Cell——肠道菌群影响帕金森病运动障碍和神经炎症过程

  前言

   前段时间，我们介绍了肠道维生素是如何影响神经系统的功能的，今天我们来具体分析一下Cell的这篇文章是怎么来做的。

   这篇文章的主要内容分为三部分，如下图：第一、经典的肠道微生物可以通过短链脂肪酸信号通路激活小胶质细胞，而小胶质细胞迁移到大脑后可以引起运动障碍和神经变性；第二、如果肠道没有微生物（即Germ free），那么就没有短链脂肪酸信号途径的激活和小胶质细胞的激活，也就没有显著的大脑病理生理改变；第三、如果把帕金森病患者的肠道微生物分离出来，移植到PD小鼠模型肠道，可以加剧PD小鼠的病理改变。

   因此，这篇文章证明了肠道微生物可以对帕金森病的病理过程进行修饰。即使肠道微生物并非起始原因，那也必然扮演者重要的角色。

   那么我们接下来，一点一点来分析一下研究人员是如何进行研究的。首先，研究人员先使用转基因小鼠来证明肠道微生物可以加重PD小鼠的运动障碍和病理改变。他们使用的是Thy1-aSyn小鼠和野生型小鼠，前一种小鼠在大脑的神经元中过表达了PD毒性蛋白α-synuclein，作为PD的动物模型。然后研究人员将小鼠暴露于无菌（GF）和SPF级环境中，然后检测动物的运动障碍。研究人员使用了四个行为学实验来检测小鼠的运动障碍：beam traversal, pole
descent, nasal adhesive removal, and hindlimb clasping reflexes，均发现了暴露于SPF级环境中的PD小鼠出现了运动障碍的恶化，相比于GF组有显著性统计学差异。

   因为PD患者自主神经功能障碍的一个显著特征就是有便秘，所以，研究人员对粪便的质量进行了检测。发现暴露于SPF级环境中的小鼠具有较少的粪便，说明它们便秘表现更加严重。

   行为学表型确定了，那就来看看SPF条件对小鼠的病理改变有什么影响吧！我们看下图可以发现在SPF组，PD小鼠的α-synuclein显著的增加了，他们检测了两个脑区—尾壳核和黑质。而且经过WB他们发现了增加的是难溶性α-synuclein而不是可溶性的α-synuclein，那么也就是肠道微生物促进了α-synuclein的聚集了。

   接下来，动物的表型已经出来了，那么我们看一下到底该怎么来解释这个事情。研究人员想到了炎症，这是自然想到的吧，因为最可能的机制就是炎症了。那从哪种细胞入手呢？从中枢的小胶质细胞入手，好了，研究人员发现了GF条件下的小胶质细胞弱不禁风，由于没有经历过细菌的“狂风暴雨”，所以，他们的发育显然是不成熟的，这是研究人员对小胶质细胞的形态学进行了分析之后得到的结果。而且细胞因子，如TNF-α和IL-6的分析表明SPF条件下的PD小鼠产生TNF-α和IL-6增加。好了，发现了炎症增加了。

    于是研究人员要来说明机制的问题了。那先从动物上入手，如果是我们来设计，我们该怎么设计呢？那就是先看看PD小鼠的病理改变和行为学异常跟肠道微生物有没有关系。一组使用抗生素cocktail消灭各种菌群，另一组给GF小鼠移植SPF小鼠的肠道菌群，一看结果便知了。好吧，是这样的，研究人员发现了GF小鼠在移植了SPF来源的肠道菌群之后，运动障碍加重了，小胶质细胞激活了，然后是便秘也加重了。好吧，他们遗漏了实验没有显示，聪明的你知道是啥吗？

   接下来，就是他们要证明到底肠道微生物是怎么引起上述的改变的，具体的分子机制就要出来了。原来最近有文章报道了肠道微生物可以通过细菌代谢物短链脂肪酸（SCFA）信号来激活小胶质细胞，于是研究人员就用短链脂肪酸来处理PD小鼠看看，能不能也具有类似于肠道微生物整体作用相似的效果，好了，还原论的思路来了。结果是的，太顺利了。SCFA加重了PD小鼠的运动障碍，激活了小胶质细胞，便秘更加严重。

  接下来，研究人员想了，那这么说PD患者的肠道菌群可能跟正常人的不一样，那如果把PD患者的菌群移植到GF小鼠肠道，会不会导致PD的加重呢？他们做了这个神奇的实验，包括宏基因组测序，结果是移植后，相比于正常对照来源的肠道菌群，PD组GF小鼠的肠道菌群有显著改变，而且类似于PD患者。

   最后，看看移植后动物表型改变了没？改变了，那就OK了。没什么吧！

   总结

   这篇文章是不是非常有意思，太神奇了。但是我们必须得注意的是文章是发现了肠道微生物的代谢物和微生物本身可以加重PD病理和行为学表型，但是并未证明PD由肠道微生物所引起。因为他们使用的动物就是PD的动物，而且我们也注意到了，野生型小鼠暴露于SPF级环境或者被SCFA处理均没有出现运动异常，那么就是说肠道微生物可以加重PD小鼠的病理表型，而不是引起PD。

   另外一个有意思的问题是，他们的结果表明了使用抗生素可以减轻PD小鼠模型的运动障碍。难道抗生素可以治疗PD，有没有相关报道呢？值得进一步探讨啊！