撰稿 | AiBrain 内容团队 Yao

排版 | AiBrain 编辑团队

帕金森病（PD）是好发于中老年人的神经退行性疾病，其特征是黑质致密部（SNpc）中多巴胺能神经元的丢失，伴随着α-突触核蛋白（α-Syn）积聚的Lewy体。此外，肠道菌群失调也是PD的发病重要机制，PD患者的胃肠功能紊乱，肠道炎症，早在运动障碍发生之前就已经发生。然而，肠道微生物群中的哪些细菌种类在驱动PD发病仍然未知。

2022年12月21日，中国科学院深圳理工大学（筹）生命健康学院叶克强教授团队在Molecular Psychiatry上发表了题为“Helicobacter hepaticus augmentation triggers Dopaminergic degeneration and motor disorders in mice with Parkinson’s disease”的文章，阐述了在PD病理过程中，肝螺杆菌的累积可能通过激活AEP促进α-Syn病理和运动障碍。

为了消除饮食、药物、性别、年龄和地理位置对人类粪便样本中微生物差异的潜在影响，作者采用了PD小鼠模型，该模型用鱼藤酮处理以重建PD病理和运动缺陷。

鱼藤酮（常用来做杀虫剂或农药）作为一种经典的PD小鼠模型制备药物，前期口服鱼藤酮（5 mg/kg）的研究表明，它不会进入体循环或抑制肌肉或大脑中的线粒体复合物 I，仅作用于ENS并触发肠道神经丛中的α-Syn包涵体，逐渐通过迷走神经扩散到黑质（SN），导致多巴胺能神经元丢失和运动障碍。

为了确保鱼藤酮只影响胃肠道，作者通过口服更低剂量的鱼藤酮（2.5 mg/kg），并发现长期鱼藤酮处理会选择性地在肠道粘膜下神经丛特别是肠道TH阳性多巴胺能神经元中产生p-S129 α-Syn，同时还会引起严重的便秘。

之后作者收集了这些动物的粪便，使用 Illumina MiSeq 高通量测序平台对SNCA Tg和 SNCA/AEP KO小鼠粪便微生物组进行测序分析后发现，与对照组相比，在鱼藤酮处理的SNCA Tg小鼠粪便中拟杆菌属（Bacterodia），普氏菌和紫单胞菌（Provotella and Odoribactor families）以及罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）显著减少，但在SNCA/AEP KO小鼠中改变并不明显；此外作者发现颤螺菌属（Oscillospira）、毛螺菌科（Lachnospiraceae）、瘤胃球菌和肝螺杆菌（Ruminococcus gnavus和 Helicobacter hepaticus）数量在鱼藤酮刺激的两种小鼠品系中均有所增加。其中，肝螺杆菌多定植于小鼠小肠、盲肠和结肠，它会在IBD小鼠模型中诱发肠道炎症和结肠炎。

图1 SNCA和SNCA/AEP KO小鼠粪便中的微生物组分析揭示了微生物群落的改变

DSS是肠道中的炎症诱导剂，DSS诱导的慢性轻度肠道炎症加速了α-Syn突变体（A53T）PD小鼠的脑神经病理学和运动功能障碍。DSS启动α-Syn病理和神经炎症从肠道到大脑的逆行跨突触传播。

为了探索慢性DSS是否会诱发α-Syn病变和运动障碍，作者连续给予3个月龄的SNCA和SNCA/AEP KO小鼠0.5% DSS或水3个月，结果发现DSS可显著减少SNCA小鼠肠道中的TH阳性细胞，p-S129 α-Syn活性在肠道粘膜下层增加，结肠长度和排便频率显著下降和粪便的肠道通过时间显着增加，而这些影响在SNCA/AEP KO小鼠中未明显改变。

为了评估DSS处理是否改变肝螺杆菌丰度，作者对0.5% DSS处理的小鼠粪便样本进行了PCR分析，发现与对照与相比，SNCA小鼠的肝螺杆菌水平明显升高；相比之下，SNCA/AEP KO小鼠的细菌数量几乎没有增加。

图2 DSS诱导SNCA小鼠肠道便秘和PD样发病机制

与在肠道中观察到的相似，0.5%DSS处理SNCA Tg小鼠大脑SN中p-S129 α-Syn、α-Syn N103片段、caspase-3、AEP表达水平显著升高，TH表达水平显著下降，多巴胺能神经元丢失，行为学实验的旋转棒和筑巢测试发现DSS减少了SNCA小鼠的运动活动；通过Elisa定量分析显示，在两种品系小鼠的结肠和脑组织中，DSS明显增强了炎性细胞因子（包括 TNFα、IL6和IL-1β）的浓度；但是这些影响在SNCA/AEP KO小鼠中未有明显改变。

以上结果提示DSS诱导肠道菌群失调和肠道炎症以AEP依赖性方式导致PD病理学和运动障碍。

图3 PD患者FMT引起Abx预处理SNCA小鼠多巴胺能丢失、炎症和运动障碍

为了阐明肠道微生物群在PD和PD相关运动障碍发展中的因果作用，作者用抗生素混合物（Abx）预处理SNCA Tg和SNCA/AEP KO小鼠。1个月后，将来自3名PD患者和3名健康对照组的粪便样本通过口服每周两次施用到这些动物中，持续2个月。与健康对照相比，PD患者的FMT明显上调了SNCA Tg小鼠结肠和脑组织中的α-Syn、p-S129 α-Syn、AEP、α-Syn N103片段和caspase-3显著升高，TH蛋白表达水平显著减少，SNCA Tg小鼠出现明显便秘和抑郁的行为学样改变；这些影响在SNCA/AEP KO小鼠未有明显改变。

上述结果表明PD患者FMT通过AEP触发SNCA Tg小鼠的神经炎症，多巴胺能神经元变性，运动障碍和抑郁。

图4 活性肝螺杆菌引发Abx预处理SNCA小鼠多巴胺能神经元丢失、炎症和运动障碍

通过对鱼藤酮处理的SNCA Tg小鼠粪便的微生物组分析鉴定出肝螺杆菌，结合DSS处理SNCA小鼠后肝螺杆菌的富集以及PD患者肠道微生物群中肝螺杆菌的高丰度分布，表明肝螺杆菌可能在介导SNCA Tg小鼠大脑中的炎症和α-Syn病理学中起重要作用。

为了评估肝螺杆菌是否直接发挥致病作用，作者通过口服将无活性和有活性的肝螺杆菌接种到Abx预处理的SNCA Tg小鼠中。在两个月内分别在小鼠肠道和脑组织中检测到α-Syn、p-S129 α-Syn、AEP、α-Syn N103片段和caspase-3表达水平显著升高，TH表达水平明显下降，炎性细胞因子表达升高，运动能力下降以及便秘症状出现；但这些影响在 SNCA/AEP KO小鼠未有明显改变。

以上结果提示活性肝螺杆菌通过AEP诱发SNCA Tg小鼠神经炎症、多巴胺能神经元变性，运动障碍和便秘。

图5 活性肝螺杆菌引发SNCA小鼠PD病理和运动障碍

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