客户案例 | npj Parkinson's Dis：帕金森患者血浆氨基酸紊乱与肠道菌群变化相关
帕金森病（PD）是第二常见的神经退行性疾病，主要神经病理特征是黑质多巴胺能神经元的丧失和细胞内α -突触核蛋白聚集物的积累。前期研究已证实，帕金森病（PD）患者循环氨基酸发生紊乱，并且早期和晚期的血清氨基酸特征不同，而支链氨基酸(BCAAs，包括亮氨酸Leu、异亮氨酸Ile和缬氨酸Val)和芳香族氨基酸(AAAs，包括酪氨酸Tyr和苯丙氨酸Phe)的研究结果并不一致，其原因尚不清楚。
2022年4月，上海交通大学医学院附属瑞金医院杨晓东/肖勤教授与团队在npj Parkinson’s Disease（IF=9.304）期刊上在线发表题为Plasma branched-chain and aromatic amino acids correlate with the gut microbiota and severity of Parkinson’s disease的研究论文，利用靶向代谢组学和16S测序技术，对PD患者血浆中BCAA和AAA谱以及肠道菌群改变进行了综合分析，并确定肠道菌群与代谢物之间的相互影响及其在PD进展中的作用。（麦特绘谱提供粪便Q200宏代谢组检测分析）
本研究共纳入106例PD患者(48例早期，58例晚期)和114例健康者作为对照组，分析血浆代谢组学数据结合受试者的临床信息，发现与对照组相比，PD患者Leu、Ile、Val和Tyr浓度降低；所有BCAAs和AAAs与PD临床分级呈负相关。进一步分析肠道菌群变化发现，有46个微生物类群与BCAAs和/或AAAs相关，如科水平的Erysipelotrichaceae, Desulfovibrionaceae, Acidaminococcaceae和Streptococcacea，以及属水平的Lactobacillus 和Streptococcus。
图1. 血浆BCAAs、AAAs与PD临床特征的相关性
基于上述结果及前期研究基础（肠道菌群也与Hoehn and Yahr (H&Y) stage相关），研究人员推测在PD从早期到晚期的发展过程中，微生物群组成可能发生改变，导致血浆氨基酸失调加剧。因而进一步探讨肠道菌群对早期和晚期PD患者血浆BCAAs和AAAs的潜在影响，结果显示，血浆BCAAs和AAAs在晚期PD患者中显著降低，早期和晚期PD患者中共鉴定到18个不同丰度的微生物类群。随后分别研究早期和晚期PD患者的BCAAs和AAAs与其中11个微生物类群的关系，校正后的结果显示，与晚期相比，早期PD患者脱硫菌门、脱硫弧菌纲、脱硫弧菌目、脱硫弧菌科更为富集，这与Phe水平呈显著正相关。
图2. 早期和晚期PD患者粪便菌群的变化
为探究肠道菌群和血浆氨基酸之间的潜在联系，研究人员利用PICRUSt2进行了预测功能分析，经多假设检验校正后，有25条代谢通路在早期和晚期PD患者中预测基因丰度存在显著差异，其中9条与氨基酸代谢相关。并且发现晚期PD患者中BCAA生物合成的四个通路的预测基因数量相对于早期PD患者较少。进一步量化菌群中负责BCAA生物合成的关键基因（ilvB, ilvC, ilvD, ilvE和ilvN）的丰度，其中晚期PD患者中ilvB, ilvC, ilvD和ilvN丰度降低。粪便中BCAAs浓度数据与之一致，晚期PD患者的粪便中BCAAs水平相对较低。
图3. 早期和晚期PD患者微生物群功能谱的差异
综上，本研究发现PD患者血浆BCAAs和AAAs的紊乱可能与肠道菌群有关，并随着PD的严重程度而加剧。这些发现有助于更好地理解肠道菌群与宿主代谢之间的关系，未来可能有必要通过干预与肠道菌群相关的代谢物来辅助治疗帕金森。
参考文献
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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