血漿短鏈脂肪酸及膽汁酸與認知和AD腦脊液生物標志物的關系

［摘要］ 目的

探討血漿中短鏈脂肪酸及膽汁酸與認知能力和阿爾茨海默病（AD）腦脊液生物標志物的關系。

方法 納入來自阿爾茨海默病神經(jīng)成像計劃（ADNI）的1 180例參與者作為研究對象，分別采用多元線性回歸模型和線性混合效應模型，分析丁酸、脫氧膽酸與膽酸的比值（DCA∶CA）、甘氨石膽酸與鵝去氧膽酸的比值（GLCA∶CDCA）與認知能力和AD腦脊液生物標志物β淀粉樣蛋白（Aβ）、總tau（t-tau）蛋白、磷酸化tau（p-tau）蛋白的橫向和縱向關聯(lián)。

結(jié)果 橫向分析表明，丁酸水平與簡易精神狀態(tài)檢查（MMSE）評分呈正相關（β=0.260，Plt;0.001），與Aβ水平呈正相關（β=0.231，P=0.024），與t-tau（β=-0.038，P=0.710）和p-tau（β=0.071，P=0.482）無相關性；DCA∶CA與MMSE評分呈負相關（β=-0.181，Plt;0.001），與Aβ（β=-0.070，P=0.126）、t-tau（β=0.042，P=0.325）和p-tau（β=0.051，P=0.229）無相關性；GLCA∶CDCA與MMSE評分呈負相關（β=-0.461，P=0.002），與Aβ（β=0.303，P=0.081）無相關性，與t-tau（β=0.415，P=0.016）和p-tau（β=0.440，P=0.009）呈正相關。縱向分析表明，血漿丁酸水平與MMSE評分呈正相關（β=0.223，Plt;0.001），與Aβ（β=-0.004，P=0.743）、t-tau（β=-0.005，P=0.064）和p-tau（β=0.001，P=0.892）無相關性；DCA∶CA與MMSE評分呈負相關（β=-0.067，Plt;0.001），與Aβ（β=-0.004，P=0.604）、t-tau（β=0.002，P=0.625）和p-tau（β=0.005，P=0.744）無相關性；GLCA∶CDCA與MMSE評分呈負相關（β=-0.274，P=0.001），與Aβ（β=-0.021，P=0.577）無相關性，與t-tau（β=0.004，P=0.879）和p-tau（β=-1.730×10-4，P=0.994）也無相關性。

結(jié)論 丁酸及膽汁酸可能是AD的潛在非侵入性生物標志物。

［關鍵詞］ 阿爾茨海默病；丁酸鹽類；膽汁酸類；生物標記

［中圖分類號］ R741.04

［文獻標志碼］ A

［文章編號］ 2096-5532（2024）05-0684-05

doi：10.11712/jms.2096-5532.2024.60.143

［網(wǎng)絡出版］ https：//link.cnki.net/urlid/37.1517.R.20241028.1049.004;2024-10-29 09：11：04

Association of plasma short-chain fatty acids and bile acids with cognitive performance and cerebrospinal fluid biomarkers in Alzheimer’s disease

YANG Xinxin， TAN Lan， ZHANG Wei

（Department of Neurology， Qingdao Municipal Hospital， Qingdao University， Qingdao 266071， China）

［Abstract］Objective To investigate the association of plasma short-chain fatty acids and bile acids with cognitive perfor-

mance and cerebrospinal fluid biomarkers in Alzheimer’s disease （AD）.

Methods A total of 1 180 participants from the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative were enrolled as subjects， and the multiple linear regression model and the linear mixed-effects model were used to investigate the cross-sectionaland longitudinal correlations of butyric acid， deoxycholic acid/cholic acid ratio （DCA∶CA）， and glycolithocholicacid/chenodeoxycholic acidratio （GLCA∶CDCA） with cognitive performance and AD cerebrospinal fluid biomarkers （β-amyloid （Aβ）， total tau （t-tau） protein， and phosphorylated tau （p-tau））.

