王林潔，袁建玲，鮑 波bc※

(廣東醫(yī)科大學(xué) a.病理生理學(xué)教研室，b.實驗動物中心,c.實驗動物學(xué)教研室,廣東 湛江 524000)

人類胃腸道中寄居著數(shù)量龐大的腸道菌群，其所有基因組約有300萬個，主要由擬桿菌門、厚壁菌門、放線菌門和變形桿菌門4個門組成[1]。腸道菌群對人體生物學(xué)的幾個方面至關(guān)重要，包括難消化多糖的代謝，短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)、必需維生素的產(chǎn)生，腸上皮和免疫系統(tǒng)的發(fā)育和分化，組織穩(wěn)態(tài)的維持以及防止病原體入侵的保護[2]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群及其代謝產(chǎn)物SCFAs能通過免疫、神經(jīng)和內(nèi)分泌等途徑調(diào)節(jié)腸道和大腦間的相互作用，能通過腸道菌群-腸-腦軸幫助維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)[3]。

帕金森病(Parkinson′s disease，PD)是第二常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，全世界有700萬～1 000萬人患有PD[4]。PD的主要病理特征在于中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的變性缺失和剩余多巴胺能神經(jīng)元中α突觸核蛋白(α-synuclein,α-syn)的異常聚集，導(dǎo)致靜止性震顫、運動遲緩、姿勢步態(tài)異常等運動癥狀的出現(xiàn)[5]。然而，在運動癥狀出現(xiàn)前數(shù)年，大多數(shù)PD患者已經(jīng)出現(xiàn)胃腸動力異常和便秘等癥狀[6]。研究表明，PD患者有腸道菌群失調(diào)表現(xiàn)，這可能促進α-syn從腸道至大腦的轉(zhuǎn)運[1]。因此，腸道菌群與PD的進展密切相關(guān)?，F(xiàn)就腸道菌群在維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)和PD進展中所起的作用，以及基于腸道菌群的糞便微生物移植術(shù)(fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT)治療PD的可行性進行綜述，為進一步防治PD提供科學(xué)依據(jù)。

1 腸道菌群在維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)中的作用

腸道菌群對中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)的幾種生理過程具有調(diào)節(jié)作用，可影響神經(jīng)發(fā)生、發(fā)展等腦生物過程和焦慮、學(xué)習(xí)和記憶等行為，有助于維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)[7]。目前認(rèn)為腸道菌群-腸-腦軸在該調(diào)節(jié)過程中扮演關(guān)鍵角色[8]。

1.1腸道菌群對CNS功能的影響 腸道菌群對CNS功能的影響體現(xiàn)在以下3個方面。①腸道菌群有助于保持血腦屏障的完整性。Braniste等[9]研究發(fā)現(xiàn)，與無特定病原體小鼠相比，成年無菌小鼠的額皮質(zhì)、紋狀體和海馬中緊密連接蛋白，如閉合蛋白和claudin-5的表達降低，血腦屏障的通透性增加。隨后通過灌胃無特定病原體小鼠的糞便來定植這些無菌小鼠，可導(dǎo)致無菌小鼠緊密連接蛋白，如閉合蛋白和claudin-5表達顯著上調(diào)及細胞旁通透性的恢復(fù)，表明腸道菌群可通過調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達影響血腦屏障的通透性。②腸道菌群可調(diào)節(jié)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達。Braniste等[9]還發(fā)現(xiàn)，無菌小鼠的腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子表達下調(diào)，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子是腸道中產(chǎn)生的最豐富的神經(jīng)營養(yǎng)因子之一，用于支持正常的大腦發(fā)育、神經(jīng)元存活和中腦多巴胺神經(jīng)元的分化。③腸道菌群可影響CNS免疫細胞的生長和功能。小膠質(zhì)細胞是大腦中最豐富的常駐免疫細胞，參與神經(jīng)發(fā)育、吞噬作用、抗原呈遞、細胞因子產(chǎn)生和炎癥反應(yīng)的激活[10]。Erny等[11]研究發(fā)現(xiàn)，與無特定病原體小鼠相比，無菌小鼠中的小膠質(zhì)細胞體積更大，表現(xiàn)出未成熟的表型以及更多的分支形態(tài)，不能完善的發(fā)育以響應(yīng)病理刺激。接著，用SCFAs混合物處理無菌小鼠可以恢復(fù)其小膠質(zhì)細胞的密度和形態(tài)?？傊?，這些發(fā)現(xiàn)表明腸道菌群顯著影響CNS中的幾個生理過程，包括維持血腦屏障通透性、神經(jīng)發(fā)育和免疫細胞活動，從而有助于維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)。

