駱 嵩 李 理 馬 博 劉東亮 劉曉林 屈洪黨

蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院，安徽 蚌埠 233004

肌萎縮側(cè)索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）是一種致命性的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，常累及患者的上下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，從而出現(xiàn)進(jìn)行性加重的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損傷及破壞，引發(fā)肌肉萎縮無(wú)力、吞咽困難、呼吸費(fèi)力等臨床癥狀，患者最終死于營(yíng)養(yǎng)障礙、重癥感染、呼吸衰竭等。病程中患者意識(shí)清楚，疾病發(fā)生發(fā)展及演變的過(guò)程都會(huì)給患者帶來(lái)巨大心理壓力。目前ALS 具體和確切的發(fā)病機(jī)制尚不清楚，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)ALS可能與神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)［1］、能量代謝紊亂［2］、環(huán)境因素［3］、遺傳因素［4］等存在關(guān)系。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病中的帕金森?。?］、阿爾茨海默病［6］等發(fā)病與腸-腦軸調(diào)節(jié)異常有關(guān)，因此針對(duì)腸道微生物與ALS 的研究［7］也日益得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究重視，本文就ALS 發(fā)病機(jī)制與腸道微生物關(guān)系的最新研究進(jìn)展加以綜述，以有助于臨床診療參考。

1 肌萎縮側(cè)索硬化疾病概述

ALS 是運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元病中最常見的一種疾病亞型，主要累及上下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，但目前研究發(fā)現(xiàn)其也可能損害感覺(jué)系統(tǒng)［8］和高級(jí)皮層功能系統(tǒng)［9］。此外，流行病學(xué)顯示ALS患者具有一定的家族遺傳傾向［4］，可以分為家族性ALS（familial ALS，fALS）和散發(fā)性ALS（sporadic ALS，sALS），全球范圍內(nèi)更多的患者屬于sALS。ALS 由于主要損害運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，因此患者主要表現(xiàn)為肢體運(yùn)動(dòng)能力進(jìn)行性下降直至癱瘓、球部癥狀以吞咽費(fèi)力、飲水嗆咳等臨床癥狀。當(dāng)呼吸肌受到累及時(shí)，患者可出現(xiàn)呼吸費(fèi)力甚至呼吸衰竭，因此ALS 患者晚期多死于營(yíng)養(yǎng)障礙、肺部感染、誤吸引發(fā)的窒息以及呼吸衰竭等。目前對(duì)于ALS的病因及發(fā)病機(jī)制尚處于探索階段，已知的是ALS 患者存在能量代謝功能紊亂［2］，如BMI降低［10］，糖［11］、脂肪［12］、蛋白質(zhì)［13］代謝紊亂等。此外，對(duì)fALS患者的基因組學(xué)研究分析，目前已知的突變異常的致病基因有上百種，如銅/鋅超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD1）［14］、反式激活反應(yīng)-DNA結(jié)合蛋白基因（TAR DNA-binding protein，TARDBP）［15］、肉瘤融合基因（fused in sarcoma，F(xiàn)US）［16］等，進(jìn)一步提示這部分ALS患者具有家族遺傳傾向性。研究發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度負(fù)荷的職業(yè)運(yùn)動(dòng)員ALS［17］發(fā)病率也相對(duì)較高，還有重金屬中毒、農(nóng)藥物長(zhǎng)期接觸等都不同程度增加ALS 發(fā)病率，進(jìn)一步提示ALS 發(fā)病與環(huán)境因素關(guān)系也較為密切。

由于ALS 疾病進(jìn)展的不可逆性，患者中位存活期一般是3～5 a［18］，因此很多ALS患者會(huì)有不同程度的心理疾病，如焦慮、抑郁、睡眠障礙等。遺憾的是目前已經(jīng)證實(shí)治療ALS 有效的藥物十分有限，全球范圍內(nèi)公認(rèn)的相對(duì)治療有效的藥物主要是兩類，一類是通過(guò)抑制興奮性谷氨酸神經(jīng)毒性作用而發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)元功能的藥物利魯唑［19］，一類是具有抗氧化及清除氧自由基的藥物依達(dá)拉奉［20］。盡管如此，這兩類藥物對(duì)于延長(zhǎng)ALS 患者存活期限仍舊十分有限［19-20］，而基因治療、干細(xì)胞療法等目前仍處于試驗(yàn)階段，距離臨床應(yīng)用仍有較大距離。因此，尋找ALS的發(fā)病機(jī)制，進(jìn)而尋找更多治療靶點(diǎn)藥物將對(duì)ALS診療具有十分重要和深遠(yuǎn)的臨床意義。

