糞菌移植在帕金森病治療中的作用研究進展

李亭 郭姍姍 李倩 盧敬釵 劉洋 張丹

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是以黑質多巴胺能神經元丟失和神經元細胞內α-突觸核蛋白異常折疊和聚集為主要特征的臨床常見疾病，在中樞神經系統退行性病中排第二位，且發病率不斷增加，20年后全球PD患者預計將增加1倍，人數超過1 000萬[1]。PD患者臨床除表現出典型的運動癥狀外，還有著甚至早于運動癥狀出現的胃腸道癥狀，特別是便秘。目前，PD的治療仍以多巴胺替代改善運動癥狀等為主，效果有限，對非運動癥狀無有效緩解，仍迫切需要對PD發病機制及治療手段等進行更加深入的研究。近年來，隨著腸道菌群失調對人體疾病影響的不斷研究，發現PD患者廣泛存在腸道菌群失調，而紊亂的腸道微生態可產生多種致病物質如短鏈脂肪酸，通過腸道菌群-腸-腦軸可影響到腦中多巴胺的合成，因而影響到PD的病生理發展及疾病預后，可能是PD發病的始動因素[2]。腸道微生物制劑移植即糞菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)已在許多臨床疾病治療上進行研究，且取得一定的療效，輔助治療PD雖缺乏特異性，但可通過促進恢復腸道菌群正常組成、重建腸道微生態，進而維持大腦穩態，起一定的神經保護作用，對改善患者遠期生存質量可有重要獲益。本文將對FMT用來輔助治療PD的相關研究進展進行 綜述。

1 腸道微生態與FMT

1.1 腸道微生態 腸道中含有人體最大最復雜的微生物群落，由上千種細菌及真菌、病毒等組成，數量達百萬億級，以埃希菌屬、鏈球菌屬、梭菌屬、擬桿菌屬、雙歧桿菌屬等構成正常菌群，與人體相互作用構成腸道微生態，參與機體免疫、代謝、營養支持等諸多病生理過程，并可與內外環境相互作用，調節機體健康和疾病狀態，當某些疾病引起菌群失調時通過FMT糾正紊亂的腸道菌群、構建新的腸道微生態可達到對某些疾病起到一定治療作用[3,4]。

1.2 FMT的應用 FMT是以經嚴格篩選后健康供體糞便中提取的菌群為基礎摻入微生物的代謝產物及天然抗菌物質等制成的腸道微生物制劑，通過鼻腸管移植、口服膠囊移植、內鏡下噴灑移植等方式移植到患者腸道重建腸道微生態的過程[5]，作為一種相對安全的治療方式，除對炎癥性腸病特別是潰瘍性結腸炎[6]、腸易激綜合征[7]等腸道疾病有重要的治療價值外，也給非酒精性脂肪性肝病[8]、代謝性疾病如肥胖[4]、自身免疫性疾病如自身免疫性胰腺炎[9]、中樞神經系統疾病[10]及腫瘤性疾病[11]等腸外疾病的治療提供新的研究方向，目前已被美國食品藥品監督管理局批準用于難辨梭狀芽胞桿菌反復感染的治療，治愈率可達90%左右[12]，但對多數疾病的治療還處于研究實驗階段，其治療機制、有效性、遠期受益及風險評估等尚不明確。

關于FMT治療有效的判定尚無統一標準，有學者認為患者移植后癥狀消失或移植后8周內癥狀沒有復發提示治療有效[13]。FMT在治療過程中也存在一定不良反應的發生，可能與宿主對移植糞菌的耐受性差等有關。此外，還有可能因移植物篩查不嚴引起移植后獲得性疾病。目前已知的癥狀包括發熱、腹痛、腹脹、腹瀉等，癥狀多較輕，可自行緩解。未來，關于FMT治療的有效性和安全性也是其研究中需關注的核心問題。

2 腸道微生態與PD相互作用機制

2.1 腸道菌群-腸-腦軸 腦內穩態的維持，除了腦內細胞內環境的穩定，也與腸道微生態有一定關聯，而腸道菌群-腸-腦軸就是這當中的橋梁，存在著腸道菌群與中樞神經系統間的雙向調節[14]。一方面腸道菌群及其代謝產物如短鏈脂肪酸可通過免疫、神經等方式影響中樞神經系統的發育及免疫細胞活動、調節血腦屏障的形成及保持其完整性、調節精神狀態及行為等；另一方面，中樞神經系統可通過內分泌、神經等方式影響到腸道的運動及腸道分泌功能等進而影響到腸道菌群的數量及組成[14-16]。腸道菌群-腸-腦軸調節功能的實現可能依賴于腸道菌群和腸黏膜上皮屏障、腸道的免疫系統及神經系統-迷走神經通路的相互作用[17]，而腸道微生態與腦穩態間相互作用的機制還需進一步研究。

