起源于肠道的帕金森病
帕金森病(PD)的标志是大脑中出现异常蛋白聚集体,关键蛋白为α-突触核蛋白。正常情况下,α-突触核蛋白帮助调节突触处的神经递质释放。但在PD中,它发生错误折叠并形成称为路易小体的黏性团块。这些团块破坏细胞功能并导致神经元死亡。
多年来,研究者认为α-突触核蛋白聚集始于大脑。然而,新研究挑战了这一观点。一些科学家现提出该过程可能始于肠道。根据这一观点,错误折叠的α-突触核蛋白首先出现在肠神经系统(ENS),然后经迷走神经扩散至大脑。这一观点常被称为Braak假说,已获得人体研究和实验动物模型的支持。若正确,它可能彻底改变我们对PD的理解,提示疾病或许能在到达大脑前被拦截。
肠道菌群-肠-脑轴在帕金森病(PD)中的潜在炎症机制。肠道菌群及其代谢产物通过破坏肠黏膜屏障的完整性、促进免疫细胞活化、促炎细胞因子释放以及肠道内α-突触核蛋白的积累,从而导致肠道炎症。脂多糖(LPS)等微生物成分可通过Toll样受体(TLR)信号通路触发肠道和神经炎症。肠道产生的炎症信号和神经毒素可通过体循环或迷走神经到达大脑,促进α-突触核蛋白病理的扩散。在大脑中,神经炎症的特征是血脑屏障(BBB)破坏、小胶质细胞活化、星形胶质细胞增殖以及促炎介质水平升高。这些特征反映了肠道菌群驱动的通路,该通路促进了PD的进展。
肠源性α-突触核蛋白病理
Braak假说提出了PD的新分期系统,指出α-突触核蛋白病理常首先出现在外周神经系统,尤其是迷走神经背核和ENS。随后才出现在控制运动的黑质等脑区。这一模式提示PD可能始于脑外。Braak假设未知病原体或环境毒素经胃肠道进入体内,可触发肠道中α-突触核蛋白的错误折叠。错误折叠的蛋白随后可能沿迷走神经上行,到达大脑并按可预测的顺序从一区扩散至另一区。该观点已成为PD研究中讨论最多的理论之一。它并不适用于所有PD病例,因为部分患者早期即出现脑病理而无肠道受累。但对相当一部分病例而言,这种“肠道优先”模型与证据相符。
支持Braak假说的证据来自对PD患者胃肠道组织样本的研究。在这些活检研究中,研究者在结肠、胃和阑尾中寻找α-突触核蛋白病理迹象。许多研究发现黏膜下和肌间神经丛(肠壁的两层主要神经层)存在聚集的α-突触核蛋白。部分样本采集于患者确诊PD前数年。
这提示蛋白病理可能始于早期,可能在前驱期,症状尚未明显时。一项研究发现严重便秘但尚未出现运动症状的患者结肠中存在α-突触核蛋白。另一项研究发现患者胃组织中异常α-突触核蛋白可出现在确诊前长达20年。这些发现提示PD病理可能早在临床识别前就已始于肠道。活检研究很重要,因为它们提供了直接的人体证据。虽然有时受样本量小或检测方法差异的限制,但其结果在多个研究组和国家中一致。
阑尾也引起关注。它含有丰富的淋巴组织和肠神经元。一些研究发现PD患者阑尾组织中α-突触核蛋白增加。令人惊讶的是,即使健康个体的阑尾中也存在α-突触核蛋白。这提示该蛋白可能正常存在于肠道,但仅在特定条件下才变得有害。
总体而言,肠道和迷走神经中出现α-突触核蛋白(有时在运动症状出现前)为肠道优先假说提供了有力支持。然而,理解错误折叠的α-突触核蛋白如何扩散仍是关键研究目标。
来自实验模型的证据
实验模型有助于澄清PD中肠道病理与脑受累的关系,尤其在小鼠和大鼠中,用于测试α-突触核蛋白如何在体内移动并影响大脑。一些研究者将合成α-突触核蛋白原纤维注入动物肠壁,以促使宿主自身α-突触核蛋白错误折叠并聚集。随着时间推移,错误折叠的蛋白经迷走神经进入脑干并到达黑质,损害运动功能。动物开始出现类似PD的症状,表现为运动减少和肌肉僵硬。
这支持α-突触核蛋白病理可在人类PD中从肠道传至大脑的观点。这些变化甚至在无脑靶向毒素的情况下发生。有的研究不注入α-突触核蛋白,而是诱导肠道炎症或微生物失调,同样导致肠神经元中α-突触核蛋白聚集。感染或不良饮食等环境因素可能触发启动疾病过程的肠道改变。
其他研究使用产生人α-突触核蛋白的转基因小鼠。这些小鼠在肠道炎症下显示肠道和脑组织中α-突触核蛋白聚集增加,支持微生物群触发的炎症信号在疾病起始中的作用。然而,啮齿动物过度表达人α-突触核蛋白以模拟病理,但人类PD多为散发性,α-突触核蛋白突变仅占少数。此外,转基因模型无法完全复制人类复杂的遗传与环境相互作用。虽然A53T转基因小鼠出现运动障碍,但其神经病理进展与人类PD差异很大,药物反应也不同。
另一组重要实验涉及迷走神经切断术。这是切断迷走神经的手术。若迷走神经是从肠道到大脑的主要通道,切断它应能阻止α-突触核蛋白扩散。动物研究正显示了这一点。当迷走神经被切断时,注入的α-突触核蛋白无法到达大脑。动物不出现脑病理或运动症状。这有力证明迷走神经对错误折叠蛋白的肠-脑传递至关重要。
人体研究也支持这一观点。既往研究表明,接受完整迷走神经切断术的人日后发生PD的可能性显著降低。部分迷走神经切断术未提供相同保护,可能因部分通路仍完整。
这些发现提示阻断迷走神经或许能阻止PD进展,至少在早期阶段。事实上,迷走神经阻断的动物研究显示其可减轻PD症状,但人类干预研究(如迷走神经切断术)的长期效果和安全性仍需验证。
小结
在帕金森病中,肠道菌群失调(即肠道细菌失衡)会导致有害代谢物的过度产生。这些分子会破坏肠道屏障并触发免疫反应。
并非所有帕金森病患者的症状或病程都相同。有些患者会出现严重的运动障碍,而另一些患者则更多地受便秘或认知能力下降等非运动症状的困扰。这些差异可能反映了肠道菌群、免疫反应和遗传背景的差异。为了确保疗效,未来的治疗必须个性化。这意味着要开发针对每个人独特生物学特征量身定制的疗法。有些人可能受益于益生菌,有些人可能需要抗炎药物,还有一些人可能最能从饮食调整或粪菌移植(FMT)中获益。
总之,脑肠轴为重新思考帕金森病提供了一个全新框架。它将便秘等早期症状与后期的脑损伤联系起来,将环境暴露与遗传易感性联系起来,并为诊断和治疗这种复杂疾病开辟了新的途径。