摘要

背景：最近，我们报道了轻度认知功能障碍（mild cognitive impairment，MCI）患者的肠道内有特定的细菌特征，改良的地中海生酮饮食（modified Mediterranean ketogenic diet，MMKD）可改善脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）中的阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）标记物和肠道细菌特征。然而，其他与MCI/AD病理、肠道细菌和饮食有关的微生物种群，如肠道真菌（菌群），仍不清楚。

方法：在一项单中心、随机、双盲、交叉的初步研究中，在MMKD和美国心脏协会饮食（AHAD）干预6周前后，我们通过对17例老年人[11例MCI，6例认知正常（cognitively normal，CN）]的真菌rRNA ITS1基因测序，评估了肠道菌群，并确定其与脑脊液和肠道细菌中AD标志物的相关性。

结果：与CN患者相比，MCI患者中的核盘菌科、法夫酵母科、发菌科、囊藻科、带形壳菌科和贵腐菌、哈萨克斯坦酵母、寄生性子囊菌属和枝孢属的比例较高，而迈氏酵母属丰度较低。与非MCI的受试者相比，MCI受试者中的特定真菌类群与AD标记物以及肠道细菌间具有明显的相关阵列。MMKD对MCI受试者的真菌多样性产生了更广泛的影响，增加了蘑菇属和木拉克酵母属，而在有或没有MCI的受试者中酿酒酵母和麦角菌属下降程度不同。

原文链接：

https://www.thelancet.com/journals/ebiom/article/PIIS2352-3964(20)30326-1/fulltext

Nagpal R, Neth BJ, Wang SH, et al. EBioMedicine. 2020 Sep;59:102950.
 

解读人：刘佳教授 首都医科大学附属北京天坛医院神经病学中心主治医师

研究解读

2020年7月，美国维克森林生物技术中心微生物与免疫学系Yadav博士和美国维克森林医学院J·保罗·斯蒂克特老年医学中心Craft教授研究团队在权威医学杂志《EBioMedicine》上发表题为《轻度认知功能障碍（MCI）受试者的肠道菌群及其与饮食、肠道细菌和阿尔茨海默病标志物的相互作用：一项初步研究》的研究论文。

MCI是介于正常衰老和痴呆之间的一种中间状态，是一种认知障碍症候群。与年龄和教育程度匹配的正常老人相比，患者存在轻度认知功能减退，但日常能力没有受到明显影响。MCI被认为是痴呆前期也是痴呆治疗的最佳时机，有助于做到早发现和有效延缓痴呆病情进展，从而有效减轻社会和家庭负担。该研究团队之前报道了MCI患者的肠道内有特定的细菌特征，以及改良的地中海生酮饮食（MMKD）可改善脑脊液中阿尔茨海默病AD标记物和肠道细菌特征。然而，MCI肠道真菌菌群情况还有待研究。该文章旨在研究MCI患者的肠道真菌生物特征，以及肠道真菌生物特征与宿主饮食、肠道细菌和脑脊液（CSF）阿尔茨海默病（AD）生物标记物的潜在相互作用。

该项临床研究对17例老年人[11例MCI，6例认知正常（CN）]的真菌rRNA ITS1基因测序。参与者被随机分配到两组，一组是改良地中海式生酮饮食(MMKD，低碳水化合物)，另一组是美国心脏协会饮食(AHAD，低脂饮食)干预，为期六周，之后是六周的洗脱期，在洗脱期参与者被指示恢复他们的研究前饮食，之后是交换饮食干预方式连续六周。所有受试者在基线和第一次饮食干预结束时以及第二次饮食干预结束时均进行了腰椎穿刺(LP)。在基线和每个饮食干预结束时采集新鲜粪便标本。研究进行真菌rRNA ITS1基因测序，评估了肠道菌群，并确定其与脑脊液和肠道细菌中AD标志物的相关性。

