腸道菌群成為帕金森病治療的新靶點

于 潔，李 琪，趙飛燕

（內蒙古農業大學乳品生物技術與工程教育部重點實驗室，農業農村部奶制品加工重點實驗室，內蒙古自治區乳品生物技術與工程重點實驗室，內蒙古呼和浩特 010018）

腸道作為人體最大的器官之一，寄居著數以萬計的微生物。這些微生物參與機體的各類活動，與機體的健康存在著密不可分的關系。近年來，關于微生物-腸-腦軸的研究正進行的如火如荼，大量研究表明腸道微生物可能是影響神經性疾病的關鍵物質，同時一些臨床研究結果顯示腸道菌群的改變與部分神經性疾病的臨床癥狀改善相關。

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一種常見于中老年人群的中樞神經退化性疾病，其行為特征具體表現為運動障礙、肌肉僵直、震顫等，除此之外還伴有癡呆、抑郁及胃腸道疾病等非運動性癥狀。1817年，英國醫生James Parkinson首次對帕金森病進行了詳細的描述，目前通常認為帕金森病與遺傳、環境、年齡等多種因素有關，但其確切病因至今仍不明確。多巴胺能神經元的退化和死亡是帕金森病的重要病理之一，而在近期研究中發現黑質中含-突觸核蛋白（-synuclein，-syn）的路易小體的形成也被認為是影響帕金森病發生與發展的重要病理。-syn是與帕金森病發病相關的常染色體顯性遺傳性帕金森病致病基因，大量動物實驗（基因突變（-syn基因上的和基因）和基因敲除（大腸桿菌的基因））證明-syn的過度表達會引起典型的帕金森病癥狀，而敲除致病基因可以改善神經元功能，減輕帕金森病癥狀。同時，Wallen等通過臨床試驗發現：基因變異的同時會調節syn的表達；條件致病菌的富集受到宿主基因型的調控，與帕金森病具有關聯性。研究表明影響帕金森病的基因（如）可能通過與菌群的相互作用，影響宿主帕金森病的易感性。值得注意的是，現在大多數的帕金森病患者在患病的同時會伴有便秘、腹痛、腹脹等胃腸道疾病，這些疾病癥狀可能在帕金森病患者出現運動癥狀前的5～20年便會存在。因此，腸道菌群與帕金森病密切相關。Horsager等將帕金森病分為身體優先型（自下而上）和腦優先型（自上而下）兩種亞型，本文針對身體優先型進行重點討論，從腸道菌群、帕金森病程和治療方法等方面進行綜述，總結當前研究中腸道微生物在帕金森病程中的作用。同時，對益生菌干預的新型治療方法進行討論，為帕金森疾病治療提供新的見解。

1 帕金森病與腸道菌群的關系

1.1 腸道菌群通過腸-腦軸傳遞α-syn影響帕金森病程

腸道被稱為“第二大腦”，通過神經、免疫和內分泌三大系統與大腦相互作用形成“腸-腦軸”。腸道微生物通過自身及其代謝物直接或間接參與腸-腦軸的交流網絡，影響帕金森病程。2006年，帕金森病可能起源于胃腸道的假說被提出：胃粘膜層的病原菌可能在特定條件下使-syn發生錯誤折疊和聚集，并通過一系列連續的投射神經元到達大腦，進而促進帕金森病的發生。由此，腸道菌群可能作為一個新的帕金森病治療靶點引起研究者的廣泛關注。Holmqvist等研究證明-syn可能通過迷走神經從腸道傳遞到大腦來引起運動障礙。隨后，Ahn等證實由syn和Tau蛋白在天冬酰胺內肽酶（asparaginyl endopeptidase，AEP）的作用下產生的-synN103和TauN368兩種片段復合物可以通過促進彼此的纖維化從腸道逆向傳遞到大腦，進而觸發黑質多巴胺能神經元的丟失，導致帕金森病的患病。表明-syn可能通過不同方式到達大腦導致患病，進一步證明了帕金森病與腸道菌群之間的密切關系。此外，2021年，Boehme等通過糞菌移植（fecal microbiota transplantation，FMT）將年輕小鼠和年老小鼠的糞便移植到衰老小鼠腸道中，發現年輕小鼠的糞便可以減輕衰老小鼠與年齡相關的認知行為障礙，表明腸道菌群的改變是影響退化性神經疾病的重要因素。Challis等發現將-syn的預制原纖維（preformed fibrils，PFF）接種到小鼠的十二指腸壁中可引起腸神經中致病性-syn聚集，破壞小鼠的腸神經連接，引起小鼠胃腸功能障礙、機體炎癥并使小鼠出現運動障礙。上述研究均為帕金森病起源于腸道提供證據，并且證明了腸-腦軸在帕金森病程中發揮著雙向調節的重要作用。

