一項研究中發(fā)現，X 射線微米和納米斷層掃描技術能夠提供關于腸道神經元與大腦神經元之間聯系的線索，這些聯系可能觸發(fā)阿爾茨海默病。

《EurekAlert》

1月31日

意大利納米技術研究所（Institute of Nanotechnology）領導的科學家團隊，與法國格勒諾布爾的歐洲同步輻射裝置（European Synchrotron Radiation Facility ，ESRF）合作，發(fā)現 X 射線微米和納米斷層掃描（X-ray micro- and nano- tomography）技術能夠提供關于腸道神經元與大腦神經元之間聯系的線索，這些聯系可能觸發(fā)阿爾茨海默病。研究結果發(fā)表在《科學進展》（Science Advances）雜志上。

研究于2025年1月31日發(fā)表在《Science Advances》（最新影響因子：11.7）雜志上

阿爾茨海默病是最常見的失智癥類型，是一種神經退行性疾病，其特征是大腦發(fā)生改變，包括突觸喪失、慢性炎癥和神經元細胞死亡。

近年來，科學家們發(fā)現證據表明，腸道和大腦通過分布在兩個器官中的神經元進行交流。這種腸腦軸的功能障礙與精神疾病和神經系統疾病（包括阿爾茨海默病）有關。

腸道微生物群，即腸道中的微生物，在人類健康中起著關鍵作用，并影響大腦功能、認知和行為。意大利納米技術研究所的研究員、文章通訊作者 Alessia Cedola 解釋說：“已有許多研究支持腸道組成的變化可能促進阿爾茨海默病的發(fā)病和進展。”

特別是，菌群失調（即微生物多樣性喪失的過程）會導致有害細菌的增多，這些細菌產生促進炎癥的有毒代謝物，從而導致腸道/大腦屏障的破壞。

當腸道菌群失調發(fā)生時，究竟會發(fā)生什么？Cedola 補充道：“主要假設是，這些變化會觸發(fā)有害細菌從腸道逃逸，進入循環(huán)系統，到達大腦并引發(fā)阿爾茨海默病，但證據仍然不足。”

深入腸道健康的核心

現在，科學家們發(fā)現，納米和微米 X 射線相襯斷層掃描（X-ray phase-contrast tomography，XPCT）是研究腸道結構和形態(tài)變化的強大工具，且無需對組織進行操控。研究團隊來到法國格勒諾布爾的歐洲同步輻射裝置（ESRF），在 ID16A 光束線上掃描樣本。ID16A 光束線負責人、文章合著者 Peter Cloetens 解釋說：“得益于這項技術，我們可以在 3D 中以極高的靈敏度對軟生物組織進行成像，且只需最少的樣本準備，無需使用對比劑。”

在歐洲同步輻射裝置ID16A光束線實驗期間，ESRF科學家Peter Cloetens使用了一種稱為納米和微米X射線相襯斷層掃描（XPCT）的技術。這項技術在ESRF得到應用，是研究腸道結構和形態(tài)變化的強大工具，且無需對組織進行操控

實驗數據（部分也在Soleil同步輻射裝置上完成）顯示了阿爾茨海默病小鼠組織中細胞豐度和組織的變化，以及不同組織的結構改變。具體而言，研究顯示了腸道絨毛和隱窩的相關變化、潘氏細胞和杯狀細胞的細胞轉化，以及腸道腔內神經元、紅細胞和杯狀細胞分泌的黏液的檢測。所有這些元素在正常工作時，能夠維持腸道健康、支持消化并保護腸道內壁免受損傷。

Cedola 表示：“這項技術代表了腸道全面分析的一個真正突破，它可能在疾病的早期檢測和預后中起到關鍵作用。”她還補充道：“作為 ESRF 的長期用戶，我可以證明該設施為前沿研究提供了難以置信的機會，尤其是納米成像光束線，特別是在 EBS （極亮光源）升級后。來到 ESRF 對我們理解阿爾茨海默病中的腸腦軸起到了關鍵作用。”

SAMR1小鼠隱窩縱向視圖的3D渲染圖

隱窩的上皮層以綠色渲染，潘氏細胞以黃色標記，杯狀細胞以藍色標記。比例尺為5微米。

(B) 和 (C) 分別展示了杯狀細胞和潘氏細胞的3D渲染圖及納米X射線相襯斷層掃描（nano-XPCT）特寫。顏色編碼與(A)一致。具體而言，杯狀細胞的細胞核呈深藍色，頂端部分（充滿黏液分泌顆粒并延伸至腸腔）呈淺藍色。潘氏細胞呈現典型的金字塔形狀，細胞核位于基部（藍色），頂端顆粒（黃色）占據其大部分細胞質區(qū)域。

(B) 中的nano-XPCT特寫顯示了杯狀細胞（箭頭指示）在腸腔內分泌黏液（星號標記）。比例尺為2.5微米。

(C) 展示了隱窩的橫截面視圖，潘氏細胞呈放射狀排列（虛線框突出顯示）�？梢娍咕�顆粒（黑點，星號標記）釋放到腸腔中。比例尺為5微米。

(D 和 E) 隱窩中杯狀細胞和潘氏細胞的定量分析。結果基于每只小鼠30個隱窩（n=1），以均值±標準差表示。單因素方差分析（ANOVA）顯示P < 0.0001；事后Tukey檢驗：*P < 0.02，**P < 0.01，***P < 0.001，****P < 0.0001

與科學家 Francesca Palermo 和 Claudia Balducci 一起，研究的下一步將是進一步利用 XPCT 技術研究腸道如何與中樞神經系統交流。該團隊旨在研究腸神經系統及其在阿爾茨海默病中的作用。

Cedola 總結道：“通過更深入地了解這些過程，我們希望找到新的治療靶點，并為這種毀滅性疾病開發(fā)創(chuàng)新療法。ESRF 無疑將繼續(xù)在我們的研究中發(fā)揮關鍵作用，我們期待在未來幾年中有更多激動人心的發(fā)現。”

這項研究突顯了 ESRF 在生物醫(yī)學研究中的重要性，該機構計劃在未來幾年進一步加強這一領域的關注。

創(chuàng)立于1994年的歐洲同步輻射裝置

該聯合研究機構，由22個國家支持（13個成員國：法國、德國、意大利、英國、西班牙、瑞士、比利時、荷蘭、丹麥、芬蘭、挪威、瑞典、俄羅斯；以及9個聯系國：奧地利、葡萄牙、以色列、波蘭、捷克、匈牙利、斯洛伐克、印度、南非）

參考文獻

Source：European Synchrotron Radiation Facility

The gut-brain connection in Alzheimer’s unveiled with X-rays

Reference：

Francesca Palermo et al. ,Investigating gut alterations in Alzheimer’s disease: In-depth analysis with micro- and nano-3D X-ray phase contrast tomography.Sci. Adv.11,eadr8511(2025).DOI:10.1126/sciadv.adr8511

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       原文標題 : X射線揭示阿爾茨海默病中的腸腦聯系