基于脑肠轴理论探讨粪菌移植治疗肌萎缩侧索硬化症

★ 宋楚君 罗原 段瑞娟 孙思莹 杨青露 闫炳苍（.陕西中医药大学 陕西 咸阳 7000；.西安中西脑病医院 西安 70000）

肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）是一种特发性、致命性的神经退行性病变［1］，始于四肢，逐渐侵袭全身肌肉，临床症状包括肌腱反射亢进、肌张力增高、肌肉萎缩、肌无力、肌束颤动、腱反射丧失等。当代医学分析得出，导致ALS 的原因或许有很多，比较突出的是遗传基因突变、非自主细胞毒性、氧化应激、氨基酸兴奋性毒性、自身免疫、神经营养因子缺失等因素［2］。在我国，ALS 的发病率较低，病情进展快，预后差，中位生存期仅有2～3 年［3］。现在ALS 常用的药品是依达拉奉和利鲁唑，这2 种药品经由美国的食品药品监管局认可［4］，药品价格昂贵，不能终止病情发展，给患者及其家庭造成了严重的经济负担和心理负担，为ALS 患者寻求新的治疗方法已成为医学界关注的焦点之一。随着脑肠轴理论的兴起，ALS 的胃肠道症状引起学者们的注意。研究发现，超过一半的ALS 患者患病期间存在便秘［5］、胃排空延迟［6］等症状，且帕金森病［7］、阿尔兹海默症［8］、ALS［9］等多种神经系统疾病患者中都普遍存在着菌群失调。粪菌移植（fecal microbio tatransplantation，FMT）将健康人粪便中的正常肠道菌群移植到患者的肠道，从而治疗相关疾病。本研究基于脑肠轴理论，探讨利用粪菌移植治疗ALS 的效果，为ALS 提供新的治疗思路和方法。

1 中医对ALS 的认识

中医学将肌萎缩侧索硬化症多归于 “痿证”范畴，认为该病是由于外感内伤等致病因素，伤及五脏精气，精血亏虚，筋脉失养，肢体肌肉弛缓不收，不能随意运动，甚至瘫痪失语。在古代医籍中有很多与痿证相关的描述，《黄帝内经》首次系统地阐述了痿证的病因病机及治疗原则。《素问·痿论》将痿证按照不同发病部位而分为皮、脉、肉、筋、骨五痿，并开创性地提出了“治痿独取阳明”的基本原则，这不仅成为当时治疗痿证的重要法则，而且奠定了现代中医治疗本病的理论基础。正如原文所载：“论言治痿者独取阳明何也？岐伯曰：阳明者，五脏六腑之海，主润宗筋，宗筋主束骨而利机关也。”阳明之经，多气多血，充盈五脏六腑，荣养筋脉，束利关节。现代医学研究发现，ALS 主要的发病部位在脊髓前角，《灵枢·海论》言“脑为髓之海”，人体先天之精气化生为髓，充而为脑，主宰人体一切生命活动，赖以后天之精的濡养。《灵枢·本输》曰：“大肠小肠，皆属于胃，是足阳明也。”《儒门事亲》载：“胃为水谷之海……精化则髓充，髓充则足能履也。”后天之精需要在脾胃与肠道的共同作用下将饮食物转化为水谷精微物质，充养骨髓，外达皮毛筋肉、四肢百骸，内养五脏六腑，脾胃与肠道功能减退则运化无力，气血津液乏源，无以滋养先天，筋骨肌肉失于充养，发为痿证。

2 脑肠相关的中西医理论

2.1 中医脑肠相关理论

中医认为，人体是一个有机整体，各脏腑之间存在着经络相通、生理相关、病理互为影响的关系。《灵枢·始终》中指出“病在上者下取之”，就体现了上病下取的整体观治疗原则。中医虽没有脑肠轴之概念，但脑肠相关理论在文献中早有记载。

