阿尔茨海默病和遗忘型轻度认知障碍患者的肠道微生态和静息态功能磁共振研究

发布时间：2020-07-31 19:15

【摘要】：第一部分阿尔茨海默病和遗忘型轻度认知障碍患者的肠道微生态研究目的:阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD),亦称老年性痴呆,是当今全球范围内的老年人群中最为常见的神经系统退行性疾病之一,以进行性认知功能下降为主要的临床表现。近年来动物研究表明,肠脑轴('gut-brain axis')可能参与了AD淀粉样蛋白沉积的病理过程,在AD的发生发展中起着重要作用。然而,AD前驱阶段——轻度认知障碍(mild cognitive impairment)期患者的肠道菌群结构和功能变化的报道甚少。本研究旨在确定AD(遗忘型轻度认知障碍(amnestic mild cognitive impairment,aMCI)阶段和痴呆阶段)患者和认知正常对照(normal controls,NC)之间肠道微生态(intestinal microbiota,IM)的差异,以及IM与AD临床特征参数之间的相关性。方法:共纳入97名受试者(33例AD,32例aMCI和32例NC)。收集清晨新鲜粪便标本,提取粪便肠道菌群总DNA,通过利用16S rRNA Miseq测序手段,分析上述受试者肠道细菌的群落组成情况。利用PICRUSt(基于16S rRNA扩增子测序结果预测微生物群落功能)对群落系统进化调查来预测不同组别受试者IM的功能。采用简易精神状态检查(MMSE)、蒙特利尔认知评估(MoCA)量表评估认知功能,临床痴呆评分(CDR)量表对其进行认知损害的严重程度进行分级。Spearman或Pearson相关分析菌群相对丰度和认知量表参数的相关性。结果:与aMCI患者和NC对比发现,AD患者粪便菌群多样性降低。aMCI、AD和NC组的微生物组成不同。与NC相比,AD组厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度显著降低(p=0.008),而变形杆菌门(Proteobacteria)(p=0.024)则显著富集,在这两个门的纲、目和科水平上也观察到类似的改变。γ变形杆菌(Gammaproteobacteria)、肠杆菌(Enterobacteriales 和Enterobacteraes)的丰度从NC到aMCI和AD逐渐升高。肠杆菌科(Enterobacteriaceae)丰度与CDR得分正相关(r=0.259,p=0.045),与MMSE得分和MoCA得分负相关(r=-0.24,p=0.039;r=-0.32,p=0.04)。拟杆菌门(Bacteroidetes)和瘤胃球菌(Ruminococcaceae)与 MMSE 得分正相关(r=0.32,p=0.03;r=0.28,p=0.04)。韦荣球菌科(Veillonellaceae)丰度与 MoCA 得分负相关(r=-0.21,p=0.042)。此外,KEGG结果显示,AD和aMCI患者的糖生物合成和代谢相关模块功能增加,AD患者的免疫系统相关通路功能下降。基于优势菌群和差异菌群的判别模型能够有效地区分aMCI、AD与NC。基于肠杆菌科丰度的模型能够区分AD与aMCI(AUC=0.688),AD 和 NC(AUC=0.698)。结论:AD患者与aMCI和健康对照的肠道微生物不同,AD患者肠道菌群多样性显著降低,肠杆菌显著增加,肠道菌群失调与认知功能及疾病严重程度相关,肠道菌群代谢异常和免疫功能失衡可能在AD的病理生理过程中扮演着重要角色。第二部分遗忘型轻度认知障碍的脑肠机制:基于静息态fMRI的病例对照研究目的:探索遗忘型轻度认知障碍患者(aMCI)肠道微生物特征与局部脑活性、神经心理学量表评分的相关性。方法:本研究为一项病例对照研究,纳入aMCI患者32例和年龄、性别匹配的正常对照32例。收集清晨新鲜粪便标本,提取粪便肠道菌群总DNA,其中静息态功能MRI(resting state functional MRI,rs-fMRI 的 fALFF 方法)用于评估 aMCI 患者静息状态局部自发性脑活动,16srRNA检测肠道微生态组成,MMSE和MoCA量表评估认知功能。Spearman或Pearson相关分析aMCI患者内源性脑活动和认知功能与肠道菌群结构的关联模式。结果:aMCI组的拟杆菌相对丰度从门到科及属水平均高于对照组(p均0.05)。在科水平,aMCI组毛螺菌科丰度降低,韦荣球菌科丰度增加,梭菌科的相对丰度有下降的趋势(2.97%vs 5.78%,p=0.052)。在属的水平上,aMCI组的瘤胃球菌和布劳特氏菌属丰度低于正常对照组(P0.05)。rs-fMRI显示aMCI在前额叶及左侧小脑fALFF值较对照组减低,在枕叶,尤其是右侧舌回及距状回fALFF值增高。相关性分析表明,aMCI和正常对照组差异脑区活性与差异菌群有着不同的关联模式。在aMCI组,拟杆菌从门到属水平的相对丰度均与slow4频段下的右侧颞中回fALFF 值正相关(r=0.52,p=0.02),与小脑蚓部 fALFF 值负相关(r=-0.49,p=0.03)。梭菌科(Clostridiaceae)和布劳特氏菌(Blautia)属的相对丰度与slow4频段下左侧小脑 fALFF 值正相关(r=0.49,p=0.04;r=0.47,p=0.04)。梭菌科(Clostridiaceae)的相对丰度还与0.01-0.08Hz频段右侧舌回的fALFF值正相关(r=0.51,p=0.02)。在slow 5频段,厚壁菌门相对丰度与右侧额下回框部fALFF值负相关(r=-0.45,p=0.047)。此外,拟杆菌从门到属水平与注意力及计算力正相关(r=0.51,p=0.02;r=0.36,p=0.037),与三步命令得分负相关(r=-0.458,p=0.007)。毛螺菌科及布劳特氏菌属的相对丰度分别与复述(r=0.375,p=0.038)、三步命令得分正相关(r=0.352,p=0.041);梭菌科的相对丰度则与定向力得分正相关(r=0.41,p=0.016);韦荣球菌科与定向力和延迟回忆得分负相关(r=-0.34,p=0.049;r=-0.36,p=0.035);瘤胃球菌属的相对丰度与命名得分正相关(r=0.39,p=0.022)。结论:aMCI患者肠道菌群构成及静息态下脑自发活性不同于年龄、性别匹配的正常对照。aMCI患者可能存在特定肠道菌群-脑自发活性-认知功能关联模式,这种关联模式在疾病诊断和进展预测的价值需要通过大规模纵向随访研究来验证。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R749.16;R445.2
【图文】：

