(下滑查看導(dǎo)語(yǔ)全文) 文章來(lái)源:河南醫(yī)學(xué)研究2018年2月第27卷第4期 作 者:孫根 朱紅燦 祝清勇 帕金森病(parkinson’s disease,PD)是一種常見(jiàn)于中老年的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病,嚴(yán)重影響患者的生活?PD的病理特點(diǎn)主要是α-突觸核蛋白(α-synuclein,α-syn)異常聚集形成路易小體(lewy bodies,LBs)?但近年來(lái)病理學(xué)研究發(fā)現(xiàn),腸道神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system,ENS)的α-syn聚集可早于PD的發(fā)病[1],同時(shí)臨床研究發(fā)現(xiàn)PD胃腸道癥狀往往早于運(yùn)動(dòng)癥狀的出現(xiàn)[2]?國(guó)外研究顯示腸道菌群失調(diào)可能引起腸道炎癥反應(yīng)[3],促進(jìn)多種炎癥因子的釋放,使α-syn發(fā)生錯(cuò)誤折疊[4]?故有學(xué)者認(rèn)為PD的早期發(fā)病可能起源于腸道[5]?本文就腸道菌群和帕金森病之間的關(guān)系進(jìn)行綜述,探討腸道菌群改變與PD發(fā)病的因果關(guān)系及作用機(jī)制,為PD的早期診療提供新的作用靶點(diǎn)和思路? 1 腸道菌群 微生物群落主要包括生活在消化道中的全部細(xì)菌?病毒?真菌和其他微生物等,腸道中的微生物總重約1.4kg,相當(dāng)于成人大腦的重量,其細(xì)胞數(shù)量是人類身體細(xì)胞數(shù)量的10倍,其基因是人類基因組的100倍以上[6]?腸道菌群結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,主要包括厚壁菌?擬桿菌?放線菌?變形桿菌4種,不僅有助于食物的能量收獲,對(duì)維持人體代謝?免疫?內(nèi)分泌等生理功能也有深刻影響,對(duì)人類生命至關(guān)重要?正常情況下,不同時(shí)期腸道菌群的數(shù)量和種類處于相對(duì)平衡的狀態(tài),故當(dāng)腸道菌群失調(diào)時(shí),機(jī)體會(huì)發(fā)生一系列變化[7]?最近國(guó)外諸多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究均證實(shí)腸道菌群與帕金森病?抑郁癥和焦慮癥等疾病密切相關(guān)[8]? 2 帕金森病 PD又稱震顫麻痹,臨床特征包括靜止性震顫?肌強(qiáng)直?運(yùn)動(dòng)遲緩和姿勢(shì)步態(tài)異常等典型運(yùn)動(dòng)癥狀和嗅覺(jué)障礙?胃腸道癥狀?情感障礙?認(rèn)知障礙和睡眠障礙等非運(yùn)動(dòng)癥狀,其中胃腸道癥狀是PD患者中最常見(jiàn)的非運(yùn)動(dòng)癥狀之一,嚴(yán)重影響患者的日常生活[9]?大量的流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)許多PD患者在得到診斷之前都曾飽受胃腸道疾病的困擾?典型的病理特征是黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性缺失和神經(jīng)元包漿內(nèi)α-syn形成嗜酸性包涵體即LBs[10]? α-syn是一種廣泛分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元蛋白,分子量為19kDa,由140個(gè)氨基酸殘基組成?α-syn的功能尚未完全清楚,學(xué)者推測(cè)可能與突觸可塑性和多巴胺能神經(jīng)遞質(zhì)傳遞有關(guān)?在生理?xiàng)l件下,α-syn可以維護(hù)突觸的功能,參與調(diào)節(jié)黑質(zhì)多巴胺的生物合成[11]?同時(shí),α-syn對(duì)細(xì)胞有保護(hù)功能,如對(duì)抗異常蛋白聚集并促進(jìn)其降解,幫助細(xì)胞對(duì)抗氧化應(yīng)激和熱應(yīng)激損傷等[12]? 3 腸道菌群與帕金森病 3.1 PD發(fā)病始自腸道 LBs是PD的診斷特征,主要由α-syn異常堆積形成,然而變性的α-syn是如何產(chǎn)生的,又是在何處產(chǎn)生?針對(duì)這一疑問(wèn),Braak[13]通過(guò)對(duì)110例α-syn陽(yáng)性患者標(biāo)本結(jié)合其臨床癥狀的研究,提出“Braak”假說(shuō):PD的病變始于迷走神經(jīng)背核,然后上行至中腦和大腦皮質(zhì)易感區(qū)域,經(jīng)由腦干向上進(jìn)展?但是該假說(shuō)并沒(méi)有明確PD的發(fā)病起始部位是否為迷走神經(jīng)背核?