黃璐 馮美江

神經退行性疾病(neurodegenerative diseases，NDs)是一組病因不明的慢性進行性神經系統(tǒng)變性疾病，主要包括AD、PD、肌萎縮性側索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)、亨廷頓病(Huntington’s disease，HD)等，老年人常見，隨病程進展出現功能障礙，表現為運動、認知、記憶功能的喪失。常見的危險因素包括遺傳易感性、氧化應激、生理創(chuàng)傷等[1-3]。研究表明，NDs的發(fā)生、發(fā)展常伴隨著蛋白質異構體的出現，包括神經原纖維纏結(neurofibrillary tangles，NFTs)、Pick小體中的tau蛋白、Lewy小體中的α-突觸核蛋白(α-synuclein，α-Syn)、神經元胞質和神經元核內包涵體中的Tar DNA結合蛋白43(Tar DNA binding protein 43，TDP-43)，而且可能會沿著解剖學上連接的途徑在細胞之間傳播[4]。

研究發(fā)現，腸道和大腦之間存在著密切的聯系，NDs常伴隨著腸道微生態(tài)失調，調節(jié)腸道菌群可有效預防或改善神經退行性變。證據表明，腸道菌群通過直接和間接途徑與中樞神經系統(tǒng)(central nervous system，CNS)和腸道神經系統(tǒng)(enteric nervous system，ENS)保持雙向相互作用，這些途徑涉及內分泌(下丘腦-垂體-腎上腺軸)，免疫(趨化因子、細胞因子)，自主神經系統(tǒng)(autonomic nervous system，ANS)和腸神經系統(tǒng)，共同形成微生物-腸-腦(microbiota-gut-brain，MGB)軸[5]。

糞菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)作為重建腸道菌群最有效的措施，最早起源于1700年前[6]，近年來受到臨床的廣泛關注。糞菌的制備基于智能糞菌分離系統(tǒng)(GenFMTer)，通過多級微濾和反復離心洗滌實現菌群的富集和純化，結合高效的臨床、實驗室配合，最終輸注至病人體內或制備成凍存糞菌。將以上過程控制在1 h內，又被稱為“糞菌移植一小時方案”(one-hour FMT protol)[7]。糞菌的給入途徑分為經上消化道、中消化道、下消化道3種途徑。上消化道途徑主要指口服菌液、口服菌群膠囊；中消化道途徑包括胃鏡、鼻腸管、胃鏡鉗道孔、經皮內鏡下胃造瘺，以及經內鏡腸道植管術(transendoscopic enteral tubing，TET)等；下消化道途徑包括結腸鏡、灌腸、結腸途徑TET等。FMT最有效和研究最充分的適應證是復發(fā)性艱難梭菌感染[8]。除在治療腸易激綜合征、炎癥性腸病等胃腸道疾病中取得不俗成就外，FMT在治療自閉癥、多發(fā)性硬化、PD、癲癇、糖尿病神經病變、抽動穢語綜合征的臨床和動物模型研究中也顯示有益[9]。本文就FMT治療NDs的研究進展進行綜述。

1 FMT與AD

AD是最常見的中樞神經系統(tǒng)退行性疾病，其臨床表現為進行性認知功能障礙和記憶障礙，是癡呆最常見的形式。目前全球有4700 萬AD病人，預計到 2050 年將高達 1.31 億[10]。由于AD發(fā)病率高，加上缺乏有效的治療藥物，其預后不良，給家庭和社會帶來了巨大的經濟和精神負擔。AD的主要病理特征為由β-淀粉樣蛋白(β-amyloid ，Aβ)聚集的細胞外神經炎性斑和由過度磷酸化的tau蛋白聚集的神經元內NFTs[11]。目前關于AD發(fā)病機制的主流觀點是，Aβ的改變加速了疾病的進程，并引發(fā)了一系列涉及tau病理和神經退行性變的級聯反應，被稱為淀粉樣蛋白級聯假說[12]。然而，鑒于許多旨在降低Aβ或tau磷酸化的臨床試驗的失敗，不少研究者提出對此假說的質疑。正電子發(fā)射計算機斷層掃描(positron emission tomography，PET)發(fā)現Aβ和tau病理最初開始于不同的大腦區(qū)域，提示在新皮質中可能存在驅動tau和Aβ病理的共享上游過程，包括：膽固醇代謝、細胞內轉運和小膠質細胞免疫激活等，這被稱為雙級聯假說[13-14]。

