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众所周知，肠道微生物生态失衡与帕金森病之间存在千丝万缕的联系。
就在今年3月份，比利时根特大学医院的研究人员，发布了全球首个粪菌移植治疗帕金森病的随机、双盲、安慰剂对照试验数据[1]。
研究结果表明，单次粪菌移植就对早期帕金森病患者的运动症状产生了轻度但持久的改善，且安全性良好。不难看出，改善帕金森病患者的肠道菌群，对他们有潜在的益处。
然而，让我没想到的是，临床上常用的一种帕金森病治疗药物，竟然不仅有可能会扰乱肠道微生物生态，还有可能导致患者感染。
近日，由奥地利维也纳大学Michael Wagner和Fátima C. Pereira，以及美国波士顿大学程继新领衔的研究团队，在著名期刊《自然·微生物学》上发表一篇重要研究成果[2]。
他们基于体外研究发现，治疗帕金森病的常用药恩他卡朋竟然能与铁离子形成稳定的复合物，导致培养环境铁耗竭，从而导致肠道微生物组的组成和功能发生剧烈变化。更出人意料的是，恩他卡朋的这种特性，会选择性的促进携带毒力因子和抗菌素耐药基因的大肠杆菌等生长。
简单来说，在体外实验中，恩他卡朋一方面破坏肠道微生物生态，另一方面还会促进潜在致病菌的生长。好消息是，研究人员发现，补铁可以消除恩他卡朋的不利影响。
▲ 论文首页截图
越来越多的研究发现，除了抗生素之外，很多用来治病救人的药物也会影响肠道微生物的组成。
在这众多药物中，治疗神经系统疾病或精神疾病的药物，对肠道微生物的影响似乎最大。如果考虑到，已经有大量研究发现肠道微生物与许多精神/神经疾病有关，这些药物影响肠道微生物的现象就让人非常好奇。
为了探索神经系统靶向药影响肠道微生物组成的机制，研究人员选择了两个常用药物：恩他卡朋（ENT），一种儿茶酚-O-甲基转移酶抑制剂，通过阻止左旋多巴的降解发挥治疗帕金森病的作用；丁二酸洛沙平（LOX），主要用于治疗精神分裂症。
他们分别用生理范围内的低浓度（Low）和高浓度（Hi）两种药物浓度，培养了从六个健康成年人身上采集的粪便样本。从培养结果来看，添加高浓度恩他卡朋（ENT-Hi）对微生物数量的影响最剧烈。
▲ 研究流程图
不过，在分析微生物的组成之后，他们发现ENT-Hi、LOX-Hi和LOX-Low处理，均导致肠道微生物的组成发生了重大变化。在ENT-Hi处理下，这些变化还伴随着α多样性的变化。
具体来看，与对照组相比，ENT-Hi和LOX-Hi处理导致Bacteroides或Clostridium sensu stricto 1的绝对丰度都有所下降。值得注意的是，检测到的许多影响都是药物特异性的，ENT-Hi会降低Anaerostipes、Fusicatenibacter、Ruminococcus torques、Eubacterium hallii、Erysipelotrichaceae UG-003和Roseburia的总丰度，而LOX-Hi则会提高上述微生物的总丰度。
此外，一些微生物的数量仅受ENT-Hi的显著影响，例如Escherichia-Shigella（大肠埃氏菌属-志贺氏菌属）和Ruminococcus（瘤胃球菌属）的丰度增加了，而Alistipes、Streptococcus或Blautia等的丰度降低了。
随后，通过对起始粪便样本材料元基因组测序，他们共检索到1049个宏基因组组装的基因组（MAGs）。进一步分析结果显示，生理浓度的恩他卡朋和丁二酸洛沙平在短期内对微生物群的组成和丰度有强烈但不同的影响，而且恩他卡朋的影响比洛沙平显著得多。
▲ 恩他卡朋（ENT）和丁二酸洛沙平（LOX）对肠菌的影响
接下来就是探索上述两种药物对肠菌的具体影响，他们将受激拉曼散射显微成像（SRS）与荧光原位杂交（FISH）相结合，以高通量测定肠道微生物组对糖的反应。
