综述：帕金森病中运动-微生物群-queuine-tRNA 轴：证据、不确定性与实验优先方向

《Frontiers in Neuroscience》：The exercise-microbiota-queuine-tRNA axis in Parkinson's disease: evidence, uncertainties, and experimental priorities

　　

帕金森病（Parkinson's disease，PD）是一种多系统神经退行性疾病，其特征包括黑质-纹状体多巴胺能变性进行性进展、α-突触核蛋白（α-synuclein，α-syn）聚集、线粒体功能障碍、氧化应激以及神经炎症性重塑。尽管上述机制已得到广泛研究，但系统性代谢信号与微生物群来源信号如何与神经元翻译调控（translational control）发生交汇，仍未得到充分阐明。转运 RNA（tRNA）的 queuosine（Q）修饰是一类具有独特性的 RNA 修饰，因为其前体 queuine 不能由哺乳动物细胞从头合成，而必须来源于膳食及肠道微生物代谢。新近证据表明，Q-tRNA 修饰可影响密码子解码（codon decoding）、翻译速度、蛋白质稳态（proteostasis）、氧化应激反应以及线粒体功能，但将 Q-tRNA 失调与 PD 直接联系起来的证据仍然有限。该叙述性综述提出了一个概念性且用于生成假说的框架，即微生物群-queuine-Q-tRNA 修饰轴可能参与 PD 中神经元翻译缓冲（translational buffering）与应激适应。研究人员区分了已确立机制、新兴证据及推测性联系，并强调：从运动诱导的微生物群重塑，到 queuine 可利用性改变、Q-tRNA 修饰变化、线粒体翻译重校准，再到多巴胺能神经保护的完整因果链，尚未得到实验性证实。进一步地，文章讨论了 tRNA来源片段（tRNA-derived fragments，tRFs）作为 PD 相关翻译应激、神经炎症及细胞间 RNA 通讯中的候选生物标志物和潜在效应分子的可能性。最后，文章提出了验证该模型的实验优先方向，包括在 PD 组织与体液中开展直接 Q-tRNA 谱分析、在 PD 模型中进行运动干预研究、开展微生物群/queuine 操控，以及对循环 RNA 载体跨越血脑屏障的运输机制进行检验。该框架并未建立一条新的致病通路，而是为研究运动、微生物代谢与 RNA 修饰生物学如何在 PD 的选择性神经元易损性上发生汇聚提供了结构化路线图。

1 Introduction

文章首先指出，帕金森病（PD）是仅次于阿尔茨海默病的常见神经退行性疾病，其核心病理为黑质致密部（substantia nigra pars compacta，SNpc）多巴胺能神经元进行性丧失与路易小体中 α-突触核蛋白（α-syn）异常聚集。既往研究主要聚焦于蛋白错误折叠、线粒体损伤、氧化应激及神经炎症，但这些过程并非彼此孤立，而是在细胞代谢、蛋白质稳态和转录后调控层面形成相互作用网络。作者据此引出“翻译稳态（translational homeostasis）”这一可能连接线粒体功能障碍、蛋白稳态压力与神经元易损性的关键层面。文章强调，蛋白质合成不仅受 mRNA 丰度控制，还受到密码子解码动力学、核糖体停顿、氨酰化 tRNA 负载、tRNA 修饰及应激性翻译重编程共同调节，而这对高能量需求、高蛋白稳态负荷的 SNpc 多巴胺能神经元尤为重要。

在此基础上，作者提出 queuosine（Q）修饰的特殊性：其前体 queuine 依赖膳食及微生物代谢供给，而非哺乳动物从头合成。Q 修饰发生于特定 tRNA 的摆动位点，可影响密码子识别、翻译速度与蛋白折叠稳态。文章进一步将 PD 中日益受到关注的肠-脑通讯、系统炎症与外周代谢重塑，与运动这一非药物干预手段联系起来，提出“运动-微生物群-queuine-tRNA 修饰轴”作为概念框架，而非既定机制。该框架试图解释：运动可能通过影响肠道微生物代谢、循环 RNA 载体和系统代谢信号，进而调节 queuine 可利用性、Q-tRNA 修饰、tRNA来源片段（tRFs）及神经元应激适应。全文始终以证据分层方式区分已知事实、新兴现象和待检验假说。

2 Materials and methods

本文采用叙述性综述（narrative review）设计，目标是生成假说并绘制证据图谱，而非开展系统综述或 Meta 分析。因此，研究未注册正式方案，未进行定量证据综合，也未使用偏倚风险评估工具。作者说明，为提高透明度，文章描述了文献检索、纳入逻辑及证据分层策略，整体报告方式参考了叙述性综述透明度改进建议及叙述性综述评估量表（Scale for the Assessment of Narrative Review Articles，SANRA）。

