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目前帕金森病（Parkinson′s disease，PD）的前驱期因欠缺标志物而造成对病情判断的困难。PD具有很多先于其症状表现之前的肠道共患病如便秘、肠道炎症等。这些疾病的发生与肠道菌群的增殖代谢紧密相关，或是肠道菌群的原发改变诱导了PD共患病的发生，或是治疗过程中药物的作用影响了肠道菌群及其代谢从而影响了PD的共患病。本文根据近年研究综述了PD的肠道菌群标志物研究进展，阐述肠道菌群作为PD进程的一项标志物在临床上的作用，并展望粪菌移植（fecal microbiota transplantation，FMT）在干预PD上的效用。
帕金森病（Parkinson′s disease，PD）作为一种常见的神经退行性疾病，以颤抖、僵硬、行动迟缓为主要症状，其病变以黑质致密部多巴胺能神经元损害和在残存神经元细胞质中出现含有α-突触核蛋白（α-syn）的路易小体（Lewy bodies，LB）为特征，在普通人群中的致病率为1‰ ~ 2‰。随着病情的发展，会出现姿势不稳、跌倒、震颤等运动障碍。PD还存在很多非运动障碍如便秘、肠道炎症反应、神经退行性功能障碍等，这些障碍往往早于或者伴随运动障碍出现［1］，提示着与这些障碍直接相关的肠道菌群与PD存在着某种关联。肠道菌群是一个以细菌为主的高度复杂群落，参与并维持了宿主胃肠道和各组织系统的稳态。大量研究表明，肠道的初发病机制可能会导致前驱性PD亚型的发展［2］，在PD表现出其主要特征之前首先发生的就是肠道菌群的改变。在PD高风险人群中，通过肠道菌群标志物的测定可以间接预测PD的风险及进程，及早反应作出干预具有一定意义。
1 肠道菌群的改变作为PD发展的环境风险因素PD的发展是由遗传和环境变量混合驱动的。鉴于只有不到10%的病例可归因于某些遗传因素，确定PD的环境风险因素很重要［3］。AHO等［4］发现PD发展较快的患者中普雷沃氏菌的丰度降低，提示肠道菌群和PD临床表型间的关联；HUH等［5］发现奇异变形杆菌的特定毒力因子——HpmA可以与α-syn相互作用，可能作为奇异变形杆菌诱导的脑神经退行性疾病的指标。黄东泉等［6］提出PD患者病程与阿克曼菌（AkkⅠ）的丰度和血清尿酸水平呈负相关。联合患者肠道低AkkⅠ丰度和低血清尿酸水平指标，可作为PD早期诊断的新型生物标志物。此外，一些研究结果［7］显示非震颤亚型PD患者的类杆菌丰度比震颤亚型患者更高。这表明不同症状的PD患者或者是不同阶段的PD患者肠道中的菌群发生了丰度的改变。最早在2003年，BRAAK等［8］通过对PD患者的尸体进行病理解剖，提出了“PD起源于肠道”这一假说，即α-syn最早出现在肠神经系统，经迷走神经纤维逆向运输至中脑黑质及大脑皮质。数十年来，该假说备受争议。近来，CHANDAR等［9］发现了表达人α-syn的小鼠肠道类器官中，α-syn从上皮细胞转移到共培养的nodose神经元。并指出在表达人α-syn但不表达小鼠α-syn的小鼠中，在肠道、迷走神经和背侧运动核中出现了α-syn神经元纤维模板活性，在肠上皮细胞限制性表达病理性人α-syn的转基因小鼠中，α-syn原纤维模板活性转移到迷走神经和背侧运动核。KIM等［10］通过实验证实了截断迷走神经成功可以阻止了α-syn由肠向脑的扩散。阑尾作为肠道微生物的一个仓库，聚集有大量的α-syn。KILLINGER等［11］通过对大人群长期的健康记录分析，发现了切除阑尾能够降低患PD的风险。GOYA等［12］报道了古草芽胞杆菌PXN21能够抑制α-syn的聚集并且能清除已经建立起的秀丽隐杆线虫突触核蛋白模型中预先形成的聚合物，表明α-syn与肠道菌群之间存在一定联系，为α-syn在PD患者肠道中得以累积，并通过脑-肠轴运送到大脑黑质发生聚集引起一系列症状提供了证据。徐晓峰等［13］通过脑纹状体注射α-syn预成型纤维建立的PD模型小鼠黑质及结肠中多巴胺受体D1（dopamine receptor D1，D1DR）、黑质致密部酪氨酸羟化酶（tyrosine hydro-xylase，TH）表达降低，为结肠活检应用于评估早期PD患者中枢神经病理提供了实验基础。由此可见，肠道中的α-syn能够称为PD的一种风险因子，而与α-syn有关的环境隐私——特定种类肠道菌群如类杆菌、奇异变形杆菌的丰度具备作为PD肠道标志物的潜力。
