益生菌治療阿爾茨海默癥的研究進展*

費禹哲 ，李茂全 ，2△

1.成都醫(yī)學院 公共衛(wèi)生學院（成都 610500）；2.成都市青白江區(qū)中醫(yī)醫(yī)院（成都 610300）

阿爾茨海默癥（Alzheimer's disease，AD）好發(fā)于老年及老年前期，是以進行性認知功能障礙為特點的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，主要表現(xiàn)為記憶功能障礙、失認、視空間能力受損、性格和行為變化等[1]。流行病學調(diào)查[2]顯示，到2030年我國AD患者人數(shù)將達到2 075萬，這給個人、家庭、社會帶來巨大經(jīng)濟負擔。目前，美國國家食物藥品監(jiān)督管理局批準治療AD的藥物主要為膽堿酯酶抑制劑及興奮性天冬氨酸受體拮抗劑，這些藥物在一定程度上可減輕AD癥狀，但并不能徹底治愈AD。非藥物綜合療法具有安全、低廉和方便的特性，已成為傳統(tǒng)藥物治療的重要補充。已有研究[3]表明，益生菌可有效防治AD。益生菌定殖于宿主體內(nèi)，通過改變宿主體內(nèi)菌群結構及組成，而對宿主產(chǎn)生益處的活性微生物[4]，主要包括乳桿菌屬益生菌、雙歧菌屬益生菌及部分革蘭氏陽性球菌屬益生菌。研究[5]證實，益生菌通過調(diào)節(jié)宿主黏膜細胞、系統(tǒng)免疫功能、消化道內(nèi)菌群，可提高營養(yǎng)物質(zhì)吸收率并維持消化系統(tǒng)的活力。本文就益生菌作用于AD的研究進行綜述，探討益生菌作用于AD的效果與機制，以期為AD的臨床治療提供新的思路。

1 AD的發(fā)病機制

AD的發(fā)病機制有淀粉樣蛋白級聯(lián)假說、Tau蛋白過度磷酸化、線粒體級聯(lián)假說、氧化應激、神經(jīng)免疫反應等，這些機制常協(xié)同作用導致AD發(fā)生。β-淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）被認為是AD特征性病變，Aβ是由其母體蛋白淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）水解產(chǎn)生[6]。APP水解加工的改變，導致Aβ的產(chǎn)生，Aβ的聚集進一步誘發(fā)神經(jīng)退行性病變。過度磷酸化的Tau蛋白組裝成對螺旋絲纏結能力增強[7]，這些纏結進一步形成纖維狀的神經(jīng)纖維纏結（neurofibrillary tangles，NFTs）沉積，NFTs可減少突觸的數(shù)量，產(chǎn)生神經(jīng)毒性[8]，并導致細胞功能紊亂。AD患者的腦組織中存在廣泛的氧化應激，包括抗氧化酶活性的改變和自由基損傷的累積[9]，導致神經(jīng)元產(chǎn)生活性氧，可加重Aβ的沉積及Tau蛋白的過度磷酸化[10]。小膠質(zhì)細胞是神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的免疫效應細胞。一些內(nèi)源性的信號可激活小膠質(zhì)細胞，誘導其釋放一些細胞因子，如腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、白介素-6（interleukin-6，IL-6）和白介素-1β（interleukin-1β，IL-1β），這些細胞因子可能會激活蛋白激酶糖原合成激酶3β、細胞周期素依賴蛋白激酶5，使相應的蛋白磷酸酯酶1失活，從而使Tau蛋白過度磷酸化，形成有神經(jīng)毒性的低聚物[11]。