2.1 Literature search strategy

文献检索覆盖 PubMed、Web of Science、Scopus 和 Google Scholar，时间范围为 2000 年 1 月至 2025 年 12 月，尤其关注 2020—2025 年间与 tRF、Q-tRNA 生物学及运动响应性细胞外 RNA 载体相关的快速增长证据。作者还通过回溯引用补充关键研究。检索式围绕 PD、tRNA 修饰、queuine/queuosine/Q-tRNA、QTRT1/QTRT2、tRF/tsRNA/tiRNA、运动、肠道微生物群、细胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）、高密度脂蛋白（high-density lipoprotein，HDL）及血脑屏障等主题展开。

2.2 Inclusion and exclusion criteria

纳入研究主要包括以下几类：与 Q-tRNA 修饰、queuine 代谢、QTRT1/QTRT2 或相关 tRNA 修饰通路相关的原始实验或临床研究；涉及 PD、神经退行性变、细胞应激、EVs 或体液中 tRFs/tsRNAs/tiRNAs 的研究；探讨线粒体翻译应激、整合性应激反应（integrated stress response，ISR）、tRNA 摆动位点修饰及蛋白稳态压力的研究；评估运动对 PD 相关运动/非运动结局、肠道微生物群、循环代谢物、EVs 或小 RNA 货载影响的人体或动物研究；以及用于构建叙述背景的方法学或综述性文献。排除标准包括主题无关、重复报道、方法学细节不足及缺乏实验或临床支持的机制性断言。

2.3 Evidence stratification 与 2.4–2.5 方法学限制和证据层级

作者将全文证据分为三层：已确立机制、新兴证据和假说生成性联系。已确立机制包括微生物/膳食提供 queuine、QTRT1/QTRT2 介导特定 tRNA 的 Q 修饰以及 ANG 介导的应激性 tRNA 裂解；新兴证据包括 PD 相关体液或脑组织 tRF 特征、PD 中运动相关肠道微生物群重塑、运动对循环 RNA 载体的影响；假说生成性联系则包括运动改变 PD 中 Q-tRNA 修饰、微生物群依赖的 queuine/preQ₁ 调控，以及 Q-tRNA 介导运动后 SNpc 多巴胺能神经保护。作者同时承认叙述性综述难以穷尽全部文献，且不同领域证据成熟度不均，因此专门设置证据图谱与实验优先方向部分，避免过度推断。

3 Findings

3.1 The physiological basis of the queuine-Q-tRNA modification axis

本节系统阐述 queuine-Q-tRNA 轴的生理基础。首先，queuine/queuosine（Q）被界定为典型的“微生物群-宿主共代谢”分子：细菌拥有完整生物合成通路，而真核生物缺乏从头合成能力，因此宿主对 queuine 具有营养和微生物群依赖性。哺乳动物主要通过膳食和肠道微生物代谢获取 queuine，再由宿主细胞回收用于 Q-tRNA 修饰。其次，Q 修饰由真核 tRNA-鸟嘌呤转糖基酶复合体（eukaryotic tRNA-guanine transglycosylase，eTGT）介导，该复合体由具催化活性的 QTRT1 与非催化但参与底物识别和 RNA 结合的 QTRT2 组成。其作用方式是在特定 GUN 反密码子 tRNA 的第 34 位进行碱基置换，主要涉及 tRNA^Asp、tRNA^Asn、tRNA^His 和 tRNA^Tyr。

作者进一步总结 Q-tRNA 对翻译的作用：由于修饰位于摆动位点，第 34 位 Q 可调节密码子-反密码子配对动力学、解码速度和准确性，影响 NAU/NAC 同义密码子的解码平衡。Q 缺失可增加核糖体在相关密码子处的停顿，并影响近认知解码。Q 修饰还与其他 tRNA 修饰形成协同，例如促进 Dnmt2 介导的 tRNA^Asp C38 位甲基化，从而影响翻译程序与蛋白质稳态。已有研究提示，缺乏 queuine 会导致错误折叠蛋白堆积、内质网应激和未折叠蛋白反应（unfolded protein response，UPR）激活。