存在共患病差异的PD患者间也表现出了肠菌丰度的差异。焦虑和抑郁是PD患者中常见的情感障碍，ALIFIROVA等［14］的研究发现，小克里斯藤森氏菌和缬草杆菌的丰度在同时患有抑郁的PD患者中更高，而有焦虑症的患者具有更高的克拉氏梭菌丰度。FU等［15］对PD患者的便秘因果作用的探究中，发现便秘患者与非便秘患者的细菌差异有统计学意义的18个属和7种，其中有9个属4种细菌可以产生短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）而避免便秘的发生。李淑华等［16］对我国近十年（2013 - 2022年）的PD研究进展进行了回顾与展望，其中通过对PD患者血液和肠道中的SCFAs进行对比发现患者血清中丙酸、丁酸、己酸低于对照组，而丙酸的水平又与帕金森综合评分量表3.0版（UPDRSⅢ）中的简易精神状态量表得分呈负相关，提示肠道微生物衍生的SCFAs通过血液循环影响PD症状；并且总结埃希氏菌属/志贺氏菌属与疾病的持续时间呈负相关，多尔氏属和考拉杆菌属与左旋多巴等剂量呈负相关，强调肠道菌群的改变要早于PD行为学改变和病理学改变。小肠细菌过度生长（small intestines bacterial overgrowth，SIBO）的PD患者往往同时存在非运动型共患病如胃肠道功能障碍等。HEINTZ-BUSCHART等［17］比较了PD及其先证型特发性快速眼动睡眠行为障碍患者的肠道微生物区系，发现在疾病进展过程中，肠菌的丰度也呈现出趋向性改变。上述研究共提示PD患者肠道菌群的变化与其共患病的关联，肠道菌群可能是共患病间的媒介，PD与抑郁、焦虑、便秘及其他一些PD前驱性疾病间通过肠道菌群进行联系。由此可见，当患者发生一些常见的PD共患病时，通过肠道菌群代谢物的检测可以初步对PD的环境风险判断。
2 PD患者中肠道菌群具有某些标志性反应2.1 肠道菌群的分解代谢作用及其致病机制
2.1.1 炎症反应及其代谢物可作为PD的前驱标志 PD患者往往会同时发生一系列的炎症反应如神经炎症、胃肠道炎症等，这与患者肠道的微生物生产的促炎代谢产物有着紧密联系。张卓尔等［18］提出了PD细胞模型诱导炎症和细胞凋亡的机制。慢性应激会导致肠道屏障的破坏和肠道菌群失调，并导致PD的病理恶化。据此，DODIYA等［19］使用不可预测的慢性束缚来诱导应激并结合低剂量口服鱼藤酮来对PD小鼠模型中的脑肠轴进行探索，从动物实验上证实了炎症反应与PD的联系。VOIGT等［20］在对比了PD患者与健康人的肠道，发现PD患者体内氧化三甲胺（trimethylamine-N-oxide，TMAO）水平显著升高。α-突触核蛋白多肽构象会导致路易小体产生，增加PD发生和恶化风险，而肠道菌群的代谢产物氧化三甲胺（trimethylamine-N-oxide，TMAO）可作为渗透调节剂稳定α-突触核蛋白多肽构象，提示当代谢产生TMAO的肠道菌群复降低时，患PD的风险会相应增加。
微生物代谢物中同时存在有抑炎产物，如前文提到的SCFAs（乙酸、丁酸和丙酸等）和支链脂肪酸等。VOIGT等［20］还同时检测了PD患者的抗炎代谢产物丁酸相对健康人群显著下降，表明与PD相伴的炎症反应标志物丁酸在PD进展中也具有标志作用。AHO等［1］对比了PD患者于对照组的粪便及血浆样本发现患者的SCFA减少所致炎症反应主要集中在肠道，而在血浆炎症谱中并没有反映，同时研究表明了粪便中SCFAs含量与PD的发病及症状严重程度相关，提示早期PD患者中普遍存在肠道炎症反应与降低的SCFAs水平相互联系，而降低的SCFAs主要是直接通过肠道菌群的改变实现的，由此可见，肠道菌群的改变很有可能先于PD发生。