2.1.1 经络互通 经络具有运行气血、沟通内外、联系脏腑、营养全身的作用。脑在颅骨之中，胃肠居于下位，借助经络彼此相连。《灵枢·经脉》有云：“大肠手阳明之脉，起于大指次指之端……上出于柱骨之会上，下入缺盆，络肺，下膈，属大肠；其支者，从缺盆上颈，贯颊。”小肠之循行在《灵枢·经脉》中记载：“其支者，从缺盆循颈，上颊，至目锐眦，却入耳中。其支者，别颊上颧，抵鼻，至目内眦。”肠道通过经络及其分支与脑紧密连接，除了经络以外，6 条阳经与头面部通过经脉、经别、经筋相连，手阳明大肠经之经别“入耳合于宗脉”，而其经筋“上左角，络头，下右颔”，进一步加强了彼此之间的联系，故调节胃肠道功能可以达到治疗脑部疾病之目的。

2.1.2 生理互用 《灵枢·经脉》曰：“人始生，先成精，精成而脑髓生。”脑为元神之府，藏脑髓，主宰人体之生命活动。《灵枢·平人绝谷》言：“神者，水谷之精气也。”脾胃收纳水谷运化而为精气，是神能外在表现的物质基础。《素问·灵兰秘典论》言：“脾胃者，食廪之官，五味出焉。大肠者，传道之官，变化出焉。小肠者，受盛之官，化物出焉。”食物的消化吸收赖以胃肠共同作用，将水谷化为精微物质，并输送至全身，充养脑髓，其糟粕通过肠道排出体外。脑髓充则脾胃升降有序，运化传导功能正常。《素问·六节藏象论》曰：“五味入口，藏于肠胃，味有所藏，以养五气，气和而生，津液相成，神乃自生。”肠胃运化腐熟水谷精微以生成气血津液，气血充盈才能濡养髓海、神机得用；反之，气血不足，则髓海空虚、神机失用发而为病。

2.1.3 病理相关 脑与胃肠的经络相连、生理互用决定了两者之间利害攸关。《伤寒论》有诸多胃肠病引起烦躁、谵语、善忘等的记载，更进一步证实了“脑-肠”之间存在关联。阳明腑证中，邪热结聚于内，气血经络不畅，烦扰清窍，出现神志异常等症状。“阳明病多汗……大便必硬，硬则谵语”，阳明病里热亢盛，耗伤津液，使胃肠干燥，大便难下，腑气不通，浊邪上逆，扰乱心神，导致谵语。“大便难而谵语者，下之则愈”，阳明腑实，肠中糟粕积聚，伴有谵语者，予以通下之法，通利大便，则谵语可愈。《伤寒论》曰：“阳明证，其人善忘者，必有蓄血。”阳明蓄血证乃病邪入里，热邪与瘀血聚结，肠道失于传导，邪气上扰清窍，故善忘。再如叶氏所说“阳明脉络空乏，不司束筋骨以流利机关，肩痛肢麻头目如蒙，行动痿弱无力”，气血是人体生命活动的基础，阳明气血亏虚则头晕肢麻，肢体痿弱无力。

2.2 脑肠相关的现代研究

2.2.1 脑肠轴理论的现代起源 1931 年，VonEuler和Gaddum 偶然发现P 物质存在于马脑和小肠中，经过探索得出，肠胃里面包含了大脑里面的大量活性肽，比如脑啡肽和神经降压素等；而在大脑里面也发现了肠胃中的激素活性肽，比如蛙皮素和胆囊收缩素等［10］。PEARSE 等［11］认为对于肽类分泌细胞而言，神经外胚层是肠胃以及大脑的共同来源。肠神经系统的概念是在1921 年被第一次提出的，英国剑桥皇后学院在1989 年举办了脑肠联系的探讨会议，主要研究了关于其神经解剖和作用以及病理等，在神经胃肠病学建立以后，确定了脑肠轴的定义。

2.2.2 脑肠轴的作用机制 现代医学认为，神经系统对胃肠道调控是在3 个层次的相互作用下实现的，第一个是中枢神经系统（CNS），第二个是自主神经系统（ANS），第三个是肠神经系统（ENS）。还有下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴对胃肠道也有重要作用。