Results The cross-sectional analysis showed that butyric acid level was positively correlated with Mini-Mental State Examination （MMSE） score （β=0.260，Plt;0.001） and Aβ level （β=0.231，P=0.024）， while it was not correlated with t-tau （β=-0.038，P=0.710） and p-tau （β=0.071，P=0.482）. DCA∶CA was negatively correlated with MMSE score （β=-0.181，Plt;0.001） and was not correlated with Aβ （β=-0.070，P=0.126）， t-tau （β=0.042，P=0.325）， and p-tau （β=0.051，P=0.229）. GLCA∶CDCA was negatively correlated with MMSE score （β=-0.461，P=0.002） and was not correlated with Aβ （β=0.303，P=0.081）， while it was positively correlated with t-tau （β=0.415，P=0.016） and p-tau （β=0.440，P=0.009）. The longitudinal analysis showed that plasma butyric acid level was positively correlated with MMSE score （β=0.223，Plt;0.001） and was not correlated with Aβ （β=-0.004，P=0.743）， t-tau （β=-0.005，P=0.064）， and p-tau （β=0.001，P=0.892）; DCA∶CA was negatively correlated with MMSE score （β=-0.067，Plt;0.001） and was not correlated with Aβ （β=-0.004，P=0.604）， t-tau （β=0.002，P=0.625）， and p-tau （β=0.005，P=0.744）; GLCA∶CDCA was negatively correlated with MMSE score

（β=-0.274，P=0.001） and was not correlated with Aβ （β=-0.021，P=0.577）， t-tau （β=0.004，P=0.879） and p-tau （β=-1.730×10-4，P=0.994）.

Conclusion Butyric acid and bile acids may be potential noninvasive biomarkers for AD.

［Key words］ Alzheimer disease; butyrates; bile acids; biomarkers

阿爾茨海默病（AD）是一種進行性神經(jīng)退行性疾病，也是最常見的癡呆癥之一。它導致大腦神經(jīng)元進行性變性和死亡，最終導致嚴重的認知障礙［1］。目前對 AD沒有有效的治療措施［2］，確定AD的潛在風險因素并進行早期干預非常重要［3-4］。多項研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物代謝物的組成和水平可能與AD病人的病情發(fā)展和認知能力下降有關，其對AD早期診斷和疾病進展監(jiān)測具有潛在價值［5-6］。目前，關于腸道微生物代謝物與AD之間關系的研究很少。本文探討短鏈脂肪酸及膽汁酸與認知和AD腦脊液生物標志物之間的關聯(lián)，并試圖確定腸道微生物代謝物與認知之間的關聯(lián)是否由AD核心病理介導。現(xiàn)將結(jié)果報告如下。

1 資料和方法

1.1 研究對象

本研究所使用的數(shù)據(jù)來自AD神經(jīng)成像計劃（ADNI）數(shù)據(jù)庫［7］。參與者的納入和排除標準與既往研究一致［8］。本文研究共納入了1 180例參與者的數(shù)據(jù)，隨訪時間為2005年至今，隨訪時間1.0～14.5年，平均（5.19±3.26）年。將受試者分為3組，認知正常組（CN組）：臨床癡呆評級（CDRSB）=0，簡易精神狀態(tài)檢查（MMSE）評分≥24分；輕度認知功能障礙組（MCI組）：CDRSB=0.5，MMSE評分≥24分；癡呆組（AD組）：病人CDRSB≥1，MMSE評分lt;24分［9］。3組均有可用的丁酸和膽汁酸水平檢測結(jié)果，以及認知和AD生物標志物數(shù)據(jù)，包括β淀粉樣蛋白（Aβ）、總tau（t-tau）蛋白和磷酸化tau（p-tau）蛋白水平。

1.2 腸道微生物代謝物分析

人血清生物樣本（ADNI樣本）由杜克大學提供，采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（UPLC-MS/MS）對其丁酸、脫氧膽酸（DCA）、膽酸（CA）、甘氨石膽酸（GLCA）和鵝去氧膽酸（CDCA）進行了定量分析，詳情請訪問http：//adni.loni.usc.edu。

