文献分享 | 肠道微生物与阿尔茨海默病（脑-肠轴机制）
2020年5月，我公司作为共同作者在Brain Research Bulletin杂志上发表了一篇名为“Gender
differences in the bile acid profiles of APP/PS1 transgenic AD mice”的论文。武汉同济医院团队发现阿尔兹海默病（AD）小鼠与对照组相比，胆汁酸表型具有特异性，并且存在性别差异。我公司参与了其中胆汁酸的定量检测工作，原文链接：https://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2020.05.003。
胆汁酸：胆汁酸是胆汁中的主要成分，在脂酸吸收、转运、分泌和调节胆固醇代谢方面起着重要作用。肝脏是合成胆汁酸的唯一器官，胆汁酸在肝实质细胞中由胆固醇合成，合成途径包括肝细胞滑面内质网上的胆固醇7α-羟化酶（CYP7A1）介导的经典途径和线粒体上的甾醇27-羟化酶（CYP27A1）介导的替代途径两种，生成游离状态的初级胆汁酸：CDCA和CA，再以酰胺键形成完全离子化的带负电荷的结合型胆汁酸：牛磺/甘氨酸胆汁酸，tauro/glyco-BAs；硫酸盐/葡萄糖醛酸胆汁酸，sulfo/glucurono-BAs。结合型胆汁酸由肝脏毛细胆管膜的胆盐输出泵（BESP）经胆管随着食物进入肠道后，在回肠末端和结肠上段肠道细菌的作用下解离成游离型胆汁酸，随之被细菌7α-脱氢酶转化为次级胆汁酸：DCA和LCA，二者在结肠通过弥散作用重吸收或通过粪便排出体外。因此，在回肠末端结合型胆汁酸和游离型胆汁酸混合存在。
胆汁酸的肠肝循环：指胆汁酸进入肠腔后，通过门静脉系统再回流入肝脏，大约95%的胆汁酸被重吸收回肝脏，仅5%的胆汁酸通过粪便排出。结合型胆汁酸在小肠前端几乎不能被吸收，但占绝大多数的tauro/glyco-BAs在回肠中能够被胆汁酸转运体（ASBT）主动重吸收进入肠道上皮细胞，并与回肠胆汁酸结合蛋白结合转运至基底膜，在基底膜终末腔面的异源二聚体有机溶质转运蛋白α/β（OSTα/β）的参与下，重吸收入门静脉随血流运回肝脏，经肝细胞窦状隙膜的钠/牛磺酸共转运体（NTCP）主动吸收进入肝细胞，重吸收的胆汁酸在肝细胞中再与新合成的结合型胆汁酸一起由BESP分泌进入胆管系统。而sulfo/glucurono-BAs由小肠上皮细胞顶侧膜的多药耐药相关蛋白2（MRP2）重吸收。另外，游离型胆汁酸在小肠和结肠通过被动弥散的形式重吸收入，再由肝细胞的有机阴离子转运多肽（OATPs）摄入，最后在肝细胞内进行加工并分泌到胆管。胆汁随进食流入肠腔，完成一次胆汁酸的肠肝循环。
阿尔茨海默病： Alzheimer’s disease（AD）又称老年痴呆，是一种神经退行性脑部疾病。1906年Alois Alzheimer博士利用脑切片染色法发现老年痴呆患者脑内神经纤维缠结，伴有神经元细胞退化，并且大脑皮层出现很多斑块，于是将这种神经系统疾病命名为“阿尔茨海默病”。随着现代医学的发展，人们发现AD特征性病理变化：大脑β淀粉样蛋白（β-amyloid，Aβ）沉积形成老年斑（Plaque），Tau蛋白过度磷酸化造成神经纤维缠结（NFTs）以及神经元丢失，并伴随胶质细胞增生。然而，AD的发病机理以及治疗依然是世界难题。据《World Alzheimer Report 2018》统计，2018年全球有近5000万AD患者，到2050年预计将增加至1.52亿人。
对使用APP/PS1诱导的转基因AD小鼠的肝脏、血浆、粪便和肠道内容物，进行胆汁酸检测，发现雌性AD小鼠的血浆和肝脏中牛磺酸结合的初级胆汁酸（TUDCA、TCA、T-α-MCA和T-β-MCA）显著减少，次级胆汁酸（iso-DCA）显著增加；而雄性AD小鼠肝脏中的TDCA显著减少，肠道内容物中的T-β-MCA显著增加。研究结果表明AD小鼠中胆汁酸组成具有明显的性别差异，暗示肠道菌群在神经退行性疾病中的作用是按宿主性别“区别对待“的。
可能的机制是肠道菌群通过脑-肠轴机制来改变宿主健康：雌性AD小鼠中初级胆汁酸的减少减弱了甲状旁腺的保护作用，而雄性AD小鼠中增加的iso-DCA可能由AD相关的肠道菌群过量修饰生成。本研究的重要意义在于证实AD小鼠的胆汁酸表型具有特异性，可以通过监测血浆中胆汁酸来预警神经系统疾病。
2019年9月6日，中国科学院上海药物研究所耿美玉研究团队在Cell Research杂志上发表了题为Sodium oligomannate therapeutically remodels gut microbiota and suppresses gut bacterial amino acids-shaped neuroinflammation to inhibit Alzheimer’s disease progression的研究论文，研究发现在AD的进程中，肠道菌群失衡导致外周血中苯丙氨酸和异亮氨酸的异常增加，进而诱导外周促炎性Th1细胞的分化和增殖，并促进其脑内侵润。侵润入脑的Th1细胞和脑内固有的M1型小胶质细胞共同活化，导致AD相关神经炎症的发生。耿美玉教授团队揭示GV-971是通过靶向脑-肠轴发挥其治疗AD的作用。系统研究发现GV-971通过重塑肠道菌群平衡，降低肠道菌群代谢产物特别是苯丙氨酸和异亮氨酸的产生，降低外周及中枢炎症，减少脑内Aβ沉积和Tau过度磷酸化，从而改善认知功能障碍。除了靶向调节肠道菌群失衡外，GV-971还能直接透过血脑屏障，通过多位点、多片段、多状态地捕获Aβ，抑制Aβ聚集体的形成，并使已形成的聚集体解聚。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41422-019-0216-x。
脑肠轴：肠道微生物对大脑的一个主要调节方式是通过神经免疫和神经内分泌系统实现。肠道微生物通过短链脂肪酸（Short-chain fatty acids，SCFAs）、次级胆汁酸（Secondary bile acids，2BAs）、色氨酸（Tryptophan）等代谢产物与肠道内分泌细胞（Enteroendocrinecells，EECs）、肠道嗜铬细胞（Enterochromaffin cells，ECCs）以及肠道粘膜免疫系统交互作用进而触发级联放大反应。此外，肠道菌群也可以产生一些刺激神经组织的物质如γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid）、5-羟色胺（5-HT）、去甲肾上腺素（Norepinephrine）、多巴胺（Dopamine）等通过直接或间接方式作用于大脑。尽管肠道与大脑的互作沟通方式多种多样，但是其因果关系特别是其精准的互作调控机制知之甚少。
（本文延伸阅读内容引用自绿谷制药官网）