体重指数,年龄,组间,视空间

三组间在年龄、体重指数、ＭＭＳＥ以及ＭｏＣＡ得分比对照；ａＭＣＩ，遗忘型轻度认知障碍；ＡＤ，阿尔茨海默表的分项组间比较如表２，在视空间执行功能、命名、向力领域正常对照姐与ａＭＣＩ组间无显著性差异，但均高延迟回忆领域，两两对比差异均有统计学意义（ｐ＜0．0５）１７逡逑

散点图,韦恩图,阿尔茨海默病,偏最小二乘

？Ｕ邋？＜？邋－Ｍ邋４逦４邋ｊ邋－４逦４逦－４逦４邋Ｊ邋－ｔ邋９邋ｔ邋？邋ｔ邋４邋Ｉ邋？邋ｆ逡逑Ｔ［ｌ］邋３．５９９６逡逑图２邋Ａ韦恩图；图２邋Ｂ偏最小二乘辨别分析（ＰＬＳ－ＤＡ）散点图．逡逑ＮＣ，正常对照；ａＭＣＩ，遗忘型轻度认知障碍；ＡＤ，阿尔茨海默病逡逑表３三组间Ａｌｐｈａ－多样性比较逡逑，，逦菌群丰度逦菌群多样性指数逡逑组别逦逡逑ＡＣＥ逦Ｃｈａｏｌ逦Ｓｈａｎｎｏｎ逦Ｓｉｍｐｓｏｎ逡逑ＮＣ邋２１８．９７邋（５９．４２－３４６．８６）２２２．８８邋（５４．２５－３５６．００）邋４．３７邋（１．２２－６．００）邋０．９０邋（０．３５－０．９７）逡逑ａＭＣＩ邋２０４．８３邋（１０４．４８－４６６．９７）２１５．３８邋（９４．９１邋－４６９．６２邋）邋４．５８邋（邋２．９９－６．１０邋）邋０．９１邋（０．６６－０．９８）逡逑ＡＤ邋１８７．６８邋（９８．４５－３４４．８１）邋１９１．５０邋（９５．５０－３６１．６７）邋４．２３邋（０．４６－５．３３）邋＊＾０．８５邋（０．０９－０．９４）＂＂逡逑＜０．０５，与正常对照组比；＃ｐ邋＜０．０５，＃＃；？＜０．０］与邋ａＭＣＩ邋组比。逡逑ＮＣ正常对照；ａＭＣＩ

相对丰度,统计样本,菌群

图３在门（Ｐｈｙｌｕｍ）分类水平上统计样本的差异菌群相对丰度（ｒｅｌａｔｉｖｅ逡逑ａｂｕｎｄａｎｃｅ，ＲＡ）的对比。逡逑＊户＜０．０５，＂＞＜０．０１邋与邋ＮＣ邋比较；＾ｃＯ．ｔ＾＾ｐｃＯ．Ｏｌ邋与邋ａＭＣＩ邋比较。逡逑ｃ＿Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａ逦ｃ＿Ｇａｍｍａｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ逡逑１．０－１逦１．５－，逡逑丨邋丁逦丁逦＊＊＃逡逑。８＿邋广￣１逦Ｉ逦丁逦＊＃逡逑逦逦Ｉ逦１．０－逦逦逡逑°－６＇逦＿＿逦｜逦丁－＾逡逑Ｓ邋Ｉ邋Ｉ逦Ｓ逦＜＿Ｉ＿逡逑０．４－逦［逦逦逦邋＇—■邋＿■逡逑｜逦０．５－逡逑０．２－逦Ｌ，邋－逦邋＂邋■邋１邋Ｉ邋Ｉ邋－逡逑NN逡逑0？0邋■邋■逦■逦１逦＝ｔ＝逦邋0？0逦Ｉ邋逦逦逦＾逦邋丨－逡逑

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