帕金森病源于肠道？新模型证实αSyn和Tau经迷走神经向脑传播

帕金森病（Parkinson‘s disease, PD）与阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是发病率最高的两种神经退行性疾病，长期以来被视作彼此独立的疾病，前者以运动障碍为核心特征，后者以认知衰退为主要表现。然而，在蛋白质病理层面，二者却存在着引人注目的交集：PD的标志性病变是α突触核蛋白（αSyn）异常聚集所形成的路易小体，而AD的特征性病理改变则是Tau蛋白过度磷酸化后形成的神经纤维缠结。

尽管病理蛋白不同，但一个共同的问题始终悬而未决：这些致病蛋白的聚集，究竟是从大脑内部自发产生，还是可能起源于中枢神经系统之外的某个“远端病灶”？更为关键的是，αSyn与Tau这两种病理蛋白之间是否存在相互协同、共同播散的可能？

2024年9月5日，深圳理工大学在神经科学顶级期刊 Neuron 上发表研究论文，为Braak假说提供了系统的实验证据。

研究团队通过精巧的转基因策略，构建了可在肠道神经系统（enteric nervous system, ENS）中条件性诱导表达αSyn N103片段、Tau N368片段或二者同时表达的多个小鼠品系。借助四环素口服给药系统，致病蛋白的表达被精准限制在肠道神经元中，且带有红色荧光蛋白标签，使得研究者能够清晰地追踪这些外源性蛋白是否、何时、经由何种途径进入脑内。

该研究首次证实：

肠道源性的αSyn与Tau片段可沿迷走神经逆向传播至脑干的迷走神经背核与孤束核，进而逐级扩散至蓝斑、黑质、内嗅皮层、前扣带回等广泛脑区；两种病理蛋白共存时，其播散效率与神经毒性均显著增强；迷走神经切断或相应内源性蛋白的基因敲除，均能显著阻滞这一传播过程。

1.1 基因设计：给肠道装上“四环素开关”

传统肠道注射PFFs模型的最大缺陷在于无法区分外源注入蛋白与动物自身内源性蛋白，也难以精确控制病理发生的起始时间与空间范围。为突破这一瓶颈，团队采用CRISPRCas9基因编辑技术，在小鼠基因组中引入了一套精巧的“双盒式”基因调控系统。

第一个盒子是响应元件：将编码αSyn N103或Tau N368的基因序列与红色荧光蛋白（RFP）基因融合，置于四环素响应启动子（TRE）的控制之下。第二个盒子是调控元件：将反向四环素转录激活因子（rtTA3G）的编码基因，置于Sox10基因增强子（MCS4）与cFos最小启动子的驱动之下。团队分别构建了SYN103⁺/⁻（单转αSyn N103）、TAU368⁺/⁻（单转Tau N368）以及Both（双转）三种转基因小鼠，以便比较两种病理蛋白单独作用与协同效应之间的差异。

1.2 诱导与追踪：可视化肠道到大脑的传播轨迹

研究采用每日口服灌胃四环素（10 mg/kg）连续8周的方式诱导转基因表达。以灌胃结束当天设为0月，在0月、2月、10月三个时间点分别取材分析，构建完整的时空传播图谱。采用RFP标签进行追踪，由于RFP与致病蛋白在同一个开放阅读框中共表达，任何RFP阳性信号的脑区都意味着该蛋白确实来源于肠道转基因的表达，而非内源性蛋白的交叉反应。通过对脑片进行系统性的免疫荧光染色与全脑切片扫描，团队得以绘制出致病蛋白从迷走神经背核（DMV）和孤束核（NTS）起始，逐级向蓝斑、黑质、内嗅皮层、前扣带回乃至海马扩散的精细时空地图。

为进一步验证这一传播路径的解剖学基础，团队在诱导完成后实施了躯干迷走神经切断术，即在食管与胃连接处上方23 mm处小心分离并切断迷走神经干，以此观察脑内病理信号的消长情况。此外，为测试内源性αSyn和Tau是否参与播散过程，研究团队从10月龄模型小鼠肠道中提取聚集纤维，并将其注射至αSyn基因敲除（SNCAKO）和Tau基因敲除（MAPTKO）小鼠的盲肠与结肠壁中，观察外源性聚集体在不同内源性背景下的传播效率差异。

