综述：揭示粪便microRNA谱在阿尔茨海默病中的重要意义

《Molecular Neurobiology》：Unraveling the Significance of Fecal MicroRNA Profile in Alzheimer’s Disease

本综述系统阐述了粪便microRNA（miRNA）作为阿尔茨海默病（AD）非侵入性生物标志物的潜力。文章深入探讨了饮食通过调节肠道菌群（如Akkermansia muciniphila）影响miRNA（如miR-132、miR-146a）表达，进而调控Aβ（Aβ42/Aβ40）沉积、tau蛋白磷酸化及神经炎症的分子机制，为AD的早期诊断和饮食干预策略提供了新视角。

　　

阿尔茨海默病与肠道-脑轴

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一种以进行性认知能力下降为特征的复杂神经退行性疾病，其病理特征包括细胞外淀粉样蛋白-β（Aβ）斑块的积累和细胞内过度磷酸化tau蛋白形成的神经原纤维缠结（NFTs）。目前尚无治愈方法，治疗重点在于症状管理和延缓疾病进展，因此早期识别至关重要。

近年来，肠道-脑轴（gut-brain axis, GBA）在AD发病机制中的作用日益受到关注。肠道菌群通过产生代谢物、调节免疫和影响肠道屏障功能，与大脑进行双向沟通。在AD患者中，肠道菌群组成和肠道屏障完整性发生改变，这些变化可能影响神经炎症、Aβ积累和突触功能障碍。

肠道菌群在AD中的变化

健康人体的肠道菌群主要由厚壁菌门（Bacillota，原Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）组成，占90%以上。在AD患者中，这些微生物群落发生了显著改变，具体表现为：

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  有益菌减少：放线菌门（Actinobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobia）丰度降低。其中，双歧杆菌（Bifidobacterium）的减少导致短链脂肪酸（SCFAs）如丁酸盐（butyrate）减少，而丁酸盐对于维持肠道屏障完整性和减少炎症至关重要。此外，黏液阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）的减少会损害肠道屏障，增加肠道通透性，导致脂多糖（LPS）进入血液，引发全身性炎症并激活大脑中的小胶质细胞。
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  有害菌增加：变形菌门（Proteobacteria）丰度增加，这类革兰氏阴性菌会产生LPS内毒素，引发全身性炎症和血脑屏障（BBB）破坏。此外，大肠杆菌/志贺氏菌（Escherichia/Shigella）等致病菌的增加也与AD相关的炎症和Aβ病理有关。

粪便microRNA：新兴的非侵入性生物标志物

MicroRNA（miRNA）是一类小的非编码RNA分子，通过靶向信使RNA（mRNA）进行降解或抑制其翻译，在转录后水平调控基因表达。在AD中，miRNA的失调参与了Aβ代谢、tau磷酸化、突触功能障碍和神经炎症等多个病理过程。

与血液和脑脊液（CSF）主要反映全身和中枢神经系统（CNS）来源的miRNA改变不同，粪便miRNA提供了一个肠道特异性的视角，直接捕捉了宿主与微生物在胃肠道内的相互作用。粪便miRNA具有易于收集、允许重复采样等独特优势，特别适合纵向研究。

粪便miRNA在AD中的表达谱

研究表明，AD患者粪便中特定miRNA的表达发生改变，呈现出明显的下调和上调模式。

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  下调的miRNA：
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    miR-29a：负向调控β-位点淀粉样前体蛋白裂解酶1（BACE1），该酶参与Aβ的产生。miR-29a的下调会增加BACE1的表达，导致Aβ生成增加。
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    miR-132：突触可塑性和神经元存活的关键调节因子。其下调会破坏CREB信号通路，影响记忆巩固和突触功能。
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    miR-128：其减少可能影响有益菌Akkermansia muciniphila的丰度，并抑制促炎细胞因子，从而加剧肠道菌群失调。
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  上调的miRNA：
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    miR-106b、miR-146a和miR-155：参与促炎通路和小胶质细胞活化，加剧神经炎症。
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    miR-223：通过调节梭菌属（Clostridium）参与免疫调节。
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    miR-9：有助于维持肠道上皮完整性，并与调节拟杆菌属（Bacteroides）有关。

