腸道菌群與帕金森病相關(guān)性的研究進(jìn)展

劉欣，劉忠于，陳暉娟，馬麗

1中國(guó)人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九八九醫(yī)院科研部/全軍肛腸外科研究所/全軍重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng)471000

2中國(guó)人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九八九醫(yī)院檢驗(yàn)科 河南洛陽(yáng)471000

早在2000多年前被譽(yù)為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)之父的古希臘哲學(xué)家希波克拉底就曾提出“萬(wàn)病之源，始于腸道”。隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展，已有眾多研究結(jié)果顯示腸道菌群或許會(huì)通過(guò)一種特殊的“腦—腸軸”來(lái)影響機(jī)體的大腦結(jié)構(gòu)以及大腦相關(guān)疾病的發(fā)生，如阿爾茨海默病、帕金森病、多發(fā)性硬化、肌萎縮側(cè)索硬化等神經(jīng)系統(tǒng)疾病[1-3]。隨著研究越來(lái)越深入，研究者進(jìn)一步明確腸道菌群的紊亂與人們罹患神經(jīng)系統(tǒng)疾病的風(fēng)險(xiǎn)、活躍程度和病情發(fā)展相關(guān)聯(lián)。本文通過(guò)回顧近期的文獻(xiàn)研究報(bào)道，將腸道微生態(tài)與帕金森病相關(guān)性的研究進(jìn)展做一綜述。

1 帕金森病

帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）是僅次于腫瘤、心腦血管疾病的中老年人健康和生命的“第三殺手”，是人類(lèi)第二大慢性神經(jīng)退行性疾病。它以α-突觸核蛋白異常聚集和黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性壞死為主要病理特征。臨床表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)癥狀（如靜止性震顫、行動(dòng)遲緩、肌強(qiáng)直、姿勢(shì)步態(tài)障礙等）和非運(yùn)動(dòng)癥狀（如便秘、胃腸功能紊亂、焦慮、抑郁、睡眠障礙、認(rèn)知障礙及精神異常等），嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[4-5]。

2015年全球疾病負(fù)擔(dān)、傷害和危險(xiǎn)因素研究指出，所有的神經(jīng)系統(tǒng)疾病中帕金森病的發(fā)病率、致殘率和死亡率是增長(zhǎng)最快的。1990年至2016年，全世界PD患者數(shù)量從250萬(wàn)增加到610萬(wàn)，據(jù)保守預(yù)測(cè)到2050年全球患病人數(shù)將達(dá)到1 200多萬(wàn)[4]。

2 腸道菌群

腸道菌群是指定植在動(dòng)物腸道內(nèi)的全部微生物，包括細(xì)菌、真菌、病毒等，其中以細(xì)菌為主，占90%以上。各菌種之間相互依存、相互制約，與宿主之間保持著共生關(guān)系，共同維護(hù)著宿主的生理平衡。健康的腸道菌群對(duì)維持機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝、機(jī)體發(fā)育、增強(qiáng)免疫力以及抗衰老、提高腫瘤免疫治療效果等方面至關(guān)重要[5-6]。腸道菌群結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由四種細(xì)菌門(mén)類(lèi)構(gòu)成，其中以厚壁菌門(mén)為主（占50%～75%），其次是擬桿菌門(mén)（占10%～50%）、放線菌門(mén)（占1%～10%）和變形菌門(mén)（常少于1%）[7]。正常情況下，腸道菌群與宿主之間處于一種相對(duì)平衡的狀態(tài)，當(dāng)腸道菌群失調(diào)時(shí)會(huì)引起腸道功能紊亂誘發(fā)一系列疾病。國(guó)內(nèi)外諸多研究均已證實(shí)腸道菌群與神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)[8]。

3 腸道微生物—腸—腦軸

大腦可通過(guò)固有層細(xì)胞（腸嗜鉻細(xì)胞、神經(jīng)元和免疫細(xì)胞）釋放信號(hào)分子或通過(guò)改變胃腸道動(dòng)力、分泌物和腸道滲透性直接或間接影響微生物的構(gòu)成。腸道微生物亦可通過(guò)釋放細(xì)菌底物、代謝產(chǎn)物和腸道內(nèi)分泌因子等與免疫調(diào)節(jié)通路、迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)通路、神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)通路、代謝系統(tǒng)調(diào)節(jié)通路、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)通路相互作用，實(shí)現(xiàn)與大腦互動(dòng)交流，影響大腦的發(fā)育及功能，形成“腸道微生物—腸—腦軸”雙向交流的新通路[9-10]。

