粪菌移植在帕金森病治疗中的作用研究进展

李亭 郭姗姗 李倩 卢敬钗 刘洋 张丹

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是以黑质多巴胺能神经元丢失和神经元细胞内α-突触核蛋白异常折叠和聚集为主要特征的临床常见疾病，在中枢神经系统退行性病中排第二位，且发病率不断增加，20年后全球PD患者预计将增加1倍，人数超过1 000万[1]。PD患者临床除表现出典型的运动症状外，还有着甚至早于运动症状出现的胃肠道症状，特别是便秘。目前，PD的治疗仍以多巴胺替代改善运动症状等为主，效果有限，对非运动症状无有效缓解，仍迫切需要对PD发病机制及治疗手段等进行更加深入的研究。近年来，随着肠道菌群失调对人体疾病影响的不断研究，发现PD患者广泛存在肠道菌群失调，而紊乱的肠道微生态可产生多种致病物质如短链脂肪酸，通过肠道菌群-肠-脑轴可影响到脑中多巴胺的合成，因而影响到PD的病生理发展及疾病预后，可能是PD发病的始动因素[2]。肠道微生物制剂移植即粪菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)已在许多临床疾病治疗上进行研究，且取得一定的疗效，辅助治疗PD虽缺乏特异性，但可通过促进恢复肠道菌群正常组成、重建肠道微生态，进而维持大脑稳态，起一定的神经保护作用，对改善患者远期生存质量可有重要获益。本文将对FMT用来辅助治疗PD的相关研究进展进行 综述。

1 肠道微生态与FMT

1.1 肠道微生态 肠道中含有人体最大最复杂的微生物群落，由上千种细菌及真菌、病毒等组成，数量达百万亿级，以埃希菌属、链球菌属、梭菌属、拟杆菌属、双歧杆菌属等构成正常菌群，与人体相互作用构成肠道微生态，参与机体免疫、代谢、营养支持等诸多病生理过程，并可与内外环境相互作用，调节机体健康和疾病状态，当某些疾病引起菌群失调时通过FMT纠正紊乱的肠道菌群、构建新的肠道微生态可达到对某些疾病起到一定治疗作用[3,4]。

1.2 FMT的应用 FMT是以经严格筛选后健康供体粪便中提取的菌群为基础掺入微生物的代谢产物及天然抗菌物质等制成的肠道微生物制剂，通过鼻肠管移植、口服胶囊移植、内镜下喷洒移植等方式移植到患者肠道重建肠道微生态的过程[5]，作为一种相对安全的治疗方式，除对炎症性肠病特别是溃疡性结肠炎[6]、肠易激综合征[7]等肠道疾病有重要的治疗价值外，也给非酒精性脂肪性肝病[8]、代谢性疾病如肥胖[4]、自身免疫性疾病如自身免疫性胰腺炎[9]、中枢神经系统疾病[10]及肿瘤性疾病[11]等肠外疾病的治疗提供新的研究方向，目前已被美国食品药品监督管理局批准用于难辨梭状芽胞杆菌反复感染的治疗，治愈率可达90%左右[12]，但对多数疾病的治疗还处于研究实验阶段，其治疗机制、有效性、远期受益及风险评估等尚不明确。

关于FMT治疗有效的判定尚无统一标准，有学者认为患者移植后症状消失或移植后8周内症状没有复发提示治疗有效[13]。FMT在治疗过程中也存在一定不良反应的发生，可能与宿主对移植粪菌的耐受性差等有关。此外，还有可能因移植物筛查不严引起移植后获得性疾病。目前已知的症状包括发热、腹痛、腹胀、腹泻等，症状多较轻，可自行缓解。未来，关于FMT治疗的有效性和安全性也是其研究中需关注的核心问题。

2 肠道微生态与PD相互作用机制

2.1 肠道菌群-肠-脑轴 脑内稳态的维持，除了脑内细胞内环境的稳定，也与肠道微生态有一定关联，而肠道菌群-肠-脑轴就是这当中的桥梁，存在着肠道菌群与中枢神经系统间的双向调节[14]。一方面肠道菌群及其代谢产物如短链脂肪酸可通过免疫、神经等方式影响中枢神经系统的发育及免疫细胞活动、调节血脑屏障的形成及保持其完整性、调节精神状态及行为等；另一方面，中枢神经系统可通过内分泌、神经等方式影响到肠道的运动及肠道分泌功能等进而影响到肠道菌群的数量及组成[14-16]。肠道菌群-肠-脑轴调节功能的实现可能依赖于肠道菌群和肠黏膜上皮屏障、肠道的免疫系统及神经系统-迷走神经通路的相互作用[17]，而肠道微生态与脑稳态间相互作用的机制还需进一步研究。