隨后Braak又提出“dual-hit”假說(shuō)[14],該假說(shuō)認(rèn)為某些毒素或病原體造成ENS的損傷,這種損傷通過(guò)迷走神經(jīng),進(jìn)入腦干向上發(fā)展,提示ENS可能是α-syn聚集的首發(fā)部位?有研究者[15]使用免疫組織化學(xué)連同注射示蹤劑的方法來(lái)分別測(cè)定肌間神經(jīng)叢和迷走神經(jīng)末端內(nèi)α-syn的表達(dá),推斷出PD病原體或毒素可能從ENS逆向轉(zhuǎn)運(yùn)至中樞神經(jīng)系統(tǒng)?另有一項(xiàng)研究[16]發(fā)現(xiàn)早期PD患者結(jié)腸內(nèi)存在α-syn結(jié)構(gòu),并通過(guò)對(duì)α-syn進(jìn)行免疫染色進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),在其臨床確診前α-syn已沉積2~5a?以上臨床病理學(xué)研究均支持Braak的觀點(diǎn)? 2015年Svensson等[17]進(jìn)行的一項(xiàng)研究再次為“Braak”假說(shuō)提供了新的證據(jù),研究者調(diào)查了15000例接受了胃部迷走神經(jīng)切斷術(shù)治療的患者,結(jié)果發(fā)現(xiàn)全截面迷走神經(jīng)切斷術(shù)治療的患者都得以避免發(fā)生PD,經(jīng)過(guò)20a的隨訪觀察,發(fā)現(xiàn)這部分人群發(fā)生PD的風(fēng)險(xiǎn)降低了50%,從而得出全截面迷走神經(jīng)切斷術(shù)與隨后PD風(fēng)險(xiǎn)降低相關(guān),而超選擇性迷走神經(jīng)切斷術(shù)對(duì)其影響較小?因此,Svensson等[17]提出了“PD的發(fā)病可能始于腸道,并通過(guò)迷走神經(jīng)傳播到大腦”的假說(shuō)? 3.2 腸道菌群是PD的潛在致病因素 近期Forsyth和Keshavarzian等[18-19]的研究表明,可能是腸道菌群而并非某些病原體或環(huán)境毒素造成ENS的損傷,引起PD在腸道中起病?腸道中的細(xì)菌及其產(chǎn)生的炎性細(xì)菌產(chǎn)物(例如脂多糖)通過(guò)增加腸道的通透性和細(xì)菌易位,引起胃腸道的局部及系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激反應(yīng),從而引發(fā)ENS中的α-syn積累[18,20-21]?同時(shí)小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)也可能會(huì)引起腸道通透性改變,并導(dǎo)致細(xì)菌易位增加,從而誘發(fā)炎癥反應(yīng)[22]?另外,腸源性脂多糖可以引起血腦屏障的破壞,從而促進(jìn)由上述環(huán)境因素觸發(fā)的黑質(zhì)神經(jīng)炎癥反應(yīng)和損傷[23-24]?Devos等[25]從PD患者的結(jié)腸活檢組織中發(fā)現(xiàn)促炎細(xì)胞因子(如TNF-α,IFN-γ,IL-6和IL-1β)水平的表達(dá)增加以及腸道神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的活化,這一病理學(xué)證據(jù)支持以上假設(shè)? 因此可以推斷出PD的發(fā)病機(jī)制可能是由腸道菌群誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激反應(yīng)引起或加劇的,這些炎癥反應(yīng)可以促進(jìn)腸道和腦中的α-syn錯(cuò)誤折疊和聚集或者通過(guò)增加的氧化應(yīng)激反應(yīng)(由于促炎細(xì)菌的增加)引起α-syn的細(xì)胞-細(xì)胞間轉(zhuǎn)移,促使多巴胺神經(jīng)元缺失,最終造成多巴胺(dopamine,DA)含量減少?雖然目前不能確定腸道菌群的變化與PD發(fā)病機(jī)制的因果關(guān)系,然而,通過(guò)脂多糖介導(dǎo)的機(jī)制,通過(guò)延長(zhǎng)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)和大腦的氧化損傷,可以確定腸道菌群及其炎性產(chǎn)物在多巴胺神經(jīng)元丟失中起重要作用[26]? 由于紋狀體和DA參與運(yùn)動(dòng)?情緒和認(rèn)知等PD的各種活動(dòng),國(guó)外研究者用無(wú)菌小鼠或大鼠(germ-free/gnotobiotic animals,GF)的動(dòng)物模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步推斷出腸道菌群可能通過(guò)影響紋狀體和DA兩個(gè)方面來(lái)參與PD的發(fā)病[27]?他們通過(guò)與對(duì)照組相比,發(fā)現(xiàn)GF小鼠紋狀體?