4 帕金森病與腸道菌群

4.1 帕金森病起源于腸道

早在2003年，Braak等[11]就提出了“帕金森病起源于腸道”這一假說(shuō)。對(duì)散發(fā)帕金森病患者進(jìn)行尸檢發(fā)現(xiàn)大腦α-突觸核蛋白最早出現(xiàn)在腸道神經(jīng)系統(tǒng)和迷走神經(jīng)運(yùn)動(dòng)背核，數(shù)年后才出現(xiàn)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)。Braak和Del[12]認(rèn)為帕金森病的病理改變?cè)从谀c道神經(jīng)系統(tǒng)，并且通過(guò)遍布胃腸道的迷走神經(jīng)自下而上傳播至中腦黑質(zhì)及大腦皮質(zhì)等中樞神經(jīng)系統(tǒng)。這一假說(shuō)為帕金森病和腸道功能紊亂以及腸道菌群的關(guān)系研究奠定了理論基礎(chǔ)。2014年Holmqvist等[13]首次在小鼠模型中證實(shí)，無(wú)論是將帕金森病患者尸腦裂解液（含異常折疊的α-突觸核蛋白）還是人工重組的單體、寡聚體或原纖維形式的α-突觸核蛋白注射到小鼠腸道，各種形式的α-突觸核蛋白均能夠沿著迷走神經(jīng)進(jìn)入大腦。2017年Liu等[14]也發(fā)表過(guò)一項(xiàng)基于大規(guī)模人群的研究，結(jié)果顯示迷走神經(jīng)被切斷的人群帕金森發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)降低了32%。2018年《科學(xué)—轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，闌尾切除后帕金森病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)降低19.3%，與沒(méi)有切除闌尾的帕金森病患者相比，30多年前做過(guò)闌尾切除術(shù)的患者發(fā)病年齡平均晚了3.6年，為腸道起源學(xué)說(shuō)再添力證[15]。2019年Kim等[16]將人工合成的錯(cuò)誤折疊的α-突觸核蛋白分別注射到十只健康小鼠的由迷走神經(jīng)密集支配的幽門(mén)肌肉層和十二指腸，然后在注射后的1個(gè)月、3個(gè)月、7個(gè)月和10個(gè)月分別觀察小鼠外周神經(jīng)和大腦中有害α-突觸核蛋白分布和水平，發(fā)現(xiàn)α-突觸核蛋白最初聚集在迷走神經(jīng)與腸道相連處，繼而擴(kuò)散到大腦。小鼠出現(xiàn)了抑郁和焦慮跡象，同時(shí)嗅覺(jué)功能、空間學(xué)習(xí)和記憶與認(rèn)知能力等也出現(xiàn)障礙。然而，切斷小鼠的迷走神經(jīng)后有害α-突觸核蛋白就不能進(jìn)入小鼠的大腦，這表明，有害α-突觸核蛋白可沿著迷走神經(jīng)進(jìn)入大腦。

4.2 腸道炎癥與帕金森病

數(shù)年前已有研究發(fā)現(xiàn)帕金森病的發(fā)病和炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD） 密切相關(guān)。我國(guó)一項(xiàng)回顧性臨床隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)IBD與PD的發(fā)病率增加有關(guān)[17]。Wan等[18]在一項(xiàng)系統(tǒng)綜述中發(fā)現(xiàn)年齡較大的IBD患者有較高的PD風(fēng)險(xiǎn)。丹麥一項(xiàng)全國(guó)性隊(duì)列研究[19]（1977—2014年）中也發(fā)現(xiàn)，與非IBD患者相比，IBD患者發(fā)生PD的風(fēng)險(xiǎn)增加了22%，而且重度潰瘍性腸炎（UC）患者發(fā)生PD的風(fēng)險(xiǎn)增加更明顯，但克羅恩?。–D）患者則無(wú)顯著差異。Zhu等[20]發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，UC和CD患者發(fā)生PD的風(fēng)險(xiǎn)均增加。另外，也有一些研究得出了相反的結(jié)論，F(xiàn)ujioka等[21]在876名PD患者中僅發(fā)現(xiàn)2名CD患者，與一般人群的發(fā)病率相當(dāng)，而且在一些新診斷的PD病例中PD的發(fā)病甚至與CD或UC呈負(fù)相關(guān)。盡管迄今為止尚未達(dá)成共識(shí)，但在探索IBD與PD發(fā)病相關(guān)性的所有研究的最新數(shù)據(jù)中都表明IBD增加了PD的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。然而，關(guān)于IBD如何觸發(fā)PD發(fā)病的潛在機(jī)制仍不清楚。

4.3 帕金森病患者腸道菌群的特點(diǎn)