1.2腸道菌群維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)的可能機制 近年來，研究者們發(fā)現(xiàn)大腦和腸道之間存在著雙向功能交流：大腦通過調(diào)節(jié)運動、分泌、吸收和血流來調(diào)控腸道；反過來，腸道也可以影響大腦的功能和行為，這一通路被稱為“腸-腦軸”[12]。隨后的研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群對腦功能具有調(diào)節(jié)作用，于是將“腸-腦軸”的概念逐漸拓展為“腸道菌群-腸-腦軸”[13]。

腸道菌群通過腸道菌群-腸-腦軸在維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮作用，而腸道菌群-腸-腦軸通信的假設(shè)機制主要依賴于腸道菌群與腸上皮屏障、腸道免疫系統(tǒng)和腸道神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system,ENS)-迷走神經(jīng)通路的相互作用[14]。關(guān)于腸道菌群與腸上皮屏障的相互作用，Yano等[15]使用動物模型表明，腸道菌群及其代謝產(chǎn)物(如SCFAs)可以促進宿主結(jié)腸腸嗜鉻細胞合成5-羥色胺，5-羥色胺可以擴散到血液中，到達大腦并直接影響CNS功能。反過來，腸上皮細胞調(diào)節(jié)特定的細菌產(chǎn)物，如SCFAs、維生素或乙酰膽堿、多巴胺、去甲腎上腺素等神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)移到血流中，再通過循環(huán)系統(tǒng)上行至CNS并調(diào)節(jié)其功能[14]。

腸道菌群還與ENS-迷走神經(jīng)通路相互作用。ENS由肌間神經(jīng)叢和黏膜下神經(jīng)叢構(gòu)成，能通過迷走神經(jīng)與CNS進行雙向通信。腸道菌群衍生的神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽可直接激活ENS的肌間神經(jīng)元，通過迷走神經(jīng)上行纖維，向大腦傳遞神經(jīng)輸入[16]。有研究顯示，迷走神經(jīng)切斷術(shù)防止了鼠李糖乳桿菌對野生型小鼠的抗焦慮和抗抑郁作用[19]。然而，腸道菌群-ENS-迷走神經(jīng)相互作用的機制仍有待明確。

總之，腸道菌群-腸-腦軸包含腸道菌群與腸上皮屏障、腸道免疫系統(tǒng)和ENS-迷走神經(jīng)通路的相互作用，有助于協(xié)調(diào)腦生理學(xué)。然而，未來需進一步研究在健康和病理狀態(tài)下，腸道菌群-腸-腦軸的分子和細胞機制。

2 腸道菌群在調(diào)節(jié)PD中的作用

在發(fā)生運動癥狀前，PD患者常出現(xiàn)前驅(qū)性非運動相關(guān)癥狀，其中胃腸功能障礙是最常見且最早出現(xiàn)的癥狀之一，甚至在發(fā)病幾年前就被檢測到。1980年，PD患者的胃腸道中首次發(fā)現(xiàn)了PD的重要標(biāo)志物——α-syn[20]，提示PD可能起源于胃腸道。而腸道菌群與胃腸道的密切接觸和相互作用也引起人們的廣泛關(guān)注。

2.1PD患者腸道菌群的變化特征 許多臨床研究總結(jié)了PD患者腸道菌群的變化特征。①Keshavarzian等[21]發(fā)現(xiàn)PD患者表現(xiàn)出“促炎”的生態(tài)失調(diào)模式，其特征在于能產(chǎn)生丁酸鹽的“抗炎”細菌減少，如布勞特菌、糞球菌屬和羅氏菌屬，而“促炎”細菌如羅爾斯頓菌屬增多。②Scheperjans等[22]比較了72例PD患者和72名年齡匹配的對照者的糞便，觀察到PD患者中腸桿菌科的豐度增加，且腸桿菌科水平與姿勢不穩(wěn)和步態(tài)艱難的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，表明腸道菌群在PD表型中發(fā)揮作用。他們還發(fā)現(xiàn)PD患者糞便樣品中普雷沃菌的豐度減少。Bedarf等[23]發(fā)現(xiàn)PD患者糞便的普雷沃菌大量減少，而艾克曼菌增加。普雷沃菌產(chǎn)生黏蛋白可增強腸屏障的完整性，而艾克曼菌降解黏液層并使用黏液作為能量來源，普雷沃菌減少同時艾克曼菌增多可能與黏蛋白合成減少，黏液層變薄和腸道通透性增加有關(guān)，隨后導(dǎo)致全身暴露于細菌抗原和內(nèi)毒素的危險中[24]。普雷沃菌還可以分解復(fù)合碳水化合物，提供SCFAs、硫胺素和葉酸來促進腸道環(huán)境的健康，因此該菌的減少可導(dǎo)致這些重要微量營養(yǎng)素的產(chǎn)量下降[25]。③Unger等[26]報道，PD患者糞便中的SCFAs(如乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽)水平均明顯低于年齡匹配的正常對照人群。Felice等[27]研究顯示PD患者糞便中產(chǎn)生SCFAs的柔嫩梭菌減少。以上研究表明PD患者的腸道生態(tài)失調(diào)與SCFAs水平顯著降低相關(guān)，SCFAs的減少可能損害腸上皮屏障，促進免疫反應(yīng)及改變腸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并且可能與觀察到的ENS蠕動調(diào)節(jié)受損及隨之而來的腸道運動障礙有關(guān)。雖然以上結(jié)果可能受到研究方法、研究人群等的差異及其他未知因素的影響，但仍能說明PD患者的腸道菌群具有明顯的變化特征。