1.2 腸道菌群通過調節宿主免疫、代謝和腸道通透性影響帕金森病程

帕金森病作為慢性神經性疾病，其特征是小膠質細胞和星形膠質細胞被激活，產生大量的促炎因子，增加活性氧和氮形態（ROS/RNS），而促炎因子和ROS/RNS均會促進神經元和膠質細胞的凋亡，增加血腦屏障的通透性，加重腦損傷的程度。腸道微生物及其代謝產物可以通過調節免疫系統，進而影響局部、全身炎癥，腸道上皮屏障功能以及神經營養分子。帕金森病程中，腸道微生物扮演著“驅動者、延續者、調節者”的作用。在相關機理的探究中，Li等對313名受試者進行腸道菌群及菌群相關表位（microbiota-associated epitopes，MEs）的分析發現，氨基酸、異丙醇和丙酮酸的生物合成與腸道中一些特定菌（放線菌門和厚壁菌門）的豐度呈現顯著的相關性，腸道細菌可以通過調節炎癥標志物水平和驅動T細胞應答參與機體免疫。Zhou等使用MPTP誘導帕金森病小鼠模型后， 利用頭孢曲松鈉治療帕金森病小鼠，發現小鼠腸道中腸道致病菌（）的豐度下降，潛在益生菌（）的豐度升高，同時小鼠的機體炎癥得到顯著改善，具體表現為：腦中與炎癥相關通路的表達（TLR4、MyD88 和 NF-B）、星形神經膠質細胞和小神經膠質細胞的標志物表達下降，血清促炎因子IL-1、IL-6和TNF-的濃度降低。而小腸中IL-1的分泌與腸道中的菌群呈現相關性。表明腸道菌群也許可以通過調節帕金森病患者的機體免疫來影響帕金森病的病程。2021年，研究發現腸道中腸球菌含有酪氨酸羥化酶（tyrosine hydroxylase，促進L-酪氨酸生成多巴）和多巴脫羧酶（dopa decarboxylase，促進多巴轉化為多巴胺），并首次提出腸道是多巴/多巴胺產生的新場所。多巴胺的減少是帕金森病的病因之一，表明腸道菌群也可以直接合成一些神經遞質（多巴胺，去甲腎上腺素和血清素）和神經調節劑（氨基丁酸和短鏈脂肪酸）來影響神經網絡的健康。同時，還發現帕金森病患者腸道中擬球梭菌與柔嫩梭菌的豐度降低，腸道菌群產丁酸鹽的能力降低，而丁酸及其鹽類被證明與帕金森病患者的步態障礙評分和腸道屏障功能呈正相關。此外，Omenetti等研究發現腸道中共生細菌分節絲狀菌（segmented filamentous bacteria，SFB）誘導產生的Th17細胞具有維持腸道屏障完整性的作用。因此，腸道微生物可以通過調節宿主免疫、代謝和腸道通透性來影響帕金森病患者的身體狀況（表1）。

表1 帕金森病與腸道菌群的關系Table 1 Relationship between Parkinson's disease and intestinal flora

2 帕金森病患者腸道菌群特點

2.1 細菌

隨著測序技術的不斷發展，越來越多的科研工作者選擇將高通量測序等分子生物學手段作為研究腸道菌群多樣性的重要手段之一。基于大量測序數據的結果發現，與健康人相比，帕金森病患者的腸道菌群組成和結構發生了顯著變化，且處于疾病不同階段的腸道菌群也存在差異。