1.3 病理检测：从宏观PET到单细胞分辨率

病理检测：

组织学检测：针对肠道与脑组织的冰冻切片，使用AαSyn单克隆抗体（5G4，特异性识别聚集态αSyn）和AT8抗体（识别磷酸化Tau Ser202/Thr205）分别标记两种病理蛋白的聚集状态；以TH（酪氨酸羟化酶）标记多巴胺能神经元，NeuN标记总神经元，PGP9.5和ChAT标记肠神经元及胆碱能神经元。

3D全组织透明化与光片成像：借助SHIELD组织透明化技术和SmartClear II Pro电泳脱脂设备，实现全脑与全结肠组织的透明化处理，再经Nuohai LS 18光片显微镜获取三维立体图像，直观展示病理蛋白在三维空间中的播散网络。

PETCT活体成像：使用自主研发的αSyn特异性示踪剂[¹⁸F]F0502B，对活体小鼠进行动态PET扫描，并辅以离体放射自显影与生物分布测定，验证该示踪剂检测肠道与脑内αSyn聚集体的可行性。

1.4 行为学评估：四维度功能表型测定

运动功能：转棒实验（Rotarod）检测运动协调与耐力；

空间学习记忆：Morris水迷宫（MWM）测定逃避潜伏期与目标象限停留时间；

识别记忆：新颖物体识别实验（NORT）测定辨别指数；

焦虑样行为：开场实验（OFT）测定中央区探索时间与进入次数；

抑郁样行为：悬尾实验（TST）测定不动时间百分比。

1.5 肠道功能检测

考虑到便秘是PD最典型的前驱症状之一，研究专门设计了粪便含水量测定、肠道排空时间测定（胭脂红排空实验） 以及玻璃珠排出实验三组功能性检测，用以评估肠道神经病理改变是否伴随有意义的器官功能障碍，从而将分子水平的蛋白聚集与器官水平的生理异常直接关联起来。

1.1 肠道内的聚集与功能损害

在四环素诱导结束后（0月），RFP标记的αSyn N103和Tau N368已在全胃肠道（空肠、回肠、盲肠、结肠）的肠神经元中高效表达，且表达量随诱导后时间推移呈递增趋势。重要的是，免疫共染色证实这些片段以聚集态形式存在，αSyn N103被5G4抗体（特异性识别聚集态αSyn）清晰标记，Tau N368则被AT8抗体（识别磷酸化Tau）阳性染色。伴随蛋白聚集的出现，模型小鼠表现出显著的肠道功能障碍：SYN103⁺/⁻小鼠在诱导结束后即出现粪便含水量下降，TAU368⁺/⁻小鼠则在2月后表现类似缺陷，而双转基因小鼠在0月即呈现肠道排空延迟和玻璃珠排出时间延长，这些表型与PD患者最常见的前驱期症状便秘是一致的。

1.2 脑内传播：一张清晰的时间空间地图

研究最核心的发现来自对脑组织的系统筛查。借助RFP标签的示踪作用，团队得以区分“来自肠道的转基因产物”与“脑内内源性诱导的病理蛋白”。结果显示了一条清晰的传播轴线：

0月：RFP/αSyn N103和RFP/Tau N368双阳性信号已出现在脑干的迷走神经背核（DMV）和孤束核（NTS），这两个核团恰好是迷走神经传入纤维进入脑干的第一级中继站。这一时间点与肠道聚集刚形成高度吻合，提示传播几乎在病理发生的同时即已启动。

2月：传播范围明显扩大，阳性信号出现在蓝斑（LC）、内嗅皮层（EC）、黑质（SN） 以及前扣带回（ACC）。其中黑质的受累具有特殊意义——该区域多巴胺能神经元的大量丢失是PD运动症状的直接解剖学基础。

