帕金森病是一种常见的进行性神经退行性疾病，通常表现为不自主颤抖、僵硬和缓慢运动。除了这些运动症状外，患者还经常经历一系列非运动问题，包括显著的肠道问题，如便秘、炎症和肠道通透性增加。有趣的是，这些肠道紊乱可以在运动障碍出现前几十年就显现出来，这引发了对肠道微生物群在理解、诊断甚至开发帕金森病新治疗方法中的潜在作用的兴趣。
多项研究检查了帕金森病患者的微生物群，一致显示其与健康微生物群存在差异。然而，由于研究方法和全球人口差异，研究结果往往有所不同。虽然之前由Quadram研究所进行的一项元分析结合数据识别了一些跨大陆的共同特征，但关于特定微生物在帕金森病微生物群中的特征仍未达成共识。
分析肠道微生物群会产生大量数据。为了找到可能有助于检测帕金森病的模式，研究人员越来越多地使用机器学习。这一人工智能领域应用统计方法来识别和学习大型数据集，从而对新信息进行预测。尽管一些初步研究表明准确率高达90%，但这些预测模型在来自不同独立人群样本上的表现将是真正的考验。
最近，Quadram研究所和欧洲分子生物学实验室（EMBL）的科学家们进行了一项大规模研究，分析了近4,500个患者样本，揭示了帕金森病患者肠道微生物群的重大变化。这项研究提供了迄今为止最全面的帕金森病肠道微生物群改变视图。通过在全球范围内22项研究的数据上使用机器学习，研究团队识别出特定类型的细菌及其代谢活动与帕金森病密切相关。
异物生物转化的有趣联系
最引人注目的发现之一是涉及异生物质（如农药、溶剂和污染物等体内外来化学物质）生物化学转化的微生物途径富集。“在帕金森病患者的肠道微生物群中发现这种特征表明，微生物可能接触过这些化合物。”该研究的第一作者Stefano Romano评论道，他在EMBL和Quadram研究所都参与了这项研究。“这些发现非常有趣，因为它们与当前流行病学数据一致，表明接触这些化学物质可能会增加患帕金森病的风险。”
这种富集的确切含义仍在探索中。“假设肠道微生物群的组成可能是由于接触这些化学物质而改变的。或者，微生物对这些化学物质的分解是否会改变它们对大脑神经元的已知影响？这种过程是保护性的还是增加了这些化学物质的神经毒性？”该研究的资深作者Georg Zeller博士说，他基于EMBL工作。“需要更多的研究来了解肠道微生物如何转化这些化学物质的分子机制。”
超越化学分解：炎症和通透性
分析还揭示了与感染类似过程相关的致病菌标志。这些标志可能导致炎症和肠道通透性（或“渗漏”）增加。受损的肠道屏障可能促进细菌产物和潜在有毒化合物（例如异生物质）从肠道进入身体，甚至进入大脑和中枢神经系统。
然而，尚不清楚哪些异生物质导致了这种微生物群特征，也不能排除帕金森病药物的影响。此外，微生物群增强分解这些物质的能力的后果仍未知。
未来诊断和治疗的基础
这项大规模元分析强调了结合多样化数据集和机器学习克服微生物群研究挑战的力量。虽然单个机器学习模型在不同研究间泛化能力较弱，但在多个研究数据上同时训练模型显著提高了其普遍识别帕金森病相关微生物群变化的能力。
“通过利用大量数据，我们提供了目前最全面的帕金森病肠道微生物群分类和功能特征。”Romano博士评论道。
Quadram研究所的Arjan Narbad指出：“越来越多的证据表明肠道微生物群在帕金森病病因中的作用，但个体微生物群的变异使得很难确定最有可能参与疾病过程的具体微生物。结合使用机器学习和深度宏基因组测序，并使用大型队列提供了一个有前途的诊断和治疗基础。”
这项研究发表在《自然通讯》上，为进一步研究个体肠道微生物群与帕金森病风险之间的复杂机制以及潜在的保护策略铺平了道路。
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