活動。大約51%的腸道微生物屬于厚壁菌門，包括球形梭菌屬、柔嫩梭菌屬和乳酸桿菌屬；48%屬于擬桿菌門，包括擬桿菌屬和普雷沃菌屬[22]。剩下1%則由其他更少的門類構(gòu)成，包括變形菌、放線菌(雙歧桿菌)、梭桿菌、螺旋原蟲、疣微菌、黏膠球形菌等[23]。

2.2PD患者腸道菌群構(gòu)成變化 PD患者腸道菌群存在明顯的變化。一項研究顯示，與健康對照者相比，PD患者糞便菌群中的普雷沃菌豐度降低[24]。普雷沃菌參與腸道黏膜層的黏液生成，通過纖維發(fā)酵產(chǎn)生具有神經(jīng)活性的短鏈脂肪酸(short chain fatty acids，SCFA)。普雷沃菌的減少導致腸道黏液分泌減少，腸道通透性增加，局部和全身對細菌抗原和內(nèi)毒素的易感性增加，從而導致α-SYN的大量表達和錯誤折疊[25]。此外，嚴重姿勢不穩(wěn)和行走困難的患者伴有大腸埃希菌水平升高，表明大腸埃希菌參與調(diào)節(jié)機體運動功能[24]。普雷沃菌減少及大腸埃希菌增加在德國的兩項研究中也被證實[26-27]，但在美國的研究中未得到驗證。這種差異可能與測試人群(歐洲和美國)不同的飲食習慣有關(guān)，證明飲食也是影響腸道菌群組成和代謝活動的主要因素[28]。

一項基于16S核糖體RNA基因測序的研究發(fā)現(xiàn)，PD患者糞便中的抗炎細菌(布勞特菌、糞球菌、羅爾斯菌)減少，而促炎性青枯菌屬的變形菌增多，提示PD患者糞便樣本中炎癥相關(guān)基因的表達增加，這可能與PD相關(guān)的外周和中樞炎癥有關(guān)[29]。

此外，腸道菌群的組成隨年齡增長也發(fā)生明顯變化，多樣性降低。雖然菌群比例有所變化，但擬桿菌和厚壁菌仍占主導地位。因此，PD患者腸道菌群改變主要表現(xiàn)為病原菌增多，有益菌減少；變形菌增多，雙歧桿菌減少；產(chǎn)丁酸菌群(瘤胃球菌屬、柔嫩梭菌)減少，刺激炎癥反應的細菌(埃希菌、腸桿菌、擬桿菌、艱難梭狀芽孢桿菌)增多[30]。同時，其他PD菌群失調(diào)還包括小腸細菌過度生長及幽門螺桿菌定植率升高等[31]。而針對幽門螺桿菌的根治方案(根據(jù)藥敏檢測選擇兩種抗生素+質(zhì)子泵抑制劑治療1周或2周)可延長左旋多巴的有效時間，改善震顫、肌強直和姿勢平衡障礙等癥狀[32]，提示存在幽門螺桿菌感染的PD患者應選擇合適的抗生素進行治療。

3 腸道菌群在PD中的作用機制

3.1影響內(nèi)分泌 腸道微生物是SCFA的主要來源，SCFA包括乙酸、丙酸和丁酸，其主要由擬桿菌、雙歧桿菌、丙酸桿菌、乳酸桿菌、梭狀芽孢桿菌、羅氏菌和普雷沃菌產(chǎn)生[33]。SCFA經(jīng)血液循環(huán)到達中樞，可通過增加血腦屏障緊密連接蛋白的表達來加強血腦屏障，具有營養(yǎng)神經(jīng)和抗炎的作用[34]。研究證實，與對照者相比，PD患者糞便中的丁酸、乙酸和丙酸含量明顯減少[26]。同時，SCFA對神經(jīng)再生基因有廣泛的影響，其抑制組蛋白去乙?；富钚?，上調(diào)腦源性神經(jīng)生長因子、膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子等，并保護多巴胺能神經(jīng)元[35]。有研究證實，無特定病原體小鼠大腦中的小膠質(zhì)細胞成萎縮、不成熟狀態(tài)，對炎癥刺激幾乎沒有反應，類似情況也見于給予廣譜抗生素后的普通小鼠，而小膠質(zhì)細胞是大腦固有免疫細胞中含量最豐富的細胞，執(zhí)行吞噬作用、抗原呈遞、細胞因子的產(chǎn)生和激活炎癥反應應答等功能[36]。在補充SCFA后，未成熟小膠質(zhì)細胞可常規(guī)成熟與活化，對炎癥和刺激產(chǎn)生響應，提示SCFA對神經(jīng)保護具有正向作用[36]。

此外，腸道微生物產(chǎn)生的饑餓素也是許多代謝過程(能量代謝、神經(jīng)免疫調(diào)節(jié))的關(guān)鍵因子。饑餓素受體在大腦中均有分布，尤其在海馬、黑質(zhì)、中縫核和腹側(cè)被蓋區(qū)有較高水平，饑餓素通過減少多巴胺能細胞的丟失和保護線粒體的完整性對CNS發(fā)揮保護作用。關(guān)于饑餓素在PD中作用的隨訪研究發(fā)現(xiàn)，?；酿囸I素能保護1-甲基-4苯基-1，2，3，6-四氫吡啶介導的小鼠酪氨酸羥化酶和膠質(zhì)纖維酸性蛋白表達[37]。因此，產(chǎn)生饑餓素的腸道細菌有望成為神經(jīng)退行性病變的一個新治療靶點。