10月：传播进一步扩散至海马（HC） 等更高级的脑区，且聚集密度在各区域均显著增加。（图A）

图一: SYN103+/–、TAU368+/–及双转基因小鼠中a-Syn N103和Tau N368在脑区的分布与定量分析

(A) 0个月时，SYN103+/ 和双转基因小鼠中RFP与a-Syn N103的共定位情况。

(B) RFP与a-Syn N103阳性细胞的定量结果。

(C) 0个月时，TAU368+/ 和双转基因小鼠中RFP与Tau N368的共定位情况。

(D) RFP与Tau N368阳性细胞的定量结果。  

(E) 点状图像显示了双转基因和SYN103+/小鼠在0个月时脑区中a-Syn的分布情况；

(F) a-Syn N103阳性细胞密度的定量结果。

(G) 点状图像显示了双转基因和TAU368+/小鼠在口服灌胃后0个月时脑区中Tau N368的分布情况。

(H) Tau N368阳性细胞密度定量分析。

1.3 双转基因的协同效应

单转与双转小鼠的对比揭示了令人瞩目的差异。在0月时，Both小鼠脑内αSyn N103的阳性细胞数量即显著多于SYN103⁺/⁻单转小鼠；Tau N368的播散同样在Both小鼠中更为广泛。用聚集态特异性抗体（AαSyn和AT8）染色时，Both小鼠的阳性信号密度在DMV、NTS、LC、SN、ACC等多个区域均高于对应的单转小鼠。更为关键的是，Both小鼠表现出更严重的神经元丢失——TH阳性多巴胺能神经元在SN区域显著减少，NeuN标记的总神经元在DMV、NTS、LC、EC等多个脑区均出现明显下降，且程度重于任何单转品系。

这一现象暗示着αSyn与Tau之间存在着病理层面的协同作用。既往的生化研究已表明，二者可直接结合形成异源复合物，这种复合物的纤维结构更为致密，神经毒性更强。本研究在活体层面为这一“共病理协同假说”提供了直接证据。

图二. a-Syn和Tau在SYN103+/–、TAU368+/–及双基因型小鼠中的脑区分布与定量分析

（A）免疫组化显示，在双基因型和SYN103+/小鼠于口服灌胃后0个月时，a-Syn聚集主要定位于TH阳性细胞中。

(B) 不同时间点、不同脑区中TH阳性神经元密度内α-突触蛋白（标记为A-a-Syn）聚集的定量结果。

(C) 免疫染色结果显示，在0个月时，Tau蛋白聚集（标记为AT8）在Both和TAU368+/小鼠脑区的TH阳性细胞中定位。

(D) 不同时间点、不同脑区神经元（标记为NeuN）密度中Tau聚集（标记为AT8）的定量结果。

ACC，前扣带回皮层；HC，海马体；SN，黑质；mEnt，内侧颞嗅皮层；LC，蓝斑；NTS，孤束核；DMV，迷走神经背角核。

在确认了病理蛋白“从肠道到了大脑”之后，一个更关键的问题摆在面前：它们走的是哪条路？ 传播必须经由确定的解剖通道，否则“肠源性”与“脑内病理”之间就只是时间上的相关，而非因果。研究从“切断通路”和“移除底物”两个角度对此进行了严格检验。

2.1 迷走神经切断术：阻断通路，病理衰减

如果迷走神经确实是传播的主干道，那么切断它应该能有效阻滞病理上行。团队在四环素诱导结束后4周实施了躯干迷走神经切断术，并于术后2月分析脑内病理负荷。

结果：与假手术对照组相比，迷走神经切断组小鼠DMV和NTS区域的αSyn聚集信号显著减少，同时AT8阳性的Tau病理也出现了类似程度的下降。更重要的是，切断迷走神经带来的不仅是病理蛋白的减少——TH阳性神经元和NeuN阳性总神经元在这两个核团中的保留数量显著多于对照组，ChAT阳性胆碱能神经元的丢失也得到了明显缓解。

这一结果在解剖学层面直接验证了：肠道源性的αSyn与Tau病理确实经由迷走神经传入纤维向脑干进行逆向运输，且这一运输过程是脑内病理产生的重要前提。

图三. 免疫组化证实，2个月后迷走神经切断术后脑区的α-突触核蛋白N103和Tau N368均减少

(A) 迷走神经切断手术示意图及操作照片。  

(B) 免疫组化显示，2个月后迷走神经切断术后，ChAT阳性神经元中α-突触核蛋白或Tau的聚集物显著减少。

(C) ChAT阳性神经元中α-突触核蛋白聚集物的定量分析。

(D) ChAT阳性神经元中Tau聚集物的定量分析。

(E) ChAT阳性神经元密度的定量分析。

(F) 2个月后迷走神经切断的两组小鼠在脑区均表现出α-突触核蛋白和Tau聚集物减少。左侧：Both与Both-vagotomy组不同脑区中A-a-Syn（绿色）和RFP（红色）共染色。右侧：Both与Both-vagotomy组不同脑区中AT8（绿色）和RFP（红色）共染色。比例尺为50 mm。

