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帕金森氏痴呆症:科学家研究发现肠道细菌会触发蛋白质结块

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健康谈古论今 2021-05-12 08:52
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  • 先前的研究已经发现肠细菌与脑退化性疾病之间的联系,如帕金森氏病,阿尔茨海默氏病和肌萎缩性侧索硬化症(ALS)。
  • 一项关于微小蠕虫的新研究提供了第一个证据,即“致病性”细菌可以促进蛋白质的错误折叠,这是这些状况的特征。
  • 其他产生脂肪酸丁酸酯的细菌可防止蠕虫中的蛋白质错误折叠。
  • 该研究增加了证据,表明抗生素治疗史可能在帕金森氏病的早期发展和病程中起作用。

近年来,数项研究已将肠道细菌牵涉到退化性疾病中,这些疾病涉及大脑中蛋白质的有毒团块的形成,包括帕金森氏症,阿尔茨海默氏症和肌萎缩性侧索硬化症(ALS)。

但是,人类肠道微生物群(即生活在肠道中的微生物群落)的复杂性以及饮食等环境因素,对试图确定细菌作用的科学家提出了巨大挑战。

为了避免这种复杂性,研究人员转向了一种名为线虫秀丽隐杆线虫的线虫。

位于盖恩斯维尔佛罗里达大学食品与农业科学研究所(UF / IFAS)的科学家将蠕虫用作“试管”,以研究单个细菌物种对蛋白质错误折叠的影响。

每个蠕虫只有1毫米长,正好有959个细胞,但就像较大的动物一样,它具有肠,肌肉和神经。

UF / IFAS微生物学和细胞科学系助理教授,资深作者Daniel M.Czyż博士说:“它们就像活着的试管。”

他补充说:“它们的体积小,使我们能够以更加可控的方式进行实验,并回答重要的问题,我们可以将其应用于未来对更高生物体以及最终对人的实验中。”

蠕虫以细菌为食,但是在实验室的无菌环境中,它们没有自己的微生物群。

Czyż教授对《今日医学新闻》说:“但是,这些线虫可以被我们喂食它们的任何细菌定殖,这使其成为研究微生物对宿主影响的理想模型系统。”

当研究人员用能感染人类肠道的病原菌在线虫的肠道中定殖时,微生物不仅破坏了蠕虫肠道中蛋白质的折叠,而且破坏了其肌肉,神经细胞和性腺中的蛋白质折叠。

好细菌

相反,合成一种叫做丁酸盐的分子的“好”细菌可以防止蛋白质结块及其相关的毒性作用。

丁酸盐是友好的肠道细菌发酵纤维时产生的几种短链脂肪酸之一。这些分子可滋养结肠内的细胞,并具有多种已知的健康益处。

例如,先前的研究发现丁酸酯在神经退行性疾病的动物模型中是有益的。

这项新研究的作者说,他们的发现证明了使用产生丁酸盐的微生物预防和治疗神经退行性疾病的潜力。

该研究的主要作者是UF / IFAS农业与生命科学学院的博士候选人Alyssa Walker,该研究出现在《PLOS病原体》中。

脑疾病中错误折叠的蛋白质的例子包括代表阿尔茨海默氏症的斑块和缠结,以及帕金森氏症中一种叫做α-突触核蛋白的蛋白质的原纤维。

与错误折叠的蛋白质或“蛋白质构象障碍”相关的脑部疾病是老年人死亡和残疾的主要原因。但是,没有有效的治疗方法。

增加这些疾病风险的几个因素,包括年龄,饮食,压力和抗生素的使用,也与肠道微生物组的变化有关。

此外,肠道微生物组织失衡或肠道感染会加剧神经退行性疾病。

细菌和错误折叠的蛋白质

为了确定哪些细菌可能导致蛋白质错误折叠,研究人员将秀丽隐杆线虫与不同的候选物种一一饲喂。

他们使用一种在显微镜下使成团的错误折叠的蛋白质发绿色光的技术,将这些蠕虫的组织与食用常规细菌的对照蠕虫的组织进行了比较。

Czyż教授说:“我们发现,某些细菌所定殖的蠕虫被对组织有毒的聚集体照亮,而对照细菌所定殖的聚集体却没有。”Czyż教授说。

他补充说:“这不仅发生在细菌所在的肠道组织中,而且还发生在蠕虫的整个身体,肌肉,神经甚至生殖器官中,”他补充说。

由“坏”细菌繁殖的蠕虫也失去了一些活动性,这是神经退行性疾病患者的常见症状。

“一条健康的蠕虫会通过滚动和rash打而四处移动。当您捡起健康的蠕虫时,它会滚落下来,这是我们用来处理这些小动物的简单设备。但是带有有害细菌的蠕虫由于有毒蛋白质聚集体的存在而无法做到这一点。”

相比之下,合成丁酸盐的细菌可抑制蛋白质结块及其相关的毒性作用。

最近的研究发现,患有帕金森氏症或阿尔茨海默氏病的人的肠道缺乏这些“好”细菌。

“上有丁酸和帕金森氏病目前尚无临床试验,但是鉴于其有利的影响,近期越来越多的证据,这是可能的,我们会很快看到一些临床研究,”Czyż教授告诉MNT。

该研究的一个主要局限性是微观蠕虫不能直接模拟帕金森氏症或任何其他脑部疾病。

尽管动物的简单性使科学家们更容易弄清单个细菌物种对蛋白质聚集的影响,但这也使它们成为人类复杂性的不良模型。

框架中的抗生素

在蠕虫中引起蛋白质团聚的最严重的罪犯是两种细菌,分别是肺炎克雷伯 菌和铜绿 假单胞菌。

有趣的是,研究已将这些物种与蛋白质构象性疾病(如帕金森氏病)的风险增加联系起来。

研究人员在他们的论文中指出,近年来,这些物种对抗生素的耐药性日益增加。

他们推测,抗生素治疗因此可能具有有害的作用,即鼓励这些对抗生素具有抗药性的坏细菌的生长,同时减少好细菌的丰度。

为支持这一假设,最近的一项基于人群的研究发现,抗生素治疗史与帕金森氏病的风险增加有关。

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