氨代谢紊乱与帕金森病相关性研究

杨文学，李 敏，李明伟，杨明会

(解放军总医院中医医学部，北京 100853)

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是以静止性震颤、肌强直、动作迟缓、姿势不稳等运动症状为主要表现，伴流涎、便秘、构音障碍、认知障碍、情感障碍等非运动症状的中枢神经系统慢性退行性疾病[1]。PD发病机制复杂，具有病程长、致残率高的特点，严重影响患者的生存质量，目前尚无有效的方法逆转或阻止其进展。随着老龄化社会的到来，其患病率日渐增高，已成为全球重大健康和社会经济问题之一。寻找PD的病因并进行有效防治是当前医学界的重要课题。近年来大量的研究[2-3]表明胃肠道菌群与PD的发生发展密切相关，但目前有关脑-肠道-微生物轴的研究难以将PD的病理生理、临床症状、流行病学等相统一。我们基于Braak假说，在中医肾虚血瘀导致PD的理论指导下，从肠源性氨代谢紊乱的角度，探讨PD的发病机制，以期为PD的防治提供新的临床思路。

1 理论源流

1.1 Braak假说对氨中毒导致PD的启示意义

PD主要病理特点为中脑黑质致密部多巴胺能神经元变性死亡和剩余神经元内α-突触核蛋白的异常沉积，其与氧化应激、兴奋性氨基酸毒性、蛋白质异常积聚、神经炎症、线粒体功能障碍及相关基因改变等因素有关，然而很少有研究指出这些病理改变的始动因素。2003年BRAAK等[4]基于尸检的观察结果开创性地提出PD起源于肠道的假说：肠道中的某种未知的病原体或者毒素破坏胃肠道黏膜屏障，引起肠神经系统中α-突触核蛋白的错误折叠和沉积，并通过逆向轴索转运的方式沿着迷走神经进入中枢神经系统，导致了黑质变性死亡的PD特征性病理表现。近20年来，很多学者[5-6]围绕该假说进行了深入研究，并在一定程度上证实了其合理性：不少PD患者在产生运动症状之前胃肠道内就已经出现了α-突触核蛋白的聚集，并且α-突触核蛋白还表现出朊病毒样的传播能力。然而KALAITZAKIS等[7]的研究发现，α-突触核蛋白的播散并不符合“从下至上”逆向轴索转运的顺序，从而对Braak假说“沿神经传播”的方式提出了质疑。此外，Braak假说中“未知的病原体或者毒素”究竟是何物质，一直未有定论。

Braak假说忽视了该物质可以通过血液传输，继而穿过血脑屏障、损伤中枢神经系统的可能性。氨作为胃肠道菌群的代谢产物，在人体血液中保持着一定浓度，能自由扩散穿过细胞膜并且对中枢神经系统产生毒性作用，恰好符合该“未知病原体或者毒素”的全部特性。更为“巧合”的是，肝性脑病是与氨中毒相关的疾病，主要表现为震颤强直、共济失调、构音困难、记忆下降、思维迟钝等，与PD的运动和非运动症状极为相似。基于氨的特性及氨中毒所导致的临床症状，我们可以推测，长期、慢性、超过机体代谢水平的氨，很可能是Braak假说中的“未知毒素”。

1.2 肾虚血瘀是PD的根本病机

PD在中医学中属于“颤证”“颤震”“振掉”的范畴，中医对PD的认识源于《黄帝内经》的记载“诸风掉眩，皆属于肝”，认为本病病位在肝。而《素问·五运行大论》云“北方生寒，寒生水，水生咸，咸生肾，肾生骨髓，髓生肝”，阐明了肝肾之间的密切关系。“脑为髄之海”，而“肾主骨生髓”，故肾气足则髓海充，反之，肾气不足则脑髓枯竭，因此“肾虚”为PD的症结中心。人至老年，肾气渐亏，正如《黄帝内经》所记载：男子“五八，肾气衰，发堕齿槁”。肾为先天之本，为五脏气血阴阳之根。肾既虚，则气化无源，无力温煦、激发、振动脏气，脏腑、四肢百骸失其濡养，从而出现三焦气化不利、气机升降出入失常，以致脏腑虚衰功能失调；气血津液运行不畅、脉道涩滞而致血瘀[8-9]。因此，杨明会等[9]认为本病病位在脑，根本在肾，基本病机为肾精亏虚、瘀血阻络、脑髓受损，肾虚与血瘀并存的病理状态贯穿于PD的发生、发展全过程。

中医的“肾”并非单独的器官。肾虚是以神经、内分泌紊乱为主的机体内环境综合调控机能的障碍，它与下丘脑-垂体-靶腺轴分泌调节血压(肾上腺素)、促进造血(促红细胞生成素)等激素的功能下降密切相关。肾虚导致血瘀、血虚，血流速度减慢、脉内有效血容量减少，致使肝肾等器官灌注不足、代谢功能下降，代谢产物和毒素不能及时排出，代谢产物的积累又加重肾虚，二者相互影响，互为因果。氨是存于脉内、由肝肾等器官参与代谢的内源性毒素，其浓度的高低直接反映了机体的功能状态并影响机体的生理状态。基于上述理论，本文提出，氨代谢紊乱是肾虚血瘀导致肝肾功能降低的具体体现，其很可能是导致PD的重要机制。