2.2 PD對腸道微生態的影響 研究發現，大多數PD患者在表現出典型的運動癥狀前數年已出現便秘等胃腸功能障礙的前驅癥狀，提示了PD患者存在腸道菌群的失調[18]。進一步的研究分析發現，PD動物模型及患者腸道菌群中雙歧桿菌等“益生菌”相對豐度下降而促炎性細菌的相對豐度增加，菌群的失調及其代謝產物的異常導致腸道屏障功能破壞、抗炎能力減弱，增加炎癥發生的風險[19,20]。并且，PD患者腸道菌群失調還表現在普雷沃菌的減少、艾克曼菌的增加，前者產生的黏蛋白在維護腸道屏障完整性上發揮作用，而后者則通過分解黏液層破壞腸道屏障[21,22]。更有學者提出，PD患者腸道菌群變化主要表現在產生短鏈脂肪酸的細菌減少，這促進了α-突觸核蛋白在腸道的聚集，進而促進PD的發展[23]。α-突觸核蛋白為一小分子神經元蛋白，廣泛分布于神經系統，對神經突觸可能發揮保護作用。當α-突觸核蛋白在神經細胞內異常聚集和沉積時，可導致包括PD在內的突觸核蛋白病。以往研究已證實，PD患者血漿具有促進α-突觸核蛋白聚集的作用，這與血漿中利于α-突觸核蛋白磷酸化有關；且PD血漿促進α-突觸核蛋白聚集的能力很可能反映PD腦組織促進α-突觸核蛋白聚集的能力[24,25]。α-突觸核蛋白在黑質紋狀體的異常聚集可能通過自噬/溶酶體失調、突觸功能障礙、線粒體破壞、內質網應激和氧化應激等神經毒性途徑導致多巴胺神經元的變性、丟失，進而影響多巴胺的正常合成[26]?？偟膩碚f，PD導致了腸道微生態的紊亂，腸道菌群的組成和數量上存在顯著的改變。腸道菌群失調可能是PD發病的高危因素，盡管如此，目前證據尚不足以將菌群失調作為PD的早期診斷標志[2]，未來可對PD患者腸道菌群特征進行研究總結，成為早期易患人群篩查的參考指標。

2.3 腸道微生態對PD的影響 研究表明，PD患者腸道菌群組成改變與其運動表型相關，腸道中腸桿菌屬水平與姿勢不穩及步態困難的嚴重度呈正相關，表明腸道菌群組成對PD的運動癥狀有影響[27]。事實上，腸道菌群可通過腸道菌群-腸-腦軸影響到腦中多巴胺的合成[28]。另一項國內研究發現，PD患者與其健康配偶的腸道菌群在組成和豐度上存在不同，大腸桿菌屬和志賀桿菌屬的比與病程呈明顯負相關，丁曲霉屬和梭菌屬與認知障礙相關[29]。此外，在心理狀態方面，有焦慮癥狀的PD患者比無此癥狀的PD患者腸道中具有更高豐度的克拉維酸梭菌，中度抑郁的PD患者比輕度或無抑郁PD患者腸道中具有更高豐度的小克里斯滕森氏菌、雙胞梭菌及戊酸桿菌[30]。PD患者存在腸道菌群的失調，同時，失調的菌群可能引發炎癥誘導的α-突觸核蛋白錯誤折疊，積累在腸道黏膜和黏膜下神經纖維，以朊蛋白樣的方式通過腸道菌群-腸-腦軸在多巴胺能神經元異常聚集，促進PD的進展[19,20,31]。由此大膽推測，某些情況下導致的腸道菌群失調，產生的α-突觸核蛋白，通過多種途徑到達多巴胺能神經元并異常折疊聚集后，使巴胺神經元變性、丟失，多巴胺合成減少，可能是PD發病的始動因素之一。

