本文系Journal of Future Foods原创编译，欢迎分享，转载请授权。帕金森病（PD）是一种神经退行性疾病，发病率仅次于阿尔茨海默病。从病理学角度看，PD归因于黑质致密部多巴胺能神经元的丧失。α-突触核蛋白在PD患者的大脑中错误折叠并聚集形成路易体，路易体的积累会导致神经细胞死亡，因此这种情况被称为α-突触核蛋白病。多巴胺的产生效果由此下降，这将影响到所有与多巴胺相关的生理功能。多巴胺有多种作用，包括与认知、奖励、动机、运动、学习和愉悦等；同时它还作为血管舒张剂，降低胰腺产生胰岛素的能力。作为治疗的一部分，多巴胺通过其前体代谢物左旋多巴从外部提供给患者。目前PD的治疗侧重于控制症状而非治愈，由此首选的治疗方案是服用左旋多巴药物。然而随着时间推移，药物剂量会增加直到达到最高水平，从而最大限度地降低药物作用，并对患者产生一些副作用。本研究致力于探索可以用于配制精神抗生素以用作帕金森病的辅助治疗的肠道微生物群。精神抗生素是作为益生菌给药的活细菌，并在患者的肠道中生长繁殖。人体的肠道中包含着一个被称为“肠神经系统”的“第二大脑”。人体的肠道菌群会影响人的行为和思维过程。微生物组和肠道通过双向“微生物组-肠-脑轴”与大脑相互作用。肠-脑轴受迷走神经控制，迷走神经通过短链脂肪酸（SCFAs）建立该交流通道。
本研究针对的PD的主要问题包括：
1）针对生态失调并消除肠道干扰。通过试管实验、平板实验和体外实验，确定了具有产生酪氨酸脱羧酶（TDC）能力的干扰菌，在去除干扰菌的同时，保留非干扰菌。
2）γ-氨基丁酸（GABA）降解。本研究鉴定了产生GABA的肠道细菌，可用于平衡GABA降解。
3）5-羟色胺功能障碍。色氨酸羟化酶是一种限速酶，可将色氨酸转化为5-羟基色氨酸（5-HTP），随后转化为神经递质5-羟色胺，因此5-HTP是5-羟色胺的前体。
4）短链脂肪酸（SCFAs）产生。在本研究中，乙酸和丁酸产量被认为是选择益生菌菌株的必要参数。
5）在肠道条件下生存，伴随着定植和建立，对宿主没有有害影响。通过溶血实验、DNase实验和抗生素实验检测细菌的致病性参数。
共分离出855 株细菌，其中NA培养基获得145 株，Sabouraud琼脂培养基获得135 株，Drigalsk乳糖培养基获得121 株，马铃薯葡萄糖培养基获得99 株，Macconkey琼脂培养基获得94 株，番茄汁琼脂培养基获得85 株，Wilson blair培养基获得1 株，肠道微生物培养基上获得149 株，此外在伊红亚甲基蓝培养基上获得26 株。细菌的益生菌特性筛选
在855 株细菌中，有583 株细菌TDC测试呈阳性并被剔除，其余272 株继续进行后续测试。产TDC阳性的细菌在阳性脱羧酶实验（PDA）中呈紫色，在阴性脱羧酶实验（NDA）中呈黄色；产TDC阴性的细菌在NDA和PDA管中均显示黄色（图1）。在272 种细菌中，有14 种的GABA产生检测呈阳性，与GABA标准的RF值相符，通过将RF值与MSG的RF值进行比较，可以消除假阳性结果（图2）。GABA标准品和样品的FTIR谱图显示出相似的峰值，表明存在化合物类别：伯胺（N−H）、烯烃（C＝C）、炔烃（C≡C）和脂肪族伯胺（N−H）。因此，证实了样品中存在GABA（图4）。图4 GABA标准品（A）和产GABA阳性的细菌分离株（B）的FTIR检测结果在272 株细菌中，有10 株细菌的5-HTP测试结果呈阳性，与5-HTP标准品的RF值相符，通过与色氨酸的RF值比较排除了假阳性结果（图2）。根据标准曲线计算其浓度（图3和表1）。5-HTP标准品和样品的FTIR谱图显示出相似的峰值，表明存在化合物类别：伯胺（N−H），烯烃（C=C）、炔烃（C≡C）、芳香族化合物（C−H）和脂肪族伯胺（N−H）。结果表明样品中存在5-HTP（图5）。![]()
图5 5-HTP标准品（A）和5-HTP阳性的细菌分离株（B）的FTIR结果
SCFA的产生
对GABA和5-HTP产生测试结果呈阳性的细菌继续进行检测，共筛选21 株细菌产生SCFAs。经检测后发现，6株菌株的乙酸结果产生呈阳性，分别为HFS 2.1 TM、HFS 10.2 TM、HFS 11.1 TM、HFS 11.1 PDA、FS 9.2 SA和HFS 6.2 NA。此外，6 种分离株的丁酸生产检测呈阳性（图6）。
结果发现，共7 株菌株为非溶血性：HFS 2.1 TM、HFS 10.2 TM、HFS 11.1 TM、HFS 11.1 PDA、FS 9.2 SA、HFS 6.2 NA和HFS 11.1 SA；其余均显示α或β溶血性，结果为非致病性菌株。未发现显示 DNase 活性区的测试分离株为阴性，并被认为为非致病性。所有分离物对酚都较强的抗性，结果大多在7 （lg（CFU/mL））（表2）。![]()
