腸道細菌如何與帕金森氏症的運動技能聯繫起來

科學家們首次發現了腸道細菌與帕金森病之間的功能聯繫。

腸道細菌群體 - 或可能是腸道細菌本身 - 的組成變化正在積極地促成甚至可能導致運動技能的惡化,這是該疾病的標誌。 研究人員說,這些發現對帕金森病的治療有深遠的影響。

帕金森氏症影響著美國 1 萬人和全球 10 萬人,使其成為第二常見的神經退化性疾病。典型特徵包括震顫和行走困難、大腦和腸道細胞內一種稱為 α-突觸核蛋白 (?Syn) 的蛋白質聚集,以及大腦內存在稱為細胞因子的發炎分子。此外,75% 的患者患有胃腸道異常,主要是便秘。

加州研究院微生物學教授Sarkis Mazmanian說:“腸道是多種有益的,有時是有害細菌的永久家園,被稱為微生物組,對免疫和神經系統的發育和功能非常重要。”技術。

“值得注意的是,周圍神經系統中所有神經元的70百分比 - 即大腦或脊髓 - 都在腸道中,而腸道的神經系統通過迷走神經與中樞神經系統直接相連。 由於胃腸道問題通常在運動症狀之前多年,並且由於大多數PD病例是由環境因素引起的,我們假設腸道內的細菌可能導致PD。“


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無菌小鼠

為了測試這一點,研究人員利用了過度產生 ?Syn 並表現出帕金森氏症症狀的小鼠。一組小鼠擁有複雜的腸道細菌群落;其他小鼠被稱為無菌小鼠,是在完全無菌的環境中飼養的,因此缺乏腸道細菌。研究人員讓兩組小鼠執行多項任務來測量它們的運動技能,例如在跑步機上跑步、穿過橫樑和從桿子上下來。無菌小鼠的表現明顯優於完整微生物組的小鼠。

“這是'尤里卡'的時刻。”

“這是'尤里卡'時刻,”Timothy Sampson說,他是生物學和生物工程的博士後學者,也是該期刊論文的第一作者。 細胞。 「這些老鼠的基因是相同的;兩組都製造太多的了?Syn。唯一的區別是腸道微生物群的存在或不存在。一旦去除微生物組,即使 ?Syn 產生過量,小鼠也具有正常的運動技能。”

“帕金森症的所有三個標誌性特徵都在無菌模型中消失了,”桑普森說。 “現在我們非常有信心腸道細菌可以控制PD的症狀,甚至是必需的。 所以,我們想知道這是怎麼發生的。“

關閉循環

當腸道細菌分解膳食纖維時,它們會產生稱為短鏈脂肪酸(SCFA)的分子,如醋酸鹽和丁酸鹽。 以前的研究表明,這些分子也可以激活大腦中的免疫反應。

因此,研究人員推測 SCFA 水平的不平衡可以調節大腦發炎和 PD 的其他症狀。事實上,當無菌小鼠被餵食 SCFA 時,稱為小膠質細胞的細胞(一種存在於大腦中的免疫細胞)就會被活化。這種發炎過程會導致神經元功能障礙甚至死亡。事實上,餵食 SCFA 的無菌小鼠現在表現出運動障礙,並且與 PD 相關的大腦區域出現了 ?Syn 聚集。

在最後一組實驗中,Mazmanian和他的小組與芝加哥拉什大學的胃腸病學家Ali Keshavarzian合作,從PD患者和健康對照者那裡獲取糞便樣本。 將人微生物組樣品移植到無菌小鼠中,然後顯著開始出現PD症狀。 這些小鼠的糞便中也顯示出更高水平的SCFAs。 相比之下,來自健康個體的移植糞便樣本不會引發PD症狀,這與攜帶PD患者的腸道細菌的小鼠不同。

“這真的為我們關閉了循環,”Mazmanian說。 “這些數據表明,腸道微生物組的變化可能不僅僅是PD的結果。 這是一個需要進一步研究的挑釁性發現,但事實上,你可以將微生物組從人類移植到小鼠並轉移症狀,這表明細菌是導致疾病的主要原因。“

研究人員說,這些發現對帕金森病的治療具有重要意義。

“對於許多神經系統疾病,傳統的治療方法是讓藥物進入大腦。 然而,如果PD確實不僅僅是由大腦的變化引起的,而是由微生物組的變化引起的,那麼你可能只需要讓藥物進入腸道以幫助患者,這更容易做到,“Mazmanian說。

這些藥物可以設計用於調節SCFA水平,提供有益益生菌或去除有害生物。 “與現有療法相比,這一新概念可能會帶來更安全的療法,副作用更少。”

資金來自Larry L. Hillblom基金會,Knut和Alice Wallenberg基金會,瑞典研究委員會,Larry Field先生和夫人,遺產醫學研究所和國立衛生研究院。

資源: 加州理工學院

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