2.2 PD对肠道微生态的影响 研究发现，大多数PD患者在表现出典型的运动症状前数年已出现便秘等胃肠功能障碍的前驱症状，提示了PD患者存在肠道菌群的失调[18]。进一步的研究分析发现，PD动物模型及患者肠道菌群中双歧杆菌等“益生菌”相对丰度下降而促炎性细菌的相对丰度增加，菌群的失调及其代谢产物的异常导致肠道屏障功能破坏、抗炎能力减弱，增加炎症发生的风险[19,20]。并且，PD患者肠道菌群失调还表现在普雷沃菌的减少、艾克曼菌的增加，前者产生的黏蛋白在维护肠道屏障完整性上发挥作用，而后者则通过分解黏液层破坏肠道屏障[21,22]。更有学者提出，PD患者肠道菌群变化主要表现在产生短链脂肪酸的细菌减少，这促进了α-突触核蛋白在肠道的聚集，进而促进PD的发展[23]。α-突触核蛋白为一小分子神经元蛋白，广泛分布于神经系统，对神经突触可能发挥保护作用。当α-突触核蛋白在神经细胞内异常聚集和沉积时，可导致包括PD在内的突触核蛋白病。以往研究已证实，PD患者血浆具有促进α-突触核蛋白聚集的作用，这与血浆中利于α-突触核蛋白磷酸化有关；且PD血浆促进α-突触核蛋白聚集的能力很可能反映PD脑组织促进α-突触核蛋白聚集的能力[24,25]。α-突触核蛋白在黑质纹状体的异常聚集可能通过自噬/溶酶体失调、突触功能障碍、线粒体破坏、内质网应激和氧化应激等神经毒性途径导致多巴胺神经元的变性、丢失，进而影响多巴胺的正常合成[26]。总的来说，PD导致了肠道微生态的紊乱，肠道菌群的组成和数量上存在显著的改变。肠道菌群失调可能是PD发病的高危因素，尽管如此，目前证据尚不足以将菌群失调作为PD的早期诊断标志[2]，未来可对PD患者肠道菌群特征进行研究总结，成为早期易患人群筛查的参考指标。

2.3 肠道微生态对PD的影响 研究表明，PD患者肠道菌群组成改变与其运动表型相关，肠道中肠杆菌属水平与姿势不稳及步态困难的严重度呈正相关，表明肠道菌群组成对PD的运动症状有影响[27]。事实上，肠道菌群可通过肠道菌群-肠-脑轴影响到脑中多巴胺的合成[28]。另一项国内研究发现，PD患者与其健康配偶的肠道菌群在组成和丰度上存在不同，大肠杆菌属和志贺杆菌属的比与病程呈明显负相关，丁曲霉属和梭菌属与认知障碍相关[29]。此外，在心理状态方面，有焦虑症状的PD患者比无此症状的PD患者肠道中具有更高丰度的克拉维酸梭菌，中度抑郁的PD患者比轻度或无抑郁PD患者肠道中具有更高丰度的小克里斯滕森氏菌、双胞梭菌及戊酸杆菌[30]。PD患者存在肠道菌群的失调，同时，失调的菌群可能引发炎症诱导的α-突触核蛋白错误折叠，积累在肠道黏膜和黏膜下神经纤维，以朊蛋白样的方式通过肠道菌群-肠-脑轴在多巴胺能神经元异常聚集，促进PD的进展[19,20,31]。由此大胆推测，某些情况下导致的肠道菌群失调，产生的α-突触核蛋白，通过多种途径到达多巴胺能神经元并异常折叠聚集后，使巴胺神经元变性、丢失，多巴胺合成减少，可能是PD发病的始动因素之一。

