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

《EurekAlert》

1月31日

意大利納米技術(shù)研究所（Institute of Nanotechnology）領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，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(xiàn) X 射線微米和納米斷層掃描（X-ray micro- and nano- tomography）技術(shù)能夠提供關(guān)于腸道神經(jīng)元與大腦神經(jīng)元之間聯(lián)系的線索，這些聯(lián)系可能觸發(fā)阿爾茨海默病。研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)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(jīng)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(jīng)元細(xì)胞死亡。

近年來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)證據(jù)表明，腸道和大腦通過分布在兩個(gè)器官中的神經(jīng)元進(jìn)行交流。這種腸腦軸的功能障礙與精神疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病（包括阿爾茨海默�。�有關(guān)。

腸道微生物群，即腸道中的微生物，在人類健康中起著關(guān)鍵作用，并影響大腦功能、認(rèn)知和行為。意大利納米技術(shù)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(jìn)阿爾茨海默病的發(fā)病和進(jìn)展。”

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

當(dāng)腸道菌群失調(diào)發(fā)生時(shí)，究竟會發(fā)生什么？Cedola 補(bǔ)充道：“主要假設(shè)是，這些變化會觸發(fā)有害細(xì)菌從腸道逃逸，進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，到達(dá)大腦并引發(fā)阿爾茨海默病，但證據(jù)仍然不足。”

深入腸道健康的核心

現(xiàn)在，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，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(jié)構(gòu)和形態(tài)變化的強(qiáng)大工具，且無需對組織進(jìn)行操控。研究團(tuán)隊(duì)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(fù)責(zé)人、文章合著者 Peter Cloetens 解釋說：“得益于這項(xiàng)技術(shù)，我們可以在 3D 中以極高的靈敏度對軟生物組織進(jìn)行成像，且只需最少的樣本準(zhǔn)備，無需使用對比劑。”

在歐洲同步輻射裝置ID16A光束線實(shí)驗(yàn)期間，ESRF科學(xué)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(shù)。這項(xiàng)技術(shù)在ESRF得到應(yīng)用，是研究腸道結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化的強(qiáng)大工具，且無需對組織進(jìn)行操控

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（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(xì)胞豐度和組織的變化，以及不同組織的結(jié)構(gòu)改變。具體而言，研究顯示了腸道絨毛和隱窩的相關(guān)變化、潘氏細(xì)胞和杯狀細(xì)胞的細(xì)胞轉(zhuǎn)化，以及腸道腔內(nèi)神經(jīng)元、紅細(xì)胞和杯狀細(xì)胞分泌的黏液的檢測。所有這些元素在正常工作時(shí)，能夠維持腸道健康、支持消化并保護(hù)腸道內(nèi)壁免受損傷。

Cedola 表示：“這項(xiàng)技術(shù)代表了腸道全面分析的一個(gè)真正突破，它可能在疾病的早期檢測和預(yù)后中起到關(guān)鍵作用。”她還補(bǔ)充道：“作為 ESRF 的長期用戶，我可以證明該設(shè)施為前沿研究提供了難以置信的機(jī)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(guān)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(xì)胞以黃色標(biāo)記，杯狀細(xì)胞以藍(lán)色標(biāo)記。比例尺為5微米。

(B) 和 (C) 分別展示了杯狀細(xì)胞和潘氏細(xì)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(xì)胞的細(xì)胞核呈深藍(lán)色，頂端部分（充滿黏液分泌顆粒并延伸至腸腔）呈淺藍(lán)色。潘氏細(xì)胞呈現(xiàn)典型的金字塔形狀，細(xì)胞核位于基部（藍(lán)色），頂端顆粒（黃色）占據(jù)其大部分細(xì)胞質(zhì)區(qū)域。

(B) 中的nano-XPCT特寫顯示了杯狀細(xì)胞（箭頭指示）在腸腔內(nèi)分泌黏液（星號標(biāo)記）。比例尺為2.5微米。

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

(D 和 E) 隱窩中杯狀細(xì)胞和潘氏細(xì)胞的定量分析。結(jié)果基于每只小鼠30個(gè)隱窩（n=1），以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。單因素方差分析（ANOVA）顯示P < 0.0001；事后Tukey檢驗(yàn)：*P < 0.02，**P < 0.01，***P < 0.001，****P < 0.0001

與科學(xué)家 Francesca Palermo 和 Claudia Balducci 一起，研究的下一步將是進(jìn)一步利用 XPCT 技術(shù)研究腸道如何與中樞神經(jīng)系統(tǒng)交流。該團(tuán)隊(duì)旨在研究腸神經(jīng)系統(tǒng)及其在阿爾茨海默病中的作用。

Cedola 總結(jié)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(diǎn)，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(guān)鍵作用，我們期待在未來幾年中有更多激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)。”

這項(xiàng)研究突顯了 ESRF 在生物醫(yī)學(xué)研究中的重要性，該機(jī)構(gòu)計(jì)劃在未來幾年進(jìn)一步加強(qiáng)這一領(lǐng)域的關(guān)注。

創(chuàng)立于1994年的歐洲同步輻射裝置

該聯(lián)合研究機(jī)構(gòu)，由22個(gè)國家支持（13個(gè)成員國：法國、德國、意大利、英國、西班牙、瑞士、比利時(shí)、荷蘭、丹麥、芬蘭、挪威、瑞典、俄羅斯；以及9個(gè)聯(lián)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(xiàn)

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(biāo)題 : X射線揭示阿爾茨海默病中的腸腦聯(lián)系