新工具在肠道微生物组中寻找阿尔茨海默病的证据

新工具在肠道微生物组中寻找阿尔茨海默病的证据

克利夫兰诊所的研究人员正在利用人工智能来揭示肠道微生物组与阿尔茨海默病之间的联系。

先前的研究表明，随着疾病的进展，阿尔茨海默病患者的肠道细菌会发生变化。 新发表的一篇细胞报告研究描述了一种计算方法，用于确定称为代谢物的细菌副产物如何与细胞上的受体相互作用并导致阿尔茨海默病。

Feixiong Cheng 博士是克利夫兰诊所基因组中心的创始主任，与罗鲁沃脑健康中心和微生物组与人类健康中心 (CMHH) 密切合作。 该研究根据代谢物和受体相互作用的可能性以及两者影响阿尔茨海默病的可能性对它们进行排名。 这些数据代表了迄今为止研究代谢相关疾病的最全面的路线图之一。

当细菌分解我们吃的食物以获取能量时，它们会将代谢物释放到我们的体内。 然后代谢物与细胞相互作用并影响细胞，刺激对健康有益或有害的细胞过程。 除了阿尔茨海默病之外，研究人员还发现代谢物与心脏病、不孕症、癌症、自身免疫性疾病和过敏有关。

防止代谢物与细胞之间的有害相互作用有助于对抗疾病。 研究人员正在努力开发药物来激活或阻断代谢物与细胞表面受体的结合。 由于识别目标受体所需的信息量巨大，这种方法的进展缓慢。

肠道代谢物是我们体内许多生理过程的关键，每把钥匙都关系到人类的健康和疾病。 问题是我们的系统中有数以万计的受体和数以千计的代谢物。因此，手动确定哪把钥匙适合哪把锁是繁琐且昂贵的。 这就是我们决定使用人工智能的原因。”

Feixiong Cheng，博士，克利夫兰诊所基因组中心创始主任

博士团队

该研究的第一作者、郑实验室的博士后研究员邱云光博士领导的团队包括 CMMH 研究主任 J. Mark Brown 博士； James Leverenz，医学博士，克利夫兰诊所罗鲁沃脑健康中心主任兼克利夫兰阿尔茨海默病研究中心主任； 和神经心理学家 Jessica Caldwell 博士，ABPP/CN。 内华达州克利夫兰诊所女性阿尔茨海默病运动预防中心主任。

该团队使用一种称为机器学习的人工智能形式来分析超过 109 万个潜在的代谢物-受体对，并预测每种相互作用导致阿尔茨海默病的可能性。

分析包括：

• genetische und proteomische Daten aus menschlichen und präklinischen Studien zur Alzheimer-Krankheit
• unterschiedliche Rezeptor- (Proteinstrukturen) und Metabolitenformen
• wie sich verschiedene Metaboliten auf von Patienten stammende Gehirnzellen auswirken

研究小组检查了阿尔茨海默病患者脑细胞中最有可能影响阿尔茨海默病的代谢物-受体对。

他们关注的一个分子是一种称为胍丁胺的保护性代谢物，它被认为可以保护脑细胞免受炎症和相关损伤。 研究发现，胍丁胺很可能与阿尔茨海默病中一种名为 CA3R 的受体相互作用。

用胍丁胺治疗阿尔茨海默病影响的神经元可直接降低 CA3R 水平，表明代谢物和受体相互影响。 用胍丁胺处理的神经元中磷酸化 tau 蛋白的水平也较低，这是阿尔茨海默病的标志物。

程博士表示，这些实验表明，他的团队的人工智能算法如何为阿尔茨海默病以外的许多疾病的新研究途径铺平道路。

“我们特别关注阿尔茨海默病，但代谢物-受体相互作用在几乎所有涉及肠道微生物的疾病中都发挥着作用，”他说。 “我们希望我们的方法能够提供一个框架来推进代谢相关疾病和人类健康的整个领域。” 现在，程博士和他的团队正在进一步利用这些人工智能技术，并将其应用于研究遗传和环境因素（包括食物和肠道代谢物）之间的相互作用对人类健康和疾病（包括阿尔茨海默病和其他复杂疾病）的影响。

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