关于PD胃肠道起源假说早在40年前Braak就已提出，并得到一定的验证。他们通过尸体解剖发现，α-突触核蛋白在PD患者肠道、黑质纹状体内大量沉积，且在肠道的沉积可能早于黑质纹状体，提示了PD最先受到侵害的部位可能在胃肠道，此时患者并无典型的临床症状；接着胃肠道沉积的α-突触核蛋白通过肠-脑轴传递到中枢神经系统并聚集、沉积，最终导致了PD等突触核蛋白病[32]。之后的几十年，相关学者热衷于α-突触核蛋白从胃肠道转移到中枢神经系统的研究论证，证实了异常的α-突触核蛋白最先聚集于胃肠道神经系统，并通过迷走神经向中枢神经系统传递[32,33]。肠道菌群紊乱可能是PD的潜在危险因素，早期从胃肠道组织中检测是否存在α-突触核蛋白异常聚集，可能成为早期诊断PD易患人群的关键证据之一[31]。

3 FMT辅助治疗PD的应用

PD可引起肠道菌群失调，反过来失调的肠道菌群也可促进PD的进展，基于此，通过增加肠道益生菌数量、恢复肠道菌群正常组成、重建肠道微生态，在理论上对改善PD的非运动症状及运动症状可能起到一定辅助治疗作用。鉴于口服益生菌乳制品、益生菌胶囊及某些抗生素有助于肠道正常菌群的重建，特将此亦归为FMT治疗方式之一。

3.1 益生菌对改善PD症状的影响 研究发现，通过给伴有便秘的PD患者饮用含益生菌的乳制品后，PD患者排便次数明显增多[34,35]，胃肠道症状显著改善，但运动症状的改善不明显。在PD常规治疗用药多巴丝肼治疗基础上，通过给PD患者加用枯草杆菌三联活菌调整肠道菌群后，不仅有效地改善PD患者的便秘症状及焦虑睡眠等心理状态，还一定程度上增强了多巴丝肼的疗效，促进了运动症状的改善[36]，提示了肠道菌群对于内源性多巴胺合成有重要作用。此外，PD患者在接受万古霉素、甲硝唑等抗生素治疗胃肠道症状后，随着对肠道致病菌的抑制，肠道有益菌数量逐渐增加，正常的肠道菌群不断恢复，不仅使PD患者的胃肠道症状得到有效改善，震颤等神经系统的运动症状亦有所减轻[37,38]，这些都提示了重建肠道微生态对改善PD症状的重要辅助治疗价值。类似这种给予PD患者含益生菌乳制品、益生菌胶囊或某些抗生素后使PD患者运动及非运动症状得到一定改善的研究还有很多，然而，上述这些方式由于益生菌种类、组成以及数量等原因，只能有限地重建肠道微生态，因而治疗的作用也受到局限，而FMT可以给PD患者提供更广谱的益生菌。目前，对于通过FMT辅助治疗PD的相关研究特别是机制研究还处于起步阶段，需要大规模的循证医学证据积累。

3.2 经结肠镜 FMT治疗PD的临床研究 经结肠镜下喷洒菌液的FMT方式可更加直接有效地重建肠道微生态，避免了胃液等对益生菌的破坏。Huang等[10]对1例伴便秘的老年PD患者进行结肠镜下FMT后，患者便秘等胃肠道症状明显改善，并且双腿震颤在FMT治疗后1周几乎消失，但在FMT后2个月时右下肢复发，提示FMT对PD治疗有效，且更适合伴有胃肠道症状的患者，但有症状复发的可能。薛刘军等[39,40]先后对2例中老年PD患者进行结肠镜下FMT治疗，发现治疗4周后患者便秘、心境障碍、睡眠质量等非运动症状均明显改善，治疗8周后震颤及运动迟缓等运动症状也明显改善，提示FMT对PD治疗的有效性，且可能成为特殊情况下替代多巴胺能药物治疗PD的手段。在此基础上，薛刘军等[41]又对FMT治疗PD患者便秘的有效性及安全性进行研究，发现22例入组患者随访12周后，临床总有效率为100%，且安全性高，仅有少数患者在前2周出现排气增多、轻微腹泻及腹痛等短暂不良反应，2周后上述不良反应均消失。同时患者的运动及其他非运动症状都有一定改善。薛刘军团队的研究同样发现，FMT治疗12周后，患者的运动症状会出现反弹[39,40]，暴露出FMT治疗PD的时效性问题。因而在未来的研究中，需要建立通过改变FMT的单次菌液用量、治疗频次及周期等个体化治疗方案以及合理的随访周期来解决症状复发的问题。

