一半中國人都有的幽門螺桿菌竟可能促進阿爾茨海默病！

近年來，感染與阿爾茨海默病（AD）的關系逐漸引起大家的關注，尤其是消化道中的病原體[1, 2]。幽門螺桿菌（HP）作為胃腸道“知名度最高”的細菌，其感染也與患AD風險增加有關[3]。

然而，HP感染與AD之間的相互作用機制仍不明確。

近日，來自比利時VIB炎癥研究中心的Roosmarijn E. Vandenbroucke團隊在《細胞外囊泡雜志》（Journal of Extracellular Vesicles）首次揭示了HP導致AD發生的潛在機制，表明了HP的確有可能對認知功能產生不利影響[4]。

研究顯示，在小鼠中，源自HP的外膜囊泡（OMV）可跨越血腦屏障到達大腦，并主要被星形膠質細胞所攝取，從而誘導膠質細胞激活和神經元功能障礙，最終導致β淀粉樣蛋白（Aβ）沉積和認知能力下降。

此外，研究人員還證實補體C3和C3a受體（C3aR）信號通路是HP-OMV介導星形膠質細胞、小膠質細胞和神經元之間相互作用的關鍵，抑制C3-C3aR通路可降低HP-OMV導致的小鼠腦部Aβ沉積和認知功能損傷。

這為研究HP感染在腦功能和AD發展中的作用提供了新的見解。

論文首頁截圖

OMV是由革蘭氏陰性菌中自然釋放出來的蛋白脂質雙層包圍的納米級顆粒，可攜帶來自其親本細菌的各種生物成分（如微生物相關分子模式、酶和毒素）傳播到宿主的各個組織，對該遠隔部位組織造成一定影響[4]。

在先前的幾個研究中，源自牙齦卟啉單胞菌和人類產堿菌的OMV被證明與小鼠AD的發病機制有關[5, 6]。因此，研究人員猜想，HP導致患AD風險增加是否也與其分泌的OMV有關。

為了驗證這一猜想，研究人員通過超濾和排阻色譜技術從細菌培養物中純化了HP-OMV，并通過對OMV中HP鞭毛絲主要成分鞭毛蛋白A的檢測進行了驗證。在透射電鏡負染色觀察下，純化所得的HP-OMV完好無損，平均大小為176.1±4.7納米。

接下來，Vandenbroucke團隊驗證了HP-OMV是否可以從胃腸道到達其他組織，他們將加載了Cre重組酶的HP-OMV通過灌胃輸注到Rosa26.tdTomato小鼠[7]的胃中。當HP-OMV從胃腸道到達遠隔部位釋放其中的Cre重組酶到小鼠細胞時，即可使小鼠細胞中的tdTomato熒光蛋白基因表達而顯現出紅色。

結果不出所料，在對Rosa26.tdTomato小鼠進行灌胃后，小鼠的胃、肝臟、腎臟和大腦（包括皮質和海馬）中均可觀察到大量的TdTomato+細胞。通過對大腦中各細胞的標志物對細胞進行區分后，小鼠腦中TdTomato+細胞主要為星形膠質細胞（GFAP+），同時少部分神經元（NeuN+）也表現為TdTomato+。

這些結果表明HP-OMV可以穿越各種生物屏障，最終到達大腦，并主要被星形膠質細胞所攝取。

HP-OMV可以到達大腦并主要被星形膠質細胞所攝取

那HP-OMV是如何到達大腦的呢？是OMV引起胃腸道屏障和中樞神經系統屏障破壞所致嗎？

為此，研究人員對野生型（WT）小鼠同樣進行HP-OMV灌胃，并通過示蹤劑FITC-葡聚糖對胃腸道屏障、血腦屏障和血-腦脊液屏障完整性進行探究。

研究結果顯示，HP-OMV灌胃后這些生物屏障的完整性并沒有受到明顯影響，小鼠海馬和脈絡叢中參與細胞緊密連接的Zo1和Ocln基因表達無明顯差異。此外，海馬內皮細胞和脈絡叢上皮細胞中ZO-1和OCLN蛋白染色也表明細胞間連接仍保持連續。

這表明了HP-OMV不會破壞胃腸道和血腦屏障，可能是通過跨細胞途徑主動穿過生物屏障。

緊接著研究人員就開始研究HP-OMV是否會加快AD病理的進展。

在對AppNL-G-F小鼠（第二代 AD小鼠模型[8]）進行HP-OMV灌胃3周后，研究人員發現，與對照組AppNL-G-F小鼠相比，HP-OMV灌胃的AppNL-G-F小鼠海馬中Aβ斑塊數量顯著增加（主要在海馬CA1和CA2/3區域增加）。對不同大小Aβ斑塊進一步分析顯示，增加的斑塊主要為中等斑塊（250–600 μm2）和大斑塊（>600 μm2），小斑塊（<250 μm2）的數量并無明顯差異。

HP-OMV灌胃3周導致AppNL-G-F小鼠海馬中Aβ斑塊數量顯著增加

同時，研究人員還發現，HP-OMV灌胃的AppNL-G-F小鼠大腦中介導Aβ降解和清除的小膠質細胞數量減少，且細胞內化Aβ減少。因此，研究人員猜想HP-OMV加速Aβ斑塊形成是由于小膠質細胞Aβ清除能力受損所致。

由于HP對補體敏感，可激活經典補體途徑[9]。在對HP-OMV灌胃后的WT小鼠經典途徑激活相關分子進行檢測后，結果表明海馬中C3蛋白表達明顯增加，且C3與GFAP共定位程度明顯更高，而C3aR則與IBA1高度共定位。在HP-OMV灌胃的AppNL-G-F小鼠大腦中可觀測到類似的結果。

這提示HP-OMV灌胃后可導致小鼠大腦中補體C3-C3aR途徑的激活，而C3-C3aR途徑的激活則直接導致了星形膠質細胞激活和/或星形膠質細胞增生，其突起明顯更長，細胞節段、分支和節點數量明顯增加。

同時，C3-C3aR途徑的激活還導致海馬中IBA+小膠質細胞數量顯著減少。C3-C3aR通路的拮抗劑C3aRA并不能阻斷HP-OMV對星形膠質細胞增生和反應性的影響，但可逆轉HP-OMV灌胃后對小膠質細胞的影響。

HP-OMV灌胃后可導致小鼠大腦中補體C3-C3aR途徑的激活，影響星形膠質細胞和小膠質細胞

此外，HP-OMV灌胃后小鼠海馬中與GFAP+星形膠質細胞重疊的IBA1+小膠質細胞顯著增加，3D重建也證明了星形膠質細胞、小膠質細胞和C3之間存在緊密的空間相互作用。這些都表明C3-C3aR信號通路參與了HP-OMV灌胃后神經膠質細胞間的相互作用。

更為重要的是，HP-OMV灌胃后所導致的小鼠大腦神經元突觸丟失、神經元密度降低和認知功能的下降同樣與C3-C3aR信號通路息息相關，并可被C3-C3aR信號通路拮抗劑所逆轉。

總的來說，本研究首次揭示了HP感染導致AD風險增加的潛在機制，發現源自HP的OMV可到達大腦并被星形膠質細胞所攝取，進而通過C3-C3aR信號通路導致星形膠質細胞增生和激活以及小膠質細胞清除Aβ功能的降低。

考慮到HP的感染率在人群中非常高，因此該研究可能具有重要的意義。若今后有更多的證據表明HP感染對AD發展具有明確的促進作用，那HP的根除將愈發“勢不可擋”。

參考文獻

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