關于PD胃腸道起源假說早在40年前Braak就已提出，并得到一定的驗證。他們通過尸體解剖發現，α-突觸核蛋白在PD患者腸道、黑質紋狀體內大量沉積，且在腸道的沉積可能早于黑質紋狀體，提示了PD最先受到侵害的部位可能在胃腸道，此時患者并無典型的臨床癥狀；接著胃腸道沉積的α-突觸核蛋白通過腸-腦軸傳遞到中樞神經系統并聚集、沉積，最終導致了PD等突觸核蛋白病[32]。之后的幾十年，相關學者熱衷于α-突觸核蛋白從胃腸道轉移到中樞神經系統的研究論證，證實了異常的α-突觸核蛋白最先聚集于胃腸道神經系統，并通過迷走神經向中樞神經系統傳遞[32,33]。腸道菌群紊亂可能是PD的潛在危險因素，早期從胃腸道組織中檢測是否存在α-突觸核蛋白異常聚集，可能成為早期診斷PD易患人群的關鍵證據之一[31]。

3 FMT輔助治療PD的應用

PD可引起腸道菌群失調，反過來失調的腸道菌群也可促進PD的進展，基于此，通過增加腸道益生菌數量、恢復腸道菌群正常組成、重建腸道微生態，在理論上對改善PD的非運動癥狀及運動癥狀可能起到一定輔助治療作用。鑒于口服益生菌乳制品、益生菌膠囊及某些抗生素有助于腸道正常菌群的重建，特將此亦歸為FMT治療方式之一。

3.1 益生菌對改善PD癥狀的影響 研究發現，通過給伴有便秘的PD患者飲用含益生菌的乳制品后，PD患者排便次數明顯增多[34,35]，胃腸道癥狀顯著改善，但運動癥狀的改善不明顯。在PD常規治療用藥多巴絲肼治療基礎上，通過給PD患者加用枯草桿菌三聯活菌調整腸道菌群后，不僅有效地改善PD患者的便秘癥狀及焦慮睡眠等心理狀態，還一定程度上增強了多巴絲肼的療效，促進了運動癥狀的改善[36]，提示了腸道菌群對于內源性多巴胺合成有重要作用。此外，PD患者在接受萬古霉素、甲硝唑等抗生素治療胃腸道癥狀后，隨著對腸道致病菌的抑制，腸道有益菌數量逐漸增加，正常的腸道菌群不斷恢復，不僅使PD患者的胃腸道癥狀得到有效改善，震顫等神經系統的運動癥狀亦有所減輕[37,38]，這些都提示了重建腸道微生態對改善PD癥狀的重要輔助治療價值。類似這種給予PD患者含益生菌乳制品、益生菌膠囊或某些抗生素后使PD患者運動及非運動癥狀得到一定改善的研究還有很多，然而，上述這些方式由于益生菌種類、組成以及數量等原因，只能有限地重建腸道微生態，因而治療的作用也受到局限，而FMT可以給PD患者提供更廣譜的益生菌。目前，對于通過FMT輔助治療PD的相關研究特別是機制研究還處于起步階段，需要大規模的循證醫學證據積累。

3.2 經結腸鏡 FMT治療PD的臨床研究 經結腸鏡下噴灑菌液的FMT方式可更加直接有效地重建腸道微生態，避免了胃液等對益生菌的破壞。Huang等[10]對1例伴便秘的老年PD患者進行結腸鏡下FMT后，患者便秘等胃腸道癥狀明顯改善，并且雙腿震顫在FMT治療后1周幾乎消失，但在FMT后2個月時右下肢復發，提示FMT對PD治療有效，且更適合伴有胃腸道癥狀的患者，但有癥狀復發的可能。薛劉軍等[39,40]先后對2例中老年PD患者進行結腸鏡下FMT治療，發現治療4周后患者便秘、心境障礙、睡眠質量等非運動癥狀均明顯改善，治療8周后震顫及運動遲緩等運動癥狀也明顯改善，提示FMT對PD治療的有效性，且可能成為特殊情況下替代多巴胺能藥物治療PD的手段。在此基礎上，薛劉軍等[41]又對FMT治療PD患者便秘的有效性及安全性進行研究，發現22例入組患者隨訪12周后，臨床總有效率為100%，且安全性高，僅有少數患者在前2周出現排氣增多、輕微腹瀉及腹痛等短暫不良反應，2周后上述不良反應均消失。同時患者的運動及其他非運動癥狀都有一定改善。薛劉軍團隊的研究同樣發現，FMT治療12周后，患者的運動癥狀會出現反彈[39,40]，暴露出FMT治療PD的時效性問題。因而在未來的研究中，需要建立通過改變FMT的單次菌液用量、治療頻次及周期等個體化治療方案以及合理的隨訪周期來解決癥狀復發的問題。