ENS 是一个由胃肠道中感觉神经元、中间神经元和运动神经元构成的大型神经网络，它可以通过合成和释放多种脑肠肽，把胃肠道和CNS 连接起来，包括了黏膜下神经丛和肌间神经丛。ENS 可以独立运行，没有CNS，同样能进行肠胃的调节，俗称“腹脑或第二大脑”。 ENS 对胃肠的调控包括以下几方面：首先是胃肠运动与分泌，其次是肠道的血流量，然后是肠道的上皮输送，最后是肠胃的免疫功能以及调节炎症的功能。肠黏膜的调节影响着ENS，其中主要有黏膜通透性和黏膜细胞的增加与繁殖，还有建立肠道屏障。ENS 也可通过投射神经元的辅助，将胃肠道的感觉信号传送到交感神经节以及CNS。

ANS 调整肠胃主要通过交感神经以及副交感神经来实现。交感神经能够抑制胃肠道运动，副交感神经相反，对胃肠道起兴奋作用。有研究表明，当迷走神经兴奋时，则会抑制胃肠道运动［12］。交感及副交感传出神经介导躯体感觉对胃肠道的反应，2 条传出神经通路靶向目标是肠神经节。

CNS 把接收到的信息转化为神经信号，输送到胃肠道，从而调节胃肠道的功能，而胃肠道则通过肠神经系统对CNS 产生反应，影响CNS 的运动和感觉活动，在这一过程中，肠道菌群起着至关重要的作用。CNS 调节胃肠道的关键是中枢神经把接收到的内外刺激进行整理合并，经过神经以及内分泌体系，向下传输给胃肠细胞或者下肠道神经丛。胃肠调控也受到脑边缘系统的影响，肠胃接受心理刺激则通过情绪应激系统来传输。

肠胃受HPA 调控的主要表现是炎症和应激反应。慢性应激能够升高肾上腺皮质酮，增加胃酸的分泌，降低胃黏液，导致胃肠道中小血管的痉挛反应，损坏胃黏膜；HPA 轴兴奋能够使得身体对外界的刺激更加敏感。除此之外，下丘脑-自主神经系统轴（HANS 轴）同样能够调节肠胃活动。

3 肠道菌群

人类胃肠道中寄居着数以万亿计的细菌，影响肠道的免疫力和消化能力、肠道运动和敏感性。肠道菌群及其代谢物可能参与调节行为和大脑过程，包括压力反应、情绪行为、调节疼痛、摄取行为和大脑生物化学等［13］。当机体受到来自外界的刺激时，肠道菌群紊乱则导致大脑的认知、行为、情感等功能异常。肠道菌群是脑肠轴的关键，通过参与机体的神经内分泌通路、免疫通路、代谢通路，以达到促进神经功能发育、干预机体免疫反应、维持血脑屏障通透性的作用。

3.1 神经内分泌通路

肠道菌群可以合成多种影响大脑和身体的神经递质，比如去甲肾上腺素、γ-氨基酸、乙酰胆碱、L-谷氨酸、5-HT 和多巴胺等。膳食纤维产生代谢产物短链脂肪酸，它可以参与5-HT 的分泌，具有保护中枢神经系统神经元的作用［14］。肠道菌群能够影响大脑功能，参与神经递质的产生，如多巴胺和去甲肾上腺素［15］。研究表明，肠道菌群失调会影响脑源性神经营养因子的表达，在给予补充双歧杆菌后，脑源性神经营养因子表达增加［16］。