1.3 認知評估

采用多個量表評估病人整體認知功能，包括蒙特利爾認知評估量表（MOCA）、簡易精神狀態(tài)檢查（MMSE）、CDRSB和阿爾茨海默病評估量表11項認知亞量表（ADAS-11）、阿爾茨海默病評估量表13項認知亞量表（ADAS-13）、阿爾茨海默病評定量表延遲詞語回憶分量表（ADAS-Q4），這些量表均在基線和隨訪時進行評估，其中MOCA和MMSE得分越高表示認知能力越好，ADAS和CDRSB得分越高表示認知能力越差。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用R 4.0.3和IBM SPSS Statistics 26軟件進行統(tǒng)計學處理。連續(xù)變量數(shù)據(jù)采用Kolmogorov-Smirnov檢驗分析是否正態(tài)分布，如果符合正態(tài)分布，以±s表示，組間比較采用單因素方差分析；如果不符合正態(tài)分布，以M（P25～P75）形式表示，組間比較采用Kruskal-Wallis檢驗。分類變量以百分率表示，組間比較采用χ2檢驗。使用多元線性回歸模型和線性混合效應模型評估基線時丁酸水平、DCA∶CA、GLCA∶CDCA與認知能力和AD腦脊液生物標志物Aβ、t-tau蛋白、p-tau蛋白的橫向和縱向關聯(lián)。剔除自變量極值（超過均值以上或均值以下3s）后，再次進行對數(shù)變換歸一化處理，所有變量均采用z尺度進行標準化。通過“l(fā)m”函數(shù)來擬合多元線性回歸模型，縱向數(shù)據(jù)通過“l(fā)me 4”包進行統(tǒng)計分析。基于“medium”“car” 和 “l(fā)m”包進行中介分析，探討AD核心病理是否介導了腸道菌群代謝物與認知之間的關聯(lián)，根據(jù)BARON等［10］的方法進行擬合。中介效應成立，必須同時達到以下要求：①腸道菌群代謝物與AD病理標志物顯著相關；②腸道菌群代謝物與認知水平顯著相關；③AD病理標志物與認知水平顯著相關；④在回歸模型中添加AD病理標志物時，腸道菌群代謝物與認知水平的關聯(lián)減弱。所有相關分析的協(xié)變量包括性別、年齡、教育程度、載脂蛋白E（APOE ε4）狀態(tài)。Plt;0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) "果

2.1 研究對象的特征

本文研究1 180例參與者中男655例，女525例；平均年齡（73.88±7.12）歲。CN組病人350例，MCI組644例，AD組196例。APOE ε4陽性病人占46.6%，3組APOE ε4攜帶差異有顯著性（χ2=85.86，Plt;0.05）。所有研究對象均接受了縱向隨訪。3組間性別差異無統(tǒng)計學意義（χ2=3.19，Pgt;0.05），不同認知水平各組間年齡、教育程度、MMSE得分、Aβ、t-tau、p-tau比較差異有統(tǒng)計學意義（H=18.51～535.97，Plt;0.01）；不同認知水平各組間丁酸水平差異無顯著性（H=5.26，Pgt;0.05），但進一步進行兩兩比較顯示，AD組與MCI組間丁酸差異有顯著性（Z=-2.27，Plt;0.05）；3組間DCA∶CA、GLCA∶CDCA比值差異有顯著性（H=37.11、15.22，Plt;0.01）。見表1、2。

2.2 丁酸水平、膽汁酸比率與認知和AD病理的橫向相關性

經(jīng)過對年齡、性別、教育程度和APOE ε4攜帶狀態(tài)調(diào)整，運用線性回歸模型研究血漿丁酸、膽汁酸比率與認知能力之間的關系。結(jié)果顯示，病人的丁酸水平與MMSE評分呈正相關（β=0.260，Plt;0.001），與Aβ水平呈正相關（β=0.231，P=0.024），與t-tau（β=-0.038，P=0.710）和p-tau（β=0.071，P=0.482）無相關性。DCA∶CA與MMSE評分呈負相關（β=-0.181，Plt;0.001），而與Aβ（β=-0.070，P=0.126）、t-tau（β=0.042，P=0.325）和p-tau（β=0.051，P=0.229）無相關性。GLCA∶CDCA與MMSE評分呈負相關（β=-0.461，P=0.002），與Aβ（β=0.303，P=0.081）無相關性，與t-tau（β=0.415，P=0.016）和p-tau（β=0.440，P=0.009）呈正相關。見表3。