2 腸道微生物與神經(jīng)系統(tǒng)關(guān)系

2.1 腸道微生物環(huán)境目前研究顯示存在于人體腸道區(qū)域內(nèi)的微生物群落數(shù)量高達(dá)3.9×1013個(gè)，這一數(shù)字相當(dāng)于人體細(xì)胞數(shù)總和［21］，腸道菌群與人體健康有著十分復(fù)雜的辨證關(guān)系，一般將腸道菌群又人為劃分為條件致病性菌群、益生菌群、共生菌群等，這些菌群正常條件下與人類共生共存，更多時(shí)候?qū)τ诰S護(hù)人體健康發(fā)揮重要的作用，合成生命必需的維生素、分解代謝營(yíng)養(yǎng)成分等，但是這種平衡關(guān)系是動(dòng)態(tài)性的，一旦某種因素引起菌群異位或數(shù)量增減等，都會(huì)引發(fā)機(jī)體疾病發(fā)生，因此目前對(duì)于腸道菌群及腸道微環(huán)境變化所致疾病的相關(guān)研究在國(guó)內(nèi)外均是熱點(diǎn)。

在對(duì)帕金森病、阿爾茨海默病等神經(jīng)變性疾病患者的研究中，腸道微生物-腸道-腦軸與這類疾病有著密切的關(guān)系［5-6，22-23］。ALS 也屬于神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，因此ALS 患者腸道微生物環(huán)境的研究對(duì)于揭示ALS發(fā)病機(jī)制、疾病轉(zhuǎn)歸，甚至疾病治療新思路均有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.2 腸道微生物-腸-腦軸與神經(jīng)系統(tǒng)由于腸道微生態(tài)環(huán)境變化在許多疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮十分重要的作用，尤其是近年來(lái)研究證實(shí)腸道系統(tǒng)-中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間也存在雙向交流調(diào)節(jié)系統(tǒng)［23-24］，因此腸-腦軸在神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程中的重要作用也逐漸為國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)，而腸道微生物對(duì)于腸道系統(tǒng)功能正常發(fā)揮與否占據(jù)主導(dǎo)作用，雖然目前尚未完全接受腸-腦軸的調(diào)節(jié)機(jī)制，但目前已知的有內(nèi)分泌腸道激素調(diào)節(jié)、迷走神經(jīng)通路調(diào)節(jié)、神經(jīng)介質(zhì)分泌調(diào)節(jié)、神經(jīng)免疫途徑調(diào)節(jié)等多通路構(gòu)成的腸腦雙向調(diào)節(jié)系統(tǒng)［23-24］。腸-腦軸主要是由腸道系統(tǒng)（包括微生物）與中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間進(jìn)行物質(zhì)等信息交流的具有雙向調(diào)節(jié)功能的網(wǎng)絡(luò)，其中包括腸道系統(tǒng)、植物神經(jīng)系統(tǒng)、神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)免疫系統(tǒng)等組成的網(wǎng)絡(luò)樣通路［25］。目前關(guān)于腸-腦軸這一概念也日益為國(guó)內(nèi)外學(xué)者所接受，并進(jìn)一步深入研究其病理生理功能。

3 腸道微生物與ALS疾病關(guān)系

3.1 ALS腸道微生物特點(diǎn)雖然腸道系統(tǒng)微生物數(shù)量與種類在個(gè)體間存在一定差異性，并受到飲食習(xí)慣、營(yíng)養(yǎng)搭配等諸多因素的影響，但現(xiàn)有的研究顯示ALS 患者的腸道微生物種類和數(shù)量與健康人群相比，仍有自身的特點(diǎn)和區(qū)別。對(duì)ALS 小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，SOD1G93A 小鼠腸道緊密連接存在特異性損傷，由此腸道通透性增加，進(jìn)一步分析腸道菌群發(fā)現(xiàn)是由于產(chǎn)生丁酸鹽的丁基弧菌數(shù)量減少所致［26］。在對(duì)ALS 患者人群研究中，2018 年的一項(xiàng)研究通過(guò)比較25 例ALS 患者和32 例健康者的腸道菌群變化情況，發(fā)現(xiàn)二者腸道微生物菌群并無(wú)顯著變化，包括厚壁菌門/擬桿菌門比值并無(wú)明顯差異性變化［27］。與之相反的另一項(xiàng)研究將50例ALS患者和50名年齡、性別相匹配的健康者進(jìn)行比較，與健康組相比，ALS患者的腸道微生物豐度發(fā)生顯著性變化，此外ALS 疾病進(jìn)展與腸道微生物多樣性下降一致，考慮可能與ALS患者病情變化引起的飲食結(jié)構(gòu)變化［28］有關(guān)。還有研究顯示，ALS 患者中較高的厚壁菌門/擬桿菌門比值往往與ALS 患者死亡風(fēng)險(xiǎn)增加有相關(guān)性，且腸道菌群多樣性與否也與ALS 患者死亡風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)［29］。為了進(jìn)一步顯示腸道微生物數(shù)量變化對(duì)于ALS發(fā)病是否有影響，2019 年的一項(xiàng)回顧性分析發(fā)現(xiàn)反復(fù)應(yīng)用抗生素與增加ALS 發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)存在一定關(guān)系［30］，進(jìn)一步間接證實(shí)ALS患者腸道微生物環(huán)境變化與疾病發(fā)生發(fā)展具有一定關(guān)系。