不同腸道微生物構成可以影響腦β-淀粉樣變性病的發(fā)展。Harach等[15]采用16S rRNA基因測序分析, 比較轉基因APP/PS1小鼠和年齡匹配的健康野生型(wild type, WT)小鼠腸道微生物區(qū)系組成的差異，研究發(fā)現，與WT組相比，APP/PS1小鼠的厚壁菌(firmicutes)、疣微菌(verrucomicrobia)、變形桿菌(proteobacteria)、放線菌(actinobacteria)的水平降低，而擬桿菌(bacteroidetes)和軟壁菌(tenericutes)水平增加。此外，通過建立無菌的APP/PS1小鼠模型，發(fā)現與傳統(tǒng)飼養(yǎng)的APP/PS1小鼠相比，無菌APP/PS1小鼠大腦中的Aβ顯著減少。但無菌APP/PS1小鼠如果移植了老年鼠或常規(guī)飼養(yǎng)的APP/PS1小鼠的腸道微生物，其大腦Aβ水平則明顯提高。Zhan等[16]研究發(fā)現，快速老化小鼠SAMP8的認知功能顯著降低，與抗衰老小鼠SAMR1相比，SAMP8小鼠腸道26種細菌在6個系統(tǒng)發(fā)育水平(門、綱、目等)的相對豐度顯著降低，而類桿菌相對豐度明顯增加，α多樣性也顯著降低。這些結果表明，SAMP8小鼠的認知功能障礙與腸道微生物區(qū)系的異常組成有關。在后續(xù)研究中，Zhan及其同事用大量抗生素構建偽無菌小鼠，將SAMP8或SAMR1小鼠的糞便細菌移植到偽無菌小鼠體內，發(fā)現移植SAMR1小鼠的微生物區(qū)系能明顯改善偽無菌小鼠的認知功能受損，這表明腸道微生物區(qū)系與認知功能之間存在一定的因果聯系。Kim等[17]研究發(fā)現，長期、多次移植健康WT小鼠的糞便微生物群可以減輕ADLPAPT這種AD轉基因模式小鼠的Aβ沉積、tau過度磷酸化、反應性膠質增生和記憶障礙。有趣的是，長期將健康糞便微生物群移植給ADLPAPT小鼠，能使其腸道巨噬細胞活性和循環(huán)血Ly6chi單核細胞數量恢復到與WT小鼠相似的水平。遺憾的是，目前尚未有關于AD病人FMT的臨床研究報道，但ClinicalTrials.gov顯示，在AD病人中正在進行FMT的隨機對照試驗。

2 FMT與PD

PD是第二種常見的神經系統(tǒng)退行性疾病，我國65歲以上人群PD患病率約為1.7%，預計患病人數在2030年將高達500萬。PD臨床上以運動癥狀為主，包括靜止震顫、肌肉強直、運動遲緩和姿勢平衡障礙，非運動癥狀包括認知功能障礙、自主神經功能障礙、嗅覺減退、胃腸道功能障礙等。其中便秘、快速眼動(rapid eye movement，REM)、睡眠行為障礙等被認為可能是PD最早的疾病表現[18]。目前PD以藥物治療為主，近年來神經核毀損術和腦深部電刺激療法(deep brain stimulation, DBS)也引起了臨床的高度重視[19]。PD病理學特征以黑質多巴胺能神經元減少和α-Syn異常聚集為主。在PD病人的大腦皮層下核、皮質區(qū)、脊髓、外周和腸神經系統(tǒng)均存在Lewy小體，它主要由α-Syn、親核蛋白-1(synophin-1)和泛素組成。有研究報道，Lewy小體首先出現在外周[20]；致病的α-Syn可以沿迷走神經傳播到大腦；迷走神經干切斷術可降低隨后PD的患病風險[21]，提示迷走神經在腸與腦之間發(fā)揮了橋梁作用，MGB軸參與了PD的發(fā)生與發(fā)展[22]。

