肠道菌群与大脑健康：研究揭示致病菌对脑结构和代谢的深远影响

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1220次浏览发布时间：2025-08-26 11:37:15

　　近年来，肠-脑轴研究不断深入，逐渐揭示了肠道菌群不仅仅影响消化功能，还深度参与神经系统的健康维护。近日发表在《Molecular Psychiatry》上的一项研究《Pathogenic microbiota disrupts the intact structure of cerebral organoids by altering energy metabolism》，通过脑类器官模型系统探讨了肠道致病菌如何影响大脑结构和代谢功能。这些发现不仅为神经退行性疾病的发病机制研究提供了重要线索，还为其防治提供了潜在的新策略。

　　致病菌破坏脑类器官的结构与功能

　　研究团队将脑类器官分别与非致病菌(NM)和致病菌(PM)共培养。结果发现，致病菌显著减少了脑类器官中TUJ1+神经元的数量，导致脑结构完整性受损。具体表现包括：

　　非致病菌组(NM_COs)：类器官保持了心室区域正常排列，TUJ1+神经元分布较均匀且结构较宽，电生理活性维持正常。

　　致病菌组(PM_COs)：心室结构排列异常，TUJ1+神经元区域受损，伴随整个脑类器官的电生理活性明显下降。

　　这些结果表明，致病菌通过直接机制破坏脑类器官的结构与其功能性神经元的完整性。

　　转录组研究：代谢异常与神经退行性病变相关

　　通过转录组分析发现，致病菌组(PM_COs)中脑类器官的基因表达谱发生显著改变，其中糖酵解途径活性显著降低，而磷酸戊糖途径活性则增强。这些代谢异常与神经退行性疾病的典型特征高度一致：

　　致病菌诱导的基因表达上调与阿尔茨海默病、帕金森病相关基因相符。

　　糖酵解功能障碍可能是导致类器官中神经元受损的关键原因。

　　这一发现进一步支持了致病菌可能对神经退行性病变的发生具有直接贡献。

　　蛋白质组分析：关键蛋白上调与神经损伤关联

　　蛋白质组研究揭示，致病菌组(PM_COs)中多种与神经退行性疾病相关的蛋白质表达显著上调，包括ANXA1、ANXA5和LMNA。这些蛋白质参与细胞凋亡、应激反应等过程，与神经元结构的破坏以及功能异常密切相关。

　　这些蛋白组数据与转录组分析相互印证，提示致病菌可能通过调控蛋白质表达进一步加重脑组织损伤。

　　代谢组学分析：能量代谢紊乱与大脑损伤息息相关

　　代谢组学分析显示：

　　非致病菌组(NM_COs)：代谢物以氨基酸合成相关路径为主，占主导地位。

　　致病菌组(PM_COs)：代谢物中与三羧酸循环、丙酮酸代谢相关的能量代谢物更为丰富，显示代谢重编程现象。

　　通过18O稳定同位素标记的代谢通量分析发现，PM_COs中的三羧酸循环中间产物18O富集度显著提升，表明氧化磷酸化活性增强，同时糖酵解中间产物的标记差异提示致病菌对糖代谢的干扰尤为严重。

　　实验验证：糖酵解紊乱在神经元损伤中的核心角色

　　研究通过干预实验验证了代谢紊乱在神经损伤过程中的核心作用：

　　致病菌共培养的脑类器官中神经退行性疾病标志物NSE显著升高。

　　外源性补充葡萄糖-6-磷酸(G6P)可有效降低NSE水平，恢复脑类器官的结构完整性。

　　这一结果表明，致病菌通过抑制糖酵解的关键酶己糖激酶，导致神经元受损，而恢复糖酵解功能可缓解这一损伤。

　　重要意义：肠道菌群靶向治疗神经退行性疾病的潜力

　　这项系统性研究揭示了肠道致病菌释放代谢产物如何在表型、基因、蛋白质和代谢层面影响脑类器官的结构和功能。研究不仅证实了肠道菌群对脑健康的深刻影响，还提出通过调节菌群平衡或针对其代谢机制，来预防和治疗神经退行性疾病的可能性。

　　总结与展望：维护肠道菌群平衡的重要性

　　研究表明，肠道健康不仅关乎消化，更是神经系统健康的不可或缺环节。通过进一步探索肠-脑轴通讯机制，以及菌群代谢对脑结构的影响，未来有望开发新的靶向治疗策略，帮助预防和治疗阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病。维护肠道菌群平衡不仅是促进整体健康的关键，还可能成为守护大脑健康的重要屏障，为人类健康带来更多福祉。

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