摘要

背景：卒中后认知障碍（Post-stroke cognitive impairment，PSCI）是急性缺血性卒中（acute ischemic stroke，AIS）后致残的重要因素。新的证据表明，肠道微生物群在认知障碍中发挥重要作用。

目的：本研究旨在探讨PSCI与肠道菌群的关系。

方法：65例新诊断AIS的患者在入院时完成粪便收集，3个月后在门诊完成认知能力评估。对粪便样本进行16SrRNA基因测序并进行气相色谱-质谱分析。此外，我们招募了新的18例AIS患者，他们的治疗辅以益生菌，以评估微生物治疗在PSCI中的潜力。

结果：与非PSCI患者相比，PSCI患者的特点是α-多样性明显减少，微生物组成及相应代谢物紊乱。梭杆菌增多和微生物代谢的短链脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA）缺乏与PSCI显著相关。基于肠道微生物群和SCFA的模型可以准确地预测脑卒中发作后3个月或更长时间的PSCI。虽然传统的益生菌给药对PSCI的影响不大，但可以改善患者的情绪，包括卒中后3个月的抑郁和焦虑。

结论：我们的研究首次揭示了PSCI与肠道菌群及其代谢产物的相关性，提示了微生物群及其代谢产物在PSCI早期临床诊断和治疗中的应用潜力。

原文链接：

https://content.iospress.com/articles/journal-of-alzheimers-disease/jad191066

Liu YL, Kong C, Gong L, et al. J Alzheimers Dis. 2020;73(4):1455-1466.
 

解读人：楚长彪教授 首都医科大学宣武医院神经内科 副主任医师

研究解读

2020年2月，上海同济大学附属第十人民医院胃肠外科秦环龙教授和神经内科刘学源教授团队在国际知名期刊Journal of Alzheimer's Disease（《阿尔茨海默病杂志》）发表名为“The Association of Post-Stroke Cognitive Impairment and Gut Microbiota and its Corresponding Metabolites ”《卒中后认知障碍与肠道微生物及其代谢产物的相关性》的研究论文，该文深入探讨卒中后认知障碍与肠道微生物群及其相关代谢产物之间的密切联系，揭示益生菌对PSCI的治疗效果，并应用肠道微生物群及其相应代谢产物对卒中后认知障碍进行早期诊断。

卒中是世界第二大主要死亡原因和第三大主要致残原因，其中80%为缺血性卒中。卒中后认知障碍（Post-Stroke Cognitive Impairment, PSCI）在急性缺血性卒中患者中相当常见，并很可能进展为痴呆。卒中后一年中，PSCI发病率从7.4%上升至41.3%。然而，以现在的诊断标准，医生需要利用现行的多种认知评价量表（如MoCA、MMSE等）并花费3个月或更久的随访时间才能诊断PSCI。不但如此，在治疗方面药物选择有限，只有很少的阿尔茨海默病相关药物对PSCI治疗有效，如胆碱酯酶抑制剂、盐酸美金刚。因此，如何早期识别PSCI及找到新的有效治疗方式受到广泛关注。随着宏基因组学的发展和无菌模型的建立，研究者们发现许多神经系统疾病与肠道微生物群有着紧密的联系，这些微生物群拥有比人类基因组更多的基因。“微生物群-肠-脑”轴在卒中及相应的卒中后认知障碍的发生发展中扮演重要角色。啮齿动物水平的研究已发现肠道微生物群紊乱能够加重认知损害，但仍需要人类水平研究确认上述结果并进行机制探讨。另外，益生菌、益生元、合生素等微生态制剂对认知的干预作用也尚无定论，这提示目前仍缺乏令人信服的认知研究用以阐明肠道微生物群在认知障碍中的角色。

研究者于2018年6月至2019年6月一共纳入了83名患者进行此项纵向研究。其中65名患者为核磁影像确诊的新诊断的急性缺血性卒中（Acute Ischemic Stroke, AIS），在入院36小时内完成粪便收集，提取DNA后进行高通量测序及靶向代谢组学研究，对数据进行生物信息学及统计学分析。卒中3个月后，患者在门诊完成综合认知能力评估，包括MoCA、MMSE、HAMD、HAMA量表检查。在发现PSCI和肠道微生物群的显著联系后，研究者又招募18位新的AIS患者，对其补加益生菌辅助治疗，以评估微生物治疗在PSCI中的潜力。

通过α-多样性检测研究者发现，与非PSCI患者（30例，MoCA评分为26.9±1.24）相比，PSCI患者（35例，MoCA评分为17.46±4.16）肠道微生物群的丰富性、多样性指数均显著下降。如图所示，与非卒中后认知功能障碍受试者相比，卒中后认知功能障碍受试者的香农指数（p=0.027）、观察物种（p<0.01）和Chao1指数（p<0.01）更低（图1A）；两组之间的肠道微生物群组成存在显著差异（图1B，C）；微生物及相应代谢产物成分组成紊乱。最新证据已经确认短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acid，SCFA）在维持情感、认知等脑功能健康方面具有重要作用。研究者发现多种菌属可以通过发酵膳食纤维产生SCFA。基于靶向代谢组学，研究者对7种主要的SCFA组份进行检测，其中己酸显著下降。相关性分析显示，SCFA水平与产SCFA相关细菌显著相关，这提示PSCI患者SCFA水平下降可能与相关菌群失调有关。为了评估肠道微生物群和SCFA可否作为PSCI早期诊断标记物，研究者制作了接受者操作特征曲线（ROC曲线），结果发现联合考虑10种最显著菌属及己酸水平，曲线下面积（AUC，如图2）可达到0.934，这证实基于肠道微生物群和SCFA的模型可以早期精准预测卒中发作后3个月或更长时间内PSCI的发生。为了确定肠道微生物群与AIS患者临床指标的联系，研究者对MoCA分值和肠道微生物群进行相关性分析。结果发现，梭菌属细菌与MoCA分值显著负相关，而产SCFA细菌与其显著正相关。梭菌属细菌与甘油三酯正相关，这可能是其影响PSCI产生的潜在途径。传统的益生菌对PSCI疗效并不确定，研究者在此对18位新招募的AIS患者予以益生菌补充治疗，3个月后评估提示，与没有益生菌治疗的65名AIS患者相比，此18位AIS患者的情绪得到明显改善，包括焦虑及抑郁状态。而PSCI的发生比率及平均认知评分则无统计学差异。

简言之，研究者发现：与正常人相比，PSCI患者的肠道微生物群的多样性、组成成份及相关代谢产物均表现为异常和不规则的特点。应用特异性的细菌和代谢产物可以精确的鉴别出PSCI患者。传统的益生菌治疗对控制卒中后抑郁及焦虑状态有良好效果。该研究首次揭示了PSCI与肠道菌群及其代谢产物的相关性，提示了肠道微生物群及其代谢产物在PSCI早期临床诊断和治疗中的应用潜力。

图1：伴或不伴PSCI的AIS患者肠道菌群的多样性和结构。A) 两组之间的α差异显著。B) 使用未加权PCoA来描述细菌三维聚类。C) Wilcoxon秩和检验鉴定不同属的相对丰度。

（图据Journal of Alzheimer's Disease）

图2：基于微生物群和代谢产物的PSCI早期诊断预测模型。

（图据Journal of Alzheimer's Disease）