总的来说，本研究首次揭示了HP感染导致AD风险增加的潜在机制，发现源自HP的OMV可到达大脑并被星形胶质细胞所摄取，进而通过C3-C3aR信号通路导致星形胶质细胞增生和激活以及小胶质细胞清除Aβ功能的
近年来，感染与阿尔茨海默病（AD）的关系逐渐引起大家的关注，尤其是消化道中的病原体[1, 2]。幽门螺杆菌（HP）作为胃肠道“知名度最高”的细菌，其感染也与患AD风险增加有关[3]。
然而，HP感染与AD之间的相互作用机制仍不明确。
近日，来自比利时VIB炎症研究中心的Roosmarijn E. Vandenbroucke团队在《细胞外囊泡杂志》（Journal of Extracellular Vesicles）首次揭示了HP导致AD发生的潜在机制，表明了HP的确有可能对认知功能产生不利影响[4]。
研究显示，在小鼠中，源自HP的外膜囊泡（OMV）可跨越血脑屏障到达大脑，并主要被星形胶质细胞所摄取，从而诱导胶质细胞激活和神经元功能障碍，最终导致β淀粉样蛋白（Aβ）沉积和认知能力下降。
此外，研究人员还证实补体C3和C3a受体（C3aR）信号通路是HP-OMV介导星形胶质细胞、小胶质细胞和神经元之间相互作用的关键，抑制C3-C3aR通路可降低HP-OMV导致的小鼠脑部Aβ沉积和认知功能损伤。
这为研究HP感染在脑功能和AD发展中的作用提供了新的见解。
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OMV是由革兰氏阴性菌中自然释放出来的蛋白脂质双层包围的纳米级颗粒，可携带来自其亲本细菌的各种生物成分（如微生物相关分子模式、酶和毒素）传播到宿主的各个组织，对该远隔部位组织造成一定影响[4]。
在先前的几个研究中，源自牙龈卟啉单胞菌和人类产碱菌的OMV被证明与小鼠AD的发病机制有关[5, 6]。因此，研究人员猜想，HP导致患AD风险增加是否也与其分泌的OMV有关。
为了验证这一猜想，研究人员通过超滤和排阻色谱技术从细菌培养物中纯化了HP-OMV，并通过对OMV中HP鞭毛丝主要成分鞭毛蛋白A的检测进行了验证。在透射电镜负染色观察下，纯化所得的HP-OMV完好无损，平均大小为176.1±4.7纳米。
接下来，Vandenbroucke团队验证了HP-OMV是否可以从胃肠道到达其他组织，他们将加载了Cre重组酶的HP-OMV通过灌胃输注到Rosa26.tdTomato小鼠[7]的胃中。当HP-OMV从胃肠道到达远隔部位释放其中的Cre重组酶到小鼠细胞时，即可使小鼠细胞中的tdTomato荧光蛋白基因表达而显现出红色。
结果不出所料，在对Rosa26.tdTomato小鼠进行灌胃后，小鼠的胃、肝脏、肾脏和大脑（包括皮质和海马）中均可观察到大量的TdTomato+细胞。通过对大脑中各细胞的标志物对细胞进行区分后，小鼠脑中TdTomato+细胞主要为星形胶质细胞（GFAP+），同时少部分神经元（NeuN+）也表现为TdTomato+。
这些结果表明HP-OMV可以穿越各种生物屏障，最终到达大脑，并主要被星形胶质细胞所摄取。
HP-OMV可以到达大脑并主要被星形胶质细胞所摄取
那HP-OMV是如何到达大脑的呢？是OMV引起胃肠道屏障和中枢神经系统屏障破坏所致吗？
为此，研究人员对野生型（WT）小鼠同样进行HP-OMV灌胃，并通过示踪剂FITC-葡聚糖对胃肠道屏障、血脑屏障和血-脑脊液屏障完整性进行探究。
研究结果显示，HP-OMV灌胃后这些生物屏障的完整性并没有受到明显影响，小鼠海马和脉络丛中参与细胞紧密连接的Zo1和Ocln基因表达无明显差异。此外，海马内皮细胞和脉络丛上皮细胞中ZO-1和OCLN蛋白染色也表明细胞间连接仍保持连续。
这表明了HP-OMV不会破坏胃肠道和血脑屏障，可能是通过跨细胞途径主动穿过生物屏障。
紧接着研究人员就开始研究HP-OMV是否会加快AD病理的进展。
在对AppNL-G-F小鼠（第二代 AD小鼠模型[8]）进行HP-OMV灌胃3周后，研究人员发现，与对照组AppNL-G-F小鼠相比，HP-OMV灌胃的AppNL-G-F小鼠海马中Aβ斑块数量显著增加（主要在海马CA1和CA2/3区域增加）。对不同大小Aβ斑块进一步分析显示，增加的斑块主要为中等斑块（250–600 μm2）和大斑块（>600 μm2），小斑块（<250 μm2）的数量并无明显差异。
HP-OMV灌胃3周导致AppNL-G-F小鼠海马中Aβ斑块数量显著增加
同时，研究人员还发现，HP-OMV灌胃的AppNL-G-F小鼠大脑中介导Aβ降解和清除的小胶质细胞数量减少，且细胞内化Aβ减少。因此，研究人员猜想HP-OMV加速Aβ斑块形成是由于小胶质细胞Aβ清除能力受损所致。