細菌是影響帕金森病程的主要腸道微生物。Wallen等基于人群數據發現帕金森病患者的腸道菌群并不是獨立變化的，而是存在一定關聯，首次提出條件致病菌的顯著增加是帕金森病患者腸道菌群失調的特點，并將帕金森病患者的菌群組成變化分為三類：第一類由、和組成，這些細菌常見于感染和慢性炎癥，被認為是條件致病菌；第二類由柔嫩梭菌屬、斯氏菌屬和丁酸梭菌屬等組成，它們常被認為與腸道中短鏈脂肪酸的產生相關；第三類則是由通常被認為是益生菌的乳桿菌屬和雙歧桿菌屬組成。同時，Cirstea等發現帕金森病患者腸道菌群的變化不是單個菌屬的變化，而是共豐度菌簇的變化，主要表現為與產生短鏈脂肪酸相關的細菌簇顯著減少，與腸粘膜降解有關的細菌簇顯著富集。這兩項研究結果表明帕金森病患者腸道中的細菌會伴隨疾病發生群體性的變化。

針對這些變化帶來的影響，Li等通過研究帕金森病患者與健康人的糞便菌群發現帕金森病的嚴重程度和持續時間與纖維素降解菌的數量呈負相關，與可能的致病菌呈正相關，這些致病菌可能減少短鏈脂肪酸的生成，產生更多外毒素和神經毒素，促進帕金森病程。除此之外，多項基于國內外帕金森病的大人群實驗和動物實驗也證實了帕金森病患者腸道中細菌多樣性增加，Akk菌屬、雙歧桿菌屬等增加；普氏桿菌、毛螺菌科和糞桿菌屬等減少。Akk菌屬是近幾年廣受關注的新興益生菌株，大量研究表明其可以改善糖尿病、結腸炎和肥胖等疾病。黏蛋白與腸道通透性和免疫反應等存在很強的相關性。Akk菌屬以黏蛋白作為能量來源，其在帕金森病患者體內數量的異常增加可能與腸屏障功能紊亂有關。普氏桿菌屬是腸道中的重要成員之一，參與腸道黏液層糖蛋白的分泌和短鏈脂肪酸的代謝。腸道中分解纖維素、產生短鏈脂肪酸的細菌減少可能導致促炎癥狀態，并與帕金森病患者的復發性胃腸道癥狀相關。除此之外，Tan等通過對200名受試者（104名PD患者，96名對照組）進行臨床表型及糞便代謝組分析，發現帕金森病患者腸道中短鏈脂肪酸等生物活性分子與對照組有顯著差異，短鏈脂肪酸水平的降低與帕金森病患者較差的認知能力和身體質量顯著相關。

同時，這些研究中也發現了不同的結果，比如相比于對照組，Qian等發現在中國帕金森病患者腸道中乳桿菌屬顯著降低，而Romano等發現帕金森病患者腸道中乳桿菌屬呈富集狀態。由此推斷帕金森病患者腸道中雙歧桿菌的增加可能與腸粘膜降解相關。因此，帕金森病患者腸道中乳桿菌和雙歧桿菌的升高是病理性升高還是克服微生態失調的補償機制仍有待研究。

2.2 真菌

除了對細菌的研究外，還有一些研究對帕金森病腸道中真菌進行了分析。2021年Wris等對59名受試者（34名PD患者和25名年齡匹配的對照）糞便真核生物微生物群進行對比分析發現，相比于對照組，PD組糞便中真核微生物群的-多樣性顯著降低，而-多樣性具有顯著差異；PD組地絲菌屬豐度顯著升高，曲霉菌屬/青霉菌屬、輪藻門/亞麻屬、未鑒別的后鞭毛生物（）、中3個屬的相對豐度顯著降低，表明帕金森病的發生伴隨著腸道真菌群落的改變，為帕金森病的研究提供了一種新的思路。但是也有研究提出，帕金森病患者腸道中真菌的負載量極低，且研究確定的屬大都來自于補充的飲食和環境，腸道真菌與帕金森病間無顯著相關性。因此，腸道真菌群落的改變是否對帕金森病疾病的發生與發展具有重要影響仍有較大爭議。