2015年芬蘭科學(xué)家Scheperjans等[22]首先報(bào)道帕金森病患者有腸道菌群紊亂，發(fā)現(xiàn)普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）豐度在帕金森病患者樣本中較健康對(duì)照組下降77.6%。普雷沃氏菌科細(xì)菌有利于機(jī)體吸收更多有神經(jīng)刺激作用的短鏈脂肪酸、硫胺素、葉酸等，該菌型缺乏會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)素合成水平降低，并且其豐度降低會(huì)使粘蛋白合成減少?gòu)亩黾幽c道滲透性，使腸黏膜下神經(jīng)叢更容易受到外界病原體的侵?jǐn)_[23-24]。同時(shí)上述研究還發(fā)現(xiàn)具有運(yùn)動(dòng)功能障礙（如姿勢(shì)不穩(wěn)、步伐艱難）表現(xiàn)的帕金森病患者體內(nèi)腸桿菌科細(xì)菌數(shù)量遠(yuǎn)多于以震顫為主的帕金森病患者，且與癥狀嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[22]。腸桿菌科細(xì)菌的增加使血清中脂多糖（LPS）水平升高，LPS可通過(guò)激活TLR4跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和胞內(nèi)的NF-κB、MAPK這兩個(gè)信號(hào)通路使機(jī)體產(chǎn)生細(xì)胞炎癥因子導(dǎo)致機(jī)體炎癥性疾病的發(fā)生。LPS和細(xì)胞炎癥因子如TNF-α、IL-1β和IL-6破壞血腦屏障并促進(jìn)α-突觸核蛋白的沉積，腸桿菌科細(xì)菌的增多與帕金森病的進(jìn)展密切相關(guān)[25-26]。

Keshavarzian等[27]發(fā)現(xiàn)帕金森病患者的糞便樣本和結(jié)腸黏膜樣本中產(chǎn)丁酸鹽的具有抗炎作用的布勞特菌屬（Blautia）、羅氏菌屬（Roseburia）和糞球菌屬（Coprococcus）顯著減少。趙程等[28]也得出了與此相一致的結(jié)論。丁酸是一種具有抗炎作用的短鏈脂肪酸，對(duì)保護(hù)腸道黏膜屏障和腸道菌群與宿主之間的免疫應(yīng)答和免疫調(diào)節(jié)功能具有重要作用。它可以保持腸道上皮的完整性、調(diào)節(jié)腸內(nèi)免疫應(yīng)答反應(yīng)、降低腸道氧化應(yīng)激水平、減輕DNA氧化損傷、降低人體炎癥水平，是腸道黏膜的生長(zhǎng)誘導(dǎo)劑和炎性抑制劑[29]，其顯著減少會(huì)使腸黏膜屏障通透性增加，導(dǎo)致腸黏膜在內(nèi)毒素中暴露增加引發(fā)炎癥反應(yīng)，進(jìn)而通過(guò)免疫炎性機(jī)制啟動(dòng)大腸肌間神經(jīng)元α-突觸核蛋白的錯(cuò)誤折疊和聚集，成為誘發(fā)帕金森病病理改變的因素之一[30-31]。α-突觸核蛋白在游離狀態(tài)下呈無(wú)序可溶性的未折疊單體結(jié)構(gòu)，當(dāng)表達(dá)增加或基因突變時(shí)則可轉(zhuǎn)化為不溶性的β-折疊纖維體結(jié)構(gòu)，形成寡聚體和多聚體。寡聚體和多聚體形式的α-突觸核蛋白可通過(guò)氧化應(yīng)激等多種途徑導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元損傷[32]。帕金森病患者腸道產(chǎn)丁酸菌減少導(dǎo)致腸道氧化應(yīng)激水平升高，從而誘導(dǎo)α-突觸核蛋白寡聚化，這是帕金森病病理改變的又一重要因素[33]。

Lin等[34]發(fā)現(xiàn)PD患者的菌群中疣微菌門(mén)（Verrucomicrobia）、牧斯皮氏菌屬（Mucispirillum）、卟啉單胞菌屬（Porphyromonas）、乳桿菌屬（Lactobacillus）、副擬桿菌屬（Parabacteroides）等占主要部分，而健康人的菌群中普雷沃氏菌屬豐度更高；無(wú)顫抖癥狀的患者的擬桿菌屬豐度顯著高于有顫抖癥狀的患者，且其豐度隨著運(yùn)動(dòng)癥狀嚴(yán)重程度的加重而增加，這項(xiàng)研究揭示了PD患者腸道菌群的改變與其臨床表型和嚴(yán)重程度的相關(guān)性。