在线粒体层面，文章指出 Q 生物学并不局限于胞质 tRNA。已有化学分析在人体线粒体 tRNA^Asp、tRNA^His、tRNA^Asn 与 tRNA^Tyr 中发现 Q34，并证实其形成依赖 QTRT1/QTRT2。这为将 QTRT 依赖的 queuosine 生物学与线粒体翻译联系起来提供了分子基础。部分研究还显示 queuine 补充可改善 mt-tRNA^Asn 变异相关的线粒体功能障碍，且 Q 修饰可能保护相关 tRNA 免受核糖核酸酶裂解。但作者强调，这些结果尚不能证明 PD 中存在 Q-tRNA 异常驱动的线粒体主调控机制，因此其更适合作为候选调节节点看待。

3.2 tRNA modification and mitochondrial translational stress: a candidate molecular entry point for PD

本节围绕线粒体翻译应激与 tRNA 修饰之间的关系展开。作者指出，线粒体功能障碍不仅减少 ATP 生成，还会重塑细胞翻译、代谢和质量控制网络。其中，整合性应激反应（ISR）是对线粒体压力的重要适应机制，表现为 eIF2α 磷酸化、全局蛋白合成下调以及 ATF4 等应激反应转录本的选择性翻译。tRNA 修饰可能在此过程中发挥关键作用，因为其决定密码子解码效率、延长速度、阅读框保持及核糖体停顿状态，从而影响细胞在压力条件下的转录本选择性翻译。

在 Q-tRNA 方面，作者保持审慎态度。现有非同行评审证据提示，电子传递链抑制或砷酸盐诱导的线粒体应激可伴随多种 tRNA 修饰动态重塑，其中包括 Q 相关修饰，而 QTRT1/QTRT2 缺失可能影响线粒体与代谢通路。然而，同行评审研究所提供的更可靠证据主要仍是间接性的：queuine 可通过调节 Q-tRNA 水平影响密码子特异性翻译与蛋白质稳态；Q34 存在线粒体 tRNA 中；queuine 补充可改善某些线粒体 tRNA 变异所致缺陷。由此，Q-tRNA 被定位为连接营养/微生物输入、翻译质量控制、tRNA 稳定性和线粒体应激适应的候选界面，但尚未被证明是 PD 中线粒体应激的驱动因素。

与之相对，线粒体 mt-tRNA 摆动位点修饰与呼吸链翻译失衡之间已有更直接证据。例如 GTPBP3 与 MTO1 协同促进线粒体 tRNA 第 34 位 τm⁵U 修饰，缺陷可引发线粒体翻译障碍和多系统疾病；在 MERRF 相关 mt-tRNA^Lys 突变模型中，摆动位点修饰缺失直接降低相应密码子的翻译活性并损伤线粒体功能。作者据此推论，胞质和线粒体的反密码子相关 tRNA 修饰可能共同支持应激状态下的翻译准确性和代谢连续性。由于 SNpc 多巴胺能神经元具有高能量需求、高氧化压力、广泛轴突树和持续自主起搏活动，因此一旦翻译缓冲失败，更易出现选择性易损。

3.3 Aberrations in tRNA biology in PD: from tRFs to pathological propagation

本节将讨论重点从 tRNA 修饰扩展至 tRNA来源片段（tRFs）。作者总结，PD 中的小 RNA 图谱存在疾病特异性变化，尤其在脑脊液（CSF）、血液及黑质组织中可检测到异常 tRF 特征。研究显示，某些带有保守序列基序的 RGTTCRA-tRFs 在 PD 患者黑质、CSF 和血液中升高，而线粒体来源 tRF（MT-tRFs）相对下降；这一比值变化甚至在前症状个体和携带 PD 相关突变但尚无症状的人群中亦可观察到，提示其具有早期分层和生物标志物潜力。

文章强调，tRFs 不应仅被视为降解副产物。既有研究表明，血管生成素（angiogenin，ANG）可在应激条件下裂解 tRNA，生成 tiRNAs，这些分子可独立于经典 eIF2α 通路抑制翻译、促进应激颗粒形成并重塑 RNA-蛋白复合体。针对 PD，作者总结了两类潜在效应机制：其一，PD 相关 RGTTCRA-tRFs 可能通过与核糖体 RNA 互补配对，加剧翻译抑制；其二，特定 EV 相关 tRF，例如 tRF-02514，可通过靶向 ATG5、抑制自噬、诱导小胶质细胞焦亡并促进神经元丢失，从而成为病理效应分子。动物模型研究进一步表明，PD 相关脑区而不仅是外周体液中也存在特异 tsRNA 特征，支持 tRNA 生物学异常是疾病相关分子层面的一部分。