3.3 胶囊式FMT治疗PD的临床研究 国内一项研究中，采取口服“肠菌胶囊”的形式对患有肠易激综合征的PD患者进行FMT治疗，每周1次，连续治疗3周，8周内连续随访结果表明PD患者胃肠道症状显著改善，且安全性良好，无明显不良反应[42]。这种胶囊形式的FMT对患者侵入性创伤小，患者痛苦少且依从性高。但该研究关于FMT对PD患者运动症状及心境障碍等非运动症状的改善是否有效还在随访观察，需进一步的分析论证[42]。美国一项正在开展的临床研究中，采取给患者口服粪菌冻干态胶囊的方式治疗PD，评估患者运动及非运动症状的改善情况，并检测治疗前后肠道菌群多样性及丰度改变。这种粪菌冻干态胶囊的安全性及有效性研究已在治疗难辨梭状芽胞杆菌反复感染的小鼠模型上取得很好的效果，但对PD患者还需大量前瞻性及随机双盲临床研究[43]。

3.4 FMT治疗PD的机制研究 肠道微生态紊乱诱导了肠道炎症与氧化应激反应，减少了短链脂肪酸的产生，引起α-突触核蛋白的错误折叠与聚集，通过肠-脑轴的传递、转移，破坏黑质纹状体正常功能，使多巴胺神经元丢失，最终造成多巴胺含量减少。从这个角度考虑，FMT治疗PD的机制可能与减轻或抑制肠道炎症与氧化应激反应、进而对神经系统进行保护有关[2,32]。

分子机制研究方面，Sun等[44]将正常小鼠粪菌移植到PD模型小鼠肠道后，PD模型小鼠肠道微生态紊乱得到改善，同时，中脑内多巴胺含量增加，提示FMT有助于PD的治疗；并且，研究还发现FMT削减了中脑黑质中小胶质细胞的激活，减少Toll样受体4/肿瘤坏死因子-α(toll-like receptor 4/tumor necrosis factor-α,TLR4/TNF-α)通路信号分子的表达，进而抑制了神经炎性反应。最近的研究也发现TLR4介导的炎症通路在PD小鼠神经炎症中起重要作用[45]，提示了TLR4通路在FMT治疗PD中的作用。Vanessa等[46]研究发现，对6-羟多巴胺诱导的PD小鼠模型经口给予双歧杆菌和乳酸杆菌复合制剂SLAB51后，有效保护了多巴胺神经元、改善了PD小鼠的运动障碍。进一步的研究发现，SLAB51可以调节脑中脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BNDF)通路，增加神经保护蛋白水平，抵抗神经死亡，进而发挥神经保护作用[46]。并且研究还发现SLAB51可以恢复核因子相关因子2/血红素氧化酶-1(nuclear factor erythroid-2-related factor 2/heme oxygenase-1,Nrf2/HO-1)通路的活性、抑制核转录因子-κB(nuclear factor kappa beta,NF-κB)激活，起到抗炎作用；通过降低脂质过氧化物起到抗氧化的作用[46]。同样，对6-羟多巴胺诱导的PD小鼠模型经口给予不可吸收的复合抗生素后，可以发现PD小鼠肠道微生态重建后多巴胺神经元丢失程度有所减轻，纹状体体内促炎因子环氧化酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)、白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)及TNF-α表达减少，进而改善了PD小鼠的运动障碍[47]。由于不同的研究所采取的FMT方式、移植菌群种类及组成等的差异，导致重建的肠道菌群亦各不相同，因而对FMT治疗PD的分子机制研究会带来一些不确定的干扰。目前关于机制的相关研究还太少，更无PD患者接受FMT后肠道、血液、神经系统等α-突触核蛋白变化的直接研究，这些也给FMT治疗PD的分子机制研究带来更多的挑战。