3.3 膠囊式FMT治療PD的臨床研究 國內一項研究中，采取口服“腸菌膠囊”的形式對患有腸易激綜合征的PD患者進行FMT治療，每周1次，連續治療3周，8周內連續隨訪結果表明PD患者胃腸道癥狀顯著改善，且安全性良好，無明顯不良反應[42]。這種膠囊形式的FMT對患者侵入性創傷小，患者痛苦少且依從性高。但該研究關于FMT對PD患者運動癥狀及心境障礙等非運動癥狀的改善是否有效還在隨訪觀察，需進一步的分析論證[42]。美國一項正在開展的臨床研究中，采取給患者口服糞菌凍干態膠囊的方式治療PD，評估患者運動及非運動癥狀的改善情況，并檢測治療前后腸道菌群多樣性及豐度改變。這種糞菌凍干態膠囊的安全性及有效性研究已在治療難辨梭狀芽胞桿菌反復感染的小鼠模型上取得很好的效果，但對PD患者還需大量前瞻性及隨機雙盲臨床研究[43]。

3.4 FMT治療PD的機制研究 腸道微生態紊亂誘導了腸道炎癥與氧化應激反應，減少了短鏈脂肪酸的產生，引起α-突觸核蛋白的錯誤折疊與聚集，通過腸-腦軸的傳遞、轉移，破壞黑質紋狀體正常功能，使多巴胺神經元丟失，最終造成多巴胺含量減少。從這個角度考慮，FMT治療PD的機制可能與減輕或抑制腸道炎癥與氧化應激反應、進而對神經系統進行保護有關[2,32]。

分子機制研究方面，Sun等[44]將正常小鼠糞菌移植到PD模型小鼠腸道后，PD模型小鼠腸道微生態紊亂得到改善，同時，中腦內多巴胺含量增加，提示FMT有助于PD的治療；并且，研究還發現FMT削減了中腦黑質中小膠質細胞的激活，減少Toll樣受體4/腫瘤壞死因子-α(toll-like receptor 4/tumor necrosis factor-α,TLR4/TNF-α)通路信號分子的表達，進而抑制了神經炎性反應。最近的研究也發現TLR4介導的炎癥通路在PD小鼠神經炎癥中起重要作用[45]，提示了TLR4通路在FMT治療PD中的作用。Vanessa等[46]研究發現，對6-羥多巴胺誘導的PD小鼠模型經口給予雙歧桿菌和乳酸桿菌復合制劑SLAB51后，有效保護了多巴胺神經元、改善了PD小鼠的運動障礙。進一步的研究發現，SLAB51可以調節腦中腦源性神經營養因子(brain-derived neurotrophic factor,BNDF)通路，增加神經保護蛋白水平，抵抗神經死亡，進而發揮神經保護作用[46]。并且研究還發現SLAB51可以恢復核因子相關因子2/血紅素氧化酶-1(nuclear factor erythroid-2-related factor 2/heme oxygenase-1,Nrf2/HO-1)通路的活性、抑制核轉錄因子-κB(nuclear factor kappa beta,NF-κB)激活，起到抗炎作用；通過降低脂質過氧化物起到抗氧化的作用[46]。同樣，對6-羥多巴胺誘導的PD小鼠模型經口給予不可吸收的復合抗生素后，可以發現PD小鼠腸道微生態重建后多巴胺神經元丟失程度有所減輕，紋狀體體內促炎因子環氧化酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)、白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)及TNF-α表達減少，進而改善了PD小鼠的運動障礙[47]。由于不同的研究所采取的FMT方式、移植菌群種類及組成等的差異，導致重建的腸道菌群亦各不相同，因而對FMT治療PD的分子機制研究會帶來一些不確定的干擾。目前關于機制的相關研究還太少，更無PD患者接受FMT后腸道、血液、神經系統等α-突觸核蛋白變化的直接研究，這些也給FMT治療PD的分子機制研究帶來更多的挑戰。