3.2 腸道微生物與ALS目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者公認(rèn)的腸-腦軸系統(tǒng)對(duì)ALS 發(fā)病有重要作用。腸道微生物通過(guò)分解代謝營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、分泌信號(hào)因子，合成一些生物化合物，從而經(jīng)過(guò)血液、內(nèi)分泌系統(tǒng)進(jìn)入到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，發(fā)揮其生物活性，以達(dá)到調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的作用。研究顯示腸道微生物代謝物，如煙酰胺是維生素B3的酰胺模式，參與體內(nèi)能量代謝活動(dòng)，此外發(fā)現(xiàn)SOD1G93A小鼠血清和腦脊液中的煙酰胺水平下降，與之相對(duì)應(yīng)的是腸道嗜黏性阿克曼菌數(shù)量減少，并且通過(guò)腸道移植腸道嗜黏性阿克曼菌，可改善ALS小鼠生存期［31］，進(jìn)一步證實(shí)腸道微生物可通過(guò)代謝產(chǎn)物水平變化影響ALS 發(fā)病轉(zhuǎn)歸。有學(xué)者對(duì)SOD1G93A小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，在8～9周齡尚未發(fā)病時(shí)的ALS小鼠，先出現(xiàn)腸道微生物豐度減少，從而使得腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs），如乙酸、丙酸、丁酸等，隨之腸道緊密型屏障通透性增加，并且短鏈脂肪酸下降程度與腸道通透性程度增加存在關(guān)聯(lián)，而對(duì)ALS 小鼠補(bǔ)充丁酸、丙酸后，其腸壁通透性基本恢復(fù)正常［26，31］。此外腸壁通透性增加進(jìn)一步加劇腸道微生物釋放一些信號(hào)因子，尤其是炎性因子通過(guò)腸壁屏障進(jìn)入到血液系統(tǒng)，引起炎癥反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)免疫系統(tǒng)異常活化。對(duì)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，長(zhǎng)期慢性炎癥反應(yīng)會(huì)不斷加劇神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病發(fā)生，如PD、AD、ALS等。神經(jīng)免疫炎癥調(diào)節(jié)也是ALS 發(fā)病的重要機(jī)制，較多的研究顯示腸道微生物可以通過(guò)腸-腦軸調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫炎癥反應(yīng)［26-27，31］。一些腸道微生物代謝產(chǎn)生的分子可能是一些免疫調(diào)節(jié)因子，如短鏈脂肪酸、芳基受體（aryl hydrocarbon receptor，AHR）配體、多胺和多糖等，如SCFAs 可以通過(guò)抑制組蛋白去乙?；閷?dǎo)調(diào)節(jié)T細(xì)胞轉(zhuǎn)化，從而引起T細(xì)胞浸潤(rùn)和促炎細(xì)胞因子上調(diào)，引發(fā)或加劇中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性反應(yīng)［26，31］。官俏兵等［32］在ALS 小鼠模型中發(fā)現(xiàn)無(wú)菌環(huán)境下飼養(yǎng)的ALS 小鼠的腸道為無(wú)菌狀態(tài)，其小膠質(zhì)細(xì)胞活化程度相對(duì)較低，且白介素-6等炎癥指標(biāo)均下降，無(wú)菌環(huán)境下飼養(yǎng)的ALS 小鼠的脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元較之在SPF環(huán)境飼養(yǎng)的ALS 小鼠脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損傷程度下降，進(jìn)一步提示腸道微生物可通過(guò)腸-腦軸調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)免疫炎癥反應(yīng)，從而影響ALS發(fā)病及轉(zhuǎn)歸。

4 總結(jié)與展望

目前越來(lái)越多的研究顯示腸道微生物通過(guò)腸-腦軸，包括神經(jīng)免疫通路、自主神經(jīng)通路、神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)等影響和調(diào)控ALS 疾病轉(zhuǎn)歸，因此篩選出可能導(dǎo)致腸道微生物變化的因素以及影響ALS發(fā)生發(fā)展的微生物種類，并基于此找尋治療ALS 有益的腸道微生物以及治療靶點(diǎn)，制定相應(yīng)治療方案，對(duì)于揭示ALS發(fā)病機(jī)制和尋找更為有效的治療靶點(diǎn)提供了新的思路。