2 AD患者腸道微生物菌群變化

腸道菌群為人體生命活動所必需的組成部分，能影響人體的體重和消化能力、抵御感染和自體免疫疾病的患病風險，還能調(diào)控癌癥治療藥物的不良反應[12]。在過去10年，腸道微生物菌群對大腦功能作用的研究不斷增多。微生物菌群可能是AD治療的關鍵因素[13]。研究[14]發(fā)現(xiàn)，AD患者腸道菌群微生物多樣性降低，厚壁菌門與放線菌門的豐度下降，其中放線菌門主要表現(xiàn)在雙歧桿菌屬的數(shù)量減少。研究[15]發(fā)現(xiàn)，AD患者的腸道微生物組成與正常老年人有明顯區(qū)別：在門水平上，擬桿菌門的豐度增加，放線菌的豐度降低；在屬水平上，擬桿菌、瘤胃球菌的數(shù)量增加，毛梭菌的數(shù)量減少。一項橫斷面研究[13]發(fā)現(xiàn)，AD患者的促炎性菌群增多，其認知功能的改變可能與腸道促炎性菌群引起的外周系統(tǒng)性炎癥存在密切聯(lián)系。腸道促炎性菌群引起的系統(tǒng)性炎癥可能是啟動或加劇AD患者腦部神經(jīng)退行性病變的原因。研究[16]發(fā)現(xiàn)，AD患者的腸道菌群組成中，雙歧桿菌屬和乳酸桿菌屬明顯減少。鑒于微生物組成受到各種因素的影響，目前通過系統(tǒng)生物學的方法將基因組學與代謝組學相結合，整合臨床隊列研究的基因組和代謝組的數(shù)據(jù)，觀測微生物菌群的變化用以指導臨床患者的治療。腸道微生物菌群是當前研究的熱點，益生菌能有效調(diào)節(jié)腸道菌群的豐度組成及代謝平衡，通過對“第二基因組”的影響，調(diào)控第一基因組，影響某些基因的表達，進而改善神經(jīng)系統(tǒng)疾病癥狀。

3 益生菌治療AD的機制探討

AD最突出的臨床表現(xiàn)為認知功能障礙。乳酸菌含量變化可對神經(jīng)遞質(zhì)產(chǎn)生影響，乳酸桿菌可將谷氨酸鹽轉(zhuǎn)化為γ-氨基丁酸（Gamma-aminobutyric acid，GABA），GABA屬于抑制性的神經(jīng)遞質(zhì)。研究[17]表明，GABA系統(tǒng)的紊亂可能是導致認知功能障礙的原因之一。AD患者線粒體中的酶缺陷也是較為常見的病理變化，乳桿菌可有效改善這種情況。鼠李糖乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、瑞士乳桿菌可增加腸道菌群中疣微菌門與梭桿菌門的豐度，促進丁酸生成，提高宿主的抗炎能力從而對AD患者發(fā)揮積極作用[18]。果味乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌等可降低氧化應激標志物（O2-、H2O2、ONOO-），改善線粒體功能障礙，修復DNA損傷，有效改善記憶、視空間抽象能力、執(zhí)行語言功能[19]。植物乳桿菌DP189可增加5-羥色胺、多巴胺含量，改善神經(jīng)元損傷[20]。DP189通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt/GSK-3β途徑抑制Tau過度磷酸化，延緩AD的病程進展。

長期以來，雙歧桿菌與乳酸桿菌通過調(diào)控腸道微生物菌群的組成成分，從而對疾病的發(fā)生發(fā)展進行調(diào)節(jié)。研究[21]表明，雙歧桿菌可調(diào)節(jié)樹突狀細胞中共刺激因子、促炎細胞因子的表達，從而調(diào)節(jié)腸道對無害抗原和細菌之間的免疫平衡，啟動對病原體的保護措施。雙歧桿菌能促進短鏈脂肪酸生成，短鏈脂肪酸的能量用于神經(jīng)遞質(zhì)與激素的合成與分泌，可減弱炎癥反應[22]。雙歧桿菌可改善記憶功能，通過調(diào)節(jié)腸道微生物菌群進而調(diào)控腦-腸軸發(fā)揮積極作用，包括腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）和N-甲基-D-天門冬氨酸受體的表達[23]。雙歧桿菌可調(diào)節(jié)膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶（choline acetyltransferase，ChAT）和BDNF含量，改善短期記憶。BDNF與酪氨酸激酶受體B（tyrosine kinase receptor B，TrkB）結合后，增強TrkB自身磷酸化作用，進而激活Ras-MAPK通路，最后在環(huán)磷酸腺苷反應元件結合蛋白的絲氨酸位點激活環(huán)磷腺苷效應元件結合蛋白。環(huán)磷腺苷效應元件結合蛋白通過增加bdnf基因及抗凋亡蛋白基因bcl-2的表達，促進神經(jīng)細胞生存，增加突觸可塑性及神經(jīng)發(fā)生[24]。