3.2參與炎癥免疫反應 血腦屏障是由毛細血管內(nèi)皮細胞、星形膠質(zhì)細胞和周細胞通過緊密連接組成的具有完整屏障功能的神經(jīng)血管單元[38]。這些屏障單元將CNS和體循環(huán)分開，使大腦微環(huán)境獨立于循環(huán)炎癥環(huán)境，微生物的代謝產(chǎn)物通過激活Toll樣受體影響外周免疫應答，進而影響血腦屏障的完整性，而血腦屏障完整性的喪失顯著促進了PD進展。脂磷壁酸是革蘭陽性菌的細胞壁成分和Toll樣受體激動劑，可激活外周免疫應答和下游信號級聯(lián)反應，導致血腦屏障功能障礙，如腹膜內(nèi)注射枯草桿菌產(chǎn)生的脂磷壁酸可增加循環(huán)中促炎性細胞因子(白細胞介素1β、白細胞介素6、腫瘤壞死因子α和γ干擾素)的表達[39]。這些LTA誘導的免疫學改變伴隨杏仁核中封閉蛋白和緊密連接蛋白1的表達減少，突出了脂磷壁酸從外周到中樞影響血腦屏障組成的能力。

胃腸道上皮下固有層組織也含有抗原呈遞的固有免疫細胞(樹突狀細胞和巨噬細胞)，使免疫細胞接近腸道微生物群，識別侵入保護性上皮屏障的病原體和抗原，在外部環(huán)境和全身免疫系統(tǒng)之間進行有效的免疫交流。此外，腸道通透性增加可能增加細菌或細菌成分從腸腔進入循環(huán)的風險，引起全身炎癥反應，而全身炎癥反應直接影響血腦屏障通透性。有證據(jù)表明，與炎癥相關(guān)的分子包括細胞因子、活性氧類、基質(zhì)金屬蛋白酶、血管再生因子等，與血腦屏障破壞相關(guān)[40]。

近年來研究發(fā)現(xiàn)，微生物也可作用于完整的屏障，其衍生的肽聚糖穿過血腦屏障，激活肽聚糖識別蛋白1、2、3、4及發(fā)育大腦中的Toll樣受體和NOD(nucleotide binding oligomerization domain)樣受體[41]。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了微生物產(chǎn)物只有在血腦屏障完整性受損的情況下才能傳送至大腦的傳統(tǒng)觀點。這一跨血腦屏障獨立轉(zhuǎn)運和隨后CNS免疫信號的發(fā)現(xiàn)為今后微生物與腦溝通的機制研究提供了新方向。

4 PD的微生態(tài)治療

腸道菌群的改變對PD的治療有重要指導意義。文獻報道，抗生素治療的同時口服特定的微生物代謝產(chǎn)物可改善α-SYN過表達小鼠的運動障礙、增加小膠質(zhì)細胞的激活和減少α-SYN聚集[42]。此外，與移植健康人體糞便的小鼠相比，移植PD患者糞便小鼠的神經(jīng)系統(tǒng)損傷加重[43]。以上研究為使用糞菌移植及抗生素改善PD患者癥狀提供了新思路。

然而，由于胃腸道功能障礙可存在于PD的各個階段，使得口服藥物吸收困難，治療反應不穩(wěn)定及部分伴吞咽困難患者誤吸(進展性肺炎的主要危險因素之一)，從而導致PD的運動波動癥狀及嚴重的NMS。近年來，PD的非口服療法也取得了一定進展，包括羅替戈汀透皮貼劑、阿撲嗎啡靜脈滴注、經(jīng)空腸左旋多巴輸注等，可有效改善胃腸道功能障礙PD患者的臨床癥狀[44]。

5 小 結(jié)

除腸道菌群失調(diào)外，PD患者還伴有口腔疾病及嗅覺減退，提示口腔、鼻腔菌群在PD致病機制中也有一定作用。一項鼻腔和口腔微生物與PD關(guān)系的研究顯示，與健康對照者相比，PD患者口腔和鼻腔的菌群明顯不同[45]。PD患者口腔內(nèi)的多種機會致病菌增多，但兩者的鼻部微生物種類差異無統(tǒng)計學意義[45]。因此，除腸道菌群外，PD患者其他部位的微生物變化尚需進一步研究。雖然腸道微生態(tài)環(huán)境對PD的發(fā)生、發(fā)展有重要作用，但目前關(guān)于腸道菌群紊亂與PD發(fā)病的因果關(guān)系尚未完全闡明。若腸道菌群改變?yōu)镻D的潛在危險因素，這將為開發(fā)PD運動及NMS的微生態(tài)療法提供新思路，并對改善PD患者的生活質(zhì)量及預后有重大意義。