关于 ANG/tRNA 裂解程序，作者提出“双相性”观点：急性应激下，该程序可作为适应性机制，暂时抑制翻译、促进应激颗粒形成并帮助细胞节约资源；但在慢性、异常或失适应性激活状态下，则可能转变为持续性翻译抑制、异常 RNA 颗粒持久化及炎症放大。决定这一转换的因素可能包括应激持续时间、ANG 亚细胞定位、核糖核酸酶抑制剂（RNH1）可用性、氧化状态、自噬清除能力及蛋白质稳态崩溃程度。

3.4 How exercise engages this axis: from peripheral metabolism to circulating RNA carriers

本节讨论运动如何可能介入该轴。作者首先指出，运动在 PD 中的价值不应仅限于改善肌力或运动训练，而应被视为一种可重塑外周代谢、免疫状态与循环信号的上游干预。临床研究显示，中等强度有氧运动可降低 MDS-UPDRS III 评分，并伴随肠道微生物群组成、胆汁酸代谢及炎性细胞因子变化；动物研究也提示，中等强度跑台训练可减缓 α-syn PFF 模型中 SNpc 多巴胺能神经元丢失，并改变循环外泌体 RNA 货载。

在循环小 RNA 生态方面，短期运动可改变 EVs 与 HDL 载体中小 RNA 组成，但不同载体的响应并不一致。EVs 中 miRNA 相对增加，而 HDL 中 tRNA来源小 RNA（tDRs/tRFs）相对丰度升高。作者据此提出，这些运动响应性 tRFs/tDRs 可能充当连接骨骼肌、肝脏、免疫系统与脑之间的候选中继分子。不过，EV 或 HDL 所携带 RNA 是否以及如何进入中枢神经系统（CNS），仍需通过血脑屏障（BBB）转运、内皮跨胞转运与脑区摄取实验加以验证。

代谢重塑方面，文章指出高强度运动可显著提升乳酸、琥珀酸、Lac-Phe、三羧酸循环中间体及氨基酸相关代谢物水平。值得注意的是，AARS1 和 AARS2 已被报道可作为细胞内 L-乳酸传感器，参与乳酰化相关过程。这提示运动引发的乳酸、氧化还原状态、氨基酸通量及甲基/乙酰供体变化，可能间接影响 tRNA 修饰酶活性、底物可利用性或翻译复合体组装，但这在 PD 中仍属待验证假说。

作者特别强调肠道微生物群在此轴中的潜在枢纽作用。已有研究表明，运动可重塑 PD 相关肠道菌群，并且在小鼠模型中，抗生素耗竭微生物群会削弱运动的保护作用。由于 queuine 来自微生物群与膳食，运动诱导的菌群变化可能影响宿主 queuine 供给。进一步地，微生物代谢中间体 preQ₁ 已被证实可与 queuine 竞争宿主 tRNA 修饰位点，因此 PD 相关菌群失衡也许不仅改变总 queuine 水平，还会改变 preQ₁/queuine 比值，进而影响翻译质量控制与应激适应。

3.5 Evidence map of the proposed causal chain 与 3.6 A state-dependent conceptual model of the exercise-microbiota-queuine-tRNA axis in PD

作者在这一部分明确提出，运动-微生物群-queuine-tRNA 修饰轴应被视为“模块化框架”，而非连续、已验证的因果通路。当前证据最强的是各个模块本身：微生物/膳食供给 queuine、QTRT1/QTRT2 介导 Q-tRNA 修饰、Q-tRNA 对解码与蛋白质稳态的影响、PD 相关 tRF 图谱、运动引起的微生物群重塑以及运动响应性循环 RNA 载体变化。最薄弱的则是将这些模块串联为 PD 中单一因果链的环节，尤其缺乏“运动→微生物群→queuine/preQ₁→Q-tRNA→多巴胺能神经保护”的直接证据。

在此基础上，作者构建了状态依赖性概念模型，包括基线状态、病理状态、干预状态和适应窗口四部分。基线状态下，Q-tRNA 及其他 tRNA 修饰共同构成“翻译缓冲系统”，通过精细调节密码子识别、翻译延长速度和蛋白折叠环境，维持高能耗细胞尤其是 SNpc 神经元的蛋白质稳态与代谢稳态。病理状态下，α-syn 聚集、线粒体功能障碍、氧化应激、炎症及肠道菌群失衡共同施压于翻译稳态，使 tRNA 修饰网络、tRF 生成及线粒体翻译系统趋于失适应，形成“翻译缓冲失败”。作者认为，这并不意味着 PD 本质上是 tRNA 修饰病，而是提示翻译稳态崩溃可能是与既有经典病理机制交互的附加层面。

