随着老龄化人口比例增加，帕金森病（PD）的发病率亦增加。PD的主要病理特征是黑质致密部多巴胺能（DA）神经元进行性丧失、剩余神经元内α-突触核蛋白（α-syn）异常聚集。路易小体由α-syn包裹体组成，是PD的标志，从肠神经系统（ENS）扩散到中枢神经系统（CNS），其具体分子机制尚未明确[1]。PD包括运动症状和非运动症状（NMS），NMS早期以嗅觉减退、快速眼球运动期睡眠行为障碍和胃肠道症状等为主，可在典型运动症状前5~20年出现。越来越多的证据支持PD肠道起源假说，肠道菌群与CNS之间存在联系通路，被称为“菌群-肠-脑轴”（MGBA），Zhao 等（2017年）发现MGBA可通过细菌代谢产物、免疫系统和神经内分泌系统等途径进行双向通信。目前，PD尚无治愈方法，主要通过左旋多巴类药物缓解症状，长期使用会引发并发症，通过左旋多巴结合其他药物、益生菌或饮食干预等联合治疗的方式改善肠道菌群是PD治疗的新方向。
一、PD菌群异常的病理生理改变
1. PD起源于肠道的证据
早在21世纪初Braak等已发现PD患者肠道中存在路易小体，随后提出肠道可能是PD病理变化的早期部位，而后转移至大脑。近年来，有研究者观察到PD患者ENS中α-syn的病理改变，这为PD病理起源假说提供了证据。Ahn等[1]的研究证实，由α-syn和Tau蛋白在天冬酰胺内肽酶（AEP）作用下产生的α-syn N103和Tau N368 2种片段复合物，可通过促进彼此的纤维化从肠道传递到大脑，触发与路易小体和运动功能障碍相关的黑质DA神经元丢失；长期口服神经毒素鱼藤酮，可诱导AEP激活和肠道中α-syn N103/ Tau N368复合体形成，以AEP依赖的方式诱导便秘和DA神经元凋亡；于结肠注射α-syn N103/Tau N368的预制纤维沿迷走神经向脑干扩散，并进一步在大脑内突触相互连接的区域传递α-syn和Tau病理，诱发PD病理改变、运动功能障碍和认知障碍；因此，AEP在PD从ENS到CNS的病理进展中发挥作用。此外，Challis等[2]用α-syn预制纤维接种十二指肠肠黏膜可诱导含包涵体的磷酸化α-syn形成，促进炎症反应并破坏ENS生理和糖脑苷酶（GCase）活性；接种预制纤维后，可观察到老年小鼠从ENS到脑干的α-syn组织病理学进展以及纹状体DA水平降低；由于GCase功能受损会导致α-syn的异常积累，该研究显示增加GCase水平降低了α-syn诱导的病理和功能缺陷，故在PD的前驱阶段，GCase活性可能是防止α-syn积累达到致病的、自我传播的阈值的关键，同时提示病毒基因转移是特发性PD的一种潜在治疗策略。因此，PD的发病机制被认为是GCase和α-syn之间的前馈循环。上述研究为PD起源于肠道提供了证据，并证明了α-syn可在ENS和CNS间传播，在一定程度上支持了MGBA的通信作用。
2.菌群异常参与PD发病的炎症机制
2.1 肠道菌群可通过肠道炎症参与PD发病
Schwiertz 等（2018年）发现PD患者肠道中炎症标志物Calprotectin、肠道屏障功能障碍标志物α1-抗胰蛋白酶水平显著升高，证实了肠道炎症是PD发病的一个促进因素的假说。Keshavarzian等（2015年）观察到PD患者肠黏膜中促炎菌Ralstonia丰富，粪便样本中促炎菌Akkermansia、Oscillospira和Bacteroides显著增加。
2.2 肠道菌群介导ENS中α-syn蛋白的聚集
Gorecki等（2019年）在PD患者的粪便中发现产脂多糖（LPS） 菌（Gammaproteobacteria）增加，LPS亦由肠道细菌代谢产生，LPS可增加肠通透性，促进α-syn在ENS的积累，经LPS处理后，小鼠肠上皮细胞紧密连接蛋白1 （ZO-1）和E-cadherin明显减少，支持α-syn在PD发病机制中由肠道向CNS扩散的假说。PD患者ENS中异常聚集的α-syn通过MGBA进入CNS，已在PD小鼠模型中发现中脑黑质α-syn的沉积[3]。由于α-syn有朊蛋白样激活机制，它可在细胞-细胞间、脑区-脑区间扩散，甚至从脑通过迷走神经逆向传播至肠道。
2.3 α-syn异常聚集介导神经炎症
2.4 肠道菌群可能触发结肠黏膜的免疫激活从而引发PD神经炎症和神经退行性变