4 益生菌治療AD的研究證據(jù)

4.1 益生菌治療AD的動物研究

Kaur等[25]運用乳酸菌、植物乳桿菌等混合菌株對野生型C57BL/6小鼠與AppNL-G-F疾病模型進行實驗發(fā)現(xiàn)，AD模型小鼠的炎癥細胞因子IL-6、TNF-α水平降低。腦部病變與腸道菌群的失調(diào)、腸道炎癥、腸道通透性的下降有關。益生菌通過調(diào)節(jié)腸道菌群的平衡改善腸道的炎癥情況，進而改善AD動物模型腦部Aβ的情況。Bonfili等[26]運用SLAB51混合益生菌對AD小鼠模型進行長期補充，發(fā)現(xiàn)小鼠腦組織的缺氧誘導因子表達增強，脯氨酰羥化酶2水平降低。SLAB51可降低AD小鼠腦部一氧化氮合成酶的表達，降低NO的表達水平。AD動物模型長期補充益生菌可使炎癥因子釋放減少，調(diào)節(jié)腦部的血氧飽和，進而發(fā)揮神經(jīng)保護作用。Go等[27]運用腸道菌群SR79對認知障礙小鼠模型進行干預，發(fā)現(xiàn)小鼠模型頂葉皮層和海馬區(qū)沉積的Aβ斑塊和活化的小膠質(zhì)細胞明顯減少。Sun等[28]運用丁酸梭菌對APPswe/PS1dE9轉(zhuǎn)基因小鼠進行4周治療，發(fā)現(xiàn)其腦部Aβ沉積含量減少，激活的小膠質(zhì)細胞及促炎細胞因子明顯減少，說明益生菌可調(diào)節(jié)腸道菌群進而通過腦-腸軸調(diào)控小膠質(zhì)細胞介導的神經(jīng)炎癥反應，通過降低AD小鼠模型的神經(jīng)炎癥反應，從而延緩AD病程的進展，改善AD小鼠模型的Aβ斑塊沉積情況。

Rezaei等[29]運用益生菌對AD大鼠模型進行56 d干預，發(fā)現(xiàn)益生菌治療組搜索迷宮的能力及電位幅度明顯提高，表明益生菌可改善突觸的可塑性，從而提高AD大鼠的記憶能力與學習能力。Song等[20]運用植物乳桿菌DP189對D-gal和AICI3誘導的AD大鼠模型進行10周干預，發(fā)現(xiàn)DP189通過調(diào)節(jié)PI3 K/Akt/GSK-3β途徑抑制Tau的過度磷酸化。Shamsipour等[30]運用植物乳桿菌和雙歧桿菌（益生菌BROB）對腦室內(nèi)注射Aβ1-42的AD大鼠模型進行干預，通過被動回避實驗及觀察ChAT、BDNF變化情況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過8周后干預組大鼠的短期記憶得到改善，干預組大鼠的ChAT、BDNF水平明顯增加，表明益生菌干預可對AD產(chǎn)生神經(jīng)保護作用。Kim等[31]運用雙歧桿菌BGN4與長雙歧桿菌BORI對C57BI/6和5xF AD小鼠模型進行3個月的干預，發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌BGN4和長雙歧桿菌BORI可減輕AD小鼠的認知和記憶障礙。益生菌的干預可抑制Aβ沉積，改善BDNF的表達，提高突觸可塑性，說明益生菌能改善認知和記憶功能障礙，在改善AD病理特征方面有一定效果。Abraham等[32]運用雙歧桿菌與嗜酸乳桿菌對APP/PS1TG小鼠模型進行20周的連續(xù)干預，發(fā)現(xiàn)APP/PS1TG小鼠的海馬中Aβ沉積的數(shù)量明顯減少，說明益生菌通過調(diào)節(jié)腸道菌群組分的變化來減緩AD的病程進展，改善學習與記憶功能。Mehrabadi等[33]運用羅伊氏乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、嬰兒雙歧桿菌混合菌株對AD大鼠模型海馬內(nèi)注射進行干預10周，發(fā)現(xiàn)Morris水迷宮實驗所測量的空間記憶能力明顯改善，大鼠的Aβ斑塊減少，海馬炎癥標志物IL-1β與TNF-α含量降低，說明益生菌可有效改善AD大鼠的記憶功能以及減輕其炎癥反應。Athari等[34]運用乳酸桿菌與雙歧桿菌對AD大鼠進行8周干預，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，益生菌干預組大鼠逃脫潛伏期較短、行走距離較短以及在目標象限中停留時間較長，說明益生菌增補治療能改善AD動物模型的學習與記憶能力。以上研究說明，相關科研人員已經(jīng)開始關注益生菌增補的生物制劑研究，以治療神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。