(G) 不同脑区TH阳性神经元中α-突触蛋白聚集物的定量结果。

(H) 不同脑区神经元中tau蛋白聚集物的定量结果。

2.2 基因敲除验证：内源性蛋白是传播的必要“燃料”

迷走神经切断实验证明了通路的必要性，但还遗留另一个问题：进入脑内的外源性片段，是独自完成聚集，还是需要招募内源性蛋白来“壮大队伍”？为回答这一问题，团队设计了互补的基因敲除实验。

他们将10月龄模型小鼠肠道中提取的αSyn或Tau聚集体纤维，分别注射到αSyn基因敲除（SNCAKO）小鼠和Tau基因敲除（MAPTKO）小鼠的肠壁中。注射后2个月观察到一个有趣的分离现象：

在肠道局部，无论SNCAKO还是MAPTKO小鼠，注射部位均能检测到明显的聚集信号——说明外源性纤维的播种能力并不依赖内源性同源蛋白的存在。

但在脑内传播层面，情况截然不同。SNCAKO小鼠中，虽然仍有少量αSyn聚集体出现在SN、LC、NTS等区域，但播散范围远不及野生型对照；而在MAPTKO小鼠中，Tau N368的脑内传播几乎完全被阻滞，各脑区均未见明显的AT8阳性信号。

这一结果揭示了一个关键机制：外源性病理片段可以独立在肠道形成聚集，但其向脑内“长距离传播”则严重依赖内源性正常蛋白的存在。内源性αSyn和Tau不仅是“底物”，更是病理传播得以持续放大的“燃料”。值得注意的是，Tau传播对MAPT的依赖程度高于αSyn传播对SNCA的依赖，提示二者在播散机制上可能存在细微差异。

图四. 注射提取的聚集纤维的SNCA-KO小鼠或MAPT-KO小鼠，在肠道注射部位出现聚集形成，脑区也检测到少量聚集物。

(A) 聚集ThT结合分析。从SYN103+/和TAU368+/小鼠的肠道组织中提取的聚集物，使用ThT法检测α-突触核蛋白（a-Syn）N103和Tau N368的聚集情况，肠道裂解液为对照。

(B和C) 免疫染色显示，SNCA-KO小鼠或MAPT-KO小鼠注射部位的A-a-Syn与TH/NeuN共定位。

(D) 比较MAPT-KO、Both和TAU368+/小鼠之间Tau聚集物与神经元的比例。

(E) 比较SNCA-KO、Both和SYN103+/小鼠之间TH阳性神经元中a-Syn聚集物的比例。

(F) 免疫染色显示，SNCA-KO小鼠脑区中a-Syn聚集主要定位于TH阳性细胞内。

(H) SNCA-KO与SYN103+/小鼠不同脑区a-Syn聚集（标记为A-a-Syn）密度的定量分析。

(I) MAPT-KO与TAU368+/小鼠不同脑区Tau聚集（标记为AT8）密度的定量分析。

病理蛋白的传播和神经元的丢失终究要落实到功能层面，这些病理改变是否足以驱动真实的行为障碍？

3.1 运动功能：SYN103驱动，Tau贡献有限

转棒实验的结果呈现清晰的品系差异：SYN103⁺/⁻小鼠自2月起出现运动协调能力下降，并持续至10月；Both小鼠表现类似；而TAU368⁺/⁻小鼠在整个观察窗口内均未见明显运动缺陷。

这一结果与黑质多巴胺能神经元的丢失模式高度吻合，SYN103⁺/⁻和Both小鼠在SN区域均检测到显著的TH阳性细胞减少，而TAU368⁺/⁻小鼠该区域损伤较轻。提示多巴胺能系统的特异性损伤是运动功能障碍的主要驱动因素。