2 血氨升高之因：PD患者多存在肠源性氨代谢紊乱

大量功能性的微生物在人体胃肠道中与人体处于共生关系，这些微生物在机体的免疫、代谢等过程中发挥着重要作用，甚至可以看作是一个具有重要功能的虚拟器官，而这个虚拟器官的病理变化与大脑中枢神经系统的病理变化息息相关。大量研究表明，PD的发生、发展与胃肠道菌群改变密切相关，虽然各个研究报道的PD患者肠道菌群改变的具体菌种有所不同，但是这些改变的菌群具有共同的特点——产酸菌群相对减少，产氨菌群相对增加。

幽门螺杆菌(Helicobacterpylori，Hp)是定植于胃的菌群。LIMPHAIBOOL等[10]发现，相较健康对照组，PD患者的Hp检出率和抗体滴度更高，这说明Hp的感染率和感染程度不仅与PD的患病风险相关，还与PD症状的严重程度正相关。Hp的典型特征为脲酶阳性，它可将尿素水解为氨，进而导致血氨升高。动物实验发现，与对照组肝硬化沙鼠相比，感染Hp的实验组沙鼠全身和门静脉血氨水平明显升高[11]。临床试验也发现对感染Hp的肝硬化患者行根除Hp治疗后，其血液和胃液中氨的浓度显著降低[12]。可以说，Hp产氨的特性是PD与Hp联系的枢纽。

此外，PD患者的肠道菌群也发生了变化。CIRSTEA等[13]发现PD患者微生物群的特征是蛋白水解类的细菌显著增加、丁酸合成类的细菌显著减少。LI等[14]发现PD患者肠道菌群中的变形杆菌、大肠杆菌、粪球菌等显著增加，而合成丁酸的普拉梭菌显著降低。变形杆菌含有脲酶，大肠杆菌、粪球菌可以显著增强脲酶的活性[15]。这些丰度增加的菌群有利于氨的生成，同时产丁酸的菌群丰度减少，有利于肠道pH值升高，使肠道内氨的溶解减少，导致血氨升高。

在生理条件下，肝脏从门静脉血液中提取氨(85%)，并通过尿素循环将其转化为尿素，然后经由肾脏(75%)和肠道(25%)排出，只有15%的氨进入体循环[16]，这些氨通过排汗、呼吸，以及在肌肉和脑中合成谷氨酰胺等途径代谢，共同维持着对机体相对无害的浓度。在肝肾功能正常的情况下，即使肠道氨的浓度升高，机体也会通过尿素循环和代偿途径维持血氨的稳定。

PD是与年龄相关的神经退行性疾病，其患病率和发病率均随着年龄的增长而显著增加。肝肾的功能同样与年龄相关，会随着年龄的增加而逐渐降低。MAESO-DAZ等[17]结合动物实验证明，老年人的肝血流灌注随着年龄增长而减少。DAVIES等[18]研究显示，健康成年人30岁后肾小球滤过率(glomerular filtration rate，GFR)呈线性下降趋势，到90岁时GFR比年轻人平均减少了46%。因此，PD患者肝肾功能降低会导致血氨升高[19]：一方面肝脏合成尿素的能力减退，血氨的清除减少；另一方面肾的滤过功能减退，通过肾排出的尿素减少，大部分尿素又重新进入肠道[20]，含有脲酶的细菌在高浓度尿素中过度生长，增加氨的生成，导致血氨升高，形成恶性循环。

3 血氨升高之果：大脑黑质、海马等神经组织的变性死亡

氨作为脂溶性的神经毒素，能够自由地通过血脑屏障进入大脑，其数量与动脉血氨的浓度和血流量成正比[21]。虽然，大脑仅占成年人体质量的2%，但需要全身15%的血供[22]，这就意味着全身15%的氨“供给”了大脑；同时颅内较高的血压和脑血管的特殊结构导致氨更容易从血液中析出。因此当血氨升高时，相比周围神经系统，大脑的神经系统更容易成为氨的主要靶点。

星形胶质细胞是中枢神经系统中含量最丰富的神经胶质细胞，分布着许多神经递质和神经营养因子受体，并能合成、分泌多种神经活性物质，它在维持神经细胞内外环境、生存、迁移、免疫调节、信号转导、轴突生长及功能整合等方面具有重要作用[23-24]。星形胶质细胞含有氨解毒所必需的谷氨酰胺合成酶(可以将氨与谷氨酸结合形成谷氨酰胺)，其氨气流入量是大脑中其他细胞的4倍以上[25]，是氨的主要细胞靶点。谷氨酰胺具有渗透活性，其浓度过高可导致星形胶质细胞肿胀，导致细胞毒性水肿[26]。因此当脑血氨浓度升高时，过量的谷氨酰胺导致星形胶质细胞水肿，影响其上述生理功能，从而间接导致神经元细胞的损伤。BAI等[27]发现，氨可以诱导星形胶质细胞和神经元细胞的线粒体膜通透性转换，最终导致细胞死亡。因此除了间接损伤，当血氨浓度超过星形胶质细胞的代谢负荷时，未被转化的氨深入神经元细胞，会直接造成神经元细胞的广泛损伤[28]。