除HFS 6.2 NA外，6 个主要分离菌株在模拟胃液中均获得了较为良好的存活率。对模拟胃液的抗性结果分别为：HFS 11.1 TM 89%，HFS 11.1 PDA 92%，HFS 2.1 TM 96%，HFS 10.2 TM 17%，FS 9.2 SA 79%，HFS 6.2 NA 25%。除了HFS 6.2 NA之外，6 个主要分离菌株模拟肠道中均获得了良好的存活率。对模拟肠道的抗性结果分别为：HFS 11.1 TM 84%，HFS 11.1 PDA 74%，HFS 2.1 TM 80%，HFS 10.2 TM 64%，FS 9.2 SA 71%，HFS 6.2 NA 16%。益生菌的自聚集是益生菌菌株黏附于肠道上皮细胞的重要特征。分离菌株均显示出良好的自聚集活性（表3）。表3 分离菌株自聚集检测结果
益生菌菌株的共聚集能力允许产生阻碍有害细菌定植的屏障。分离株表现出接近48%的共聚集活性（表4）。![]()
18 株分离株对口腔上皮细胞的黏附呈阳性，包括6 株主要分离株；此外，包括6 株主要分离物在内的16 株分离物对鸡嗉囊上皮细胞的黏附测试呈阳性（图7）。![]()
图7 与口腔上皮细胞和鸡嗉囊上皮细胞的体外黏附
益生菌菌株的细胞表面疏水性用于评估它们进入肠道后与肠道的结合能力和稳定性。6 个主要分离菌株获得了良好的疏水性结果（表5）。表5 细胞表面疏水性检测结果
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图8 抗生素抗性结果
通过16S rRNA测序鉴定最终选择的细菌，鉴定出的分离株：HFS 2.1 TM为芽孢杆菌属、HFS 10.2 TM为芽孢杆菌属、FS 9.2 SA为葡萄球菌、HFS 6.2 NA为戊糖片球菌、HFS 11.1 TM为发酵乳杆菌和HFS 11.1 PDA为植物乳植杆菌属。
药物干扰的最终体外测试
所有6株细菌分离株的RF值与多巴胺的RF值不匹配，RF值与Syndopa plus的RF值相似，干扰试验均为阴性。使用先前被测试为TDC测试阳性的混合细菌，其RF值与多巴胺RF值相似（图9A）。![]()
图9 多巴胺的薄层色谱结果（A）和标准曲线结果（B）
基于标准曲线计算混合物的浓度，混合物的吸光度为2.891，得到的多巴胺浓度为9.73 mg/mL，而样品的吸光度范围在0.264到0.366之间，计算出的多巴胺浓度可以忽略不计（图9B）。Syndopa plus 的 FTIR 光谱显示 4 个主峰，表明存在伯胺、烯烃、炔烃、芳香族化合物和脂肪族伯胺等化合物类别。在样品的 FTIR 光谱中也观察到类似的峰，证实了 Syndopa plus 的存在。而多巴胺的 FTIR 光谱在 1 502.1 cm⁻¹处显示一个额外的吸收峰，因为存在苯环，但任何样品都没有显示。此外，上述化合物类别的峰的范围和强度与Syndopa plus相似，而非多巴胺（图 10）。
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图10 多巴胺标准品（A）、Syndopa
plus标准品（B）、样品的多巴胺（C）、样品的Syndopa plus（D）的FTIR结果
PD会导致多种非运动症状，如抑郁、睡眠困难、疼痛、认知功能障碍及运动功能减退，对PD患者及其护理人员或伴侣的生活质量产生了严重负面影响。随着时间推移，PD会恶化，到目前为止还没有有效治愈方法。正如上述讨论，左旋多巴目前是唯一的治疗方法。目前大多数研究集中在寻找补偿多巴胺流失的方法，而没有意识到左旋多巴疗法是已经建立的补偿多巴胺减少的方法，但目前面临的主要挑战是由此产生的副作用，主要是GABA降解、5-羟色胺功能障碍，以及由于细菌对药物治疗的干扰导致多巴胺对大脑的生物利用度降低。所有这些因素都会导致患者体内更严重的并发症，如运动障碍、抑郁、精神病等。
在本研究中，提供了6 种可以用于PD精神生物制剂配方的菌株。研究发现这些菌株不会与治疗药物产生相互作用，将通过建立自身并消除干扰细菌来确保药物达到最大生物利用度，此外，这些菌株能够产生GABA或5-羟色胺，甚至二者均能产生，因此可以考虑挑选菌株，实现在PD的不同阶段控制所需的激素来消除目标疾病症状。分离菌株还显示出可以产生SCFAs，因此它们可以通过迷走神经传输，并通过微生物组-肠-脑轴有效地建立功能。这些菌株也被发现满足所有益生菌特性标准。精神生物制剂将有助于减少或消除药物干扰，从而增加药物对大脑的生物利用度，减少药物剂量和适应性，积极影响情绪，平衡GABA降解和副作用，控制5-羟色胺功能障碍，控制肠道失调，抑制致病、有害、腐败菌株，间接增强免疫力和消化。此外，PD病例不同，但精神生物制剂将针对患者主要受影响的领域，并将有益于每个患者，帮助其控制疾病状况、延长病程并减缓疾病进程。
Evaluating probiotic properties of gut microflora for gut modulation as an adjuvant therapy for Parkinson's disease