有研究［21］表明PD患者中血浆肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α［21］， TNF-α）和TNF-γ水平比健康人高，并表现出与肠道中类杆菌之间的相关性，这说明了PD患者体内的微生物群与能导致PD发展的全身炎症反应有关。ROSARIO等［22］则从其他一些代谢性疾病方面为预测PD提供了证据。ROSARIO等［22］通过宏基因组学和血清代谢组学研究了PD患者的肠道微生物群，并通过分析显著改变的肠道微生物产生的碳水化合物活性酶的功能，发现微生物降解PD中黏蛋白和宿主聚糖的能力增强了，加重了PD患者疾病的程度和胃肠功能障碍，在这个过程中起主要作用的菌群主要由肠道中减少的杆菌属引起。ROSARIO等［22］还通过个性代谢模型观察到了PD患者中普遍存在叶酸缺乏和高同型半胱氨酸血症。
综上所述，肠道菌群变化引起的炎症和一些代谢性变化疾病能够作为前期PD的标志性疾病。尽管该反应不具有特异性，但当具有PD家族史的人群在PD高发年龄时产生频发相应疾病对患者而言标志着一种预警信号。
2.1.2 其他常见的代谢途径及产物具有作为PD标志物的潜力 BALDINI等［23］通过使用微生物组数据和人类肠道微生物基因组规模代谢重建的个性代谢模型，揭示了PD患者的微生物代谢产物与PD的特定非运动症状存在关联，如黄嘌呤、L-丙氨酸、L-乳酸、D-核糖的净最大生产能力与便秘呈现正相关，并表明这些微生物组的变化与左旋多巴、单胺氧化酶B（monoaminooxidase B，MAO-B）等药物的影响均不相关。变形菌门嗜胆菌属的增多和Hoehn-Yahr得分呈现出正相关［23］。嗜胆菌属过度增长中存在促炎作用，且该菌能通过丙氨酸氨转移酶将具有神经保护作用的抑制性神经递质牛磺酸作为能量。在个性代谢模型中发现，嗜胆菌是唯一能够利用牛磺酸产生ATP的菌属，而PD患者微生物群中丰富了这种特定的代谢功能，使PD患者的硫代谢途径发生转变，又因为牛磺酸结合胆汁酸会产生相应的运动症状［24］，所以嗜胆菌及其改变的硫代谢途径也可以称为PD的一种危险因素。PD患者中导致神经变性的机制如线粒体功能障碍和氧化应激与脂质代谢有关，而且PD患者血清中较高的脂质水平与PD的低患病率有关［25］。TRABJERG等［26］研究了肉碱棕榈酰转移酶1（carnitine palmitoy1，CPT1）参与脂质调节的作用，指出具有CPT1缺陷突变的小鼠发生了肠道微生物群的变化，具体表现为已被证实与肠道通透性和PD严重程度相关的阿克曼菌群在缺陷突变体中较少，且表明了PD脂质代谢发生变化可能是微生物群变化的直接结果。TRABJERG等［26］强调了脂质代谢与PD间联系的一个关键节点即CPT1的活性，为细化研究更多代谢途径提供了可能和价值。氢气被证实在包括PD的多种疾病中具有潜在的保护和治疗作用，肠道菌群中球形芽孢杆菌（Blautia coccoides）、淡色梭菌（Clostridium leptum）产生的氢气最多，那么肠菌产生的氢气可作为PD发生发展的标志物［27］。肠源性肝代谢紊乱的角度也为PD的预防和治疗提供思路，产酸菌群相对减少（普拉梭菌等）、产氨菌群（变形杆菌、大肠杆菌、粪球菌等）相对增加导致血氨升高，与PD发病呈正相关［28］。
以上对特定种类肠道细菌的代谢路径研究共同提示了这些菌群在PD进展过程中某一个特定节点上的作用，通过对代谢物的特异性分析，对于判断PD进展具有重大意义。
