帕金森病（PD）是第二常見的神經退行性疾病，主要神經病理特征是黑質多巴胺能神經元的喪失和細胞內α -突觸核蛋白聚集物的積累。前期研究已證實，帕金森病（PD）患者循環氨基酸發生紊亂，并且早期和晚期的血清氨基酸特征不同，而支鏈氨基酸(BCAAs，包括亮氨酸Leu、異亮氨酸Ile和纈氨酸Val)和芳香族氨基酸(AAAs，包括酪氨酸Tyr和苯丙氨酸Phe)的研究結果并不一致，其原因尚不清楚。
 

2022年4月，上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院楊曉東/肖勤教授與團隊在npj Parkinson’s Disease（IF=9.304）期刊上在線發表題為Plasma branched-chain and aromatic amino acids correlate with the gut microbiota and severity of Parkinson’s disease的研究論文，利用靶向代謝組學和16S測序技術，對PD患者血漿中BCAA和AAA譜以及腸道菌群改變進行了綜合分析，并確定腸道菌群與代謝物之間的相互影響及其在PD進展中的作用。（麥特繪譜提供糞便Q200宏代謝組檢測分析）
 

本研究共納入106例PD患者(48例早期，58例晚期)和114例健康者作為對照組，分析血漿代謝組學數據結合受試者的臨床信息，發現與對照組相比，PD患者Leu、Ile、Val和Tyr濃度降低；所有BCAAs和AAAs與PD臨床分級呈負相關。進一步分析腸道菌群變化發現，有46個微生物類群與BCAAs和/或AAAs相關，如科水平的Erysipelotrichaceae, Desulfovibrionaceae, Acidaminococcaceae和Streptococcacea，以及屬水平的Lactobacillus 和Streptococcus。
 

圖1. 血漿BCAAs、AAAs與PD臨床特征的相關性
 

基于上述結果及前期研究基礎（腸道菌群也與Hoehn and Yahr (H&Y) stage相關），研究人員推測在PD從早期到晚期的發展過程中，微生物群組成可能發生改變，導致血漿氨基酸失調加劇。因而進一步探討腸道菌群對早期和晚期PD患者血漿BCAAs和AAAs的潛在影響，結果顯示，血漿BCAAs和AAAs在晚期PD患者中顯著降低，早期和晚期PD患者中共鑒定到18個不同豐度的微生物類群。隨后分別研究早期和晚期PD患者的BCAAs和AAAs與其中11個微生物類群的關系，校正后的結果顯示，與晚期相比，早期PD患者脫硫菌門、脫硫弧菌綱、脫硫弧菌目、脫硫弧菌科更為富集，這與Phe水平呈顯著正相關。
 

圖2. 早期和晚期PD患者糞便菌群的變化
 

為探究腸道菌群和血漿氨基酸之間的潛在聯系，研究人員利用PICRUSt2進行了預測功能分析，經多假設檢驗校正后，有25條代謝通路在早期和晚期PD患者中預測基因豐度存在顯著差異，其中9條與氨基酸代謝相關。并且發現晚期PD患者中BCAA生物合成的四個通路的預測基因數量相對于早期PD患者較少。進一步量化菌群中負責BCAA生物合成的關鍵基因（ilvB, ilvC, ilvD, ilvE和ilvN）的豐度，其中晚期PD患者中ilvB, ilvC, ilvD和ilvN豐度降低。糞便中BCAAs濃度數據與之一致，晚期PD患者的糞便中BCAAs水平相對較低。
 

圖3. 早期和晚期PD患者微生物群功能譜的差異
 

綜上，本研究發現PD患者血漿BCAAs和AAAs的紊亂可能與腸道菌群有關，并隨著PD的嚴重程度而加劇。這些發現有助于更好地理解腸道菌群與宿主代謝之間的關系，未來可能有必要通過干預與腸道菌群相關的代謝物來輔助治療帕金森。
 

參考文獻

Plasma branched-chain and aromatic amino acids correlate with the gut microbiota and severity of Parkinson’s disease. npj Parkinson’s Disease. 2022.

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