2.3 丁酸水平、膽汁酸比率與認知和AD病理的縱向相關性

應用線性混合效應模型評估腸道微生物代謝物與認知能力之間的關系。縱向分析結(jié)果表明，血漿丁酸水平與MMSE評分呈正相關（β=0.223，Plt;0.001），與Aβ（β=-0.004，P=0.743）、t-tau（β=-0.005，P=0.064）和p-tau（β=0.001，P=0.892）無相關性；DCA∶CA與MMSE評分呈負相關（β=-0.067，Plt;0.001），與 Aβ（β=-0.004，P=0.604）、t-tau（β=0.002，P=0.625）和p-tau（β=0.005，P=0.744）則無相關性；GLCA∶CDCA與MMSE評分呈負相關（β=-0.274，P=0.001），與 Aβ（β=-0.021，P=0.577）無相關性，與t-tau（β=0.004，P=0.879）和p-tau（β=-1.730×10-4，P=0.994）也無相關性。見表4。

2.4 AD病理對腸道菌群代謝物與認知之間關聯(lián)的中介效應

采用10 000次自舉迭代的中介分析檢驗AD病理對認知的中介作用。橫向分析結(jié)果顯示，丁酸對認知的直接效應（β=0.016，P=0.001）、間接效應（β=0.003，P=0.022）和總效應（β=0.019，Plt;0.001）均有統(tǒng)計學意義；中介分析顯示，在總效應中，部分效應通過腦脊液Aβ進行傳遞。在丁酸與MMSE評分之間的關聯(lián)中，有16.37%的關聯(lián)是通過腦脊液Aβ介導的。GLCA∶CDCA對認知的間接（β=-0.004，P=0.011）和總影響（β=-0.015，P=0.037）均有統(tǒng)計學意義，但直接影響無統(tǒng)計學意義（β=-0.010，Pgt;0.05），表明GLCA∶CDCA與認知的關聯(lián)完全由p-tau和t-tau介導，其中介比例在26%～30%之間。見表5。

3 討 "論

本研究分析丁酸、GLCA∶CDCA、DCA∶CA與認知能力和AD腦脊液生物標志物Aβ、t-tau、p-tau的橫向和縱向關聯(lián)。結(jié)果顯示，丁酸水平與認知和Aβ水平顯著正相關，CDCA∶CA、GLCA∶CDCA與認知水平呈負相關，GLCA∶CDCA與t-tau、p-tau呈正相關，即次級膽汁酸與初級膽汁酸的比值越高，認知水平越低，提示高丁酸水平、高初級膽汁酸水平可能對AD早期病理變化有保護作用。

既往研究對糞便中丁酸鹽濃度分析顯示，CN和MCI參與者之間其差異無顯著性［11］。本文研究以ADNI數(shù)據(jù)庫納入人群為研究對象，研究血漿內(nèi)丁酸水平及丁酸與認知和AD腦脊液生物標志物的相關性，結(jié)果顯示，MCI和AD參與者之間各指標差異有顯著性，丁酸水平與認知水平及腦脊液Aβ水平呈顯著正相關。丁酸鹽作為腸道菌群產(chǎn)生的短鏈脂肪酸之一，是組蛋白脫乙酰酶的抑制劑，可減少促炎細胞因子的分泌［12］。有動物研究顯示，丁酸鹽可以通過抑制AD小鼠小膠質(zhì)細胞的過度激活和Aβ的積累改善AD小鼠模型的記憶功能［13］。這些研究結(jié)果提示丁酸鹽可能改善AD的病理狀態(tài)，為丁酸鹽治療AD提供了實驗依據(jù)。

初級膽汁酸包括CDCA和CA，由肝臟中的膽固醇合成，與甘氨酸或牛磺酸結(jié)合進入腸道后，由腸道細菌代謝將初級膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸。也就是說，CA轉(zhuǎn)化為DCA，CDCA轉(zhuǎn)化為GLCA。既往研究對AD病人血漿膽汁酸水平分析發(fā)現(xiàn)，與CN受試者相比，AD病人的血清CA水平顯著降低，而細菌產(chǎn)生的次級膽汁酸水平升高［13］。還有研究使用代謝網(wǎng)絡分析對病人死后腦樣本分析發(fā)現(xiàn)，AD組次級膽汁酸升高。本文研究在這些研究的基礎上，進一步證實了DCA∶CA、GLCA∶CDCA值與認知水平及AD生物標志物的相關性。但AD中特定的肝臟膽固醇和膽汁酸代謝變化尚不清楚，未來的研究應關注膽汁酸代謝與AD的關系。