回歸到PD的主要病理特征—黑質多巴胺能神經元丟失和神經元細胞內α-突觸核蛋白異常折疊和聚集這一角度上，既然α-突觸核蛋白在黑質紋狀體的異常聚集可通過自噬/溶酶體失調、突觸功能障礙、線粒體破壞、內質網應激和氧化應激等神經毒性途徑導致多巴胺神經元的變性、丟失，進而影響多巴胺的正常合成引起PD，那么，通過靶向α-突觸核蛋白的產生、聚集、擴散等途徑，可能是未來治療PD的重要研究方向，具體的策略包括：(1)受體阻斷策略，其中假定α-突觸核蛋白受體可以被阻斷，從而抑制α-突觸核蛋白的擴散，α-突觸核蛋白擴散的減少也將減少了可用于聚集和破壞黑質紋狀體多巴胺神經元的數量；(2)使用特異性小分子來靶向α-突觸核蛋白聚集；(3)免疫治療；(4)通過增加自噬/溶酶體通量來增加α-突觸核蛋白的降解[26]。雖然目前關于FMT治療PD與α-突觸核蛋白變化的關系還不十分清楚，但給相關分子機制的研究提供了十分重要的方向。研究發現，PD患者腸道產生短鏈脂肪酸細菌的減少可促進α-突觸核蛋白在腸道的聚集，進而促進PD的發展[23]；而單鏈脂肪酸丁酸鈉可通過重組人自噬相關蛋白5(recombinant human autophagy related 5,ATG5)依賴和磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(phosphatidylinositol-3-kinase/protein kinase B/the mammalian target of Rapamycin,PI3K/Akt/mTor)相關的自噬途徑引起α-突觸核蛋白的降解[48]，因而可推測FMT重建腸道微生態后增加短鏈脂肪酸表達，通過自噬等途徑減少了α-突觸核蛋白表達進而發揮對PD的治療作用。當然關于短鏈脂肪酸對α-突觸核蛋白表達、聚集影響的相關研究還較少，機制亦不清楚，還需大量研究來分析論證FMT對短鏈脂肪酸、α-突觸核蛋白以及多巴胺的影響。

總的來說，上述這些分子機制研究還是一定程度上提示了抗炎、抗氧化、糾正短鏈脂肪酸等腸道益生菌產物表達、抑制α-突觸核蛋白對多巴胺合成的影響在FMT治療PD中發揮神經保護的重要作用，也反映出FMT對預防、治療或者輔助治療PD、延緩PD病情進展的重要價值。目前，關于FMT治療PD的分子機制研究還很少，FMT治療PD的安全性、有效性等問題還需進一步解決。未來也需建立起規范的適合PD患者的FMT治療路徑，使其可以真正成為阻止PD進展、改善患者生存質量的有效治療手段之一。

綜上所述，腸道微生態可通過腸道菌群-腸-腦軸與PD間建立密切的相互聯系。當腸道微生態發生紊亂，誘導了腸道炎性反應與氧化應激反應，引起α-突觸核蛋白的聚集與沉積，通過腸-腦軸的傳遞、轉移到多巴胺神經元而沉積，借助自噬/溶酶體失調、突觸功能障礙、內質網應激和氧化應激等神經毒性途徑破壞黑質紋狀體正常功能，使多巴胺神經元丟失，最終造成多巴胺含量減少，影響PD的發生發展。依靠FMT的生物干預方式，重建正常的腸道微生態，通過抗炎、抗氧化、糾正短鏈脂肪酸等腸道益生菌產物表達、抑制α-突觸核蛋白等機制發揮神經保護的重要作用，有效改善PD患者的非運動癥狀及運動癥狀，可能成為未來阻止PD進展、改善PD患者遠期生存質量的有效輔助治療手段。目前，關于FMT治療PD的相關機制還未完全闡明，仍需大量研究，α-突觸核蛋白這一PD發病的核心蛋白在FMT治療PD中的作用以及靶向α-突觸核蛋白治療PD將是今后研究的熱點。未來，除了關注FMT治療PD的分子機制外，更多的研究還應放在FMT如何更好地治療PD本身上，畢竟現在報道的相關臨床研究還很少，也暴露出FMT治療后PD癥狀復發等等問題，因此大量的臨床探索仍需努力，包括選擇更適合PD患者的菌群供體、制定更合理的治療策略如菌群組成、移植的菌群量、移植周期等等。與此同時，FMT所可能產生的尚未出現的不良反應及遠期風險也應引起重視。建立起規范的FMT治療PD路徑任重道遠，進一步科學嚴謹的多中心臨床隨機對照、雙盲實驗有待開展，從而對FMT治療PD的有效性進行科學驗證。