回归到PD的主要病理特征—黑质多巴胺能神经元丢失和神经元细胞内α-突触核蛋白异常折叠和聚集这一角度上，既然α-突触核蛋白在黑质纹状体的异常聚集可通过自噬/溶酶体失调、突触功能障碍、线粒体破坏、内质网应激和氧化应激等神经毒性途径导致多巴胺神经元的变性、丢失，进而影响多巴胺的正常合成引起PD，那么，通过靶向α-突触核蛋白的产生、聚集、扩散等途径，可能是未来治疗PD的重要研究方向，具体的策略包括：(1)受体阻断策略，其中假定α-突触核蛋白受体可以被阻断，从而抑制α-突触核蛋白的扩散，α-突触核蛋白扩散的减少也将减少了可用于聚集和破坏黑质纹状体多巴胺神经元的数量；(2)使用特异性小分子来靶向α-突触核蛋白聚集；(3)免疫治疗；(4)通过增加自噬/溶酶体通量来增加α-突触核蛋白的降解[26]。虽然目前关于FMT治疗PD与α-突触核蛋白变化的关系还不十分清楚，但给相关分子机制的研究提供了十分重要的方向。研究发现，PD患者肠道产生短链脂肪酸细菌的减少可促进α-突触核蛋白在肠道的聚集，进而促进PD的发展[23]；而单链脂肪酸丁酸钠可通过重组人自噬相关蛋白5(recombinant human autophagy related 5,ATG5)依赖和磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(phosphatidylinositol-3-kinase/protein kinase B/the mammalian target of Rapamycin,PI3K/Akt/mTor)相关的自噬途径引起α-突触核蛋白的降解[48]，因而可推测FMT重建肠道微生态后增加短链脂肪酸表达，通过自噬等途径减少了α-突触核蛋白表达进而发挥对PD的治疗作用。当然关于短链脂肪酸对α-突触核蛋白表达、聚集影响的相关研究还较少，机制亦不清楚，还需大量研究来分析论证FMT对短链脂肪酸、α-突触核蛋白以及多巴胺的影响。

总的来说，上述这些分子机制研究还是一定程度上提示了抗炎、抗氧化、纠正短链脂肪酸等肠道益生菌产物表达、抑制α-突触核蛋白对多巴胺合成的影响在FMT治疗PD中发挥神经保护的重要作用，也反映出FMT对预防、治疗或者辅助治疗PD、延缓PD病情进展的重要价值。目前，关于FMT治疗PD的分子机制研究还很少，FMT治疗PD的安全性、有效性等问题还需进一步解决。未来也需建立起规范的适合PD患者的FMT治疗路径，使其可以真正成为阻止PD进展、改善患者生存质量的有效治疗手段之一。

综上所述，肠道微生态可通过肠道菌群-肠-脑轴与PD间建立密切的相互联系。当肠道微生态发生紊乱，诱导了肠道炎性反应与氧化应激反应，引起α-突触核蛋白的聚集与沉积，通过肠-脑轴的传递、转移到多巴胺神经元而沉积，借助自噬/溶酶体失调、突触功能障碍、内质网应激和氧化应激等神经毒性途径破坏黑质纹状体正常功能，使多巴胺神经元丢失，最终造成多巴胺含量减少，影响PD的发生发展。依靠FMT的生物干预方式，重建正常的肠道微生态，通过抗炎、抗氧化、纠正短链脂肪酸等肠道益生菌产物表达、抑制α-突触核蛋白等机制发挥神经保护的重要作用，有效改善PD患者的非运动症状及运动症状，可能成为未来阻止PD进展、改善PD患者远期生存质量的有效辅助治疗手段。目前，关于FMT治疗PD的相关机制还未完全阐明，仍需大量研究，α-突触核蛋白这一PD发病的核心蛋白在FMT治疗PD中的作用以及靶向α-突触核蛋白治疗PD将是今后研究的热点。未来，除了关注FMT治疗PD的分子机制外，更多的研究还应放在FMT如何更好地治疗PD本身上，毕竟现在报道的相关临床研究还很少，也暴露出FMT治疗后PD症状复发等等问题，因此大量的临床探索仍需努力，包括选择更适合PD患者的菌群供体、制定更合理的治疗策略如菌群组成、移植的菌群量、移植周期等等。与此同时，FMT所可能产生的尚未出现的不良反应及远期风险也应引起重视。建立起规范的FMT治疗PD路径任重道远，进一步科学严谨的多中心临床随机对照、双盲实验有待开展，从而对FMT治疗PD的有效性进行科学验证。