本文研究仍有一些局限性。首先，本研究是一項觀察性研究，盡管盡一切努力控制混雜因素，但不能完全忽略藥物使用混雜因素的影響；其次，本文研究使用了部分短鏈脂肪酸和一些膽汁酸，而腸道菌群代謝物很多，因此未來的研究應包括這兩種代謝物以外的代謝物。

綜上所述，丁酸水平、部分膽汁酸比值與認知和AD病理相關;丁酸、GLCA∶CDCA與認知的關聯(lián)可能由AD核心病理介導，丁酸與初級膽汁酸可能是AD的一種保護因子。但其確切的病理機制仍需進一步研究，以確定預防和治療靶點。

［參考文獻］

［1］LANE C A， HARDY J， SCHOTT J M. Alzheimer’s disease［J］. Eur J Neurol， 2018， 25（1）：59-70.

［2］BRIGGS R， KENNELLY S P， O’NEILL D. Drug treatments in Alzheimer’s disease［J］. Clinical Medicine， 2016，16（3）：247-253.

［3］MANTZAVINOS V， ALEXIOU A. Biomarkers for Alzheimer’s disease diagnosis［J］. Current Alzheimer Research， 2017，14（11）：1149-1154.

［4］CHANG C Y， SILVERMAN D H S. Accuracy of early diagnosis and its impact on the management and course of Alzheimer’s disease［J］. Expert Review of Molecular Diagnostics， 2004，4（1）：63-69.

［5］HU X， WANG T， JIN F. Alzheimer’s disease and gut microbiota［J］. Science China Life Sciences， 2016，59（10）：1006-1023.

［6］SHABBIR U， ARSHAD M S， SAMEEN A， et al. Crosstalk between gut and brain in Alzheimer’s disease： the role of gut microbiota modulation strategies［J］. Nutrients， 2021，13（2）：690.

［7］WEBER C J， CARRILLO M C， JAGUST W， et al. The Worldwide Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative： ADNI-3 updates and global perspectives［J］. Alzheimer’s amp; Dementia， 2021，7（1）：e12226.

［8］VEITCH D P， WEINER M W， MILLER M， et al. The Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative in the era of Alzheimer’s disease treatment： a review of ADNI studies from 2021 to 2022［J］. Alzheimer’s amp; Dementia， 2024， 20（1）：652-694.

［9］AISEN P S， PETERSEN R C， DONOHUE M C， et al. Clinical Core of the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative： progress and plans［J］. Alzheimers Dement， 2010，6（3）：239-246.

［10］BARON R M， KENNY D A. The moderator-mediator variable distinction in social psychological research： conceptual， strategic， and statistical considerations［J］. Journal of Personality and Social Psychology， 1986，51（6）：1173-1182.

［11］NAGPAL R， NETH B J， WANG S， et al. Modified Mediterranean-ketogenic diet modulates gut microbiome and short-chain fatty acids in association with Alzheimer’s disease mar-

kers in subjects with mild cognitive impairment［J］. EBio Me-

dicine， 2019，47：529-542.

［12］SUN Y， ZHANG H W， ZHANG X， et al. Promotion of astrocyte-neuron glutamate-glutamine shuttle by SCFA contri-

butes to the alleviation of Alzheimer’s disease［J］. Redox Bio-

logy， 2023，62：102690.

［13］WEI H L， YU C Y， ZHANG C， et al. Butyrate ameliorates chronic alcoholic central nervous damage by suppressing microglia-mediated neuroinflammation and modulating the micro-

biome-gut-brain axis［J］. Biomedecine amp; Pharmacotherapie， 2023，160：114308.

（本文編輯 黃建鄉(xiāng)）

［收稿日期］2023-12-23; ［修訂日期］2024-02-17

［基金項目］國家自然科學基金重大研究計劃項目（822-71475）

［第一作者］楊新新（1998-），女，碩士研究生。

［通信作者］譚蘭（1961-），女，博士，主任醫(yī)師，博士生導師。E-mail：dr.tanlan@163.com。

張偉（1968-），女，博士，主

任醫(yī)師，碩士生導師。E-mail：jnzhangwei@126.com。