腦干和內(nèi)側(cè)前額葉皮層中DA的轉(zhuǎn)換率降低;紋狀體的突觸可塑性和紋狀體基因表達(dá)降低;DA受體基因表達(dá)在海馬中顯著升高,而在紋狀體和伏隔核中降低[28]?GF小鼠的腦酪氨酸(DA前體)水平降低[29],小膠質(zhì)細(xì)胞活化減少,形成α-syn包涵體和運(yùn)動(dòng)缺陷[30]?與對(duì)照大鼠相比,GF大鼠在紋狀體?海馬和額葉皮層中的DA更新率降低[31]? 3.3 腸道菌群失調(diào)影響PD的進(jìn)展 Scheperjans等[32]對(duì)72例PD患者及健康對(duì)照組的糞便樣本用焦磷酸測(cè)序法,對(duì)其細(xì)菌16S核糖體RNA基因的V1~V3區(qū)進(jìn)行測(cè)序,發(fā)現(xiàn)PD患者糞便中的普雷沃氏菌屬的豐度較正常對(duì)照組平均減少了77.6%?同時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)的腸桿菌科與姿勢(shì)不穩(wěn)和步態(tài)困難的嚴(yán)重程度相關(guān)?腸桿菌豐度在姿勢(shì)不穩(wěn)和步態(tài)困難為主型的患者中高于以震顫為主型的患者?該研究結(jié)果表明腸道微生物在PD患者中發(fā)生改變,且與運(yùn)動(dòng)表型有關(guān)? Nielsen等[33]認(rèn)為胃腸道感染會(huì)加快PD的發(fā)展,慢性幽門螺桿菌(helicobacter pylori,HP)感染和胃炎會(huì)加快PD的發(fā)展,且這些病變與PD的運(yùn)動(dòng)癥狀相關(guān),而給PD患者服用根除HP的抗生素藥物則可以顯著改善其臨床癥狀?Okushin等[34]通過(guò)對(duì)102名PD患者進(jìn)行C13呼氣試驗(yàn)確定其是否感染HP,然后評(píng)估患者的運(yùn)動(dòng)癥狀,結(jié)果表明感染HP組運(yùn)動(dòng)癥狀較未感染HP組嚴(yán)重?以上研究均證明HP影響PD患者的病程發(fā)展,且與運(yùn)動(dòng)癥狀的嚴(yán)重度呈正相關(guān)? 2017年有研究者[35]為探究腸道生態(tài)失調(diào)是否與PD的進(jìn)展相關(guān),觀察36例PD患者腸道微生物群在2a內(nèi)的變化,最終得出:PD進(jìn)展過(guò)程中腸道細(xì)菌總數(shù)減少;相關(guān)性分析證實(shí):觀察的當(dāng)年,雙歧桿菌和脆弱類桿菌的低計(jì)數(shù)與2a內(nèi)UPDRS I評(píng)分惡化相關(guān);同時(shí),脆弱類桿菌的低計(jì)數(shù)與2a內(nèi)PD患者主動(dòng)性的減弱有關(guān)?此外,第2年雙歧桿菌的低計(jì)數(shù)與2a內(nèi)PD患者幻覺(jué)和妄想的惡化有關(guān)? 4 潛在治療方案 Daubner等[29]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)表達(dá)PD特征基因的實(shí)驗(yàn)小鼠的腸道微生物越來(lái)越少時(shí),其運(yùn)動(dòng)異常的趨勢(shì)越顯著降低?另一方面,短鏈脂肪酸會(huì)誘導(dǎo)小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化和α-突觸核蛋白的聚集以及運(yùn)動(dòng)特征的發(fā)生,而具有廣譜抗菌作用的抗生素米諾環(huán)素可改善這些變化?如果α-突觸核蛋白過(guò)度表達(dá)的小鼠被同時(shí)給予從PD患者體內(nèi)移植的人源化微生物群和從健康受試者體內(nèi)移植的微生物群,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組小鼠身體損害更嚴(yán)重?這些發(fā)現(xiàn)確定了幾種潛在的治療PD方法,包括使用短鏈脂肪酸拮抗劑?抗生素和微生物移植,但這些治療方案是否可行仍需時(shí)間去驗(yàn)證? 5 小結(jié)及展望 綜上所述,PD患者體內(nèi)菌群異常,腸道菌群改變與PD的發(fā)生和發(fā)展相互影響,腸道菌群可能通過(guò)引起或加劇炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng),促進(jìn)體內(nèi)多種促炎因子的釋放,使α-syn發(fā)生錯(cuò)誤折疊,引起多巴胺神經(jīng)元破壞或死亡,紋狀體內(nèi)多巴胺含量減少?因此從腸道菌群著手,關(guān)注ENS的生物標(biāo)志物,將有助于進(jìn)一步明確腸道菌群的變化和PD發(fā)病的因果關(guān)系,同時(shí)調(diào)節(jié)腸道菌群將可能成為今后治療PD的可行治療策略之一? 作者簡(jiǎn)介: |
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