miRNA与AD核心病理的机制联系

miRNA的失调在驱动AD核心病理过程中扮演着重要的机制性角色。

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  突触功能障碍：miR-132的缺失会破坏CREB信号通路，导致突触蛋白表达减少和树突萎缩，直接影响神经元连接性。
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  tau蛋白磷酸化：miR-132的减少会增强tau激酶（如GSK-3β和CDK5）的活性，促进tau蛋白过度磷酸化和聚集，同时抑制tau蛋白降解途径，加速细胞内tau积累。
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  Aβ沉积：miR-29家族和miR-107的下调会增加BACE1的表达，导致APP的淀粉样蛋白裂解增加，从而加速Aβ的生成和斑块沉积。
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  神经炎症：促炎miRNA如miR-155和miR-146a的上调会放大NF-κB介导的细胞因子产生，促进小胶质细胞的持续炎症状态，加剧神经退行性变。

饮食、肠道菌群与miRNA的相互作用

饮食在塑造肠道微生物群落中扮演着核心角色，而这些微生物的转变直接影响与AD病理相关的宿主miRNA表达。

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  有益饮食：富含纤维和抗炎物质的饮食促进有益菌（如Faecalibacterium prausnitzii、Roseburia spp.和Eubacterium spp.）的扩增，这些菌群产生短链脂肪酸（SCFAs），进而增强神经保护性miRNA（如miR-124和miR-132）的表达。
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  有害饮食：高饱和脂肪和精制糖的西方饮食模式导致菌群失调，其特征是大肠杆菌/志贺氏菌（Escherichia/Shigella）和拟杆菌属（Bacteroides fragilis）的增加，产生LPS等炎症代谢物，上调miR-155、miR-21和miR-146a等促炎miRNA。

饮食诱导的微生物改变也影响了AD相关分子通路中的关键miRNA。SCFA相关的微生物谱支持miR-132和miR-29a/b的维持，从而保护神经元免受Aβ积累和突触丢失。而不健康的饮食模式会抑制这些miRNA，导致BACE1活性增加，Aβ产生增多，并加速神经原纤维缠结的发展。

miRNA表达谱分析技术

目前有多种miRNA表达谱分析技术可用于研究和临床应用，每种平台根据生物学问题和样本类型提供不同的优势。

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  下一代测序（NGS）：能够无偏倚地发现和定量已知及新的miRNA，包括异构体（isomiRs）和编辑变体，适用于探索性研究。
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  实时定量PCR（qRT-PCR）：对预定义的miRNA具有高灵敏度，适用于验证研究，但无法检测未知序列。
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  数字PCR（dPCR）：提供绝对定量，适用于低丰度检测和生物标志物研究。
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  微阵列分析：适用于已知miRNA的筛选，但动态范围较NGS窄，且无法发现新miRNA。

当前的知识空白与未来方向

尽管越来越多的证据支持肠道菌群-miRNA相互作用在AD中的相关性，但仍存在显著的知识空白。

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  缺乏纵向研究：大多数现有研究是横断面的，难以确定菌群失调相关的miRNA变化与随后的认知能力下降之间的因果关系。
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  组织间差异：粪便、循环和大脑miRNA特征之间的一致性不一致，限制了其作为可靠系统性生物标志物的效用。
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  方法学标准化不足：粪便miRNA提取、测序和标准化方法缺乏标准化，限制了研究的可重复性。
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  个体差异：不同性别和人群间微生物组-miRNA相互作用的差异研究不足。

未来研究应优先开展纵向粪便miRNA研究，以识别先于认知障碍出现的早期微生物和miRNA改变。整合多组学方法（包括宏基因组学、代谢组学、转录组学、免疫谱分析和miRNA测序）对于揭示微生物代谢物如何调控关键miRNA至关重要。此外，开发统一、标准化的粪便miRNA处理和生物信息学分析方案，将有助于大规模发现稳健的生物标志物。

结论

粪便miRNA谱分析为AD的早期诊断和干预提供了新的视角。通过饮食调节肠道菌群，进而影响miRNA表达，有望成为减缓AD进展的潜在策略。然而，该领域仍面临诸多挑战，包括组织间miRNA表达差异、个体间异质性以及方法学标准化问题。未来的研究需要深入探索miRNA在肠道-脑轴中的具体作用机制，并开发基于miRNA的个性化治疗策略，为AD的防治开辟新的道路。