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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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发布于 2025-08-26 11:37:15    1226次浏览

  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。

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  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。

温馨提示:医疗科普知识仅供参考,不作诊断依据;无行医资格切勿自行操作,若有不适请到医院就诊。
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  • 十二指肠溃疡的主要病因是什么

    回答:十二指肠溃疡是一种消化道常见病症,主要影响小肠的开端部分——十二指肠。其表现为胃部疼痛、消化不良等症状,严重时可能导致出血或穿孔。因此,了解十二指肠溃疡的主要病因对于预防和治疗至关重要。 1. 幽门螺杆菌感染 幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)是一种能够定殖在胃黏膜的弯曲菌,研究显示,它是引发十二指肠溃疡的最主要因素之一。这种细菌通过破坏胃黏膜的保护层,使得胃酸直接刺激肠壁,从而导致溃疡的形成。感染幽门螺杆菌后,通常需通过抗生素和抑酸药物的联合治疗来根除,以有效治愈溃疡。 2. 长期使用非甾体抗炎药(NSAIDs) 非甾体抗炎药,如阿司匹林和布洛芬等,因其抑制前列腺素的合成而被广泛使用。前列腺素在保护胃肠道黏膜方面起着重要作用,长期服用NSAIDs会导致胃肠黏膜受损,增加食道及十二指肠的溃疡风险。因此,对于需要长期使用这类药物的患者,医师通常会建议同时使用胃黏膜保护剂以降低溃疡的发生率。 3. 压力和心理因素 尽管压力和心理因素并不是直接致病的原因,但研究表明,过大的心理压力会影响胃肠道的正常功能,可能导致胃酸分泌增加,从而促进溃疡的形成。此外,焦虑和抑郁等情绪障碍也可能影响患者的饮食习惯和生活作息,加重消化系统的负担。 4. 饮食因素 不良的饮食习惯,如经常吃辛辣、油腻食物,或是不规律的饮食习惯,可能会刺激胃酸分泌,损伤肠道黏膜。高糖、高盐的饮食也与胃肠健康密切相关。此外,空腹饮食或过量饮酒也会加剧胃酸对肠壁的刺激,增加患上溃疡的风险。 5. 家族遗传因素 虽然环境和生活方式在引发十二指肠溃疡中起着重要作用,但家族遗传史也是一个不容忽视的因素。如果家族中有早期发生消化道溃疡的成员,那么个人罹患此病的风险可能会显著增加。 总结 十二指肠溃疡的形成是多因素相互作用的结果,主要包括幽门螺杆菌感染、长期使用NSAIDs、心理压力、饮食因素以及家族遗传等。了解这些病因,有助于我们在日常生活中采取相应的预防措施,并在出现相关症状时及时就医,以免延误治疗。通过合理的饮食、健康的生活方式以及必要的医学干预,我们可以有效降低十二指肠溃疡发生的风险,维护自身的消化系统健康。

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