摘要

肠道菌群正在成为神经退行性疾病的重要调节因素，越来越多的证据表明肠道菌群与帕金森病（PD）的症状和病理生理有关。PD前驱通常有伴随疾病的胃肠道症状和肠道神经系统改变。一些研究分析了PD的肠道菌群，但对PD特异性菌群的特征缺乏共识。本研究我们进行了一项荟萃分析，通过重新分析目前可用的 10个16S微生物群数据集以研究PD患者肠道菌群的常见改变是否存在于各队列中。我们发现PD组相关微生物组发生了显著变化，尽管PD组和对照组之间菌群结构的差异很小，但这些变化对于研究特定的技术异质性是可靠的。乳酸杆菌属、阿克曼氏菌属和双歧杆菌属的富集、产生短链脂肪酸的毛螺菌科和粪杆菌属的降低，是PD肠道微生物组最一致的改变。这种菌群失调可能导致促炎状态，这可能与PD患者的复发性胃肠道症状有关。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41531-021-00156-z

Romano S, Savva GM, Bedarf JR, et al. NPJ Parkinson's Disease. 2021;7(1):1-3.

解读人：尹恝 南方医科大学南方医院神经内科脑血管病亚专科主任、主任医师

文献解读

2021年3月，英国Quadram生物科学研究所Romano教授在NPJ Parkinson’s Disease刊登了一篇题为“Meta-analysis of the Parkinson’s disease gut microbiome suggests alterations linked to intestinal inflammation”（《荟萃分析：帕金森病肠道微生物组改变与肠道炎症相关》）的荟萃分析，客观、详细地分析了近来关于帕金森病患者肠道微生物组的临床研究，提供了帕金森病特异性肠道微生物特征共识。

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一种主要影响脑内多巴胺能神经元，导致多巴胺水平下降，以运动障碍为主要临床表现的神经退行性疾病，在神经退行性疾病中其全球发病率仅次于阿尔茨海默病。PD的病理特征为细胞内沉积聚集的α-突触核蛋白，引发神经元死亡和神经炎症。动物研究已证实肠道微生物可影响α-突触核蛋白和神经炎症，临床研究也提示PD患者与对照组的肠道微生物组成有差异，且肠道微生物的丰度与疾病严重度相关。但由于研究之间的异质性，其结论有所不同，缺乏对PD相关肠道微生物的共识。

Romano教授等人在2020年3月利用谷歌学术检索关键词为16S、gut、Parkinson、metagenomic，摘要字段包含Parkinson’s disease，任意字段包含microbiota、microbiome、gut、intestinal其中之一的公开发表物共1010篇，然后人为筛选题名包含microbiome、mocrotiota、Parkinson’s disease的文献并阅读其摘要。此外，在NCBI序列读取档案中以Parkinson和microbiome这两个术语检索测序数据集，选择与文献匹配的数据集用于分析。基于以上检索结果，符合纳入标准（1、含有确诊PD患者与无PD对照组的肠道微生物组成对比；2、能获取原始16SrRNA基因扩增子数据）进入分析的临床研究共10项，涵盖了6个国家的9个不同队列。分析单项研究时，利用原始数据重新测量肠道微生物的丰度、均匀度、稀有度，评估对照组与PD患者肠道微生物的α多样性，不同数据集的β多样性和差异丰度。分析总体研究时，重新测量β多样性，从科、属、种水平评估地域、测序平台、测序方法、使用的16S基因区域等因素对微生物群落结果的影响。

通过随机效应荟萃分析汇集各研究后，结果表明，PD患者样本的肠道微生物多样性和丰度显著高于对照组，表现为观测到的（Observed）物种数量多；Fisher’s α、ACE、Chao1指数高（如图1）。拟杆菌属、普氏菌属、厚壁菌门是肠道微生物的关键类群，其丰度已用于定义三种肠型。分析纳入PD样本的肠型，结果表明PD与对照组样本对比没有显著性差异。但是，进一步消除微生物组分析流程差异（如测序策略、DNA提取等引起的潜在数据依赖效应）并通过疾病状态限制模型最大化PD与对照组样本差异后，对样本进行聚类分析，可识别出PD与对照组样本的差异主要由双歧杆菌科和阿克曼氏菌科引起。PD患者粪菌中上述两者更富集，而对照组样本中毛螺旋菌科更富集。