研究表明，PD常伴隨著腸道微生物區(qū)系失調和微生物代謝產物的改變。Hasegawa等[23]對PD病人糞便進行16S rRNA基因測序，結果顯示糞便樣本中乳桿菌(lactobacillus)數量較多，普氏桿菌(prevotella)、球狀梭菌(clostridium coccoides)和脆弱類桿菌(bacteroides fragilis)水平較低，而低水平的普氏桿菌被認為與脂多糖結合蛋白(lipopolysaccharide-binding protein，LBP)合成減少、腸道通透性增加相關。另一項研究顯示，在1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶(MPTP)誘導的PD小鼠的糞便樣本中，發(fā)現了厚壁菌(firmicutes)和梭狀芽孢桿菌目(enterobacteriales)減少，而變形桿菌、圖里氏菌目(turicibacales)和腸桿菌目(enterobacteriales)增加[24]。雖然目前還不清楚哪種微生物群可以改善PD的癥狀，但是FMT作為改變腸道菌群區(qū)系的一項新興技術，發(fā)現其在改善PD小鼠和PD病人的癥狀和病理方面是有益的。Sampson等[25]建立了過表達人α-syn(ASO)的轉基因小鼠模型，發(fā)現ASO小鼠表現出α-syn包涵體、運動障礙和較少的小膠質細胞激活；與健康對照組相比，移植了PD微生物群的ASO小鼠表現出更嚴重的PD癥狀。Sun等[24]發(fā)現, 與對照組相比，接受FMT后PD小鼠運動功能障礙明顯改善，腦神經遞質增加，腦多巴胺能神經元增加，微生物群組成接近正常, 提示FMT不僅改善了PD小鼠的腸道菌群，同時具有一定的神經保護作用。Huang等[26]首次將FMT應用于治療PD病人，在FMT治療后1周，病人腿部震顫幾乎消失，帕金森綜合評分量表(UPDRS)、便秘病人生存質量量表(PAC-QOL)和Wexner便秘評分均顯著下降，但治療效果隨著時間的推移逐漸減弱。Xue等[27]對10例 PD病人實施結腸鏡下FMT(結腸鏡FMT組)，另5例 病人實施經鼻-空腸管FMT(鼻腸FMT組)，發(fā)現在接受FMT治療后1個月和3個月時，FMT病人的匹茲堡睡眠質量指數(PSQI)、漢密爾頓抑郁量表(HAMD)、漢密爾頓焦慮量表(HAMA)、人格診斷問卷(PDQ-39)、非運動癥狀問卷(NMSQ)、統(tǒng)一帕金森病評定量表(UPDRSⅢ)評分均顯著降低，且結腸FMT組療效明顯優(yōu)于鼻腸FMT組。

3 FMT與ALS

ALS是一種致命的NDs，其特征在于進行性肌肉麻痹，與運動皮層、腦干和脊髓中運動神經元的變性相關。大多數病人因呼吸麻痹而在3～5年內死亡。ALS的致病機制仍不清楚，目前認為可能涉及到蛋白質錯誤折疊、SOD1突變介導的毒性、細胞骨架受損、RNA加工異常、線粒體功能障礙、氧化應激增加、興奮性毒性增強、神經營養(yǎng)支持減少、膠質細胞炎癥等[28]。

近年來研究發(fā)現，ALS病人的微生物區(qū)系的變化可能與其發(fā)病機制有關。ALS病人糞便基因測序的結果提示，梭狀芽孢桿菌(clostridium )和酵母菌(yeast)的豐度較低，而大腸桿菌(e.coli)和腸桿菌的豐度較高[29]。研究表明，SOD1G93A轉基因ALS小鼠的生命早期常出現腸道微生物環(huán)境的改變，隨后出現運動功能障礙和肌肉萎縮，以及免疫細胞的增殖和激活[30]，提示腸道微生物組可能參與了ALS的發(fā)生與發(fā)展，并與免疫系統(tǒng)有著密切的聯系。Wu等[31]發(fā)現此類轉基因小鼠出現腸道結構受損、腸道通透性增加，伴隨潘氏細胞數量異常和功能改變。研究表明，與ALS相關聯的C9ORF72基因中的六核苷酸重復(GGGGCC)擴增是導致ALS的最常見遺傳變異，而FMT可以預防C9ORF72突變小鼠的炎癥和自身免疫性疾病，降低其過早死亡風險[32]。2019年Mandrioli等[33]設計了一項FMT治療ALS的隨機臨床試驗，旨在通過對免疫細胞群、細胞因子水平和微生物群(腸道、糞便和唾液)的分析以揭示ALS的早期進展過程，并觀察FMT對T淋巴細胞數量及功能的影響，但目前尚未見該項試驗的詳細研究結果報道。

4 結語

研究證實，NDs如AD、PD、ALS病人或動物常伴隨著明顯的腸道微生物區(qū)系改變和菌群失調，而FMT通過重建腸道微生態(tài)平衡影響NDs的發(fā)生和進展。盡管目前尚未見FMT治療HD的研究報道，但相關研究發(fā)現HD病人同樣存在腸道微生態(tài)失調[34]。因此，FMT可能為NDs的治療提供了一種新的治療策略。但FMT應用于NDs的臨床治療實踐仍有很長的路要走。MGB軸在NDs中是如何發(fā)揮作用的？不同的NDs其腸道微生物區(qū)系的特點如何？FMT理想的治療時機、治療途徑如何選擇？FMT治療NDs的安全性如何保證？這些問題都有待今后進行深入細致的研究來回答,但FMT無疑為NDs這類頑疾的治療帶來了新的希望。