研究考察了MCI状态相关的特定肠道菌群特征。结果表明，MCI患者与CN受试者的肠道菌群在基线时β多样性没有显著差异(图1a)。然而，与CN受试者相比，MCI患者的α多样性略低(图1b)。MCI患者子囊菌门所占比例较低，担子菌门所占比例较高(图1c)。因此，在主要真菌属水平上的进一步分析显示，MCI患者与CN受试者的真菌群落组成明显不同(图1d)。线性判别分析(LDA)效应大小(LEfSe)分析显示，MCI患者核盘菌科、法夫酵母科、发菌科、囊藻科、Togniniaceae和葡萄孢属、Kazachstania、寄生性子囊菌属和枝孢属所占比例明显较高，而Cladosporiaceae和迈氏酵母属所占比例较低(图1e)。MCI与CN受试者CSF中AD标记物的几种真菌属具有不同的相关性(图1f)。进一步的真菌-细菌相关性分析揭示了MCI患者与CN受试者明显不同的共现网络(图1g, h)。

研究表明，MMKD和AHAD在有无MCI患者中不同程度地调节肠道菌群组成，且饮食引起的肠道菌群变化与脑脊液中的AD标记物相关。将肠道菌群数据与脑脊液标记物（包括Aβ40、Aβ42以及tau、tau-p181）数据进行整合，发现几个真菌属，包括德巴利氏酵母属、 帚枝霉属、 黑粉菌属、念珠菌属和Cladosporiumcor与AD脑脊液的不同标记物正相关或负相关(图2a)。根据饮食和MCI状态分析这些数据，发现CN与MCI受试者之间以及MMKD与AHAD干预之间存在特定的相关模式(图2b)。研究进一步发现，MMKD和AHAD在有或没有MCI的受试者中诱导不同的肠道真菌-细菌共发网络。

该研究确定了MCI特异的肠道菌群特征，并证明了这些特征如何与肠道细菌以及AD患者中的CSF生物标志物相关，揭示了MCI特异性菌群特征，并证明了独特的饮食可调节与AD标记物相关的真菌菌群以及MCI患者的真菌-细菌协同调节网络。研究提示，肠道细菌与饮食的相互作用，可能实现在MCI阶段延缓甚至逆转认知障碍的进展。

事实上，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来实现的。肠道微生物通过短链脂肪酸、次级胆汁酸、色氨酸等代谢产物与肠道内分泌细胞、肠道嗜铬细胞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、5-羟色胺、去甲肾上腺素、多巴胺等通过直接或间接方式作用于大脑。因此，通过对肠道微生物群可以多种方式影响大脑功能，对其深入研究可能进一步发现预防或治疗神经退行性疾病的新方法。

图1临床诊断为轻度认知功能障碍(MCI)和认知正常(CN)的受试者之间的肠道菌群差异。(a) CN受试者(n = 6)和MCI患者(n=11)的菌群b多样性，(b)a多样性(Shannon指数)，(c-d)主要门(c)和属(d)水平的菌群组成。(e)线性判别分析(LDA)效应大小(LEfSe)图，代表在CN受试者和MCI患者中识别的显著独特的真菌类群。(f)相关( * p＜0.05）脑脊液中阿尔茨海默病标记物的肠道真菌属与MCI对照。(g-h) MCI患者与CN受试者相比，真菌和细菌属差异丰富的生态共现网络。网络代表了统计上显著的相关性(Spearman rho＞0.5；P值＜0.05)

图2 在临床诊断为轻度认知功能障碍(MCI)和认知正常(CN)的受试者中，饮食引起的肠道菌群变化与阿尔茨海默病(AD)的脑脊液(CSF)生物标志物的变化相关。描述(a)总体相关模式的热图(Spearman rho;* p ＜0.05)在MMKD与AHAD干预期间，主要肠道真菌属的变化(log2差异倍数)与脑脊液阿尔茨海默病标志物的变化(b)。