Microbiome丨陸正齊教授團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)腸道菌群紊亂誘發(fā)遺傳性腦小血管病CADASIL的系統(tǒng)性炎癥和焦慮抑郁
近日，我院腦病中心陸正齊教授團(tuán)隊(duì)在國際權(quán)威期刊Microbiome（中科院一區(qū)Top，IF= 15.5）發(fā)表題為 “Gut microbes exacerbate systemic inflammation and behavior disorders in neurologic disease CADASIL”的研究論文。中山三院腦病中心神經(jīng)內(nèi)科陸正齊教授、中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院趙文婧教授、中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院牟相宇副教授為共同通訊作者，中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院劉勝博士后、中山三院腦病中心神經(jīng)內(nèi)科門雪嬌主治醫(yī)師、中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院郭楊博士為論文共同第一作者。
△原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s40168-023-01638-3
CADASIL全名為伴有皮質(zhì)下梗死和白質(zhì)腦病的常染色體顯性遺傳性腦動(dòng)脈病(Cerebral autosomal dominant arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy)，是由NOTCH3突變引起的最常見的單基因遺傳性腦小血管病，發(fā)病率約為千分之三，臨床早期主要是偏頭痛和焦慮抑郁，中年之后表現(xiàn)為中風(fēng)和血管性癡呆等，具有早發(fā)病、高致殘率和高經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的特點(diǎn)。既往研究證實(shí)，CADASIL疾病的臨床表型受遺傳因素和其他因素的共同作用。然而，在世界范圍內(nèi)，目前該病尚無針對遺傳病因的治療。研究表明，炎癥免疫機(jī)制在CADASIL的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。因此，探究該病免疫相關(guān)的發(fā)病機(jī)制對疾病的治療有著非常大的臨床意義。
腸道微生物，和人體的免疫系統(tǒng)密切聯(lián)系，被認(rèn)為是人體的第二基因組，參與了多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展。目前只有一篇16S rRNA基因測序的研究發(fā)現(xiàn)了與CADASIL疾病相關(guān)的腸道菌群菌屬。然而，相關(guān)腸道微生物菌種在CADASIL中的作用和功能尚未可知?；诖?，本研究探究腸道微生物通過腦腸軸作用于CADASIL的機(jī)制。
該研究首先對CADASIL患者及家屬對照的糞便和血清樣本進(jìn)行多組學(xué)分析，多組學(xué)研究表明CADASIL患者的腸道微生物組成、功能及代謝較對照組發(fā)生了一些顯著的改變（圖1、2）。
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△圖1：CADASIL患者腸道微生物的組成和功能發(fā)生了一些改變
△圖2：CADASIL患者的糞便和血清代謝物的差異
宏基因組的功能通路分析表明，γ-氨基丁酸（GABA）相關(guān)代謝通路在患者的腸道菌群中顯著富集；血清代謝組和神經(jīng)遞質(zhì)檢測結(jié)果也表明，谷氨酸/γ-氨基丁酸（Glu/GABA）比例在患者中顯著偏高。我們進(jìn)一步分析了GABA相關(guān)代謝通路中的5個(gè)酶，發(fā)現(xiàn)GABA氨基轉(zhuǎn)移酶的豐度在患者組中顯著偏高，并且E. siraeum和M. elsdenii對該酶的豐度起到了重要的貢獻(xiàn)作用，而這兩種細(xì)菌都是在患者里顯著高于健康家屬。以上發(fā)現(xiàn)提示E. siraeum和M. elsdenii可能通過調(diào)節(jié)Glu/GABA比例進(jìn)而影響CADASIL的表型。
我們繼續(xù)發(fā)現(xiàn)，CADASIL患者有五種血清炎癥因子顯著升高，它們與腸道菌群的毒力因子相關(guān)，其中IL-1β與毒力因子VFG002555正相關(guān)（圖3）?；蚪M分析發(fā)現(xiàn)F. varium擁有與VFG002555高度同源的蛋白（>50%）。腸道細(xì)菌和炎癥因子的關(guān)聯(lián)分析也顯示F. varium與IL-1β和IL-6正相關(guān)（圖4）。
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△圖3：CADASIL患者的血清炎癥因子升高，且與腸道菌群的毒力因子相關(guān)。
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△圖4：CADASIL患者腸道微生物與血清炎癥因子的關(guān)系
為明確F. varium在CADASIL疾病中的作用，我們首先應(yīng)用細(xì)胞模型研究患者來源的F. varium的可能促炎機(jī)制，發(fā)現(xiàn)F. varium誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中非典型Caspase 8炎癥小體的激活（圖5）。進(jìn)一步，我們在Notch3鼠模型中對該機(jī)制進(jìn)行驗(yàn)證，靶向培養(yǎng)和機(jī)制研究提示患者來源的F. varium菌種引發(fā)Notch3突變小鼠巨噬細(xì)胞中caspase-8依賴的非典型炎癥小體激活及行為障礙（圖6）。
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△圖5：應(yīng)用細(xì)胞模型研究患者來源的F. varium的作用機(jī)制
△圖6：在小鼠模型中驗(yàn)證F. varium在CADASIL發(fā)病中的作用和功能
本研究中，陸正齊教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院從事炎癥性疾病基礎(chǔ)研究的趙文婧教授團(tuán)隊(duì)，以單基因遺傳性腦小血管病為研究對象，揭示了腸道微生物通過腦腸軸誘發(fā)系統(tǒng)性炎癥，從而促進(jìn)CADASIL發(fā)生發(fā)展的機(jī)制，為未來從炎癥免疫機(jī)制出發(fā)進(jìn)一步提出切實(shí)有效的CADASIL治療手段提供了理論基礎(chǔ)。
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