3.2 认知功能：双转基因最早受累、最重受累

在Morris水迷宫中，Both小鼠在10月时表现出较对照组显著延长的逃避潜伏期和缩短的目标象限停留时间，呈现明确的空间学习与记忆障碍。SYN103⁺/⁻小鼠仅在10月表现出轻度记忆缺陷，而TAU368⁺/⁻小鼠则无显著异常。

而在新颖物体识别实验中，情况有所不同——Both和SYN103⁺/⁻小鼠在0月即已出现识别记忆下降，TAU368⁺/⁻小鼠则从2月起表现出探索偏好降低。这说明识别记忆的损害出现得更早（甚至在明显的运动症状之前），且Tau病理对认知功能的影响虽迟于αSyn，但仍然显著。

3.3 情绪行为：焦虑与抑郁，各有各的起病时间

开场实验显示，SYN103⁺/⁻小鼠自0月起即表现出中央区探索减少，典型的焦虑样行为，且这一表型持续至10月。而Both小鼠仅在10月才出现类似表现，呈现出更晚发但更持久的特点。

悬尾实验中，SYN103⁺/⁻小鼠在0月即表现出不动时间增加（反映抑郁样行为），TAU368⁺/⁻和Both小鼠分别在2月和10月出现这一表型。情绪行为的出现顺序与脑区受累的时间梯度基本平行，最先受累的脑干核团和边缘系统可能在不依赖高级皮层的情况下驱动早期的情绪改变。

3.4 小结：一种模拟临床渐进特征的时间图谱

最早（0月）：识别记忆下降（Both/SYN103）、焦虑与抑郁样行为（SYN103）

中期（2月）：运动协调障碍（Both/SYN103）、Tau相关的认知下降（TAU368）

晚期（10月）：空间记忆损害、广泛性情绪障碍

不同品系小鼠、不同行为域之间呈现错时性的展开方式，其顺序与病理蛋白从脑干向中脑、边缘系统、皮层逐级播散的解剖进程基本对应。这种多维度、渐进性、时间错位的行为表型，恰与PD和AD患者从非运动症状（便秘、焦虑、嗅觉减退）到运动症状、再到认知功能障碍的临床演进轨迹高度相似。

图7. 使用SYN103+/–、TAU 368+/–和两者进行的运动与认知行为测试老鼠

所有行为测试在三个时间点进行：口服灌胃后0个月（m.p.o.）、2个月和10个月。  

(A) 转基因小鼠的旋转棒测试显示其运动功能呈时间依赖性下降。  

(B) 0个月时小鼠的代表性游泳轨迹。  

(C) 水中迷宫测试显示，10个月时两组小鼠的平均潜伏时间与对照组存在差异。  

(D) 水中迷宫测试显示，SYN103 +/ 和双转基因小鼠在10个月时均表现出记忆缺陷。  

(E) 新物体识别测试显示，SYN103 +/ 和双转基因小鼠在0个月即出现记忆障碍，并持续至10个月；而TAU368 +/ 小鼠则从2个月起出现缺陷。

核心要点提炼：

行为表型并非随病理传播“同步”出现，而是遵循“先边缘系统相关情绪/识别记忆→再运动→最后空间记忆”的次序。不同致病蛋白驱动不同行为域：αSyn主要驱动运动与情绪障碍，Tau主要驱动认知下降，二者协同时表型更重、起病更早。

研究亮点：

由肠道诱导的α-突触核蛋白（a-Syn）和Tau共病理小鼠模型可扩散至大脑  

肠道来源的病理变化在早期阶段即可传播至迷走神经中枢（DMV）和下丘脑外侧核（NTS）  

焦虑、认知及运动行为障碍呈时间性出现  

α-Syn PET示踪剂[18F]-F0502B可检测到肠道和大脑中的α-Syn聚集物

参考文献：

Xiang J, Tang J, Kang F, Ye J, Cui Y, Zhang Z, Wang J, Wu S, Ye K. Gut-induced alpha-Synuclein and Tau propagation initiate Parkinson's and Alzheimer's disease co-pathology and behavior impairments. Neuron. 2024 Nov 6;112(21):3585-3601.e5. doi: 10.1016/ j.neuron. 2024. 08. 003.  Epub 2024 Sep 5. Erratum in: Neuron. 2025 Oct 1;113(19):3300-3302. doi: 10.1016/j.neuron.2025.09.015. PMID: 39241780.