在干预状态中，运动被设想为通过代谢重塑、循环 RNA 信号重塑和肠道微生态调节三条路径对该轴进行“再校准”。如果这些途径在体内汇聚，理论上可改善核糖体翻译动力学、蛋白折叠环境与线粒体蛋白合成效率，从而缓解持续性翻译应激。不过作者再次强调，目前没有研究直接证明运动在 PD 中改变了 Q-tRNA 修饰水平。

“适应窗口”模型则用于解释运动效应的异质性。作者认为，运动的神经保护作用并非简单剂量-反应关系，而取决于疾病分期、运动强度、肠道菌群背景、遗传背景及翻译系统剩余可塑性。早期或前驱期、适度运动、支持性微生物群与仍具可塑性的翻译系统，可能构成最有利于发挥保护作用的窗口；而疾病晚期、过度运动、严重菌群失衡或已建立的翻译崩溃状态，则可能导致效应减弱甚至失适应。

3.7 Clinical implications: from molecular framework to precision diagnosis and intervention

文章随后讨论该框架的潜在临床意义。首先，在分层诊断方面，tRF 目前比 Q-tRNA 修饰状态具有更强的生物标志物支持。作者认为，若将血液 tRF 图谱、queuine 水平、Q-tRNA 修饰状态、微生物群特征及遗传背景整合，未来或可建立基于“翻译应激主导型”“炎症/线粒体缺陷主导型”等概念的分子分型体系，从而推动 PD 从症状学分类走向机制导向的分层诊断。

其次，在精准干预方面，作者提出运动应答可能依赖于个体翻译系统的可塑性。如果患者具有较高 Q-tRNA 修饰水平和较轻 tRF 异常，运动更可能通过改善代谢环境与微生物群结构而产生保护效应；若已存在严重 tRF 累积和线粒体翻译失衡，则单纯运动干预效果可能有限，需要联合抗炎、线粒体保护或微生态干预。基于此，未来可尝试依据 tRF、queuine 与 Q-tRNA 状态将患者划分为“运动应答者”与“非应答者”。

再次，在治疗靶点方面，queuine/QTRT/Q-tRNA 轴被视为潜在干预方向。作者总结，queuine 补充、QTRT1/QTRT2 活性调节及靶向 tRNA 修饰酶的小分子药物，理论上均可能通过改善密码子解码效率、降低翻译错误、缓解蛋白错误折叠和改善线粒体功能而产生神经保护作用。但目前相关证据大多处于前临床阶段。最后，作者提出整合策略，即将运动、微生态干预和 RNA 生物学靶向联合应用，以多层次同时作用于代谢、微生物群、翻译稳态与神经炎症网络，为 PD 多靶点精准治疗提供概念依据。

3.8 Knowledge gaps and experimental priorities

在实验优先方向部分，作者提出若干关键空白。首要任务是直接描绘 PD 中 Q-tRNA 修饰图谱，包括死后 SNpc、纹状体、外周血单个核细胞、血浆 EVs、CSF 及患者来源诱导多能干细胞（iPSC）多巴胺能神经元中的 Q-tRNA 水平，并与 α-syn 负荷、线粒体呼吸功能、氧化应激、ISR 标志物和 tRF 图谱关联分析。第二，需要在 MPTP、6-OHDA、α-syn PFF 或遗传性 PD 模型中检验运动是否改变 Q-tRNA 修饰，并同步测量 QTRT1/QTRT2、queuine/preQ₁、tRF、线粒体呼吸、TH 阳性神经元存活及行为学结局。第三，应通过抗生素清除、无菌动物、粪菌移植、定义菌群、queuine 补充与 preQ₁ 操控等方式，建立微生物群-queuine 因果性。其他重点还包括解析 preQ₁-queuine 竞争的功能后果、阐明 ANG/tRNA 裂解的适应-失适应转换机制、验证 EV/HDL 介导的外周到中枢 RNA 通讯，以及在临床试验中基于 tRF/Q-tRNA/微生物群特征对运动应答者与非应答者进行前瞻性分层。

4 Conclusion and Perspectives

结论部分强调，本文提出的运动-微生物群-queuine-tRNA 修饰轴是一个用于生成假说的整合框架，旨在解释系统代谢重塑、微生物代谢、RNA 修饰与翻译应激如何在 PD 中发生交汇。当前最有力的证据支持各组成模块本身，但尚不足以证明完整因果链。因而，该框架不应被解读为已确立的致病机制，而应被视为未来研究路线图。若后续通过直接 Q-tRNA 谱分析、运动干预实验、微生物群/queuine 操控和 EV/HDL RNA 转运机制研究获得验证，则该轴有望为 PD 的分子分层、生物标志物开发及精准运动干预提供新的理论基础。