由于HP对补体敏感，可激活经典补体途径[9]。在对HP-OMV灌胃后的WT小鼠经典途径激活相关分子进行检测后，结果表明海马中C3蛋白表达明显增加，且C3与GFAP共定位程度明显更高，而C3aR则与IBA1高度共定位。在HP-OMV灌胃的AppNL-G-F小鼠大脑中可观测到类似的结果。
这提示HP-OMV灌胃后可导致小鼠大脑中补体C3-C3aR途径的激活，而C3-C3aR途径的激活则直接导致了星形胶质细胞激活和/或星形胶质细胞增生，其突起明显更长，细胞节段、分支和节点数量明显增加。
同时，C3-C3aR途径的激活还导致海马中IBA+小胶质细胞数量显著减少。C3-C3aR通路的拮抗剂C3aRA并不能阻断HP-OMV对星形胶质细胞增生和反应性的影响，但可逆转HP-OMV灌胃后对小胶质细胞的影响。
HP-OMV灌胃后可导致小鼠大脑中补体C3-C3aR途径的激活，影响星形胶质细胞和小胶质细胞
此外，HP-OMV灌胃后小鼠海马中与GFAP+星形胶质细胞重叠的IBA1+小胶质细胞显著增加，3D重建也证明了星形胶质细胞、小胶质细胞和C3之间存在紧密的空间相互作用。这些都表明C3-C3aR信号通路参与了HP-OMV灌胃后神经胶质细胞间的相互作用。
更为重要的是，HP-OMV灌胃后所导致的小鼠大脑神经元突触丢失、神经元密度降低和认知功能的下降同样与C3-C3aR信号通路息息相关，并可被C3-C3aR信号通路拮抗剂所逆转。
总的来说，本研究首次揭示了HP感染导致AD风险增加的潜在机制，发现源自HP的OMV可到达大脑并被星形胶质细胞所摄取，进而通过C3-C3aR信号通路导致星形胶质细胞增生和激活以及小胶质细胞清除Aβ功能的降低。
考虑到HP的感染率在人群中非常高，因此该研究可能具有重要的意义。若今后有更多的证据表明HP感染对AD发展具有明确的促进作用，那HP的根除将愈发“势不可挡”。
参考文献
1. Dominy SS, Lynch C, Ermini F, Benedyk M, Marczyk A, Konradi A, Nguyen M, Haditsch U, Raha D, Griffin C et al: Porphyromonas gingivalis in Alzheimer's disease brains: Evidence for disease causation and treatment with small-molecule inhibitors. Sci Adv 2019, 5(1):eaau3333.
2. Gorle N, Blaecher C, Bauwens E, Vandendriessche C, Balusu S, Vandewalle J, Van Cauwenberghe C, Van Wonterghem E, Van Imschoot G, Liu C et al: The choroid plexus epithelium as a novel player in the stomach-brain axis during Helicobacter infection. Brain Behav Immun 2018, 69:35-47.
3. Fu P, Gao M, Yung KKL: Association of Intestinal Disorders with Parkinson's Disease and Alzheimer's Disease: A Systematic Review and Meta-Analysis. ACS Chem Neurosci 2020, 11(3):395-405.
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6. Lee KE, Kim JK, Han SK, Lee DY, Lee HJ, Yim SV, Kim DH: The extracellular vesicle of gut microbial Paenalcaligenes hominis is a risk factor for vagus nerve-mediated cognitive impairment. Microbiome 2020, 8(1):107.
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9. Berstad AE, Hogasen K, Bukholm G, Moran AP, Brandtzaeg P: Complement activation directly induced by Helicobacter pylori. Gastroenterology 2001, 120(5):1108-1116.
