Aging and Disease：王青团队报道粪菌移植可以减轻PD小鼠的神经毒性

帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是常见的神经退行性疾病之一，目前我国患病人数约为350-400万，而随着人口老龄化的加剧，预计到2030年，PD患者将增加到500万。PD的发病机制尚未明确，目前仍缺乏能够延缓疾病进展的治疗方法。因此，PD的诊疗仍然面临巨大的挑战。除了典型的静止性震颤、运动迟缓、肌强直和姿势步态障碍，PD患者还常常伴随便秘等症状。最近，肠道菌群在神经退行性疾病中的作用受到了广泛关注。大量观察性研究表明，肠道菌群失调是神经退行性疾病的一种常见现象，已有不少实验研究发现，肠道菌群可能通过“肠-脑-轴”影响PD的进展，但具体机制仍未清楚。

南方医科大学珠江医院神经内科主任王青教授团队一直致力于PD等相关神经退行性疾病的机制、诊断和治疗研究。继前不久在Science advances，eClinicalMedicine和Brain等国际知名杂志发表数篇高水平文章后，近期王青教授团队又在Aging and Disease（中科院一区，IF：9.968） 杂志上发表了题为“Healthy Human Fecal Microbiota Transplantation into Mice Attenuates MPTP-Induced Neurotoxicity via AMPK/SOD2 Pathway”的研究论文。谢振超、张马辉和罗玉淇为共同第一作者，王青教授和祝淑贞教授为共同通讯作者。

这个研究发现，来源于PD患者的菌群移植（Fecal microbiota transplantation，FMT）会加重MPTP诱导PD小鼠模型的运动障碍、多巴胺能神经元变性、神经胶质细胞增生、肠道屏障受损、肠道炎症、肠道菌群失调以及AMPK/SOD2信号通路下调。值得注意的是，来自健康对照人群（Healthy human controls，HC）的粪便移植可通过上调AMPK/SOD2信号通路缓解这些损伤效应，并通过拯救周细胞的丧失发挥神经保护作用。这些发现支持肠道菌群变化可能是PD的危险因素，同时为FMT在PD临床治疗中的潜在应用提供了证据。

在此项研究中，作者通过对比实验对照组（Control）、模型组（MPTP）、移植PD来源粪菌组（MPTP + PD FMT）和移植对照来源粪菌组（MPTP + HC FMT）的行为学改变，发现相较于MPTP组，MPTP + PD FMT组在疲劳转棒试验和爬杆试验中表现更差，而MPTP + HC FMT组表现良好，运动障碍得到明显改善。这说明PD患者来源的粪菌可加重PD模型小鼠的运动障碍，而正常对照人群来源的粪菌可改善模型小鼠的运动功能。作者进一步考察粪菌移植对PD小鼠多巴胺能神经元变性的作用，发现与MPTP组相比，MPTP + PD FMT组的多巴胺能神经元标记物（tyrosine hydroxylase， TH）在黑质纹状体表达下降，而MPTP + HC FMT组的TH表达升高。这说明PD患者来源的粪菌可以加重模型小鼠的多巴胺能神经元变性，而正常对照人群来源的粪菌可以减轻模型小鼠的神经变性。

鉴于已有报道揭示肠道菌群可能通过调节神经炎症反应来影响PD进展，作者考察了小鼠黑质纹状体的神经胶质细胞增生情况。免疫组化和免疫荧光结果显示，与MPTP组相比，MPTP + PD FMT组的星形胶质细胞标记物（GFAP）和小胶质细胞标记物（Iba-1）在黑质纹状体表达增加，而在MPTP + HC FMT组表达减少。说明PD患者来源的粪菌可以加重模型小鼠由小胶质细胞和星形胶质细胞增生介导的神经炎症，而健康对照人群来源的粪菌可以缓解模型小鼠的这种神经炎症反应。

鉴于已有报道揭示肠道菌群失调可能通过破坏肠屏障来影响PD的神经炎症，作者探究了小鼠肠道黏膜屏障和肠道炎症反应情况。组织学和western blot结果显示，与MPTP组相比，MPTP + PD FMT组的炎症细胞浸润更明显、肠粘膜屏障破坏更明显、促炎因子（IL-1β）表达更高，而在MPTP + HC FMT组中，这些情况则相反。这说明PD患者来源的粪菌可以加重模型小鼠肠粘膜屏障破坏和肠道炎症反应，而正常对照人群来源的粪菌可以减轻模型小鼠的肠屏障破坏和炎症反应。