2.2腸道菌群影響PD的可能機制 腸道菌群失調(diào)對PD進展的影響依賴于腸道菌群與腸上皮屏障、腸道免疫系統(tǒng)和ENS-迷走神經(jīng)通路的相互作用。腸道菌群失調(diào)可導(dǎo)致腸上皮屏障受損和腸道炎癥，使PD患者出現(xiàn)腸上皮屏障形態(tài)學(xué)改變，腸道內(nèi)促炎癥細胞因子水平增加以及腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞活化[28]。腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞在ENS中被稱為星形膠質(zhì)細胞，其激活有助于形成腸道免疫反應(yīng)，并導(dǎo)致腸運動功能障礙，還可以通過腸道菌群-腸-腦軸的神經(jīng)免疫途徑促成神經(jīng)炎癥，以及隨后CNS中的神經(jīng)變性。

為了解腸道菌群失調(diào)與免疫網(wǎng)絡(luò)的相互作用在PD發(fā)病中所扮演的角色，已經(jīng)在PD的動物模型中進行了一些研究工作。①Yang等[29]觀察發(fā)現(xiàn)用魚藤酮誘導(dǎo)的PD小鼠存在腸道生態(tài)失調(diào)，其特征在于腸道α-syn的積聚和結(jié)腸炎癥發(fā)生在運動缺陷、中樞神經(jīng)變性和CNS中的α-syn聚集體形成前，表明腸道菌群與免疫網(wǎng)絡(luò)的改變可能是PD病理學(xué)的最早跡象之一。②外周注射細菌內(nèi)毒素已被用于模擬小鼠PD樣表型[30]。米諾環(huán)素是一種已知可改變腸道菌群組成的廣譜抗生素，向細菌內(nèi)毒素誘導(dǎo)的PD小鼠腹腔注射米諾環(huán)素，可導(dǎo)致中腦黑質(zhì)炎癥明顯改善，小膠質(zhì)細胞激活減少，黑質(zhì)中存活的多巴胺能神經(jīng)元的數(shù)量增加，說明改變腸道菌群多樣性的抗生素可以影響炎癥誘導(dǎo)的PD，突出了PD患者中腸道菌群-腸-腦軸通信潛在的神經(jīng)免疫特異性機制[31]。③Cote等[32]報道，用1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶誘導(dǎo)PD小鼠會激活腸道先天免疫細胞中髓樣分化因子88/核因子κB促炎信號通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)，并有助于腸道和中樞神經(jīng)變性以及CNS中的小膠質(zhì)細胞激活。而向髓樣分化因子88敲除小鼠外周注射1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶則不會出現(xiàn)腸道和中樞神經(jīng)元丟失，表明先天免疫細胞在1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶引起的ENS和CNS神經(jīng)變性進展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。總之，這些臨床前研究結(jié)果表明腸道菌群失調(diào)和免疫系統(tǒng)的變化在PD進展過程中發(fā)揮重要作用。

腸道菌群失調(diào)可通過ENS-迷走神經(jīng)通路促進PD的進展。有研究提出，在PD發(fā)生早期，甚至早在黑質(zhì)紋狀體功能異常前，一種未知病原體就侵害了ENS及迷走神經(jīng)背側(cè)核[33]。Qin等[34]提出，PD中腸道菌群組成的變化主要是產(chǎn)生SCFAs的細菌喪失，可促進α-syn在ENS中的積累，α-syn隨后通過迷走神經(jīng)進入中腦黑質(zhì)并沉積，導(dǎo)致PD發(fā)生。Holmqvist等[35]也證實，將PD患者體內(nèi)分離出的α-syn裂解物注入成年野生型SD大鼠的腸壁，發(fā)現(xiàn)α-syn以時間依賴的方式通過迷走神經(jīng)進入迷走神經(jīng)背側(cè)核，并最終到達中腦黑質(zhì)。因此，腸道菌群可通過ENS-迷走神經(jīng)通路影響PD的進展。