若单独分析每项研究，因地域、实验测序类型和方法的不同，PD与对照组样本丰度有统计学意义的肠道微生物类群将出现一些变化。研究者通过使用基于距离的冗余分析方法获得了PD相关肠道微生物组概览（如图2）。PD样本富含乳酸杆菌属、双歧杆菌属、亨加特拉菌属、阿克曼氏菌属。此外，克里斯滕森菌科的R-7组、甲烷杆菌属、震荡杆菌属、Frisingicoccus属、弯曲短杆菌属在PD样本中也更丰富，但在不同研究间变异性较大且效应量较小。阿克曼氏菌可降解肠道中的黏液，使大便干燥，而甲烷杆菌产生甲烷可减少肠道蠕动，这些作用与PD患者早期的便秘现象相一致。相反，对照组样本中富含罗氏菌属、布劳特氏菌属、粪杆菌属、Fusicatenibacter、Moryella、Anaeorostipes和毛螺菌科的三种不知名细菌属，它们大多属于毛螺菌科、真杆菌科、瘤胃球菌科。对照组富集的细菌种类是主要的产丁酸菌，提示 PD患者可能具有更低的肠道丁酸水平。已知丁酸对维持肠道上皮屏障、降低肠道炎症起重要作用，且能影响肠神经系统，具有全身抗炎、促进小胶质细胞正常发育的特性。上述产丁酸菌的降低与PD患者肠道渗透性增加、炎症反应增强表现相一致。

总而言之，本文的研究者通过消除不同队列间的差异，最终证明PD患者具有特征性的肠道微生物群变化，表现为乳酸杆菌属、阿克曼氏菌属和双歧杆菌属的富集，及产生短链脂肪酸的毛螺菌科和粪杆菌属的耗竭。维持肠道屏障完整性和健康的产丁酸菌在PD病人中丰度下降，结合PD患者具有肠道和全身系统性炎症的多项研究，表明肠道微生物在调节PD的免疫功能中可能发挥重要作用。此外，本文具有一定的局限性，在消除地域、实验测序类型和方法等带来的差异外，研究者未考虑更详细的混杂因素，如共病、药物治疗和饮食，这些数据将有助于进一步探究PD和微生物群之间的联系，并识别可能与该病有联系的肠道微生物类群。

(图据Microbial Cell Factories)

图1. 显示PD患者组与对照组之间α多样性指数的显著性差异。每个数据集在物种水平上计算指数。然后使用随机效应荟萃分析方法将结果合并。广义对数发生比表示各指数在对照组和帕金森病组之间的变化程度。为了估算均匀度，即群落中各物种丰度之间的差异，使用了Bulla和Simpson指数。为了估计群落中物种丰度的均匀度，使用Bulla指数和Simpson指数。最后，估算了优势度（描述了一个或几个物种在群落中占主导地位的程度）和稀缺性（评估了样本中低丰度物种的数量）。这些数据表明，帕金森病患者的肠道菌群比对照组更多样化（丰度更高），这可能是稀有菌群增加的结果。

(图据Microbial Cell Factories)

图2. 代谢通路在PD患者与对照组之间的丰度有显著差异。图a中报告了从精细化的汇总数据中检索到的路径的相对丰度。使用随机效应荟萃分析（汇总结果法），通过CLR的均数差估计效应量大小（图b）。这是为所有在汇总结果或汇总数据方法中产生不同丰度的类群计算的。圆点的颜色表示上述两种方法中哪一种检测到差异丰富的物种分类。在对照组中更丰富的类群效应量大小向左偏移，而在PD中更丰富的类群效应量大小向右偏移。图c为在不同研究（菱形）和方法（条形图）中，PD患者和对照组样本之间的肠道微生物每个属被检测到差异丰富的次数。我们使用了10项研究和3种方法，因此一个分类单元可以检测到差异丰富的最大次数是30次。