一項研究中發(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(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器官中的神經(jīng)元進行交流。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阿爾茨海默病的發(fā)病和進展。”

特別是，菌群失調(diào)（即微生物多樣性喪失的過程）會導(dǎo)致有害細菌的增多，這些細菌產(chǎn)生促進炎癥的有毒代謝物，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，究竟會發(fā)生什么？Cedola 補充道：“主要假設(shè)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(tǒng)，到達大腦并引發(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(zé)人、文章合著者 Peter Cloetens 解釋說：“得益于這項技術(shù)，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(zhǔn)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(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)變化的強大工具，且無需對組織進行操控

實驗數(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、潘氏細胞和杯狀細胞的細胞轉(zhuǎn)化，以及腸道腔內(nèi)神經(jīng)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(nèi)壁免受損傷。

Cedola 表示：“這項技術(shù)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(yù)后中起到關(guān)鍵作用。”她還補充道：“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，潘氏細胞以黃色標(biāo)記，杯狀細胞以藍色標(biāo)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(xiàn)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(jù)其大部分細胞質(zhì)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(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，潘氏細胞呈放射狀排列（虛線框突出顯示）�？梢娍咕�顆粒（黑點，星號標(biāo)記）釋放到腸腔中。比例尺為5微米。

(D 和 E) 隱窩中杯狀細胞和潘氏細胞的定量分析。結(jié)果基于每只小鼠30個隱窩（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：*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。該團隊旨在研究腸神經(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，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人心的發(fā)現(xiàn)。”

這項研究突顯了 ESRF 在生物醫(yī)學(xué)研究中的重要性，該機構(gòu)計劃在未來幾年進一步加強這一領(lǐng)域的關(guān)注。

創(chuàng)立于1994年的歐洲同步輻射裝置

該聯(lián)合研究機構(gòu)，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(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

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