綜上所述，腸道菌群能通過與腸上皮屏障、腸道免疫系統(tǒng)和ENS-迷走神經(jīng)通路的相互作用，導(dǎo)致腸功能障礙，促進中樞多巴胺能神經(jīng)變性的發(fā)生、發(fā)展，因此應(yīng)進一步探究腸道菌群調(diào)節(jié)PD的病理生理學(xué)機制。

3 FMT治療PD

FMT是指將健康人群的糞便濾液輸注到腸道功能紊亂患者的腸道中，其目的是增加腸道中有益菌的數(shù)量，減少有害菌的數(shù)量，恢復(fù)被破壞的菌群穩(wěn)態(tài)[2]。近年來，F(xiàn)MT在治療難治性和復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染方面表現(xiàn)出有效性和安全性，逐漸成為與腸道菌群失調(diào)有關(guān)的多種疾病的新興治療方法，包括PD、多發(fā)性硬化、肥胖和自閉癥等[36]。

有報道稱，1例有便秘癥狀的PD男性患者因便秘而接受抗生素(萬古霉素、秋水仙堿和甲硝唑)治療后，胃腸道癥狀有所改善，神經(jīng)系統(tǒng)癥狀消失，表明腸道菌群的重建有助于改善PD癥狀[37]。臨床前研究方面，Sun等[38]發(fā)現(xiàn)，用正常小鼠的糞便對PD小鼠進行FMT可減少腸道菌群生態(tài)失調(diào)，減輕身體損傷，增加紋狀體多巴胺和5-羥色胺含量。此外，F(xiàn)MT可減少黑質(zhì)中小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞的活化，從而抑制神經(jīng)炎癥，降低腸和腦中Toll樣受體4/腫瘤壞死因子-α信號通路的表達。以上研究證明了FMT治療PD的可能性[39]。FMT后的短期不良反應(yīng)主要為腹瀉、腹痛、腹脹和便秘，這些癥狀大都是自限性的[40]。然而，關(guān)于FMT的長期免疫反應(yīng)的信息較少，包括潛伏感染的發(fā)作，應(yīng)進一步隨訪調(diào)查。此外，由于糞便提取物是供體和受體之間的介質(zhì)，即使進行嚴(yán)格的供體篩查，F(xiàn)MT也有可能傳播隱匿性感染[37]。因此，在將FMT視為治療策略前必須進一步確定其安全性和有效性。

4 小 結(jié)

腸道菌群對維持人體健康至關(guān)重要[2]。腸道菌群通過與腸上皮屏障、腸道免疫系統(tǒng)和ENS-迷走神經(jīng)通路相互作用，參與腸道菌群-腸-腦軸，進而在維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)和影響PD進展中發(fā)揮重要作用[16]。在維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面，腸道菌群有助于保持血腦屏障的完整性，促進腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子表達[9]，還能影響CNS免疫細胞的生長和功能[11]。在影響PD的進展方面，腸道菌群失調(diào)損害腸上皮屏障，誘發(fā)腸道炎癥反應(yīng)，并通過腸道菌群-腸-腦軸促成CNS的炎癥及神經(jīng)變性[28]，還可促進α-syn在ENS中的積累，以及經(jīng)迷走神經(jīng)由腸到腦的運輸[34]。PD患者出現(xiàn)胃腸道功能紊亂癥狀比運動癥狀早數(shù)年，其腸道菌群也具有明顯的變化特征，這可能成為PD的早期生物標(biāo)志物[6]。未來應(yīng)進一步總結(jié)PD患者腸道菌群失調(diào)的特點，以便早期篩查和診斷PD，做到早發(fā)現(xiàn)、早治療；同時應(yīng)深入研究腸道菌群對大腦功能及行為影響的具體作用機制及其在PD發(fā)病中的病理生理學(xué)作用，更好地應(yīng)用腸道菌群來改善大腦功能，延緩甚至阻止PD的發(fā)生和發(fā)展。此外，基于改善腸道菌群失調(diào)的治療策略，如FMT，能夠恢復(fù)腸道菌群的正常組成，改善胃腸道功能，減輕PD癥狀[37]，且不良反應(yīng)較小[40]，有望成為防治PD的有效措施。