3.2 免疫通路

肠道免疫系统的发育离不开肠道菌群的参与，先天性免疫和获得性免疫均受到肠道菌群的影响，肠道相关淋巴组织的成熟是肠道菌群刺激先天免疫系统所获得，获得性免疫的激发依靠肠道菌群刺激免疫反应。生理条件下，肠道菌群可以刺激免疫系统，导致肠道处于 “低度生理炎症”状态［17］，在这种状态下，可以抵御病原体的入侵。研究发现调节性T 细胞（Tregs）可以改善ALS 的进展［18］，可能的机制为Tregs 可以抑制ALS 中的神经毒性，T淋巴细胞和小胶质细胞对CNS 的耐受力和免疫特权有益［19］。在ALS 的病情进程中，小胶质细胞被激活，发生M2 到M1 的表型转换，其中M1 表型具有神经毒性，而M2 表型具有神经保护作用。相较于其他非炎症性神经系统疾病，ALS 患者促炎症表型明显升高，具体表现为血清及脑脊液中IL-17和IL-23 的升高［20］，而有着抑制效应的Tregs 增殖能力却明显下降［21］。

3.3 代谢通路

肠道菌群产生的短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCFAs）、烟酰胺（nicotinamide，NAM）、内毒素等代谢产物，透过血脑屏障对CNS 产生影响。SCFAs 包括了甲酸、乙酸、丙酸以及异丁酸等，是将肠道中未消化的膳食纤维进行发酵得到的。SCFAs可以影响肠道免疫功能，通过激活GPCRs，抑制蛋白去乙酰化酶，作用于白细胞和内皮细胞［22］，还可以维持血脑屏障完整性，介导营养物质和分子从体循环到大脑的调节转移，对大脑发育和CNS 的稳态起着关键作用［23］。烟酰胺同样具有神经保护的作用，它是维生素B3的烟酰形式。

3.4 肠道菌群对ALS 的影响

一般情况下，正常人大多数肠道微生物在门水平可分为六大类，主要有厚壁菌门、疣微菌门、放线菌门、变形菌门、拟杆菌门以及梭杆菌门［24］，其中以厚壁菌门和拟杆菌门居多，厚壁菌门与拟杆菌门的比例可以用来衡量胃肠道健康程度［25］。瑞典国家登记处的1 项回顾性研究认为，重复使用抗生素与患ALS 的风险呈正相关，可能的机制在于抗生素导致的肠道菌群失调［26］。安丙辰团队对照观察8 名ALS 患者与8 名健康个体肠道菌群发现，相比较健康人群，ALS 患者肠道菌群的生物多样性降低，厚壁菌门比例升高，拟杆菌门的百分比降低［27］。肠道生化信号的传导和消化功能需要完整的肠道紧密连接结构，同样离不开肠黏膜屏障的调节。有动物研究表明， G93A 系列小鼠与野生小鼠相比粪便中的菌群有所不同，作用为感知微生物并且分泌抗菌肽的肠上皮细胞paneth 细胞数量增加，并且在ALS 症状出现之前，就已经出现肠道菌群失调，肠道紧密连接结构也有不同程度的受损，还有肠道通透性有所增加［28］。BLACHER 等［29］发现，SOD1 小鼠在出现症状前，不同的肠道细菌对疾病的进展有着不同的影响，比如黏液性阿克曼氏菌可以改善症状，而远端拟杆菌和扭链瘤胃球菌对ALS 有害。如ZHANG 等［30］通过动物实验得出，SOD1G93A 系列小鼠产生丁酸盐的细菌数量减少，在补充丁酸盐后，G93A 系列小鼠推迟了ALS的症状出现时间，同时增加了寿命。丁酸盐处理的SOD1G93A 系列小鼠在转棒试验中出现跌倒潜伏期延长，SOD1G93A 聚集减少和GFAP 表达降低。GOTKINE 等［31］发现，经NAM 治疗的小鼠，运动功能有明显改善，并且生存率也有所提高。不难发现，无论是动物模型还是临床研究，都提示ALS 患者可能存在一定程度上的肠道菌群失调，通过进一步研究肠道菌群影响ALS 的机制，便于寻找ALS的治疗新方向。