研究结果显示，在没有药物的情况下，几乎所有被分析的细胞都能在培养基中检测到活性。添加ENT-Low、LOX-Low或LOX-Hi会显著降低活性细胞的比例，并显著降低单细胞代谢活性。这种降低在LOX-Hi中更为明显，其次是LOX-Low和ENT-Low。
简单来说，恩他卡朋（ENT）和丁二酸洛沙平（LOX）显著影响了微生物活性，即使在培养时间较短且未检测到微生物总体丰度受到影响的条件下，也是如此。
▲ 恩他卡朋（ENT）和丁二酸洛沙平（LOX）影响肠菌的代谢
那这些药物究竟是如何影响肠菌生长的呢？
研究人员发现，恩他卡朋（ENT）中有个特殊的结构，具有螯合铁离子的作用。这让恩他卡朋能与铁离子形成稳定的复合物，稳定常数甚至达到了铁螯合剂水平。
由于铁是大多数肠道微生物生长所必需的物质，因此，恩他卡朋的铁离子螯合作用或许是关键。在后续的实验中，研究人员证实，已经螯合铁离子的恩他卡朋，不再抑制肠菌的生长。单独补充铁离子也能挽救恩他卡朋对肠菌生长的抑制作用，逆转恩他卡朋对肠菌多样性的影响。
▲ 三价铁离子是关键
至于恩他卡朋（ENT）为啥会促进大肠杆菌等致病菌的生长，研究人员将注意力放在了铁载体上。
之前有研究发现，大肠杆菌等共生和致病肠杆菌能合成和释放铁载体，这些铁载体能与铁离子高亲和力结合，从而增强它们在肠道定植的能力。
通过分析在恩他卡朋（ENT）处理条件下富集的大肠杆菌的基因组，研究人员确实发现了铁载体——肠杆菌素。从研究结果来看，肠杆菌素的铁离子螯合能力远强于恩他卡朋。因此，即使在恩他卡朋的存在，肠杆菌素也可以“抢到”铁离子，帮助大肠杆菌等致病菌生存。
考虑到能产生铁载体的致病菌一般会具备其他毒性特征，因此研究人员在1049个宏基因组组装的基因组（MAGs）中筛选了毒力因子和抗生素耐药基因。结果发现，虽然肠道微生物来自健康人，但是恩他卡朋仍会促使粪便微生物组中的抗生素耐药和毒力相关基因增加。
▲ 恩他卡朋富集致病菌的机制
总的来说，Michael Wagner/Fátima C. Pereira/程继新领衔的这项研究表明，生理浓度的恩他卡朋和丁二酸洛沙平会导致微生物群落发生重大变化，抑制许多微生物的生长，同时刺激潜在致病菌的的生长。这一发现提示我们，需要关注恩他卡朋等药物的脱靶效应，因为它们可能会增加患者的感染风险。
需要注意的是，这项研究是基于健康志愿者肠菌的体外实验，虽然它明确了恩他卡朋对肠菌的潜在影响及机制，但是这种变化能否在用药的患者体内再现，以及对患者究竟有何影响仍未可知，未来需要进一步的探索。
如果这一发现在帕金森病患者体内被进一步证实，那么这些发现有望为减轻恩他卡朋等药物的副作用提供新思路。
参考文献：
[1].Bruggeman A, Vandendriessche C, Hamerlinck H, et al. Safety and efficacy of faecal microbiota transplantation in patients with mild to moderate Parkinson's disease (GUT-PARFECT): a double-blind, placebo-controlled, randomised, phase 2 trial. EClinicalMedicine. 2024;71:102563. doi:10.1016/j.eclinm.2024.102563
[2].Pereira FC, Ge X, Kristensen JM, et al. The Parkinson's disease drug entacapone disrupts gut microbiome homoeostasis via iron sequestration. Nat Microbiol. 2024;9(12):3165-3183. doi:10.1038/s41564-024-01853-0
本文作者丨BioTalker