Teran-Ventura等（2014年）在PD患者的肠道活组织中被发现，结肠组织固有层TLR4、细胞因子、趋化因子的免疫应答和CD3+ T淋巴细胞数量增加，而敲除TLR4基因显著减轻了鱼藤酮对肠道屏障的破坏，降低了结肠α-syn聚集区胶质纤维酸性蛋白的表达，减少了黑质小胶质细胞的激活和DA细胞的丧失，减轻了运动功能的损害。
2.5 肠道菌群可通过TLR信号通路调节ENS的结构和功能
二、菌群异常与PD的临床相关性
1. PD药物与肠道菌群相互影响
1.1 PD药物影响肠道菌群的组成
研究显示使用儿茶酚-O-甲基转移酶抑制剂（COMT抑制剂）与Lachnospiraceae Blautia的减少和Lactobacillaceae Lactobacillus的增加显著相关[7]。Barichella等（2019年）表明COMT抑制剂亦可引起梭菌第四簇（Clostridium IV）减少；Hill-Burns 等（2017年）发现COMT抑制剂和抗胆碱能药物可减少PD患者抗炎Bifidobacterium的数量。而Zhang等（2020年）发现左旋多巴、多巴胺激动剂和金刚烷胺均未引起PD患者肠道菌群的显著变化。
1.2 肠道菌群影响PD药物
在研究者首次发现肠道菌群是体内DA的新来源，Enterococcus含有酪氨酸羟化酶（TH），口服盐酸小檗碱（BBR）可促进Enterococcus中的TH产生左旋多巴，由此生成的左旋多巴穿过血脑屏障进入大脑并转化为DA；将E. faecalis与E. faecium移植到PD小鼠体内，可增加大脑DA水平，改善PD症状，验证了BBR效应激活的肠-脑对话机制；此外，研究显示BBR联合DA脱羧酶抑制剂-苄丝肼在培养中产生额外增加的DA，提示未来BBR可联合相关药物治疗PD[8] 。另有研究说明了细菌代谢在左旋多巴生物利用度中的影响，肠道细菌 Lactobacillus和Enterococcus中的酪氨酸脱羧酶（TDC）可将左旋多巴代谢为DA，PD患者体内左旋多巴水平因肠道细菌TDC的高丰度而降低，在近端小肠中大量的细菌TDC可以解释左旋多巴治疗在PD患者中增加剂量的方案[9]。Van等（2020年）表明左旋多巴可被肠道Clostridium sporogenes脱氨基产生一种代谢产物，该物质在体外抑制回肠运动，避免药物未吸收残留物的潜在不良反应。
2. PD非运动症状与肠道菌群
Qian等（2018年）发现PD患者认知障碍与Genera Butyricicoccus 和Clostridium XlVb的丰度呈正相关，而PD患者抑郁及疾病分期越重与其认知功能受损相关[10]。Minato 等（2017年）发现PD患者幻觉和妄想的恶化、动机和主动性的恶化分别与Bifidobacterium和Bacteroides fragilis的计数较低相关；Mertsalmi 等（2017年）发现PD合并肠易激综合征（IBS）样症状（腹痛）患者有更多的NMS，且Prevotella水平较低，这表明PD合并IBS样症状患者的肠道菌群有潜力成为探索PD运动前症状的生物标志物或治疗靶点的参考。快眼动睡眠行为障碍（RBD）是PD前驱期标志之一，在RBD患者肠道中Paraprevotella减少，提示PD 患者可能存在前期肠道菌群改变[11]。Heintz-Buschart等（2018年）发现在伴有RBD的PD患者中，Akkermansia丰度较高，在PD患者和RBD患者肠道中均可观察到厌氧菌、Clostridium XIVb和几个拟杆菌门。
3. PD运动症状及运动并发症与肠道菌群
Lin 等（2019年）表明Bacteroides在非震颤型PD患者中的丰度高于震颤型PD患者，其丰度与运动症状严重程度相关。研究显示Lachnospiraceae Blautia的减少和Lactobacillaceae Lactobacillus的增加与PD剂末现象显著相关；Lachnospiraceae Blautia的减少与PD患者年龄、病程和左旋多巴日服剂量相关；Lactobacillaceae Lactobacillus的增加与PD患者病程、BMI和左旋多巴日服剂量相关[7]。国际帕金森和运动障碍协会统一评分量表（MDS-UPDRS）和HoehnYahr分级可用于PD患者运动症状和疾病进展的评估，国外研究显示UPDRSⅢ评分与瘤胃菌科的出现频率及丰度呈正相关；Paraprevotella的相对丰度与HoehnYahr分级和UPDRSⅢ评分呈负相关，而Bilophila的相对丰度与HoehnYahr分级呈正相关，Flavonifractor和Peptococcus的相对丰度与UPDRSⅢ评分呈正相关[12-13]。我国的研究表明 Klebsiella 和 Parasutterella的丰度与PD病程长短及严重程度呈正相关，而产氢Prevotella与疾病严重程度呈负相关[14]。