肠道菌群对大脑的作用是一个复杂的过程，上述研究提示了ALS 与肠道菌群的相关性，干预肠道菌群或许可以成为治疗ALS 的新方法，例如口服补充益生菌、细菌衍生代谢产物等可对ALS 产生有益的影响，然而这些方法存在着作用途径单一的特点，FMT 作为调节肠道菌群的新方法，对于消化系统疾病具有明显的优势，已经被复发性艰难梭菌感染临床指南推荐［32］。目前研究证实，FMT 对于神经系统疾病也有一定的作用，XUE 等［33］报道了FMT 治疗PD 的临床研究，对2 组患者分别进行结肠FMT 及鼻肠FMT 治疗后，患者的症状均得到缓解。

4 粪菌移植治疗ALS

1958 年，美国医生Eiseman 通过粪菌移植使得伪膜性小肠结肠炎被治愈，这是西方国家最早使用FMT 的记录［34］。很早之前，中医就利用粪便来治病，东晋年间，葛洪《肘后备急方》中提到可以通过人粪以及鸡粪治疗腹泻和食品中毒［35］。后世医家在此基础上，钻研粪便的性味及炮制方法，多认为金汁药性苦寒，善于清热解毒，对于热毒炽盛之神昏尤为见效。如《本经逢源》记载：“金汁得土气最久，大解热毒，故温热时行昏热势剧者，用以灌之，下咽其势立减。”现如今，FMT 已经有了飞速的发展，将健康人群的肠道菌群利用现代技术分离出来，再通过消化道内镜或者胶囊的途径移植到患者体内，已经被广泛运用于消化系统、神经精神类等其他疾病治疗中。

目前关于FMT 治疗ALS 的RCT 研究只有1 项，来自意大利摩德纳大学正在进行的临床RCT（临床试验号：NCT0376632），他们计划招纳42 名ALS患者，将2 组受试者以2∶1 的比例分为28 名接受FMT 治疗和14 名接受安慰剂治疗，2 组患者均于试验前和治疗6 个月后接受上消化道内镜检查和小肠活检，治疗组通过鼻腔肠管将粪便输注，安慰剂组不接受治疗。供体的选择需排除不良生活习惯和风险行为、重大已知疾病、近期使用可能干扰肠道菌群状态的伴随药物、表明胃肠道疾病或其他重要疾病的临床症状以及已知神经退行性疾病或其他自身免疫性疾病的个人或家族病史，此外还需进行粪便和血清学筛查。FMT 的粪便由供体根据标准程序获得艰难梭菌感染，粪便微生物群在盐水溶液中稀释200 mL，以30 mL/min 的速度输注。主要观察治疗组与对照组外周血和肠道黏膜中T 调节细胞（Tregs）的变化，FMT 是否增加Tregs 数量，以及血液和肠道组织样本中T 细胞亚群频率的变化、脑脊液中神经丝水平的变化、促炎细胞因子与T 细胞增殖分化相关细胞因子水平的变化、微生物群特征的变化、FMT 的安全性和患者的耐受性等次要观察指标。

5 展望

近年来随着人们对肠道微生态及代谢组学相关理论认识的深入，越来越多的学者开始关注到肠道菌群失调可能影响多种疾病。由于ALS 患者后期饮食及卧床等原因的影响，出现不同程度的胃肠道症状，但还有一部分患者在ALS 症状出现之前，就已经有了胃肠道不适，此方面尚未引起足够重视。尽管粪菌移植在治疗难治性胃肠道疾病方面已经取得了显著的成果，但由于ALS 为罕见病，患病人数不多，生存时间不长，利用FMT 治疗ALS尚处于探索研究阶段。尤其是ALS 的肠道微生物研究，大多停留在动物试验阶段，而ALS 动物模型并不能完全代替ALS 患者，况且已经报道的临床研究，目前也存在样本量少，研究结果不尽相同的特点。然而，目前研究已经证实了ALS 与肠道菌群的关系，通过干预肠道菌群代谢物，比如补充丁酸盐和烟酰胺，改变疾病的进程，无疑是为ALS 的治疗提供了新的治疗方向。粪菌移植中关于粪菌的种类、用量以及给药途径等具体细节，有待进行大样本、多中心的临床研究。