Parabacteroides merdae来源的芒柄花素通过PI3K-AKT-ferritinophagy轴抑制铁死亡缓解MPTP诱导的小鼠帕金森病

《Communications Biology》：Formononetin derived from Parabacteroides merdae alleviates MPTP-induced Parkinson’s disease in mice by inhibiting ferroptosis via the PI3K-AKT-ferritinophagy axis

　　本研究针对帕金森病（PD）肠道菌群失调的机制难题，揭示了Parabacteroides merdae通过β-半乳糖苷酶（β-GAL）释放芒柄花素（FMN），激活PI3K-AKT信号通路，抑制NCOA4介导的铁蛋白自噬（ferritinophagy），从而减轻MPTP诱导的小鼠PD模型中的铁死亡和多巴胺能神经元损伤。该成果发表于《Communications Biology》，为PD的微生物-肠-脑轴干预提供了新靶点和治疗策略。

　　

帕金森病（Parkinson’s disease, PD）作为第二大神经退行性疾病，全球患者数量在未来三十年内预计翻倍，其典型病理特征包括黑质（substantia nigra, SN）多巴胺能神经元丢失和路易体沉积。近年来，肠道菌群失调被证实与PD发病密切相关，例如PD患者中抗炎菌群（如Parabacteroides）的减少和促炎微生物的增殖。然而，特定菌种如何调控PD进展的具体机制仍不明确。尤其值得注意的是，Parabacteroides merdae（P. merdae）作为一种具有抗炎特性的益生菌，在PD患者肠道中显著减少，但其在PD中的作用机制尚未被揭示。

为解决这一问题，Xuechao Dong等人通过MPTP诱导的雄性C57BL/6J小鼠PD模型，发现其肠道中P. merdae丰度显著降低。补充活体P. merdae可明显改善小鼠的运动功能障碍（如后肢评分升高、步幅缩短、旋转棒实验表现下降），并减少黑质和纹状体（striatum, STR）中酪氨酸羟化酶（Tyrosine hydroxylase, TH）阳性神经元的丢失。进一步实验表明，P. merdae的保护作用依赖于其代谢产物——芒柄花素（Formononetin, FMN）。通过β-GAL活性抑制剂D-核糖内酯（D-Ribono-1,4-lactone）阻断FMN生成后，P. merdae的神经保护作用被逆转。

研究团队进一步聚焦于铁死亡（ferroptosis）这一铁依赖性的程序性细胞死亡方式。在PD模型中，MPTP处理显著上调了铁死亡正调控因子PTGS2和ACSL4的表达，并抑制了GPX4和FSP1等负调控因子，同时伴随脂质过氧化产物丙二醛（MDA）升高和谷胱甘肽（GSH）耗竭。而P. merdae或FMN干预均能逆转这些指标。体外实验中，FMN与铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）联用未产生叠加效应，且ACSL4基因敲低后FMN的保护作用被削弱，证实FMN主要通过抑制铁死亡发挥神经保护功能。

机制上，FMN激活了PI3K-AKT信号通路，进而抑制NCOA4介导的铁蛋白自噬，减少铁蛋白重链（FTH）降解和细胞内Fe²⁺积累。使用PI3K抑制剂PKI-402或AKT抑制剂A-443654阻断该通路后，FMN对铁死亡的抑制作用被抵消。此外，铁螯合剂去铁胺（DFO）与FMN联用亦未产生协同效应，说明FMN通过调控铁代谢通路核心环节发挥作用。

本研究综合运用了多种关键技术方法：通过16S rRNA测序分析小鼠肠道菌群组成；采用MPTP诱导的PD小鼠模型进行行为学评估（包括后肢评分、步态分析、旋转棒实验）；通过免疫组化检测TH阳性神经元；利用Western blot分析PI3K、p-AKT、GPX4等蛋白表达；使用细胞模型（SH-SY5Y）进行铁死亡相关指标（细胞活性、MDA、GSH、脂质ROS）检测；并通过siRNA敲低ACSL4和NCOA4基因验证机制。

P.merdae ameliorates MPTP-induced PD in mice

通过肠道菌群分析发现MPTP处理小鼠的Parabacteroides丰度下降，补充P. merdae后改善运动功能并减少多巴胺能神经元丢失。

P.merdae-derived FMN mitigates MPTP-induced PD

P. merdae通过β-GAL活性释放FMN，其条件培养基与活菌效果相当，而FMN直接干预可模拟P. merdae的保护作用。

P. merdae-derived FMN mitigates MPTP-induced ferroptosis

FMN抑制MPTP诱导的PTGS2上调和GPX4下调，逆转铁积累和脂质过氧化，且与铁死亡抑制剂作用无叠加。

FMN inhibits ferroptosis through activation of the PI3K-AKT pathway

FMN激活PI3K-AKT通路，其抑制剂可阻断FMN对铁死亡相关蛋白的调控作用。

FMN alleviates ferroptosis through regulation of the PI3K-AKT-NCOA4-ferritinophagy axis

FMN通过PI3K-AKT通路抑制NCOA4介导的FTH降解，铁螯合剂DFO与FMN联用无协同效应。

该研究首次阐明P. merdae来源的FMN通过PI3K-AKT-NCOA4轴抑制铁死亡，从而缓解PD病理进程。这不仅深化了对肠道菌群调控神经退行性疾病机制的理解，也为PD的微生物靶向治疗提供了实验依据。未来研究可进一步探索FMN在临床PD患者中的适用性，以及通过调控肠道菌群平衡干预神经退行性疾病的潜力。