研究人员利用人工智能通过“肠脑轴”，改善阿尔茨海默氏症的治疗

　　

克利夫兰诊所的研究人员正在使用人工智能来揭示肠道微生物群和阿尔茨海默病之间的联系。

先前的研究表明，随着疾病的发展，阿尔茨海默病患者的肠道细菌会发生变化。新发表的Cell Reports研究概述了一种计算方法，以确定称为代谢物的细菌副产物如何与细胞上的受体相互作用并导致阿尔茨海默病。

克利夫兰诊所基因组中心首任主任Feixiong Cheng，与罗汝沃脑健康中心和微生物组与人类健康中心(CMHH)密切合作。这项研究根据代谢物和受体相互作用的可能性，以及它们对阿尔茨海默病产生影响的可能性，对它们进行了排序。这些数据为研究代谢物相关疾病提供了迄今为止最全面的路线图之一。

当细菌分解我们所吃的食物以获取能量时，它们会向我们的身体系统释放代谢物。然后，代谢物与细胞相互作用并影响细胞，促进对健康有益或有害的细胞过程。除了阿尔茨海默病，研究人员还将代谢物与心脏病、不孕症、癌症、自身免疫性疾病和过敏联系起来。

防止代谢物和细胞之间的有害相互作用有助于对抗疾病。研究人员正在努力开发药物，以激活或阻止代谢物与细胞表面受体的连接。这种方法的进展缓慢，因为需要大量的信息来识别目标受体。

Cheng博士说：“肠道代谢物是我们身体许多生理过程的关键，每把钥匙都有一把锁，可以锁住人类的健康和疾病，问题是，我们的系统中有成千上万的受体和数千种代谢物，所以手动找出哪把钥匙能打开哪把锁既慢又昂贵。这就是为什么我们决定使用人工智能。”Cheng博士的团队测试了人体中已知的具有现有安全性的肠道代谢物，如果广泛应用，是否可以为阿尔茨海默病或其他复杂疾病提供有效的预防甚至干预方法。 

研究第一作者Yunguang Qiu博士带领的团队使用一种称为机器学习的人工智能形式来分析超过109万对潜在的代谢物受体，并预测每种相互作用导致阿尔茨海默病的可能性。

这些分析包括:

• 来自人类和临床前阿尔茨海默病研究的遗传和蛋白质组学数据

• 不同的受体(蛋白质结构)和代谢物形状

• 不同的代谢物如何影响患者来源的脑细胞

研究小组调查了来自阿尔茨海默病患者的脑细胞中最有可能影响阿尔茨海默病的代谢物受体对。

他们关注的一种分子是一种叫做胍丁氨酸的保护性代谢物，它被认为可以保护脑细胞免受炎症和相关损伤。研究发现，在阿尔茨海默病中，胍丁氨酸最有可能与一种叫做CA3R的受体相互作用。

用胍丁胺治疗阿尔茨海默病神经元直接降低了CA3R水平，表明代谢物和受体相互影响。用胍丁氨酸处理的神经元磷酸化的tau蛋白水平也较低，而tau蛋白是阿尔茨海默病的一种标志。

Cheng博士说，这些实验表明，他的团队的人工智能算法可以为阿尔茨海默病以外的许多疾病的新研究途径铺平道路。

“我们特别关注阿尔茨海默病，但代谢物受体的相互作用在几乎所有涉及肠道微生物的疾病中都起着作用，我们希望我们的方法可以为整个代谢物相关疾病和人类健康领域的进展提供一个框架。”现在，Cheng博士和他的团队正在进一步开发和应用这些人工智能技术，以研究遗传和环境因素(包括食物和肠道代谢物)对人类健康和疾病的相互作用，包括阿尔茨海默病和其他复杂疾病。