4.2 益生菌治療AD的臨床試驗

Akbari等[35]運用隨機雙盲對照試驗在AD患者中評估嗜酸乳桿菌、巴西乳桿菌、雙歧桿菌和發(fā)酵乳桿菌等益生菌復合物增補的治療效果。通過12周的益生菌干預，對照組簡易智力狀態(tài)檢查量表（mini-mentalstateexamination，MMSE）得分呈下降趨勢，而益生菌增補組MMSE得分呈上升趨勢，患者的認知狀態(tài)有明顯提高，說明益生菌增補治療可改善AD患者認知與精神狀態(tài)。研究[18]發(fā)現(xiàn)，副干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌、嗜熱鏈球菌等益生菌復合物聯(lián)合藥物治療的AD患者MMSE評分、改良長谷川癡呆量表評分均較治療前有明顯提高，且治療前后AD患者的腸道菌群中疣微菌門與梭桿菌門的豐度明顯增加，表明益生菌的聯(lián)合應用可提高宿主的抗炎能力，從而對AD的治療發(fā)揮積極作用。Ton等[19]運用醋酸桿菌、果味乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌等混合益生菌菌株對AD患者進行90 d干預，發(fā)現(xiàn)干預后患者的認知功能改善，炎癥細胞因子及氧化應激標記物明顯減少，說明益生菌可影響AD病程進展中的3個重要因素（系統(tǒng)炎癥、氧化應激、細胞損傷）。Tamtaji等[36]運用硒加益生菌對AD患者進行隨機雙盲試驗，與硒加安慰劑組相比，硒加益生菌組MMSE得分有較明顯提升。該結果說明，益生菌與硒的聯(lián)合攝入，可降低患者高敏C反應蛋白含量，提升患者的抗氧化能力，糾正代謝異常并減弱炎癥反應，改善AD癥狀。Leblhuber等[37]對門診AD患者給予益生菌治療4周，發(fā)現(xiàn)AD患者血清中色氨酸代謝中間產(chǎn)物水平明顯增加，且Kyn/Trp的比值明顯上升，表明益生菌對AD的作用機制與免疫激活和炎癥反應有關。由此可見，益生菌可改善AD患者的認知功能。

5 小結

綜上所述，AD的主要表現(xiàn)為認知功能減退和非認知性精神癥狀，益生菌可提高AD動物模型的認知功能與學習記憶能力，在治療AD方面療效明顯。益生菌通過降低促炎細胞因子的產(chǎn)生延緩AD的病程進展；通過調(diào)節(jié)PI3 K/Akt/GSK-3β途徑抑制Tau的過度磷酸化；通過調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥與IGF-1信號傳導改善斑塊沉積。目前國內(nèi)益生菌產(chǎn)品更多是以營養(yǎng)保健品的方式呈現(xiàn)，部分用于胃腸道系統(tǒng)疾病的治療，鮮見用于AD的試驗研究。益生菌本身的毒副作用相對較少，服用方式簡單，價格便宜容易獲取，臨床應用前景可觀。本文通過總結梳理國內(nèi)外相關研究，發(fā)現(xiàn)益生菌可調(diào)節(jié)腸道菌群的豐度及組分，從而進一步影響大腦的活動水平，對神經(jīng)系統(tǒng)起保護作用，為AD患者減輕痛苦，是治療AD的潛在靶點。