2.3 其他

此外，大量研究表明帕金森患者腸道菌群的豐度和多樣性顯著升高，這可能是小腸細菌過度增長（small intestinal bacterial overgrowth，SIBO），也可能與其本身的便秘狀態相關。SIBO的出現是由于腸道蠕動減少和腸道通過時間增加，表明SIBO可能是帕金森病的結果而非原因。便秘通常與結腸轉運時間的增加和糞便硬度具有直接聯系。腸道微生物與結腸轉運之間的機制和關系是雙向的，較短的轉運時間（腹瀉）有利于沖洗走一些生長緩慢的細菌，而較長的轉運時間（便秘）則與腸道中較低的養分利用率相關，該環境更適合生長速率慢或可以使用多種能源的細菌。這二者均會導致腸道炎癥和腸屏障完整性的缺失，加劇有害微生物的暴露，促進帕金森病的發生。未來需要更多研究來進一步證明SIBO和便秘在帕金森病中的作用。

3 益生菌對帕金森患者臨床癥狀的影響

目前國內外對于帕金森病的治療仍以藥物治療為主，例如：左旋多巴（FLZ）、多巴胺激動劑、多巴胺降解酶抑制劑等。Rekdal等發現腸道中的糞腸球菌可以將左旋多巴降解為多巴胺，隨后由進一步分解為間酪胺，從而降低藥物利用率并導致副作用。2021年，Wang等發現嗜酸乳桿菌僅可以增加腸道中左旋多巴的產生，而對左旋多巴轉化為多巴胺的過程并無顯著影響。FLZ是一種潛在的帕金森病治療藥物，可穿過血腦屏障，并在多種帕金森病動物模型中起到顯著的神經保護作用，目前正處于臨床1期試驗階段。Shang等研究發現使用抗生素干擾小鼠的腸道菌群可顯著降低小鼠血液中FLZ及M1（FLZ被腸道菌群分解的主要代謝產物）濃度，從而抑制了FLZ對帕金森病的改善作用。這些研究結果揭示了抗帕金森藥物治療效果隨時間減弱、副作用大的原因。運動治療可以作為一種輔助治療帕金森病的手段顯著提高帕金森病患者的運動障礙，但是帕金森病的患者大多集中于老年人，因此，尋找一種強度弱、效果好、副作用小的治療手段具有重要意義。在為數不多關于帕金森病的臨床研究中，多數結果都顯示益生菌可以顯著改善患者的腹漲、腹痛和糞便堅硬程度，同時增加自發排便頻率。且益生菌對患者胃腸道癥狀改善效果與藥物的效果基本一致，說明益生菌的確可以緩解帕金森患者便秘情況和提高患者的生活質量，因此可以考慮將益生菌作為帕金森病的輔助治療手段之一。

雖然早在2006年就有研究提出帕金森病與腸道菌群密切相關，但目前關于益生菌輔助治療帕金森病的相關研究仍然較少。Cassani等和Arichella等通過給帕金森病患者服用益生菌發酵產品12周和4周，發現益生菌發酵產品可以增加患者的排便次數，同時減輕腹痛、腹脹等癥狀。隨后，有研究者基于隨機對照實驗發現，補充復合益生菌12周可顯著降低患者MDS-UPDRS評分，同時顯著降低患者血漿中高敏C反應蛋白和丙二醛的含量，顯著增加谷胱甘肽的含量。2021年，Tan等發現與對照組相比，服用復合益生菌4周可顯著增加帕金森病患者每周的自發排便頻率，改善糞便堅硬程度和便秘患者的生活質量評分，但對患者糞便鈣衛蛋白水平無顯著影響，同時益生菌組患者對治療效果的滿意程度遠高于安慰劑組（益生菌組vs安慰劑組：65.6% vs 21.6%）。說明服用復合益生菌可以通過改善帕金森病患者的機體炎癥水平和抗氧化能力進而緩解疾病嚴重程度，是一種患者接受度高、治療效果更好的帕金森病輔助治療手段。值得注意的是，Georgescu等以老年帕金森病患者作為研究對象，探究了益生菌和曲美布汀對患者便秘及相關癥狀改善情況，結果顯示益生菌組患者腹痛和腹脹的發生率與曲美布汀組患者相同。綜上所述，服用益生菌發酵產品或直接服用益生菌均可以對帕金森病的臨床癥狀起到改善作用，且其對患者胃腸道癥狀的干預效果接近藥物治療水平。

