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肌患病,肠来治:利用菌群对抗肌萎缩相关疾病
发表时间 2023-07-30 16:51
编辑:省精准医学学会
阅读量:17
信息来源:省精准医学应用学会

肌萎缩与遗传、衰老、神经退行性病变、代谢紊乱等因素密切相关,严重影响患者的生活质量,加重家庭与社会的医疗负担,妨碍对其他疾病病程发展的预测,而严重的肌萎缩对患者的生命也构成极大的威胁。然而,目前针对肌萎缩疾病常常缺少行之有效的治疗方案。近年来诸多研究显示,肠道菌群在治疗肌萎缩相关疾病方面具有极大的可操作性和潜力。因此,本综述旨在通过汇总分析最新的研究发现,阐明肠道菌群在肌萎缩相关疾病发生和发展过程中的作用机制,来推动肌萎缩相关疾病防治手段的开发,并探索新的诊疗方案。


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图1: 图文摘要


2023年7月10日,广东省精准医学应用学会微生态医学分会副主任委员,广东省科学院微生物研究所、华南应用微生物国家重点实验室肠道微生态与健康团队PI谢黎炜研究员,联合中国科学院亚热带农业生态研究所的印遇龙院士和万丹博士,在The Innovation期刊在线发表题为“Gut microbiota in muscular atrophy development, progression, and treatment: New therapeutic targets and opportunities”的综述文章。该综述系统性地总结了肠道菌群在肌萎缩发生、发展以及治疗过程中扮演的角色以及潜在的靶向治疗的新靶点和机遇。The Innovation(2023年影响因子IF:32.2)是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊:向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现,鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。

健康人的肠道内寄宿着10~100万亿的微生物群。研究发现这些微生物体所携带的基因参与了人体众多生理机能的调控,影响人体免疫功能、大脑活动以及肠道屏障完整性等。近年的研究表明肠道菌群可以通过改变宿主糖脂、氨基酸代谢、胰岛素敏感性、炎性反应以及干细胞稳态等方式影响骨骼肌的代谢、质量和功能。研究人员通过临床观察、疾病治疗和基于动物模型的基础研究,发现了肠道菌群与肌萎缩的关联和作用机制,这有利于后续发现基于肠道菌群的生物标记物和研发基于健康微生物的功能性微生态制剂或微生态药物。研究成果可以应用于肌萎缩疾病的早期预警和筛查,为肌萎缩疾病的预防、干预与治疗提供有效的方案。


鸡生蛋还是蛋生鸡:肠道菌群紊乱与肌萎缩病变

肠道菌群的健康状况与肌萎缩病变密切相关,二者之间的关系和相互作用形式错综复杂。肠道菌群的多样性、组成、菌群之间的互作关系以及它们的次生代谢物都与肌萎缩疾病有着千丝万缕的联系。同时,饮食结构和生活环境等因素也在其中起到不容忽视的作用。

研究发现肌萎缩的多种疾病都与肠道菌群的变化密切相关。重症肌无力、炎性肌病、糖原贮积病、脊髓损伤以及恶病质等多种肌萎缩疾病都与肠道菌群多样性降低有关。但是肌萎缩性侧索硬化症与菌群多样性的关系仍存在争议。

此外,疾病的进展也会影响菌群的构成和次生代谢物的水平,造成连锁反应。例如导致肌萎缩的法布里病所产生的代谢物质的积累会导致以脆弱拟杆菌为代表的一部分致病菌在肠道内过度繁殖,并影响健康微生物组成和含量,诱发菌群紊乱,导致短链脂肪酸水平下降,进而损害肠道功能,影响肌肉健康。


看不见的药厂:菌群代谢物与肌萎缩

不同种类的肠道微生物具有独特的代谢特点,能够分解人体肠道中的物质产生不同的代谢产物。这些由肠道微生物合成的次生代谢物会参与人体复杂的生理与生化反应。广东省科学院微生物研究所谢黎炜研究员团队近期在SCIENCE CHINA-Life Sciences期刊发表的研究成果进一步证实,在肌萎缩发生和发展的过程中,血清和骨骼肌内丁酸含量的动态变化可能通过Mct1转运体影响骨骼肌干细胞(也称为肌卫星细胞)的稳态以及骨骼肌的再生潜能。除丁酸盐以外,围绕肌萎缩的研究还发现,通过药物、改善饮食、粪菌移植、探针电刺激、益生菌补充等手段可以重构肠道菌群,尤其是健康肠道微生物的多样性,增加如β-丙氨酸、儿茶酸等菌群代谢物质,从而改善神经与肌肉的功能(图2)


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图2: 肠道菌群与肌萎缩


亲贤臣,远小人:益生菌如何治疗与缓解肌萎缩

近年来,众多临床和基于动物实验的基础研究显示了益生菌在防治肌萎缩方面的应用价值。研究指出乳酸杆菌、双歧杆菌等益生菌可以改善肠道微环境,并有效缓解重症肌无力的症状。同时,通过益生菌与药物的联合使用,可以有效控制乃至逆转包括恶病质在内的肌萎缩。此外,益生菌还可以触发保护性免疫反应,帮助脊髓损伤的个体恢复运动能力。


总结与展望

近年,众多研究成果揭示肠道菌群调控在防治肌萎缩相关疾病方面的应用前景。但仍需开展深入的临床前机制研究,来启发与推动创新性的肌萎缩防治方案。同时,针对包括法布里病、炎性肌病以及糖原贮积病在内的肌源性肌萎缩疾病,需要基于动物实验的基础研究与临床研究,来进一步阐明肠道菌群在相关疾病发生和发展过程中的作用机理,并探索在此过程中菌群的组成和结构以及与宿主的互作机制,进一步开发应用于疾病辅助治疗的功能性微生态制剂,为疾病的临床治疗开辟新的治疗策略。


DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2023.100479

引用格式:Chen S., Zhang P., Duan H., et al. (2023). Gut microbiota in muscular atrophy development, progression, and treatment: New therapeutic targets and opportunities. The Innovation. 4(5),100479.


作者简介

谢黎炜,博士,广东省科学院微生物研究所研究员,华南应用微生物国家重点实验室主任助理,肠道微生态与健康研究团队PI,广东省精准医学应用学会微生态医学分会副主任委员,广东省基础与应用基础杰出青年基金获得者。主要研究方向肠道菌群与健康和疾病,内容涉及系统微量元素代谢、肌肉干细胞和脂肪脂肪的生理调控机制以及肠道菌群与宿主营养代谢相互调节机理在代谢性疾病中的作用机制和转化应用,近5年共发表高水平研究性论文40余篇,他引超过1000次,单篇最高超过100次;研究成果主要发表在Advanced Science、Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle、Journal of Clinical Investigation、SCIENCE CHINA-Life Sciences等学术期刊。获得国家自然基金面上(2项)和青年项目(1项),广东省基础与应用基础杰出青年基金等科研支持。获批发明专利8件,国际专利3件。

陈淑洁,医学博士,南方医科大学珠江医院博士后。主要围绕骨骼肌衰老与损伤修复、骨骼肌干细胞命运调控及肠道菌群开展研究工作,在SCIENCE CHINA-Life Sciences、Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle等学术期刊发表多篇研究论文。