三、PD菌群异常的预防和治疗
研究表明调节肠道菌群可作为PD患者辅助治疗的新方向。目前，菌群的调节既可以通过抗生素、益生菌等药物干预，也可以通过饮食非药物干预，甚至可通过粪菌移植（FMT）途径实现。
1.抗生素
从药物学角度来看，改变PD患者肠道菌群最彻底的方法是应用抗生素。给予过表达α-syn的PD小鼠抗生素治疗，小鼠的α-syn表达水平、炎症反应及运动症状均显著改善，而复原小鼠的菌群后，其PD相关病理改变又再次出现[5]。研究显示头孢曲松通过调节炎症与肠道菌群对线粒体膜通透性转换孔（MPTP）诱导的PD小鼠模型发挥神经保护作用，可能机制为：①头孢菌素下调小鼠黑质星形胶质细胞标志物GFAP和小胶质细胞标志物Ib1的表达，显著降低胶质细胞的激活程度；②头孢菌素降低小鼠黑质TLR4/NF-κB通路中炎症相关蛋白TLR4、My88等的表达，并降低血清中促炎因子IL-6、IL-1β、TNF-α的浓度；③头孢菌素增加小鼠黑质中TH、谷氨酸转运蛋白1（GLT-1）和神经营养因子的表达从而改善PD小鼠的运动症状（其中GLT-1在PD中表达下降，它主要清除大脑中具有兴奋毒性的谷氨酸）[15]。但该研究仅限于头孢曲松的短期疗效，需使用转基因小鼠进行更多的研究以确定其长期效果，此外，还应评估该药的使用剂量和频率[15]。抗生素的使用会对肠道菌群产生长期影响，Mertsalmi 等（2020年）发现，使用大环内酯类和林可胺类与PD发病风险的增加有关，接触某些类型的抗生素——特别是抗厌氧菌和四环素，可持续10~15年增加患PD的风险，故抗生素引起的菌群变化可能在数年后导致神经系统疾病的发生。
2.益生菌及FMT
益生菌疗法是PD治疗的热点之一，Goya 等（2020年）报道Bacillus subtilis益生菌菌株PXN21抑制α-syn聚集，为探索Bacillus subtilis作为膳食补充剂调节疾病提供了基础。补充益生菌治疗PD的临床前期证据表明，Hsieh等（2020年）给予遗传MitoPark PD小鼠模型益生菌治疗后发现，其步态平衡和协调性更好，黑质DA神经元退行性变减少，表明益生菌混合物具有神经保护作用； Srivastav等（2019年）发现益生菌通过促进某种短链脂肪酸（丁酸盐）对MPTP和鱼藤酮毒素诱导的PD小鼠模型亦具有神经保护作用。补充益生菌治疗PD的临床证据表明，补充复合益生菌12周可显著降低PD患者 MDS-UPDRS 评分与患者血浆中高敏CRP水平，显著增加谷胱甘肽的含量；服用复合益生菌4周可显著增加PD患者每周的自发排便频率，改善粪便坚硬程度和提高便秘患者的生活质量评分，故复合益生菌可通过改善PD患者的机体炎症水平和抗氧化能力来延缓疾病进展[16-17]。上述研究为益生菌治疗PD便秘提供了Ⅰ级证据，然而，益生菌对PD认知功能及其长期疗效（包括对PD药物在肠道吸收的影响）尚未得到充分验证。
目前，最有效的益生菌移植方法是FMT，它通过将健康的肠道菌群转移到患者胃肠道，重建PD患者健康的肠道菌群，有效改善其临床症状[18]。Xue等（2020年）表明PD患者在接受FMT后，睡眠状态（PSQI评分）、生活质量（PDQ-39）、焦虑和抑郁（HAMD评分和HAMA评分）以及运动症状均有显著改善。但目前关于FMT治疗PD的临床研究显示FMT没有稳定的长期疗效，一些实际问题需要解决，包括粪便移植的管理、特定微生物的清除以及最佳移植量和频率等。
3.地中海饮食干预
四、展望
肠道菌群参与PD发生发展的具体分子机制仍有待研究。在将抗生素应用于PD患者之前，需确定其发挥有益作用的分子机制及潜在不良反应；探索益生菌在PD中的作用机制，并根据个体宿主情况制定益生菌疗法，以改善患者预后；探索FMT、益生菌和传统药物联合应用疗效，改善肠道功能障碍、抑制神经功能退化以及减少左旋多巴或其他药物剂量的作用，以减少PD患者药物依赖。