此外，關于益生菌對患者機體炎癥因子的結果不一致，這可能與兩次試驗中的受試者、檢測樣本（血液和糞便）、干預時間、菌株組成以及其活菌數的差異有關（表2）。目前，益生菌與益生元相結合的方法是最新的MDS（帕金森病診斷標準）循證指南推薦的唯一“有效”和“臨床有用”的治療方法。因此仍需要更高質量、大規模和全面的隨機對照實驗驗證益生菌對帕金森患者炎癥水平的作用。

表2 益生菌輔助治療帕金森病研究進展Table 2 Research progress of probiotics in adjuvant treatment of Parkinson's disease

4 益生菌改善帕金森病的潛在機理

無論是益生菌聯合藥物治療或是單獨使用益生菌均對帕金森病具有顯著的改善作用。左旋多巴是帕金森病治療的主要藥物，進入機體后在小腸部位分解成多巴胺隨后通過體循環到達大腦，補充中腦部位的多巴胺信號，從而改善帕金森病癥狀。但隨著機體對左旋多巴抗性的逐漸增強，現在研究者們致力于尋找左旋多巴結合飲食、益生菌或其他藥物等來聯合治療的方式對帕金森病進行治療。

益生菌發揮作用的方式則更為復雜。一方面，益生菌自身及其代謝物可以影響帕金森病的發生和發展。Goya等發現枯草芽孢桿菌可以通過調節包括鞘脂代謝在內的幾種宿主代謝途徑抑制線蟲syn的聚集，從而改善帕金森病。

另一方面，益生菌進入腸道會改變腸道菌群的組成及豐度，通過增加有益菌和減少有害菌的方式來改善腸道環境。腸道菌群的正向調節會進一步激發其代謝物潛力，通過提高機體的免疫功能和抗氧化功能，進而改善帕金森病的神經炎癥。還有研究發現，服用益生菌可以改善腸屏障受損，降低腸道微生物因腸屏障受損進入機體引發感染的風險。除此之外，益生菌聯合藥物治療在帕金森病的臨床研究中也取得了很多成果。因此，益生菌以直接干預或輔助藥物治療的方式均可以改善患者帕金森病的癥狀，提高其生活質量，是今后帕金森病治療/輔助治療的有效手段。

總而言之，益生菌可以通過調節腸道菌群，降低炎癥、提高免疫和抗氧化能力、修復腸屏障等來改善帕金森病患者的臨床癥狀，相關機理如圖1所示。但是，并沒有研究將服用益生菌后腸道特定微生物的改變與患者體內具體的炎癥因子和免疫通路相關聯，缺乏對益生菌改善帕金森病更深一步的機理探究，需要更多研究進行補充。

圖1 帕金森微生物-腸-腦軸機理圖[1,21,46]Fig.1 Mechanism diagram of Parkinson's disease microbe-gut-brain axis[1,21,46]

5 結論與展望

綜上所述，帕金森的發病機制主要可以概括為三個方面：神經炎癥、-突觸核蛋白錯誤折疊和線粒體功能紊亂。腸道中特定微生物（如Akk菌、普氏桿菌和乳桿菌等）可以通過微生物-腸-腦軸參與影響這些過程。目前研究者們主要發現腸道菌群通過自身及其分泌的代謝物來調節機體炎癥、免疫、胃腸道功能等，對帕金森病具有重要影響，這使得腸道菌群可以作為帕金森病治療的新靶點。雖然提出了益生菌治療/輔助治療帕金森病的新方法，但研究所用的益生菌產品（益生菌、發酵乳、發酵乳飲料等）不同、菌種單一、機制不明，結論大都只是停留在現象的討論而缺乏因果水平上的探究，在未來需要進行更多研究來補充。此外，當前多數研究均是基于16S rRNA基因片段分析帕金森病患者菌群多樣性和功能變化，而基于16S rRNA手段預測獲得的功能信息具有一定的局限性。因此，若想更深層次對帕金森病進行探究，日后相關的研究需傾向于采用更高分類分辨率的多組學方法，結合受試者的詳細現象和基因分型，對腸道微生物及其代謝物如何與宿主相互作用并影響帕金森病的病因、癥狀和進展進行更為透徹的解析。

本文從腸道菌群與帕金森病的相關性論述了腸道菌群成為帕金森病治療新靶點的可能性。同時，總結了當前益生菌治療/輔助治療帕金森病這一方法的研究現狀和局限性，以期為帕金森病的治療提供新的參考。