氨的神经毒作用不仅在细胞和分子水平有所报道，在器官和组织水平，同样也有广泛研究。HIBA等[29]通过结扎大鼠胆管制造高血氨模型，用免疫组织化学的方法标记星形胶质细胞的标志物——胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)，结果发现黑质致密部、腹侧被盖区、背侧纹状体、海马中的GFAP表达丧失，为血氨升高导致黑质变性死亡的PD病理特征提供了直接的证据。海马是涉及认知障碍和抑郁行为的大脑区域，与遗忘症状和学习缺陷有关，而认知障碍和情感障碍正是PD主要的非运动症状。GALLAND等[30]通过大鼠试验也发现高氨血对海马造成了损伤，同样为高血氨导致PD患者的认知和情感障碍症状提供了直接的证据。

4 血氨升高之缘：PD的危险因素与氨密切相关

ASCHERIO等[31]研究发现，摄入乳制品、PD家族史、农药暴露与PD的发病率增加有关，而体育活动、饮用咖啡、吸烟、高尿酸血症可能降低PD的发病率。导致PD发病率升高的环境因素多与农药相关，而农药拟除虫菊酯表现出与氨相似的特性[32]。尿酸过高导致体液呈弱酸性，增加血液中碱性氨的溶解度，将氨(NH3)转化为无自由扩散能力的铵(NH4+)，从而降低血氨来延缓PD的进展。咖啡摄入与血清尿酸值密切相关[33]，饮用咖啡有助于升高血尿酸，从而间接降低血氨；而乳制品与PD的发病率正相关，乳制品可降低血清尿酸水平[34]、为胃肠道菌群提供氨源。由于长期接触一氧化碳，吸烟人群肺功能下降、组织缺氧，乳酸和碳酸等酸性产物增加[35]，这些酸性物质与氨反应，导致氨浓度下降，从而有助于降低PD的发病风险。

此外，便秘、感染Hp、使用抗生素、摄入益生菌等影响胃肠道菌群的因素与PD的危险因素密切相关。便秘患者肠道菌群的改变与PD患者相似，Roseburia、Coprococcus和Faecalibacterium等产丁酸的菌群减少，拟杆菌显著增加[36]。长期便秘时产酸菌减少、产氨菌增多，同时肠内容物发酵时间过长，使肠道氨增加。TUCKER等[37]发现，Hp可影响PD发病风险、严重程度及病程进展，成功的抗Hp治疗可改善PD病情。根除Hp使用的广谱抗生素，可调节肠道微生物菌群，使胃肠道的产氨菌群显著减少，从而减少氨的来源，降低血氨含量。TAMTAJI等[38]发现，口服益生菌有助于改善PD症状和减缓PD发展。外源性地补充益生菌，可以增加短链脂肪酸、抑制产氨菌生长，有利于降低肠道氨的浓度。

氨是可自由穿过血脑屏障的内源性神经毒素。由于氨对神经系统的损伤具有隐匿性，一直被人们所忽略。肝性脑病是与高血氨密切相关的神经功能障碍，然而在急诊科出现精神错乱的肝硬化患者中，多达60%的患者血氨水平是正常的[19]，这意味着高血氨与临床症状出现之间可能存在着“潜伏期”，二者并非线性关系，即高血氨状态并不是持续的，在症状出现时血氨水平可能已经降至临界值甚至正常值，这可能是由于血氨水平与饮食中的蛋白含量、肠道转运率、排便情况、测量血氨的时间等密切相关。事实上，临床测量血氨时常在空腹时抽取静脉血[19]，此时由于肠氨来源少，并不能反映高血氨时的血氨浓度。临床症状不明显，难以监测长期波动的高血氨，很可能是以“慢性退行性变”为掩护的“隐形杀手”，与PD、阿尔兹海默病、多动症、抑郁症、肌萎缩性脊髓侧索硬化症等神经系统疾病相关。

细菌群落的多样性和丰富度主要受到环境pH值的影响，反之，菌群组成的改变反映了环境pH值的变化，因此改变肠道pH环境以调节菌群、减少氨的来源，以及通过补肾活血以提高肝肾等器官的氨代谢能力，可能是治疗PD的重要方法。然而如何通过有效调节胃肠道pH，达到调节胃肠道菌群的目的仍有待进一步研究。本文从Braak假说出发，将中医肾虚血瘀导致PD的理论和PD的流行病学相结合，论述了过量氨的来源、代谢、对神经系统的损害等过程，形成以氨为中心的关系网，为PD等神经系统疾病的防治提供了新的思路。