Cell:帕金森病竟然是肠道微生物作怪?
2016/12/06
近日,来自加州理工学院的科学家们首次证实肠道细菌和帕金森病(PD)之间的功能联系。研究表明,肠道菌群组成变化,或是肠道细菌本身的改变,都可能对帕金森病中运动能力的恶化产生极大影响。这一研究发表于12月1日的Cell杂志上。


肠道菌群已经成为近年来最火爆的研究领域之一。越来越多的研究表明,肠道菌群可以与大脑相互作用,影响着我们的情绪、食欲甚至生物节律,一些精神疾病比如焦虑、抑郁、自闭、精神分裂及神经退行性疾病等都和肠道微生物密切相关。近日,来自加州理工学院的科学家们首次证实肠道细菌和帕金森病(PD)之间的功能联系。研究表明,肠道菌群组成变化,或是肠道细菌本身的改变,都可能对帕金森病中运动能力的恶化产生极大影响。这一研究发表于12月1日的Cell杂志上。

作为第二常见的神经退行性疾病,PD在全世界范围内影响着1000万人。其症状主要包括震颤,步行困难,大脑黑质中多巴胺能神经元的缺失,大脑和肠内的细胞出现α-突触核蛋白(α-Syn)的蛋白的聚集,脑内出现炎症分子等等。75%的PD患者都出现胃肠道功能异常,其中最主要是便秘。

人类肠道中居住着大量种类繁多的微生物,它们对免疫和神经系统的发育及功能都起着重要作用。70%的周围神经系统都存在于肠道中,肠道神经系统通过迷走神经与中枢神经系统直接相连。由于胃肠道问题通常在运动症状出现之前就已经发生了,并且大多是PD病例是由环境因素引起的,因此,研究人员推断肠道微生物可能是导致PD的罪魁祸首之一。

过表达α-Syn的无菌小鼠未表现PD症状

为了证实这一猜想,研究人员利用过表达α-Syn并表现出帕金森症状的小鼠。其中,一组小鼠具有复杂的肠道菌群;另一组则为无菌小鼠,在完全无菌的环境中繁殖,因此缺乏肠道细菌。研究人员测试两组小鼠的运动技能,发现无菌小鼠的表现明显优于具有完整微生物组的小鼠。这两组小鼠都过表达α-Syn,因此它们在基因上是相同的,唯一的区别就是肠道微生物群的存在与否,一旦移除微生物群,小鼠就具有正常运动技能,即使α-Syn过量表达。同时,帕金森病的典型症状也在无菌小鼠中都消失了,因此研究人员确定,肠道菌群在帕金森病症状中扮演着重要角色。


移植正常菌群、无菌、及移植PD来源菌群小鼠的PD相关症状。 图片来源:参考文献

SCFAs失衡调控神经炎症及PD症状

当肠道细菌分解膳食纤维时,它们产生短链脂肪酸(SCFA)的分子,例如乙酸盐和丁酸盐。以前的研究表明,这些分子也可以激活大脑中的免疫反应。因此,研究小组假设SCFAs水平失衡调控着大脑炎症和PD症状。事实上,当给无菌小鼠喂养SCFA时,它们中枢神经系统中的免疫细胞——小胶质细胞的细胞被激活。从而引发神经炎症,这一过程可以导致神经元损伤甚至死亡。研究表明,喂养SCFA的无菌小鼠表现出了运动障碍,并且PD相关脑区存在α-Syn聚集。

在最后一组实验中,研究人员从PD患者和健康对照组中获得粪便样本。和移植来自健康个体粪便样品的无菌小鼠相比,被移植PD患者肠道菌群样本的无菌小鼠表现出更强的PD的症状。并且,这些小鼠的粪便中含有更高水平的SCFA。

研究人员表示, 这些结果意味着肠道菌群的变化可能不仅仅是PD的结果,这是一个颠覆性的发现,需要进一步研究,但事实上,粪便移植的实验结果已经表明细菌是导致疾病的罪魁祸首。这一研究成果提示临床医生或许可以通过调控肠道菌群及其代谢产物来治疗帕金森病。

参考资料:

Gut Microbiota Regulate Motor Deficits and Neuroinflammation in a Model of Parkinson’s Disease

Parkinson's disease linked to microbiome
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  • Gut Microbiota Regulate Motor Deficits and Neuroinflammation in a Model of Parkinson’s Disease

    The intestinal microbiota influence neurodevelopment, modulate behavior, and contribute to neurological disorders. However, a functional link between gut bacteria and neurodegenerative diseases remains unexplored. Synucleinopathies are characterized by aggregation of the protein α-synuclein (αSyn), often resulting in motor dysfunction as exemplified by Parkinson’s disease (PD). Using mice that overexpress αSyn, we report herein that gut microbiota are required for motor deficits, microglia activation, and αSyn pathology. Antibiotic treatment ameliorates, while microbial re-colonization promotes, pathophysiology in adult animals, suggesting that postnatal signaling between the gut and the brain modulates disease. Indeed, oral administration of specific microbial metabolites to germ-free mice promotes neuroinflammation and motor symptoms. Remarkably, colonization of αSyn-overexpressing mice with microbiota from PD-affected patients enhances physical impairments compared to microbiota transplants from healthy human donors. These findings reveal that gut bacteria regulate movement disorders in mice and suggest that alterations in the human microbiome represent a risk factor for PD.

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