2.2 肠道菌群对PD遗传效应的影响 肿PD还有一个病理特征是黑质铁积聚。铁管理蛋白高铁（high iron，HFE）通过转铁蛋白受体-1调节铁的摄取，防止大脑中铁的累积。H63D是常见的HFE基因突变体，为神经退行性疾病的相关调节剂。NIXON等［29］建立了一个百草枯诱导的PD小鼠模型，在模型中敲入了新开发的H67D（H63D变体的小鼠同源物）基因，发现H67D HFE小鼠的黑质L-铁蛋白水平相对于WT型小鼠显著提高，这说明该基因能够使铁隔离防止细胞损伤的发生，同时发现了H67D小鼠中产碱的厚壁菌门细菌总体上增加，从而减少铁的来源，即从源头上减少了铁在相关脑区的聚集，并缓解了相应基因表达的压力。在另一个小鼠实验中，SINGH等［30］发现敲除参与PD保护的伴侣蛋白DJ-1的基因（PAPK7）会使小鼠发生肠道微生物群落特征失调，厚壁菌与拟杆菌的比值显著下降，尽管两个特定属/种即阿里斯蒂菌属（Alistipes）和里肯菌属（Rikenella）的显著增加，但其他绝大多数的菌属都呈现丰度下降的趋势，这与MINATO等［31］指出的肠菌下降相一致，共同论证了肠道菌群与PD的发生存在相关性。GARDAI 等［32］还发现敲去DJ-1基因会使小鼠胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）的表达显著增强，导致肠道通透性增加并有可能导致全身炎症等PD共患病的发生，这可能是因为细菌蛋白与宿主组织抗原发生了交叉反应。DJ-缺失小鼠的粪便和血清中大多数的氨基酸（包括酪氨酸和苯丙氨酸等）趋于下调，它们水平的降低可能会对多巴胺合成产生直接影响。富含亮氨酸重复激酶2（LRRK2）基因是散发性帕金森病（sPD）的主要影响风险基因，LIANG等［33］研究发现大肠杆菌在LRRK2 R1628P小鼠中触发α-syn病理机制，LRRK2突变抑制α-syn自噬降解，并导致大肠杆菌来源的胞外囊泡curli引起的α-syn磷酸化增加。
在XIE等［34］做的临床对照研究中同样有相关证据体现PD的遗传效应和肠道菌群产生联系。研究表明，PD患者粪便样本相比对照组SCFAs减少，并导致便秘。而通过元基因组序列进行微生物差异分析发现产丁酸盐的肠菌（包括双歧杆菌属、梭状芽孢杆菌属、乳杆菌属和普雷沃氏菌）丰度降低。而在已有的研究［1］中表明，丁酸盐水平的降低与抑郁症状的加重呈现出正相关的特征。对全血标本进行DNA甲基化分析结果表明与丁酸相关的甲基化DNA（methylation-DNA，mDNA）区域与PD及炎症性肠病相关的全基因组关联研究（genome-wide association studies， GWAS）基因座最紧密相关。
上述研究提示PD特定风险基因与相匹配的环境因素之间的相互作用诱发PD相关因子如α-syn和黑质铁聚积病理的启动。故在人体基因检测时同时对肠道菌群的宏基因测序，同时分析遗传因素和环境因素能对PD的早期诊断有帮助。
3 从标志物角度提出新型PD治疗新思路传统意义上PD的治疗包括内科治疗和外科治疗，前者主要是通过服用左旋多巴和左旋多巴脱羧酶抑制剂、恩他卡朋等药物进行，后者则是通过脑深部刺激术（deep brain stimulation， DBS）等技术进行干预。前者的治疗效果往往欠佳［35］，而后者需要进行脑部手术，对外科医生的要求较高且对患者来说具有较高的风险［36］。前文论述了肠道菌群能够作为一项标志物对PD的发展阶段进行预测，假定这一标志物是PD发展的一个推动因素，那么从这个角度出发对肠道菌群进行干预可以作为一种新的治疗手段，且更加安全可靠。
左旋多巴作为治疗PD最常用的药物，常常与左旋多巴脱羧酶抑制剂联用，以预防左旋多巴在跨过血脑屏障（blood brain barrier，BBB）之前发生代谢降低药物效果。VAN KESSEL等［37］在已知粪肠球菌v583的酪氨酸脱羧酶（Tyrosine decarboxylase，TDC）能够参与酪氨酸和左旋多巴的同时脱酸的基础上，用该蛋白序列查询了美国国立卫生研究所人类微生物组计划蛋白质数据库，分析得出在50多种肠道球菌菌株和几种乳酸杆菌、葡萄球菌中鉴定出了TDC蛋白，为猜想提供了证据。经过TDC的代谢后，肠道和外周的多巴胺含量会显著提升，这意味着药物的作用效果大大降低。恩他卡朋是治疗PD的另一种常见的药物，是一种外周作用的邻苯二酚-O-甲基转移酶（catechol-O-methyltransferase，COMT）抑制剂。