腸道微生態與帕金森病的相關性研究進展

王 倩，陳卓友

(南京醫科大學附屬常州第二人民醫院神經內科，江蘇 常州 213000)

帕金森病(Parkinson′s disease,PD)又稱震顫麻痹，多發生于50～60歲以上的中老年人，主要表現為靜止性震顫、肌張力升高、運動遲緩及姿勢步態異常等運動癥狀[1]。另外，PD還經常表現為各種非運動癥狀(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，其發生率是普通人的2倍多；而與正常男性相比，便秘(大便次數≤每周 3次)男性在6年內發展為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[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成變化與PD的關系[4]，但其具體病理機制，尤其是與PD起病及進展之間的關系，包括小膠質細胞活性變化、血腦屏障完整性改變、神經系統發育和神經遞質的產生等[5]尚未有定論。現就腸道微生態與PD的相關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嵴[6]。共同的胚胎起源提示，這兩個器官之間存在內在聯系。腦-腸軸是連接腸神經系統(enteric nervous system，ENS)與中樞神經系統(central nervous system，CNS)的動態雙向神經內分泌通路，它由ENS、交感及副交感系統、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節作用，還通過神經-免疫-內分泌的網絡調控方式相互作用，協同發揮調節作用，稱為菌群-腸-腦軸[8]。該軸主要包含以下4層[9]：第一層為ENS的局部調節，ENS由肌間神經叢和黏膜下神經叢組成，其運動神經元和感官神經元相互連接以執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節，它接收來自ENS及CNS傳遞的信息；第三層為CNS，當接收到關于內部或外部環境變化的信號時，CNS整合來自大腦和脊髓不同中心的各種信息，將調節信息傳送到ENS，或直接通過統一的神經系統和神經內分泌系統來調節平滑肌、腺體和血管；第四層由高級腦中樞組成，來自皮質和皮質下區域的信息向下傳遞到特定基底神經核的腦干核團。這種連接胃腸道和CNS不同水平的神經內分泌網絡是菌群-腸-腦軸功能的結構基礎。任何級別的神經控制紊亂均會影響腸道和大腦的功能，腸道通過迷走神經與大腦有直接的神經聯系，而細菌可以刺激ENS的傳入神經元。

1.2α-突觸核蛋白(α-synuclein,α-SYN)沿腦-腸軸傳播 PD的突出病理改變為中腦黑質多巴胺能神經元的變性死亡、紋狀體多巴胺水平顯著降低及黑質殘存神經元胞質內出現嗜酸性包涵體，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，尤其高表達于神經元的突觸前膜，調節突觸小泡的釋放[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、黏膜下神經纖維和腸道神經系統神經節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，則可能會發展為PD，說明異常的腸道α-SYN沉積早于中樞神經系統退行性病變的發生[13-14]。

ENS有2億多個神經元，被稱作“第二大腦”。在從胃腸道到腦的信息傳遞中，神經途徑占據最主要地位。其中，迷走神經是最長、分布最廣的一對腦神經。胃腸腔滲透壓、糖含量、黏膜損傷、細菌產物等信息即由迷走神經傳遞至CNS[15]。Braak等[16]在迷走神經背核發現LBs沉積，證實病理性α-SYN不斷侵犯鄰近的正常神經組織，并沿迷走神經逆向傳至腦干，到達中腦黑質前影響藍斑核和中縫核，進一步向上延伸累及黑質，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例接受迷走神經切斷術治療的患者進行調查發現，進行迷走神經干切除的患者在手術治療20年后發生PD的風險較部分切斷患者降低一半，說明PD的發生可能始于胃腸道，并通過迷走神經傳播至大腦。

Freeman等[18]研究發現，α-SYN的聚集及其在神經細胞中的內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可激活小膠質細胞的炎癥反應，并通過誘發神經炎癥及多巴胺神經元凋亡，最終導致PD的發生。有學者認為，腸道微生態的改變可引起腸道的炎癥反應，從而觸發α-SYN的錯誤折疊[19]。因此，腸道微生態變化為PD潛在的危險因素及可能的發病機制。

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，其中一些神經系統疾病可能出現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、神經發育、能量平衡、免疫調節、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，通過纖維發酵產生具有神經活性的短鏈脂肪酸(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節機體運動功能[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，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基因測序的研究發現，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基因的表達增加，這可能與PD相關的外周和中樞炎癥有關[29]。

此外，腸道菌群的組成隨年齡增長也發生明顯變化，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為病原菌增多，有益菌減少；變形菌增多，雙歧桿菌減少；產丁酸菌群(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(根據藥敏檢測選擇兩種抗生素+質子泵抑制劑治療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生[33]。SCFA經血液循環到達中樞，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，具有營養神經和抗炎的作用[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對神經再生基因有廣泛的影響，其抑制組蛋白去乙酰化酶活性，上調腦源性神經生長因子、膠質細胞源性神經營養因子等，并保護多巴胺能神經元[35]。有研究證實，無特定病原體小鼠大腦中的小膠質細胞成萎縮、不成熟狀態，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，而小膠質細胞是大腦固有免疫細胞中含量最豐富的細胞，執行吞噬作用、抗原呈遞、細胞因子的產生和激活炎癥反應應答等功能[36]。在補充SCFA后，未成熟小膠質細胞可常規成熟與活化，對炎癥和刺激產生響應，提示SCFA對神經保護具有正向作用[36]。

此外，腸道微生物產生的饑餓素也是許多代謝過程(能量代謝、神經免疫調節)的關鍵因子。饑餓素受體在大腦中均有分布，尤其在海馬、黑質、中縫核和腹側被蓋區有較高水平，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發揮保護作用。關于饑餓素在PD中作用的隨訪研究發現，酰基化的饑餓素能保護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纖維酸性蛋白表達[37]。因此，產生饑餓素的腸道細菌有望成為神經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皮細胞、星形膠質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血管單元[38]。這些屏障單元將CNS和體循環分開，使大腦微環境獨立于循環炎癥環境，微生物的代謝產物通過激活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反應，導致血腦屏障功能障礙，如腹膜內注射枯草桿菌產生的脂磷壁酸可增加循環中促炎性細胞因子(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，在外部環境和全身免疫系統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。有證據表明，與炎癥相關的分子包括細胞因子、活性氧類、基質金屬蛋白酶、血管再生因子等，與血腦屏障破壞相關[40]。

近年來研究發現，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及發育大腦中的Toll樣受體和NOD(nucleotide binding oligomerization domain)樣受體[41]。這一發現挑戰了微生物產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觀點。這一跨血腦屏障獨立轉運和隨后CNS免疫信號的發現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物可改善α-SYN過表達小鼠的運動障礙、增加小膠質細胞的激活和減少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系統損傷加重[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

除腸道菌群失調外，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。雖然腸道微生態環境對PD的發生、發展有重要作用，但目前關于腸道菌群紊亂與PD發病的因果關系尚未完全闡明。若腸道菌群改變為PD的潛在危險因素，這將為開發PD運動及NMS的微生態療法提供新思路，并對改善PD患者的生活質量及預后有重大意義。