以上研究雖顯示PD患者與正常健康對(duì)照組之間腸道菌群存在差異，但菌群結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間的推移以及疾病的進(jìn)展其穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步分析。Aho等[35]分兩次收集了64名帕金森病患者和64名對(duì)照受試者的臨床數(shù)據(jù)和糞便樣本，平均間隔為2.25年。他們將患者與對(duì)照組以及病情穩(wěn)定的患者與病情進(jìn)展較快的患者進(jìn)行了比較。校正混雜因素后發(fā)現(xiàn)患者中雙歧桿菌屬增加、羅氏菌屬和普氏菌屬減少，但在不同時(shí)間點(diǎn)之間沒(méi)有顯著差異，基線時(shí)的差異在兩年后依然存在；而疾病進(jìn)展較快的患者則以厚壁菌門(mén)腸型為主，而普氏菌屬的豐度更低。該研究首次表明患者的菌群特征在總體上保持穩(wěn)定，并發(fā)現(xiàn)了腸道菌群與疾病進(jìn)展之間存在聯(lián)系的證據(jù)，但相關(guān)發(fā)現(xiàn)仍需在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度上進(jìn)行確認(rèn)。

5 糞菌移植治療帕金森病

糞菌移植（fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）作為一種新興的微生態(tài)療法已應(yīng)用于包括代謝性疾病、神經(jīng)精神類(lèi)疾病、自身免疫性疾病、過(guò)敏性疾病和腫瘤在內(nèi)的許多先前預(yù)期之外的領(lǐng)域并取得了一定的療效[36]。2016年Cell雜志上的一項(xiàng)研究顯示，被移植PD患者腸道菌群樣本的無(wú)菌小鼠與移植健康個(gè)體糞便樣品的無(wú)菌小鼠相比表現(xiàn)出更明顯的PD癥狀，此結(jié)果提示我們或許可以通過(guò)調(diào)控腸道菌群及其代謝產(chǎn)物來(lái)治療帕金森病[37]。2017年南京醫(yī)科大學(xué)附屬淮安市第一醫(yī)院薛劉軍等[38]對(duì)一名帕金森病患者進(jìn)行糞菌移植后，隨訪發(fā)現(xiàn)患者最先緩解的是便秘癥狀，移植后第4周時(shí)Bristol便秘評(píng)分由治療前的10分下降至3分且腸節(jié)律增加，第8周時(shí)震顫和動(dòng)作遲緩等運(yùn)動(dòng)癥狀也有了顯著改善。2018年廣州市第一人民醫(yī)院Huang等[39]對(duì)一位帕金森病合并頑固性便秘患者進(jìn)行了兩次糞菌移植，隨后進(jìn)行了3個(gè)月的隨訪，發(fā)現(xiàn)便秘得到了明顯的緩解，排便時(shí)間從原來(lái)的半個(gè)小時(shí)以上縮短至5分鐘；FMT治療1周后腿部的顫動(dòng)幾乎消失了，盡管靜息性震顫在FMT后2個(gè)月在右下肢復(fù)發(fā)，但其嚴(yán)重程度與移植之前相比也有所下降。以上研究雖顯示FMT可以改善帕金森病患者的運(yùn)動(dòng)癥狀，但是目前的研究仍局限于個(gè)案報(bào)道，缺乏大樣本量的臨床試驗(yàn)驗(yàn)證。因此，在后續(xù)的研究中應(yīng)加大樣本量并延長(zhǎng)隨訪時(shí)間，為FMT應(yīng)用于PD患者提供更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)依據(jù)。

6 展望

PD的發(fā)病涉及年齡、環(huán)境、遺傳、氧化應(yīng)激損傷、線粒體功能障礙、腦動(dòng)脈硬化、腸道炎癥等多種內(nèi)外因素。腸道菌群可通過(guò)多種途徑與腦—腸軸進(jìn)行相互作用，改變腸道中的菌群結(jié)構(gòu)不僅導(dǎo)致代謝改變而且還會(huì)影響腦—腸軸。腸道菌群結(jié)構(gòu)改變可以通過(guò)調(diào)節(jié)腸道通透性和氧化應(yīng)激反應(yīng)，使得腸道及神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)路易小體病變，導(dǎo)致大腦黑質(zhì)紋狀體的功能被破壞。雖然之前的研究證實(shí)了腸道細(xì)菌、炎癥和帕金森病之間存在聯(lián)系，但是其間的因果關(guān)系和復(fù)雜分子機(jī)制仍不太清楚。未來(lái)應(yīng)深入研究腸道菌群對(duì)大腦功能及行為影響的具體分子機(jī)制以及其在PD發(fā)病中的病理生理學(xué)作用，通過(guò)改善腸道菌群來(lái)延緩PD的發(fā)生和發(fā)展。另外，也可根據(jù)帕金森患者的腸道菌群特點(diǎn)開(kāi)發(fā)一些功能性飲食方案并使用腸道微生物組來(lái)輔助藥物治療。