据报道，该药常常会引起胃肠道问题和产生疲劳、嗜睡、幻听、噩梦等不良反应。FU等［38］经研究发现恩他卡朋通过使微生物群落组成发生显著变化使得丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的代谢活性发生了变化，而这些氨基酸和恩他卡朋的副作用有关。通过控制肠道菌群能够间接控制相关代谢途径从而达到消除恩他卡朋副作用的目的。通过服用盐酸小檗碱来改善肠道菌群能够通过调节维生素效应上调肠道菌群中左旋多巴的生物合成，从而达到治疗PD的目的。故在应用内科治疗PD时应重视肠道菌群的影响，无论是从标志物角度判断药物治疗效果，还是从肠菌治疗角度去辅助药物的吸收。
FMT定义为将正常人粪便中的功能菌群，移植到患者的胃肠道内，重建起新的肠道菌群，以实现对肠道及肠道外疾病如PD的治疗，已经在内分泌代谢疾病如2型糖尿病广泛应用并取得了很好的效果［39］，在神经系统方面如抑郁症的治疗也被证实能够产生一定的效果［40］。ZHAO等［41］通过鱼藤酮诱导制作了PD小鼠模型，通过FMT改善鱼藤酮诱导PD小鼠的胃肠道功能障碍和运动缺陷。此外，ZHAO等［41］还发现FMT能够减轻BBB的损伤并抑制黑质的神经炎症，进而降低多巴胺能神经元的损伤；FMT治疗还能降低结肠、血清和黑质中的脂多糖水平，从而抑制黑质和结肠中的一些炎症通路，如Toll样受体4/髓样分子88/核因子κB（toll-like receptor 4/myeloid differentiation factor 88/nuclear factor-κB，TLR4/MyD88/NF-κB）通路，并抑制其下游的促炎产物，从而使PD在致病机制上得以阻断。HEGELMAIER等［42］通过直肠灌注的方法对PD患者进行了FMT治疗，灌肠后的1年随访中观察记录到UPDRSⅢ的分数显著改善，且患者摄入左旋多巴的日剂量有所减少。此外，HEGELMAIER等［42］还观察到了肠道微生物组多样性与UPDRSⅢ显著关联，灌肠后PD患者梭状芽孢杆菌科丰度显著降低。KUAI等［43］将来自中国FMT库的冷冻粪便微生物悬浮于生理盐水中，并通过十二指肠管移植到PD患者的肠道中。在进行FMT前，拟杆菌是PD患者粪便微生物中的优势菌，在FMT后的12周中拟杆菌的丰度逐渐减少，PD患者的优势菌变为放线菌门和厚壁菌门，同时PD患者的UPDRSⅡ评分显著降低，胃肠道症状也有了明显的改善。在12周后PD患者的SIBO得以纠正使得胃肠道失调发生逆转。除FMT外，口服益生元也成为了通过改善肠道菌群治疗PD共患病的重要手段。IBRAHIM等［44］通过临床对照实验证明了微生物细胞制剂MCP®BCMC®中的多菌株益生菌（乳酸杆菌和双歧杆菌）对PD患者便秘症状和肠道动力的有效性，此外还发现了口服益生元的患者UPDRSⅡ的运动症状评分值得到了改善。尽管目前对FMT应用于PD的效果存在争议，但随着对PD脑-肠轴机制研究的发展，FMT在PD的应用上有着巨大的发展潜能。
4 总结肠道菌群通过神经-内分泌-免疫调节在PD的发生中起着重要作用，其改变能引起肠道代谢物的变化并通过脑-肠轴进行运输至特定区域引起相应的共患病症。尽管目前对PD的脑肠机制尚存争议，但可以明确通过改善膳食吸收和微生物代谢的肠道微生态能够有效地干预PD及其共患病的部分症状，达到一定的治疗目的。在PD疾病的进程中，肠道微生物及与其密切相关的微生物代谢途径或代谢物、肠道相关疾病作为PD的风险因素，能够对PD的进程进行有效的预测，能作为标志物为PD在表现出显著症状之前尽早治疗提供有效依据。从这个方面看，肠道菌群的研究仍具有很广阔的发展空间。
参考文献略
本文引用：黄彦玮,曾开泰配资线上有哪些,温子琪,等.帕金森病的肠道菌群标志物研究进展[J].实用医学杂志,2024,40(11):1473-1478.
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