为了确认小鼠的表型改变是否源于肠道菌群改变，作者使用16S rDNA测序分析小鼠的粪便，发现与Control组相比，MPTP组在种属水平Desulfovibrio明显增多；在MPTP + PD FMT组，α多样性和β多样性下降，同时种属水平Akkermansia明显增多；而在MPTP + HC FMT组，未见显著性的肠道菌群改变。这说明PD患者来源的粪菌可以加重模型小鼠的肠道菌群紊乱，而正常对照人群来源的粪菌可以纠正模型小鼠的肠道菌群改变。综合前面的结果，可以说明粪菌移植通过改变小鼠肠道菌群而起到控制疾病进展的作用。

已有研究报道揭示肠道菌群或可调节AMPK的表达，并且另有研究发现AMPK或可调节SOD2的表达，为了进一步探究肠道菌群改变是否能调节AMPK/SOD2通路蛋白的表达，作者检测了肠道和黑质纹状体组织的AMPK/SOD2通路关键蛋白的表达水平，结果显示，与MPTP组相比，MPTP + PD FMT组的AMPK/SOD2通路蛋白表达下降，而在MPTP + HC FMT组，该通路蛋白表达升高。综合前面的发现，这些结果说明PD患者来源的粪菌通过抑制模型小鼠的AMPK/SOD2信号通路而起到加重神经炎症和多巴胺能神经元变性作用，而健康对照人群来源的粪菌可以上调该信号通路起到神经保护作用。

血脑屏障的选择通透性限制了绝大多数的外周化学物质进入大脑，为何肠道菌群改变可以影响中枢的多巴胺能神经元？作者推测可能是血脑屏障的结构被失衡的肠道菌群破坏了，为了探究肠道菌群改变是否影响了小鼠的血脑屏障完整性，作者检测了黑质纹状体周细胞标记物，因为周细胞是构成血脑屏障的重要成分之一。

结果表明，与Control组相比，在MPTP组和MPTP + PD FMT组中，周标记物（CD13）和小胶质细胞标记物（PDGFRβ）在黑质纹状体表达下降；而在MPTP + HC FMT组中表达升高。说明MPTP处理可以减少小鼠的周细胞数量，从而破坏血脑屏障，而健康对照人群来源的粪菌可以保护血脑屏障，拯救模型小鼠的周细胞丢失。

综合上述结果，作者推断MPTP处理可能引起肠道屏障受损和肠道菌群失衡，从而导致微生物来源的有害物质进入大脑，造成周细胞损伤和血脑屏障破坏，降低神经元线粒体的抗氧化能力，引起神经炎症和多巴胺能神经元变性。这些有害物质可能包括特定微生物群代谢产物，例如短链脂肪酸，或由细菌释放的毒性结构物质，例如LPS。

需要强调的是，来自PD患者的肠道菌群可能进一步降低PD小鼠的线粒体抗氧化性，加重肠屏障损伤，促进肠源性有害物质进入大脑从而加重神经炎症和神经变性。相反，来自健康对照人群的肠道菌群可能增加PD小鼠的线粒体抗氧化性，保护肠屏障，并挽救MPTP介导的黑纹状体周细胞损失和血脑屏障破坏，减少肠源性有害物质进入大脑，从而减轻神经炎症和神经变性。

综上所述，王青教授团队的研究发现，来自PD患者的肠道菌群在PD模型小鼠中通过下调AMPK/SOD2信号通路，加重了MPTP的神经毒性。相比之下，健康对照来源的粪菌则通过上调该信号通路，发挥了神经保护作用。这些发现进一步突显了肠道菌群在PD发病机制中的作用，提出了针对肠道菌群的干预措施可作为PD等神经退行性疾病的潜在有效治疗方法的重要性。然而，我们仍需要更多的研究来深入探讨具体哪些特定细菌或代谢物会促进PD的进展。