Nishi Jayesh Patel*, Murtaza Hajoori, Piyush DesaiBhagwan Mahavir Centre for Advance Research, Bhagwan Mahavir College of Basic and Applied Science, Surat 395017, IndiaAbstract
Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disease. It is not curable and treatment revolves around controlling the symptoms. The most preferable approach is medicating with levodopa drug. One of the major concerns in treating with this drug is its conversion to dopamine within the gut and 1%−10% of dopamine becomes available to the brain, thus compromising the effectiveness of the treatment. Other dominant concerns are γ-amino butyric acid (GABA) collapse and serotonergic dysfunction that leads to secondary symptoms. To counter-balance its appalling repercussions reversal of gut bacterial dysbiosis, gut modulation by supportive bacteria is the new uproar, uncovering potent applications. In this study, gut bacteria were focused on having the ability to overcome the drug interference possibility. Samples were collected from PD patients, prone to PD, and healthy individuals for isolation of gut bacteria and were screened for criteria like tyrosine decarboxylase, GABA, short chain fatty acids (SCFAs), and serotonin production. Thin layer chromatography (TLC), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and spectrophotometric analysis were used to test bacteria for the production of GABA and serotonin. A total of 855 isolates were screened and 23 isolates were further evaluated for their probiotic properties. Out of which 6 isolates namely HFS 2.1 TM, HFS 10.2 TM, FS 9.2 SA, HFS 6.2 NA, HFS 11.1 TM, and HFS 11.1 PDA were identified by 16S rRNA sequencing and were screened positive to be prospective psychobiotic agents that could be employed as adjuvant therapy for PD.Reference
PATEL N J, HAJOORI M, DESAI P. Evaluating probiotic properties of gut microflora for gut modulation as an adjuvant therapy for Parkinson's disease[J]. Journal of Future Foods, 2025, 5(3): 304-316. DOI:10.1016/j.jfutfo.2024.07.010.翻译：王紫娟（实习）
编辑：龚艺；责任编辑：孙勇
封面图片来源：摄图网
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